Nükleik Asitler: Yapısı, İşlevi, Türleri ve Örnekleri

Nükleik asitler dört ana kategoriden birini temsil eder. biyomoleküllerhücreleri oluşturan maddelerdir. Diğerleri proteinler, karbonhidratlar ve lipidlerdir (veya yağlardır).

içeren nükleik asitler DNA (deoksiribonükleik asit) ve RNA (ribonükleik asit)Ana organizmaya enerji sağlamak için metabolize edilememeleri diğer üç biyomolekülden farklıdır.

(Bu yüzden beslenme bilgi etiketlerinde "nükleik asit" görmezsiniz.)

DNA ve RNA'nın işlevi genetik bilgiyi depolamaktır. Kendi DNA'nızın tam bir kopyası, vücudunuzdaki hemen hemen her hücrenin çekirdeğinde bulunabilir, bu da DNA'nın toplanmasını sağlar. kromozomlar bu bağlamda – daha çok bir dizüstü bilgisayarın sabit diski gibi.

Bu şemada, adı verilen türden bir RNA uzunluğu haberci RNA sadece bir protein ürünü için kodlanmış talimatları içerir (yani tek bir gen içerir) ve bu nedenle daha çok tek bir önemli dosya içeren bir "parmak sürücü" gibidir.

DNA ve RNA çok yakından ilişkilidir. DNA'daki bir hidrojen atomunun (–H) tek başına bir hidroksil grubu (–OH) ile yer değiştirmesi. RNA'daki karşılık gelen karbon atomu, ikisi arasındaki tüm kimyasal ve yapısal farkı açıklar. nükleik asitler.

Yine de göreceğiniz gibi, kimyada sıklıkla olduğu gibi, atomik düzeyde küçük bir fark gibi görünen şeyin açık ve derin pratik sonuçları vardır.

Nükleik asitler, kendileri üç farklı kimyasal gruptan oluşan maddeler olan nükleotitlerden oluşur: a pentoz şekeri, bir ila üç fosfat grupları ve bir azotlu baz.

RNA'daki pentoz şekeri riboz, DNA'daki ise deoksiribozdur. Ayrıca, nükleik asitlerde nükleotidler sadece bir fosfat grubuna sahiptir. Birden fazla fosfat grubuna sahip olan iyi bilinen bir nükleotidin bir örneği, ATPveya adenozin trifosfat. ADP (adenosin difosfat), ATP'nin yaptığı işlemlerin çoğuna katılır.

Tek DNA molekülü olabilir olağanüstü uzun ve bütün bir kromozomun uzunluğu boyunca uzayabilir. RNA molekülleri, DNA moleküllerinden çok daha sınırlıdır, ancak yine de makromoleküller olarak nitelendirilir.

riboz (RNA'nın şekeri), şekerdeki beş karbondan dördünü içeren beş atomlu bir halkaya sahiptir. Diğer üçü hidroksil (–OH) grupları, biri hidrojen atomu ve biri hidroksimetil (–CH2OH) grubu tarafından işgal edilir.

Tek fark deoksiriboz (DNA'nın şekeri), üç hidroksil grubundan birinin (2 karbon pozisyonundaki) gitmesi ve yerini bir hidrojen atomunun almasıdır.

Ayrıca, hem DNA hem de RNA, dört olası azotlu bazdan birinin dahil olduğu nükleotitlere sahipken, bunlar iki nükleik asit arasında biraz farklılık gösterir. DNA'da adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timin bulunur. RNA'da A, C ve G bulunurken urasil (U) timin yerine.

DNA ve RNA arasındaki fonksiyonel farklılıkların çoğu, hücrelerdeki belirgin farklı rolleriyle ilgilidir. DNA, yaşamak için genetik kodun - sadece üremenin değil, günlük yaşam aktivitelerinin - depolandığı yerdir.

RNA veya en azından mRNA, aynı bilgiyi toplamaktan ve onu ribozomlara getirmekten sorumludur. çekirdeğin dışında, yukarıda belirtilen metabolik işlemlerin gerçekleştirilmesine izin veren proteinlerin yapıldığı yer faaliyetler.

Bir nükleik asidin baz dizisi, spesifik mesajlarının taşındığı yerdir ve azotlu Bu nedenle, aynı türden hayvanlardaki farklılıklardan nihai olarak bazların sorumlu olduğu söylenebilir. dır-dir, aynı özelliğin farklı tezahürleri (örneğin, göz rengi, vücut tüyü modeli).

Nükleik asitlerdeki bazlardan ikisi (A ve G) pürin iken, ikisi (DNA'da C ve T; RNA'da C ve U) pirimidinlerdir. Purin molekülleri iki kaynaşmış halka içerirken, pirimidinler yalnızca bir tane içerir ve genel olarak daha küçüktür. Yakında öğreneceğiniz gibi, DNA molekülü çift ​​sarmallı arasındaki bağ nedeniyle nükleotidler bitişik dizilerde.

