Vispārība
Nukleīnskābes ir lielas bioloģiskās molekulas DNS un RNS, kuru klātbūtne un pareiza darbība dzīvās šūnās ir būtiska pēdējo izdzīvošanai.
Ģenērisko nukleīnskābi iegūst no daudzu nukleotīdu savienošanas lineārās ķēdēs.
Attēls: DNS molekula.
Nukleotīdi ir mazas molekulas, kuru sastāvā ir trīs elementi: fosfātu grupa, slāpekļa bāze un 5 oglekļa cukurs.
Nukleīnskābes ir vitāli svarīgas organisma izdzīvošanai, jo tās sadarbojas olbaltumvielu, molekulu, kas ir būtiskas šūnu mehānismu pareizai ieviešanai, sintēzē.
DNS un RNS dažos aspektos atšķiras viens no otra.
Piemēram, DNS ir divas antiparalēlas nukleotīdu ķēdes, un tajā ir 5-oglekļa cukura dezoksiriboze. No otras puses, RNS parasti ir viena nukleotīdu ķēde, un tai ir riboze kā cukurs ar 5 oglekļa atomiem.
Kas ir nukleīnskābes?
Nukleīnskābes ir bioloģiskas makromolekulas DNS un RNS, kuru klātbūtne dzīvo būtņu šūnās ir būtiska pēdējo izdzīvošanai un pareizai attīstībai.
Saskaņā ar citu definīciju nukleīnskābes ir biopolimēri, kas rodas, apvienojot lielu skaitu nukleotīdu garās lineārās ķēdēs.
Biopolimērs vai dabisks polimērs ir liels bioloģisks savienojums, kas sastāv no molekulārām vienībām, kuras ir vienādas un kuras sauc par monomēriem.
Kodolskābes: KURŠ IR IZMANTOTS?
Nukleīnskābes atrodas ne tikai eikariotu un prokariotu organismu šūnās, bet arī šūnu dzīvības formās, piemēram, vīrusos, un šūnu organellās, piemēram, mitohondrijos un hloroplastos.
Vispārējā struktūra
Pamatojoties uz iepriekšminētajām definīcijām, nukleotīdi ir molekulārās vienības, kas veido nukleīnskābju DNS un RNS.
Tāpēc tie pārstāvēs šīs nodaļas galveno tēmu, kas veltīta nukleīnskābju struktūrai.
VISPĀRĪGA NUKLEOTĪDA STRUKTŪRA
Vispārējs nukleotīds ir organiska rakstura savienojums, kas ir trīs elementu savienojuma rezultāts:
- Fosfātu grupa, kas ir fosforskābes atvasinājums;
- Pentoze, tas ir, cukurs ar 5 oglekļa atomiem;
- Slāpekļa bāze, kas ir aromātiska heterocikliska molekula.
Pentoze ir nukleotīdu centrālais elements, jo fosfātu grupa un slāpekļa bāze saistās ar to.
Attēls: Elementi, kas veido vispārēju nukleīnskābes nukleotīdu. Kā redzams, fosfātu grupa un slāpekļa bāze saistās ar cukuru.
Ķīmiskā saite, kas satur pentozi un fosfātu grupu kopā, ir fosfodiestera saite, bet ķīmiskā saite, kas saista pentozi un slāpekļa bāzi, ir N-glikozīdu saite.
KĀ PENTOSS PIEDALĀS DAŽĀDĀS SAITĒS AR CITIEM elementiem?
Priekšnoteikums: ķīmiķi ir domājuši numurēt oglekli, kas veido organiskās molekulas, tā, lai vienkāršotu to izpēti un aprakstu. Lūk, 5 pentozes oglekļi kļūst par: oglekli 1, oglekli 2, oglekli 3, oglekli 4 un oglekli 5.
Numuru piešķiršanas kritērijs ir diezgan sarežģīts, tāpēc uzskatām, ka ir lietderīgi paskaidrot.
