Нуклеїнові кислоти

загальність

Нуклеїнові кислоти є великими біологічними молекулами ДНК і РНК, наявність і правильне функціонування яких всередині живих клітин є фундаментальними для виживання останніх.

Загальна нуклеїнова кислота походить від об'єднання в лінійних ланцюгах великої кількості нуклеотидів.

Малюнок: Молекула ДНК.

Нуклеотиди - це невеликі молекули, в яких беруть участь три елементи: фосфатна група, азотиста основа і цукор з 5 атомами вуглецю.

Нуклеїнові кислоти життєво важливі для виживання організму, оскільки вони взаємодіють у синтезі білків, необхідних молекул для правильної реалізації клітинних механізмів.

ДНК і РНК відрізняються в деяких відносинах.

Наприклад, ДНК має дві ланцюги антипараллельних нуклеотидів і має, як і цукор з 5 атомами вуглецю, дезоксирибозу. РНК, з іншого боку, зазвичай представлена єдиним ланцюгом нуклеотидів і володіє, як і цукор з 5 атомами вуглецю, рибоза.

Що таке нуклеїнові кислоти?

Нуклеїнові кислоти є біологічними макромолекулами ДНК і РНК, присутність яких в клітинах живих істот є фундаментальною для виживання і правильного розвитку останнього.

Згідно з іншим визначенням, нуклеїнові кислоти є біополімерами, що утворюються в результаті об'єднання, у довгих лінійних ланцюгах, великої кількості нуклеотидів .

Біополімер або природний полімер є великою біологічною сполукою, що складається з ідентичних молекулярних одиниць, які називаються мономерами .

ЯДЕРНИХ КИСЛОТІВ: КОГО В ПОЗИЦІЇ?

Нуклеїнові кислоти знаходяться не тільки в клітинах еукаріотичних і прокаріотичних організмів, але і в безклітинних життєвих формах, таких як віруси, і в клітинних органелах, таких як мітохондрії і хлоропласти .

Загальна структура

Виходячи з наведених вище визначень, нуклеотиди являють собою молекулярні одиниці, які складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот.

Тому вони будуть представляти головну тему цієї глави, присвячену структурі нуклеїнових кислот.

СТРУКТУРА ГЕНЕРНИХ НУКЛЕОТИДІВ

Родовий нуклеотид є сполукою органічної природи, результатом об'єднання трьох елементів:

Фосфатна група, яка є похідною фосфорної кислоти;
Пентоза, тобто цукор з 5 атомами вуглецю ;
Азотиста основа, яка є ароматичною гетероциклічною молекулою.

Пентоза є центральним елементом нуклеотидів, оскільки з нею зв'язуються фосфатна група і азотиста база.

Малюнок: Елементи, що складають загальний нуклеотид нуклеїнової кислоти. Як видно, фосфатна група і азотна основа пов'язані з цукром.

Хімічний зв'язок, що утримує пентозну і фосфатну групу, є фосфодіефірним зв'язком, тоді як хімічний зв'язок, що об'єднує пентозу і азотну основу, є N-глікозидним зв'язком .

ЯК ПЕНТОС ПРИЄДНУЄТЬСЯ ДО РІЗНИХ ЗВІТКІВ З ІНШИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ?

Передумова: хіміки подумали про нумерацію вугілля, що складають органічні молекули, таким чином, щоб спростити їхнє вивчення і опис. Отже, тоді 5 вугілля пентози стають: вуглецем 1, вуглецем 2, вуглецем 3, вуглецем 4 і вуглецем 5.

Критерій призначення чисел досить складний, тому вважаємо за доцільне виключити пояснення.

З 5 вугілля, які утворюють пентозу нуклеотидів, ті, які беруть участь у зв'язках з азотистим підставою і фосфатною групою, є, відповідно, вуглецем 1 і вуглецем 5 .

Пентозний вуглець 1 → N-глікозидний зв'язок → азотиста основа
Пентаза вуглецю 5 → фосфодіефірна зв'язок → фосфатна група

ЯКІ ВИДИ ХІМІЧНИХ ЗВ'ЯЗКУ NUCLEOTID КИСЛОТИ ЯДЕРНИХ КИСЛОТ?

Малюнок: Структура пентози, нумерація складових її вуглеводів і зв'язків з азотистою основою і фосфатною групою.

При складанні нуклеїнових кислот нуклеотиди організуються в довгі лінійні ланцюги, більш відомі як нитки .

