Nukleinsyrer

Almindelighed

Nukleinsyrer er de store biologiske molekyler DNA og RNA, hvis tilstedeværelse og korrekte funktion inden for levende celler er afgørende for sidstnævntes overlevelse.
En generisk nukleinsyre stammer fra foreningen af ​​et stort antal nukleotider i lineære kæder.

Figur: DNA -molekyle.

Nukleotider er små molekyler, i hvis sammensætning tre elementer deltager: en fosfatgruppe, en nitrogenholdig base og et 5-kulstofsukker.

Nukleinsyrer er afgørende for en organismes overlevelse, da de samarbejder om syntesen af ​​proteiner, molekyler, der er afgørende for korrekt implementering af cellulære mekanismer.
DNA og RNA adskiller sig fra hinanden i nogle henseender.
For eksempel har DNA to antiparallelle nukleotidkæder og har deoxyribose som et 5-carbon sukker. RNA har derimod normalt en enkelt kæde af nukleotider og besidder ribose som et sukker med 5 carbonatomer.

Hvad er nukleinsyrer?

Nukleinsyrer er de biologiske makromolekyler DNA og RNA, hvis tilstedeværelse inde i cellerne i levende væsener er afgørende for overlevelse og korrekt udvikling af sidstnævnte.
Ifølge en anden definition er nukleinsyrer biopolymerer, der stammer fra foreningen af ​​et stort antal nukleotider i lange lineære kæder.
En biopolymer eller naturlig polymer er en stor biologisk forbindelse, der består af molekylære enheder, der alle er ens, som kaldes monomerer.

NUCLEIC ACIDS: HVEM ER I POSITION?

Nukleinsyrer findes ikke kun i cellerne i eukaryote og prokaryote organismer, men også i acellulære livsformer, såsom vira, og i cellulære organeller, såsom mitokondrier og chloroplaster.

Generel struktur

Baseret på ovenstående definitioner er nukleotider de molekylære enheder, der udgør nukleinsyrerne DNA og RNA.
Derfor vil de repræsentere hovedemnet i dette kapitel, dedikeret til strukturen af ​​nukleinsyrer.

STRUKTUR AF ET GENERISK NUKLEOTID

Et generisk nukleotid er en forbindelse af organisk natur, resultatet af foreningen af ​​tre elementer:

• En phosphatgruppe, som er et derivat af phosphorsyre;
• En pentose, det vil sige et sukker med 5 carbonatomer;
• En nitrogenholdig base, som er et aromatisk heterocyklisk molekyle.

Pentosen repræsenterer det centrale element i nukleotiderne, som phosphatgruppen og den nitrogenholdige base binder til den.

Figur: Elementer, der udgør et generisk nukleotid af en nukleinsyre. Som det ses, binder fosfatgruppen og nitrogenbasen sig til sukkeret.

Den kemiske binding, der holder pentosen og phosphatgruppen sammen, er en phosphodiesterbinding, mens den kemiske binding, der binder pentosen og den nitrogenholdige base, er en N-glycosidbinding.

HVORDAN DELTAGER PENTOSEN I DE FORSKELLIGE FORBINDELSER MED DE ANDRE ELEMENTER?

Forudsætning: kemikere har tænkt på at nummerere de carbonatomer, der udgør organiske molekyler på en sådan måde, at det forenkler deres undersøgelse og beskrivelse. Her altså, at de fem carbonatomer i en pentose bliver til: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 og carbon 5.

Kriteriet for tildeling af tal er ret komplekst, derfor finder vi det passende at udelade forklaringen.
Af de 5 carbonatomer, der danner pentosen af ​​nukleotiderne, er dem, der er involveret i bindingerne med nitrogenbasen og phosphatgruppen, henholdsvis carbon 1 og carbon 5.

• Pentose carbon 1 → N-glycosidbinding → nitrogenbase
• Pentose carbon 5 → phosphodiesterbinding → phosphatgruppe

HVILKEN KEMISK OBLIGATION BINDER NUKLEOTIDERNE AF NUKLESYRE?

Figur: Struktur af en pentose, nummerering af dets bestanddele af carbonatomer og bindinger med nitrogenbase og phosphatgruppe.

Ved sammensætning af nukleinsyrer organiserer nukleotider sig i lange lineære kæder, bedre kendt som filamenter.
Hvert nukleotid, der danner disse lange tråde, binder sig til det næste nukleotid ved hjælp af en phosphodiesterbinding mellem carbon 3 i dens pentose og phosphatgruppen i det umiddelbart følgende nukleotid.