No 5 oglekļiem, kas veido nukleotīdu pentozi, tie, kas iesaistīti saitēs ar slāpekļa bāzi un fosfātu grupu, ir attiecīgi ogleklis 1 un ogleklis 5.
- Pentozes ogleklis 1 → N-glikozīdiskā saite → slāpekļa bāze
- Pentozes ogleklis 5 → fosfodiestera saite → fosfātu grupa
KĀDA ĶĪMISKĀS SAISTES SAISTĪŠANA NUKLEOTĪDU NUKLEOTĪDUS?
Attēls: pentozes struktūra, tās veidojošo oglekļu numerācija un saites ar slāpekļa bāzi un fosfātu grupu.
Sastādot nukleīnskābes, nukleotīdi sakārtojas garās lineārās ķēdēs, labāk pazīstamas kā pavedieni.
Katrs nukleotīds, kas veido šos garos pavedienus, saistās ar nākamo nukleotīdu, izmantojot fosfodiestera saiti starp tās pentozes oglekli 3 un tūlīt pēc tam esošā nukleotīda fosfātu grupu.
IZMAKSAS
Nukleotīdu pavedieniem (vai polinukleotīdu pavedieniem), kas veido nukleīnskābes, ir divi gali, kas pazīstami kā 5 "beigas (lasiet" pieci galvenie ") un 3" gali (lasiet "trīs galvenie"). Pēc vienošanās biologi un ģenētiķi ir noskaidrojuši, ka “beigas 5” apzīmē nukleīnskābi veidojošās šķipsnas galvu, bet “beigas 3” - asti.
No ķīmiskā viedokļa nukleīnskābju "5 gals" sakrīt ar ķēdes pirmā nukleotīda fosfātu grupu, bet nukleīnskābju "3 gals" - ar oglekļa 3 hidroksilgrupu (OH) grupu no pēdējā nukleotīda.
Pamatojoties uz šo organizāciju, grāmatās par ģenētiku un molekulāro bioloģiju nukleīnskābes nukleotīdu šķiedras ir aprakstītas šādi: P -5 "→ 3" -OH.
* Piezīme: burts P norāda fosfātu grupas fosfora atomu.
Piemērojot jēdzienus 5 "beigas un 3" beigas vienam nukleotīdam, pēdējā "5 gals" ir fosfātu grupa, kas saistīta ar oglekli 5, bet tā 3 "gals ir hidroksilgrupa, kas savienota ar oglekli 3.
Abos gadījumos s "aicina lasītāju pievērst uzmanību skaitliskajam atkārtojumam: beigas 5" - fosfātu grupa uz oglekļa 5 un beigas 3 " - hidroksilgrupa uz oglekļa 3.
Vispārējā funkcija
Nukleīnskābes satur, transportē, atšifrē un izsaka ģenētisko informāciju proteīnos.
Olbaltumvielas, kas sastāv no aminoskābēm, ir bioloģiskas makromolekulas, kurām ir būtiska loma dzīvā organisma šūnu mehānismu regulēšanā.
Ģenētiskā informācija ir atkarīga no nukleotīdu secības, kas veido nukleīnskābju pavedienus.
Mājieni par vēsturi
Atzinība par nukleīnskābju atklāšanu, kas notika 1869. gadā, pieder Šveices ārstam un biologam Frīdriham Miesheram.
Miescher izdarīja savus secinājumus, pētot leikocītu šūnu kodolu, lai labāk izprastu to iekšējo sastāvu.
Mieshera eksperimenti bija pagrieziena punkts molekulārās bioloģijas un ģenētikas jomā, jo tie uzsāka virkni pētījumu, kuru rezultātā tika identificēta DNS struktūra (Vatsons un Kriks, 1953. gadā) un RNS, kā arī zināšanas par ģenētisko mantojumu un precīzu olbaltumvielu sintēzes procesu noteikšanu.
