Nükleik Asitlerin Özellikleri

Doğadaki önemli nükleik asitler arasında deoksiribonükleik asit veya DNA ve ribonükleik asit veya RNA bulunur. Proton (yani hidrojen atomu) vericileri oldukları için asit olarak adlandırılırlar ve bu nedenle negatif yük taşırlar.

Kimyasal olarak, DNA ve RNA polimerlerdir, yani genellikle çok fazla sayıda tekrar eden birimlerden oluşurlar. Bu birimlere denir nükleotidler. Tüm nükleotitler sırayla üç farklı kimyasal kısım içerir: bir pentoz şeker, bir fosfat grubu ve bir azotlu baz.

DNA, RNA'dan üç temel yolla farklıdır. Birincisi, nükleik asit molekülünün yapısal "omurgasını" oluşturan şekerin deoksiriboz, RNA'da ise riboz olmasıdır. Kimyasal terminolojiye aşina iseniz, bunun genel yapısal şemada küçük bir fark olduğunu anlayacaksınız; ribozda dört hidroksil (-OH) grubu bulunurken deoksiribozda üç tane bulunur.

İkinci fark, DNA'da bulunan dört azotlu bazdan biri timin iken, RNA'daki karşılık gelen baz urasildir. Nükleik asitlerin azotlu bazları, bunların nihai özelliklerini belirleyen şeydir. Moleküller, çünkü fosfat ve şeker kısımları, moleküllerin içinde veya moleküller arasında değişmez. aynı tip.

Son olarak, DNA çift sarmallıdır, yani iki azotlu baz tarafından kimyasal olarak bağlanmış iki uzun nükleotit zincirinden oluşur. DNA, her iki ucunda zıt yönlerde bükülmüş esnek bir merdiven gibi "çift sarmal" bir şekle sarılır.

Deoksiriboz, beş atomlu bir halka, dört karbon ve bir beşgen veya belki de beyzbolda ana plaka şeklinde şekillendirilmiş bir oksijenden oluşur. Karbon dört bağ ve oksijen iki bağ oluşturduğundan, bu dört karbon atomunda karbon başına iki, halkanın bir üstünde ve bir altı olmak üzere sekiz bağlanma bölgesini serbest bırakır. Bu noktalardan üçü hidroksil (-OH) grupları tarafından işgal edilir ve beşi hidrojen atomları tarafından talep edilir.

Bu şeker molekülü dört azotlu bazdan birine bağlanabilir: adenin, sitozin, guanin ve timin. Adenin (A) ve guanin (G) pürin iken sitozin (C) ve timin (T) pirimidindir. Purinler, pirimidinlerden daha büyük moleküllerdir; Herhangi bir tam DNA molekülünün iki ipliği, nitrojenli bazları ile ortada bağlı olduğundan, bu bağlar Molekül boyunca iki bazın toplam boyutunu kabaca tutmak için bir pürin ve bir pirimidin arasında oluşmalıdır. sabit. (Okuma sırasında, örneğin Referanslardakiler gibi, herhangi bir nükleik asit diyagramına atıfta bulunulmasına yardımcı olur.) Olduğu gibi, A, DNA'da yalnızca T'ye bağlanırken, C yalnızca G'ye bağlanır.

Azotlu bir baza bağlı deoksiriboz denir. nükleosit. Bazın bağlandığı yerden iki nokta uzaktaki karbonda deoksiriboza bir fosfat grubu eklendiğinde, tam bir nükleotit oluşur. Nükleotidlerdeki çeşitli atomlar üzerindeki ilgili elektrokimyasal yüklerin özellikleri şunlardır: doğal olarak sarmal bir şekil oluşturan çift sarmallı DNA'dan ve moleküldeki iki DNA sarmalından sorumludur. arandı tamamlayıcı teller.

RNA'daki pentoz şekeri, deoksiribozdan ziyade ribozdur. Riboz, halka yapısının sırasıyla üç ve beş yerine dört hidroksil (-OH) grubuna ve dört hidrojen atomuna bağlı olması dışında deoksiriboz ile aynıdır. Bir nükleotidin riboz kısmı, bir fosfat grubuna ve DNA'da olduğu gibi, değişen fosfatlar ve azotlu bir baza bağlıdır. RNA "omurgasını" oluşturan şekerler. Yukarıda belirtildiği gibi bazlar A, C ve G'yi içerir, ancak RNA'daki ikinci pirimidin, daha çok urasildir (U). T.'den daha