Кожен нуклеотид, що утворює ці довгі ланцюги, зв'язується з наступним нуклеотидом за допомогою фосфодіефірного зв'язку між вуглецем 3 його пентози і фосфатною групою безпосередньо наступного нуклеотиду.

КРАЇНИ

Нуклеотидні нитки (або полінуклеотидні філаменти ), які складають нуклеїнові кислоти, мають два кінці, відомі як 5'-кінець (прочитані "перші п'ять") і кінець 3 ' (прочитайте "перший третій"). За згодою, біологи і генетики встановили, що 5 ' кінець являє собою головку нитки, що утворює нуклеїнову кислоту, тоді як 3' кінець являє собою хвіст .

З хімічної точки зору, 5 'кінець нуклеїнових кислот збігається з фосфатною групою першого нуклеотиду ланцюга, в той час як 3' кінець нуклеїнових кислот збігається з гідроксильної групою (OH), розміщеною на вуглеці 3 останнього нуклеотиду,

Саме на підставі цієї організації в книгах генетики і молекулярної біології нуклеотидні ланцюги нуклеїнової кислоти описуються наступним чином: P-5 '→ 3'-OH.

* NB: буква P вказує на атом фосфору групи фосфатів.

Застосовуючи поняття 5 'кінців і 3' кінців до одного нуклеотиду, 5 'кінець останнього являє собою фосфатну групу, пов'язану з вуглецем 5, в той час як її 3' кінець є гідроксильною групою, об'єднаною з вуглецем 3.

В обох випадках читачеві пропонується звернути увагу на чисельне повторення: 5 'кінцева - фосфатна група на вуглеці 5 і 3' кінці - гідроксильної групи на вуглеці 3.

Загальна функція

Нуклеїнові кислоти містять, транспортують, розшифровують і виражають генетичну інформацію в білках .

Складені з амінокислот, білки є біологічними макромолекулами, які відіграють фундаментальну роль у регулюванні клітинних механізмів живого організму.

Генетична інформація залежить від послідовності нуклеотидів, які складають нитки нуклеїнових кислот.

Натяки історії

Заслуга відкриття нуклеїнових кислот, що відбулася в 1869 році, належить швейцарському лікарю і біологу Фрідріху Мішеру .

Мішер зробив свої висновки під час вивчення клітинного ядра лейкоцитів з метою кращого розуміння внутрішньої композиції.

Експерименти Мішера стали поворотним моментом в області молекулярної біології та генетики, оскільки вони почали серію досліджень, які призвели до ідентифікації структури ДНК (Watson and Crick, 1953) та РНК, до знань механізми генетичного успадкування та визначення точних процесів синтезу білка.

ПОХОДЖЕННЯ ІМ

Таку назву мають нуклеїнові кислоти, оскільки Мішер ідентифікував їх всередині ядра лейкоцитів (ядра - нуклеїнових) і виявив, що вони містять фосфатну групу, похідну фосфорної кислоти (похідне фосфорної кислоти - кислоти).

ДНК

Серед відомих нуклеїнових кислот ДНК є найвідомішою, оскільки вона є сховищем генетичної інформації (або генів ), яка служить для спрямованого розвитку і росту клітин в живому організмі.

Абревіатура ДНК означає дезоксирибонуклеиновую кислоту або дезоксирибонуклеїнову кислоту .

ДВОЙНИЙ ПРОПЕЛЕР

У 1953 році, щоб пояснити структуру ДНК нуклеїнової кислоти, біологи Джеймс Уотсон і Френсіс Крік запропонували модель, яка згодом виявилася правильною, так званої " подвійної спіралі ".

Виходячи з моделі "подвійної спіралі", ДНК є великою молекулою, що виникає в результаті об'єднання двох довгих ниток антипараллельних нуклеотидів і спіральних один в одного.

Термін "антипараллельный" вказує на те, що дві нитки мають протилежну орієнтацію, тобто: голова і хвіст нитки взаємодіють, відповідно, з хвостом і кінцем іншої нитки.

Згідно з іншою важливою точкою моделі "подвійної спіралі", нуклеотиди ДНК нуклеїнової кислоти мають таку диспозицію, що азотисті основи орієнтовані до центральної осі кожної спіралі, тоді як пентози і фосфатні групи утворюють каркас зовнішнім від останнього.

Що таке ДНК PENTOSO?