Bir pürin bazı sadece bir pirimidin bazı ile bağlanabilir, çünkü iki pürin çok fazla yer kaplar. bir pürin-pirimidin kombinasyonu tam doğru olmak üzere, iplikler ve iki pirimidin arasında çok az boyut.

Ama işler aslında bundan daha sıkı kontrol ediliyor: Nükleik asitlerde, birsadece bağlarT (veyasen RNA'da), oysa C sadece G'ye bağlanır.

DNA molekülünün tam açıklaması çift ​​sarmallı sarmal 1953'te James Watson ve Francis Crick tarafından, X-ışını kırınımı çalışmasına rağmen sonunda ikiliye Nobel Ödülü kazandırdı. Rosalind Franklin, bu başarıya giden yıllarda çiftin başarısında etkili oldu ve genellikle tarih kitapları.

Doğada, DNA sarmal olarak var çünkü bu, içerdiği belirli moleküller grubunun alması için en enerjik olarak uygun formdur.

DNA molekülünün yan zincirleri, bazları ve diğer kısımları, elektrokimyasal çekimler ve elektrokimyasalların doğru karışımını deneyimler. Molekülün, iç içe sarmal tarzı gibi birbirinden hafifçe kaymış iki spiral şeklinde en "rahat" olması için itmeler merdivenler.

DNA zincirleri, şeker bölümünün farklı bir kısmına bağlı azotlu bazlarla, alternatif fosfat grupları ve şeker kalıntılarından oluşur. Bir DNA veya RNA zinciri, bir nükleotidin fosfat grubu ile bir sonrakinin şeker kalıntısı arasında oluşan hidrojen bağları sayesinde uzar.

Spesifik olarak, gelen nükleotidin 5 numaralı karbonundaki (genellikle 5' olarak yazılır) fosfat eklenir. büyüyen polinükleotidin (küçük nükleik) 3 numaralı karbondaki (veya 3') hidroksil grubu yerine asit). Bu bir olarak bilinir fosfodiester bağı.

Bu arada, A bazlı nükleotidlerin tümü, DNA'da T bazlı nükleotidler ve RNA'da U bazlı nükleotidler ile sıralanır; C, her ikisinde de G ile benzersiz bir şekilde eşleşir.

Bir DNA molekülünün iki ipliğinin olduğu söylenir. tamamlayıcı birbirlerine, çünkü nükleik asit moleküllerinin gözlemlediği basit baz eşleşme şeması sayesinde birinin baz dizisi diğerinin baz dizisi kullanılarak belirlenebilir.

RNA, belirtildiği gibi, kimyasal düzeyde DNA'ya olağanüstü derecede benzerdir, dördü arasında sadece bir azotlu baz ve RNA'nın şekerinde tek bir "ekstra" oksijen atomu vardır. Açıkçası, görünüşte önemsiz olan bu farklılıklar, biyomoleküller arasında önemli ölçüde farklı davranışlar sağlamak için yeterlidir.

Özellikle, RNA tek sarmallı. Yani, bu nükleik asit bağlamında kullanılan "tamamlayıcı iplik" terimini görmeyeceksiniz. Bununla birlikte, aynı RNA zincirinin farklı kısımları birbiriyle etkileşime girebilir, bu da RNA'nın şeklinin aslında DNA'nın şeklinden daha fazla değiştiği anlamına gelir (değişmez bir çift sarmal). Buna göre, çok sayıda farklı RNA türü vardır.

• mRNAveya haberci RNA, transkripsiyon sırasında DNA'nın verdiği mesajı, mesajın protein sentezine çevrildiği ribozomlara taşımak için tamamlayıcı baz eşleşmesini kullanır. Transkripsiyon aşağıda ayrıntılı olarak açıklanmaktadır.
• rRNAveya ribozomal RNA, protein sentezinden sorumlu hücreler içindeki yapılar olan ribozom kütlesinin büyük bir bölümünü oluşturur. Ribozom kütlesinin geri kalanı proteinlerden oluşur.
• tRNAveya transfer RNA, büyüyen polipeptit zinciri için hedeflenen amino asitleri proteinlerin birleştiği noktaya mekikleyerek çeviride kritik bir rol oynar. Doğada her biri kendi tRNA'sına sahip 20 amino asit vardır.
  

AAATCGGCATTA baz dizisine sahip bir nükleik asit dizisi ile sunulduğunu hayal edin. Yalnızca bu bilgilere dayanarak, iki şeyi hızlı bir şekilde sonuçlandırabilmelisiniz.

Birincisi, timinin (T) mevcudiyetinin ortaya çıkardığı gibi, bunun RNA değil DNA olduğu. Söyleyebileceğiniz ikinci şey, bu DNA molekülünün tamamlayıcı zincirinin TTTAGCCGTAAT baz dizisine sahip olmasıdır.