DNA yalnızca bilgi depolama ile ilgilenirken (bir gen, tek bir proteini kodlayan bir DNA dizisidir), farklı RNA türleri farklı işlevler üstlenir. Messenger RNA veya mRNA, normal olarak çift sarmallı DNA, transkripsiyon amacıyla iki tek sarmal halinde bölündüğünde DNA'dan yapılır. Ortaya çıkan mRNA, sonuçta, DNA tarafından iletilen bu işlem için talimatları taşıyan, protein üretiminin gerçekleştiği hücre kısımlarına doğru yol alır. İkinci bir RNA türü olan transfer RNA (tRNA), proteinlerin üretiminde yer alır. Bu, ribozom adı verilen hücre organellerinde meydana gelir ve ribozomların kendileri, esas olarak, uygun şekilde ribozomal RNA (rRNA) adı verilen üçüncü bir RNA tipinden oluşur.

Beş azotlu baz - DNA'daki adenin (A), sitozin (C), guanin (G) ve timin (T) ve ilk üç artı urasil (U) RNA'da - canlılar arasında gen ürünlerinin çeşitliliğinden nihai olarak sorumlu olan nükleik asit kısımlarıdır. bir şeyler. Şeker ve fosfat kısımları yapı ve iskele sağlamaları açısından önemlidir, ancak bazlar kodların üretildiği yerdir. Dizüstü bilgisayarınızı bir nükleik asit veya en azından bir nükleotid dizisi olarak düşünüyorsanız, donanım (örn. disk sürücüleri, monitör ekran, mikroişlemci) şekerler ve fosfatlara benzerken, çalıştırdığınız yazılım ve uygulamalar ne olursa olsun azotlu gibidir. sisteminize yüklediğiniz benzersiz program çeşitliliği, bilgisayarınızı türünün tek örneği olmasını sağlar. "organizma."

Daha önce açıklandığı gibi, azotlu bazlar ya pürinler (A ve G) ya da pirimidinler (C, T ve U) olarak sınıflandırılır. Bir DNA zincirinde A her zaman T ile eşleşir ve C her zaman G ile eşleşir. Önemli olarak, bir DNA ipliği, büyüyen RNA molekülü boyunca her noktada RNA sentezi (transkripsiyon) için bir şablon olarak kullanıldığında, "Ana" DNA nükleotidinden oluşturulan RNA nükleotidi, "ana" bazın her zaman bağladığı bazı içerir için. Bu, başka bir bölümde incelenmektedir.

Purinler, altı üyeli bir azot ve karbon halkasından ve bir altıgen ve bir tarafı paylaşan bir beşgen gibi beş üyeli bir azot ve karbon halkasından oluşur. Purin sentezi, bir riboz şekerinin kimyasal olarak ayarlanmasını ve ardından amino (-NH) eklenmesini içerir.₂) grupları. Pirimidinler ayrıca pürinler gibi altı üyeli bir nitrojen ve karbon halkasına sahiptir, ancak pürinlerin beş üyeli nitrojen ve karbon halkasından yoksundur. Bu nedenle purinler, pirimidinlerden daha yüksek bir moleküler kütleye sahiptir.

Pirimidin içeren nükleotitlerin sentezi ve pürin içeren nükleotitlerin sentezi, çok önemli bir adımda zıt sırada gerçekleşir. Pirimidinlerde, önce baz kısmı birleştirilir ve molekülün geri kalanı daha sonra bir nükleotide dönüştürülür. Pürinlerde, nihayetinde adenin veya guanin haline gelen kısım, nükleotid oluşumunun sonuna doğru değiştirilir.

Transkripsiyon, belirli bir proteini yapmak için şablonla aynı talimatları (yani genetik kod) taşıyan bir DNA şablonundan bir mRNA dizisinin oluşturulmasıdır. İşlem, DNA'nın bulunduğu hücre çekirdeğinde gerçekleşir. Çift sarmallı bir DNA molekülü tek sarmallara ayrıldığında ve transkripsiyon devam ettiğinde, birinden üretilen mRNA "açılmamış" DNA çiftinin ipliği, mRNA'nın yerine U içermesi dışında, diğer sıkıştırılmamış DNA zincirinin DNA'sı ile aynıdır. T. (Yine, bir şemaya atıfta bulunmak yararlıdır; Referanslara bakın.) mRNA bir kez tamamlandığında, çekirdek zarındaki gözenekler yoluyla çekirdeği terk eder. mRNA çekirdekten ayrıldıktan sonra bir ribozoma bağlanır.

Enzimler daha sonra ribozomal komplekse bağlanır ve çeviri sürecine yardımcı olur. Çeviri, mRNA'nın talimatının proteinlere dönüştürülmesidir. Bu, proteinlerin alt birimleri olan amino asitler, mRNA zincirindeki üç nükleotid "kodonlarından" üretildiğinde meydana gelir. İşlem ayrıca rRNA'yı (çeviri ribozomlarda gerçekleştiğinden) ve tRNA'yı (amino asitlerin birleştirilmesine yardımcı olan) içerir.