Пентоза, що складається з нуклеотидів нуклеїнової кислоти ДНК, являє собою дезоксирибозу .

Цей цукор з 5 атомами вуглецю зобов'язаний своєю назвою відсутністю атомів кисню на вуглеці 2. Більш того, дезоксирибоза означає "безкисневий".

Фігура: дезоксирибоза.

Внаслідок присутності дезоксирибози нуклеотиди ДНК нуклеїнової кислоти називаються дезоксирибонуклеотидами .

ВИДИ НУКЛЕОТИДІВ І АЗОТНИХ БАЗ

ДНК нуклеїнової кислоти має 4 різних типи дезоксирибонуклеотидів .

Розрізняти 4 різних типи дезоксирибонуклеотидів є виключно азотистою основою, пов'язаною з утворенням пентозофосфатних груп (що на відміну від азотистої основи ніколи не змінюється).

З очевидних причин, таким чином, є 4 азотисті основи ДНК, а саме: аденін (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (Т).

Аденін і гуанін відносяться до класу пуринів, подвійних кільцевих ароматичних гетероциклічних сполук.

Цитозин і тимін, з іншого боку, потрапляють в категорію піримідинів, одноциклических ароматичних гетероциклічних сполук.

За допомогою моделі "подвійної спіралі" Уотсон і Крік також пояснили організацію азотистих основ в ДНК:

Кожна азотиста база нитки приєднується, за допомогою водневих зв'язків, до азотистого підстави, присутнього на антипаралельной нитки, ефективно утворюючи пару, спарювання, бази.
Спарювання між азотистими основами двох ниток є високоспецифічним. Насправді, аденін приєднується тільки до тиміну, тоді як цитозин зв'язується тільки з гуаніном.
Це важливе відкриття привело молекулярних біологів і генетиків до монети термінів " комплементарність між азотистими основами " і " комплементарне сполучення між азотистими основами ", щоб вказати однозначне зв'язування аденина з тиміном і цитозином з гуаніном.,

ДЕ ЖИТТЯ ВІД ЖИТЕЛЬНИХ КЛІТИН?

У еукаріотичних організмах (тваринах, рослинах, грибах і протистах) ДНК нуклеїнової кислоти знаходиться в ядрі всіх клітин, що мають цю клітинну структуру.

У прокаріотних організмах (бактеріях і архебактеріях) ДНК нуклеїнової кислоти знаходиться в цитоплазмі, оскільки прокариотическим клітинам бракує ядра.

РНК

Серед двох природних нуклеїнових кислот РНК являє собою біологічну макромолекулу, яка переводить нуклеотиди ДНК в амінокислоти, що складаються з білків (процес синтезу білка ).

Насправді, нуклеїнова кислота РНК порівнянна з генетичним словником інформації, повідомляється про ДНК нуклеїнової кислоти.

Акронім РНК означає рибонуклеїнову кислоту .

ВІДМІНУЄТЬСЯ, ЩО ВІДМОВУЄТЬСЯ ВІД ДНК

РНК нуклеїнова кислота має кілька відмінностей порівняно з ДНК:

РНК є меншою біологічною молекулою, ніж ДНК, зазвичай утворюється з однієї ланцюга нуклеотидів .
Пентоза, що становить нуклеотиди рибонуклеїнової кислоти, є рибозою . На відміну від дезоксирибози, рибоза має атом кисню на вуглеці 2.
Саме завдяки присутності рибоза цукру біологи та хіміки присвоїли РНК назву рибонуклеїнової кислоти.
Нуклеїнові нуклеотиди РНК також відомі як рибонуклеотиди .
РНК нуклеїнової кислоти поділяє тільки 3 з 4 азотних підстав з ДНК. Замість тиміну, насправді, вона являє собою аратидную основу урацилу .
РНК може перебувати в різних компартментах клітини, від ядра до цитоплазми.

ТИПИ РНК

Малюнок: рибоза.

У живих клітинах РНК нуклеїнової кислоти існує в чотирьох основних формах: транспортна РНК (або переносна РНК або тРНК ), РНК (або РНК-месенджер або мРНК ), рибосомна РНК (або рибосомна). РНК або рРНК ) і малу ядерну РНК (або малу ядерну РНК або snRNA ).

Хоча вони охоплюють різні специфічні ролі, чотири вищезазначені форми РНК співпрацюють для спільної мети: синтезу білків, починаючи з нуклеотидних послідовностей, присутніх в ДНК.