EKSTREMITETERNE

Nukleotid -tråde (eller polynukleotid -strenge), der udgør nukleinsyrer, har to ender, kendt som 5 "ende (læs" fem prim ") og 3" ende (læs "tre prim"). Efter konventionen har biologer og genetikere fastslået, at "ende 5" repræsenterer hovedet på en streng, der danner en nukleinsyre, mens "ende 3" repræsenterer dens hale.
Fra det kemiske synspunkt falder nukleinsyrernes "5 ende" sammen med phosphatgruppen i det første nukleotid i kæden, mens "3 enden" af nukleinsyrerne falder sammen med hydroxyl (OH) -gruppen på carbon 3 af det sidste nukleotid.
Det er på baggrund af denne organisation, at nukleotidstrengene i en nukleinsyre i bøgerne om genetik og molekylærbiologi beskrives som følger: P -5 "→ 3" -OH.

* Bemærk: bogstavet P angiver fosforatomet i fosfatgruppen.

Ved at anvende begreberne 5 "ende og 3" ende på et enkelt nukleotid er "5 enden" af sidstnævnte phosphatgruppen bundet til carbon 5, mens dens 3 "ende er hydroxylgruppen forbundet til carbon 3.
I begge tilfælde inviterer s "læseren til at være opmærksom på den numeriske tilbagefald: ende 5" - phosphatgruppe på carbon 5 og ende 3 " - hydroxylgruppe på carbon 3.

Generel funktion

Nukleinsyrer indeholder, transporterer, tyder og udtrykker genetisk information i proteiner.
Proteiner, der består af aminosyrer, er biologiske makromolekyler, som spiller en grundlæggende rolle i reguleringen af ​​en levende organismes cellulære mekanismer.
Den genetiske information afhænger af sekvensen af ​​nukleotider, der udgør nukleinsyrernes tråde.

Hints af historie

Æren for opdagelsen af ​​nukleinsyrer, der fandt sted i 1869, går til den schweiziske læge og biolog Friedrich Miescher.
Miescher gjorde sine fund, mens han studerede leukocytternes cellekerne med det formål at bedre forstå deres interne sammensætning.
Mieschers eksperimenter repræsenterede et vendepunkt inden for molekylærbiologi og genetik, da de indledte en række undersøgelser, der førte til identifikation af DNA -strukturen (Watson og Crick, i 1953) og RNA, til viden om mekanismer for genetisk arv og identifikation af de præcise processer ved proteinsyntese.

Oprindelse af navnet

Nukleinsyrer har dette navn, fordi Miescher identificerede dem inden for leukocytkernen (kerne - nuklein) og opdagede, at de indeholdt fosfatgruppen, et derivat af fosforsyre (derivat af fosforsyre - syrer).

DNA

Blandt de kendte nukleinsyrer er DNA det mest berømte, da det repræsenterer lageret af genetisk information (eller gener), der tjener til at styre udviklingen og væksten af ​​cellerne i en levende organisme.
Forkortelsen DNA betyder deoxyribonucleinsyre eller deoxyribonucleinsyre.

Dobbelt HELIX

I 1953 for at forklare strukturen af ​​"nukleinsyre -DNA'et foreslog biologerne James Watson og Francis Crick modellen - som senere viste sig at være korrekt - af den såkaldte" dobbeltspiral ".
Ifølge modellen "double helix" er DNA et stort molekyle, der stammer fra foreningen af ​​to lange tråde af antiparallelle nukleotider og viklet ind i hinanden.
Udtrykket "antiparallel" angiver, at de to filamenter har modsat retning, det vil sige: hovedet og halen på den ene filament interagerer henholdsvis med halen og hovedet på den anden filament.

Ifølge et andet vigtigt punkt i "dobbeltspiral" -modellen besidder DNA -nukleinsyrens nukleotider et sådant arrangement, at nitrogenholdige baser er orienteret mod hver aksels midterakse, mens pentoser og phosphatgrupper danner stilladset. det sidste.

HVAD ER PENTOSEN AF DNA?

Pentosen, der udgør nukleotiderne i DNA -nukleinsyren, er deoxyribose.
Dette 5-kulissukker skyldes sit navn til manglen på ilt på kulstof 2. Deoxyribose betyder trods alt "fri for ilt".