DNA zincirleri, ilgili faktörlerin bir araya gelmesi nedeniyle çift sarmal halinde birleşir. Bunlardan biri, molekülün farklı kısımlarında doğal olarak yerlerine düşen hidrojen bağlarıdır. Sarmal oluşurken, azotlu bazların bağlayıcı çiftleri, bir bütün olarak çift sarmalın eksenine diktir. Her tam dönüş, toplam yaklaşık 10 baz-baz bağlı çifti içerir. Bir "merdiven" olarak düzenlendiğinde DNA'nın "kenarları" olarak adlandırılabilecek şeyler, şimdi çift sarmalın "zincirleri" olarak adlandırılmaktadır. Bunlar neredeyse tamamen nükleotitlerin riboz ve fosfat kısımlarından oluşur ve bazlar içeridedir. Sarmalın, nihai olarak kararlı şeklini belirleyen hem büyük hem de küçük oyuklara sahip olduğu söylenir.

Kromozomlar çok uzun DNA dizileri olarak tanımlanabilse de, bu büyük bir basitleştirmedir. Teoride, belirli bir kromozomun çözülerek tek bir kırılmamış DNA molekülü ortaya çıkarabileceği doğrudur, ancak bu, DNA'nın bir yapı oluşturma yolunda yaptığı karmaşık sarmal, biriktirme ve kümelenmeyi göstermez. kromozom. Bir kromozomda milyonlarca DNA baz çifti bulunur ve tüm DNA sarmalı kırmadan gerilirse, uzunluğu birkaç milimetreden bir santimetreye kadar uzayacaktır. Gerçekte, DNA çok daha yoğundur. Histon adı verilen proteinler, dört çift alt birim proteinden (toplamda sekiz alt birim) oluşur. Bu oktamer, DNA çift sarmalının iplik gibi kendisini iki kez sarması için bir tür makara görevi görür. Bu yapıya, oktamer artı onu saran DNA'ya nükleozom denir. Bir kromozom, kromatit adı verilen bir iplik halinde kısmen çözüldüğünde, bu nükleozomlar mikroskopta bir ip üzerindeki boncuklar olarak görünür. Ancak nükleozom seviyesinin üzerinde, kesin mekanizma anlaşılması zor olsa da, genetik materyalin daha fazla sıkıştırılması meydana gelir.

DNA, RNA ve proteinler dikkate alınır biyopolimerler çünkü bunlar canlılarla ilişkili tekrarlanan bilgi ve amino asit dizileridir ("biyo" "yaşam" anlamına gelir). Bugün moleküler biyologlar, DNA ve RNA'nın bir şekilde yaşamın ortaya çıkışından önce geldiğini kabul ediyorlar. Dünya, ancak 2018 itibariyle hiç kimse erken biyopolimerlerden basit yaşama giden yolu çözememişti. bir şeyler. Bazıları, bir biçimde RNA'nın, DNA da dahil olmak üzere tüm bu şeylerin orijinal kaynağı olduğunu kuramlaştırdı. Bu, "RNA dünyası hipotezi"dir. Ancak bu, biyologlar için bir tür tavuk-yumurta senaryosu sunuyor. çünkü yeterince büyük RNA molekülleri görünüşte başka hiçbir yolla ortaya çıkmış olamaz. transkripsiyon. Her halükarda, bilim adamları, artan bir istekle, şu anda ilk kendini kopyalayan molekül için bir hedef olarak RNA'yı araştırıyorlar.

Nükleik asitlerin bileşenlerini taklit eden kimyasallar günümüzde ilaç olarak kullanılmaktadır ve bu alandaki gelişmeler devam etmektedir. Örneğin, hafif değiştirilmiş bir urasil formu olan 5-florourasil (5-FU), kolon karsinomunu tedavi etmek için onlarca yıldır kullanılmaktadır. Bunu, yeni üretilmiş DNA'ya eklenecek şekilde gerçek bir azotlu bazı yeterince yakından taklit ederek yapar. Bu sonuçta protein sentezinde bir bozulmaya yol açar.

Nükleozid taklitçileri (hatırlayabileceğiniz gibi, riboz şekeri artı azotlu bir bazdır) antibakteriyel ve antiviral tedavilerde kullanılmıştır. Bazen modifikasyona uğrayan nükleosidin baz kısmıdır ve diğer zamanlarda ilaç şeker kısmını hedefler.