Ayrıca, RNA transkripsiyonuna uğrayan bu DNA zincirinden kaynaklanacak mRNA zincirinden de emin olabilirsiniz. Aynısı olurdu baz dizisi olarak tamamlayıcı DNA dizisi, herhangi bir timin (T) örneği urasil (U) ile değiştirilir.

Bunun nedeni, DNA replikasyonu ve RNA transkripsiyonunun, şablon iplikten yapılan ipliğin benzer şekilde çalışmasıdır. o dizinin bir kopyası değil, ancak onun tamamlayıcısı veya RNA'daki eşdeğeri.

Bir DNA molekülünün kendisinin bir kopyasını oluşturabilmesi için, çift sarmalın iki ipliğinin kopyalama çevresinde ayrılması gerekir. Bunun nedeni, her bir ipliğin ayrı ayrı kopyalanması (kopyalanması) ve içinde yer alan enzimler ve diğer moleküllerin bulunmasıdır. DNA kopyalama bir çift sarmalın sağlamadığı etkileşim için alana ihtiyaç duyar. Böylece iki iplik fiziksel olarak ayrılır ve DNA'nın olduğu söylenir. denatüre.

Ayrılan her DNA dizisi, kendisini tamamlayıcı yeni bir iplik oluşturur ve ona bağlı kalır. Yani, bir anlamda, her yeni çift sarmallı molekülde ebeveyninden hiçbir şey farklı değildir. Kimyasal olarak sahip oldukları aynı moleküler bileşim. Ancak her bir çift sarmaldaki ipliklerden biri yepyeniyken diğeri kopyalamanın kendisinden arta kalandır.

DNA replikasyonu, ayrılmış tamamlayıcı zincirler boyunca aynı anda gerçekleştiğinde, yeni zincirlerin sentezi aslında zıt yönlerde gerçekleşir. Bir tarafta, yeni iplik, denatüre olurken DNA'nın "açılan" yönünde basitçe büyür.

Öte yandan, yeni DNA'nın küçük parçaları sentezlenir. uzakta iplik ayırma yönünden. Bunlara Okazaki fragmanları denir ve belirli bir uzunluğa ulaştıktan sonra enzimlerle birleştirilirler. Bu iki yeni DNA zinciri antiparalel birbirlerine.

RNA transkripsiyonu DNA replikasyonuna benzer, çünkü başlamak için DNA ipliklerinin eşleşmemesi gerekir. mRNA, RNA polimeraz enzimi tarafından RNA nükleotitlerinin sıralı eklenmesiyle DNA şablonu boyunca yapılır.

DNA'dan yaratılan RNA'nın bu ilk kopyası, dediğimiz şeyi yaratır. ön mRNA. Bu pre-mRNA zinciri her ikisini de içerir. intronlar ve ekzonlar. İntronlar ve ekzonlar, DNA/RNA içinde gen ürününün parçalarını kodlayan veya kodlamayan bölümlerdir.

intronlar kodlamayan bölümlerdir ("interfering bölümleri") iken ekzonlar kodlama bölümleridir ("eskipreslenmiş bölümler").

Bu mRNA dizisi, bir proteine ​​çevrilmek üzere çekirdeği terk etmeden önce, çekirdeğin içindeki enzimler, yani intronları keser, çünkü o belirli gendeki hiçbir şeyi kodlamazlar. Enzimler daha sonra size son mRNA zincirini vermek için kalan intron dizilerini birbirine bağlar.

Bir mRNA zinciri, genellikle, hücrede aşağı yönde benzersiz bir proteini birleştirmek için gerekli olan baz dizisini tam olarak içerir. tercüme süreç, yani bir mRNA molekülü tipik olarak bir mRNA molekülü için bilgiyi taşır. gen. Gen, belirli bir protein ürününü kodlayan bir DNA dizisidir.

Transkripsiyon tamamlandıktan sonra, mRNA zinciri, nükleer zarftaki gözenekler yoluyla çekirdekten dışarı aktarılır. (RNA molekülleri, su ve diğer küçük moleküller gibi nükleer zardan kolayca yayılmak için çok büyüktür). Daha sonra "rıhtım" ile ribozomlar sitoplazmada veya belirli organellerde ve protein sentezi Başlatıldı.

Nükleik asitler yakıt için metabolize edilemezler, ancak çok küçük moleküllerden oluşturulabilir veya tam formlarından çok küçük parçalara ayrılabilirler. Nükleotitler, anabolik reaksiyonlar yoluyla, genellikle nükleotidlerden herhangi bir fosfat grubu çıkarılmış olan nükleositlerden sentezlenir (yani, bir nükleosit, bir riboz şekeri artı bir azotlu bazdır).

DNA ve RNA da bozunabilir: nükleotidlerden nükleositlere, sonra azotlu bazlara ve sonunda ürik aside.

Nükleik asitlerin parçalanması için önemlidir genel sağlık. Örneğin, pürinlerin parçalanamaması, bu bölgelerdeki ürat kristal birikintileri sayesinde bazı eklemleri etkileyen ağrılı bir hastalık olan gutla bağlantılıdır.