Figur: deoxyribose.

På grund af tilstedeværelsen af ​​deoxyribose kaldes nukleotiderne i DNA -nukleinsyren deoxyribonucleotider.

TYPER AF NUKLEOTIDER OG NITROGENBASER

DNA -nukleinsyre har 4 forskellige typer deoxyribonukleotider.
For at skelne mellem de 4 forskellige typer deoxyribonukleotider er kun nitrogenbasen, der er knyttet til dannelsen af ​​pentose-phosphatgruppen (som i modsætning til nitrogenbasen aldrig varierer).
Af indlysende årsager er derfor nitrogenholdige baser af DNA 4, specifikt: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T).
Adenin og guanin tilhører klassen af ​​puriner, aromatiske heterocykliske forbindelser med dobbelt ring.
Cytosin og thymin falder derimod i kategorien pyrimidiner, enkeltring aromatiske heterocykliske forbindelser.
Med modellen "double helix" forklarede Watson og Crick også, hvad der er organiseringen af ​​nitrogenholdige baser inde i DNA'et:

• Hver nitrogenholdig base af et filament forbinder ved hjælp af hydrogenbindinger en nitrogenholdig base, der er til stede på det antiparallelle filament, og danner effektivt et par, en parring, af baser.
• Parringen mellem de nitrogenholdige baser i de to filamenter er meget specifik, faktisk binder adenin sig kun til thymin, mens cytosin kun binder sig til guanin.
  Denne vigtige opdagelse fik molekylærbiologer og genetikere til at møntere udtrykkene "komplementaritet mellem nitrogenholdige baser" og "komplementær parring mellem nitrogenholdige baser" for at angive det unikke ved binding af adenin med thymin og cytosin med guanin. .

HVOR BØR DET INDE I DE LEVENDE CELLER?

I eukaryote organismer (dyr, planter, svampe og protister) ligger DNA -nukleinsyren i kernen af ​​alle celler, der har denne cellulære struktur.

I prokaryote organismer (bakterier og archaea) bor DNA -nukleinsyren imidlertid i cytoplasmaet, da prokaryote celler mangler kernen.

RNA

Mellem de to nukleinsyrer, der findes i naturen, repræsenterer RNA det biologiske makromolekyle, der oversætter DNA -nukleotiderne til aminosyrerne, der udgør proteinerne (proteinsynteseprocessen).
Faktisk er nukleinsyre -RNA sammenligneligt med en ordbog med genetisk information, rapporteret om nukleinsyre -DNA.
Akronymet RNA betyder ribonukleinsyre.

FORSKELLER, AT DET SKELNER DET FRA DNA

Nukleinsyre -RNA har flere forskelle i forhold til DNA:

• RNA er et mindre biologisk molekyle end DNA, der normalt består af en enkelt streng af nukleotider.
• Pentosen, der udgør nukleotiderne i ribonukleinsyre, er ribose. I modsætning til deoxyribose har ribose et oxygenatom på carbon 2.
  Det skyldes tilstedeværelsen af ​​ribosesukker, at biologer og kemikere har tildelt navnet ribonukleinsyre til RNA.
• RNA -nukleotider er også kendt som ribonukleotider.
• Nukleinsyre -RNA deler kun 3 ud af 4 nitrogenholdige baser med DNA. Faktisk har den i stedet for thymin den nitrogenholdige base uracil.
• RNA kan opholde sig i forskellige rum i cellen, fra kernen til cytoplasma.

Typer af RNA

Figur: ribose.

Inden for levende celler findes nukleinsyre -RNA i fire hovedformer: transport -RNA (eller RNA -overførsel eller tRNA), messenger -RNA (eller RNA messenger eller mRNA), ribosomalt RNA (eller ribosomalt RNA eller rRNA) og det lille nukleare RNA (o lille nukleart RNA eller snRNA).
Selvom de spiller forskellige specifikke roller, samarbejder de fire førnævnte former for RNA om et fælles mål: syntesen af ​​proteiner, startende fra nukleotidsekvenserne til stede i DNA'et.

Kunstige modeller

I de seneste årtier har molekylærbiologer i laboratoriet syntetiseret flere nukleinsyrer identificeret med adjektivet "kunstig".
Blandt de kunstige nukleinsyrer fortjener en særlig omtale: TNA, PNA, LNA og GNA.