VĀRDU IZCELSME
Nukleīnskābēm ir šis nosaukums, jo Mieshers tās identificēja leikocītu kodolā (kodols - nukleīns) un atklāja, ka tās satur fosfātu grupu, fosforskābes atvasinājumu (fosforskābes atvasinājums - skābes).
DNS
Starp zināmajām nukleīnskābēm DNS ir vispazīstamākā, jo tā pārstāv ģenētiskās informācijas (vai gēnu) krātuvi, kas kalpo, lai virzītu dzīva organisma šūnu attīstību un augšanu.
Saīsinājums DNS nozīmē dezoksiribonukleīnskābi vai dezoksiribonukleīnskābi.
DIVĀS HELIKS
1953. gadā, lai izskaidrotu "nukleīnskābju DNS struktūru, biologi Džeimss Vatsons un Frensiss Kriks ierosināja tā sauktās" dubultās spirāles "modeli, kas vēlāk izrādījās pareizs.
Saskaņā ar "dubultās spirāles" modeli DNS ir liela molekula, kas rodas, savienojot divus garus antiparalēlas nukleotīdu pavedienus un savijot tos savā starpā.
Termins "antiparalēls" norāda, ka abiem pavedieniem ir pretēja orientācija, tas ir: viena kvēldiega galva un aste attiecīgi mijiedarbojas ar otra kvēldiega asti un galvu.
Saskaņā ar vēl vienu svarīgu "dubultās spirāles" modeļa punktu DNS nukleīnskābes nukleotīdiem ir tāds izkārtojums, ka slāpekļa bāzes ir vērstas uz katras spirāles centrālo asi, bet pentozes un fosfātu grupas veido sastatnes. pēdējais.
KAS IR DNS PENTOSA?
Pentoze, kas veido DNS nukleīnskābes nukleotīdus, ir dezoksiriboze.
Šis 5 oglekļa cukurs ir nosaukts par skābekļa trūkumu ogleklī 2. Galu galā dezoksiriboze nozīmē "bez skābekļa".
Attēls: dezoksiriboze.
Sakarā ar dezoksiribozes klātbūtni DNS nukleīnskābes nukleotīdus sauc par dezoksiribonukleotīdiem.
NUKLEOTĪDU VEIDI UN SLĀPEKĻA BĀZES
DNS nukleīnskābē ir 4 dažādi dezoksiribonukleotīdu veidi.
Lai atšķirtu 4 dažādus dezoksiribonukleotīdu veidus, ir tikai slāpekļa bāze, kas saistīta ar pentozes-fosfātu grupas veidošanos (kas atšķirībā no slāpekļa bāzes nekad nemainās).
Tāpēc acīmredzamu iemeslu dēļ DNS slāpekļa bāzes ir 4, īpaši: adenīns (A), guanīns (G), citozīns (C) un timīns (T).
Adenīns un guanīns pieder purīnu, aromātisko divgredzenu heterociklisko savienojumu klasei.
Savukārt citozīns un timīns ietilpst pirimidīnu, viena gredzena aromātisko heterociklisko savienojumu kategorijā.
Ar "dubultās spirāles" modeli Vatsons un Kriks arī paskaidroja, kāda ir slāpekļa bāzu organizācija DNS iekšienē:
- Katra kvēldiega slāpekļa bāze, izmantojot ūdeņraža saites, savienojas ar slāpekļa bāzi, kas atrodas uz antiparalēlā kvēldiega, efektīvi veidojot bāzu pāri.
- Pāris starp abu pavedienu slāpekļa bāzēm ir ļoti specifisks. Faktiski adenīns saistās tikai ar timīnu, bet citozīns tikai ar guanīnu.
Šis svarīgais atklājums lika molekulārajiem biologiem un ģenētiķiem izdomāt terminus "komplementaritāte starp slāpekļa bāzēm" un "komplementāra savienošana starp slāpekļa bāzēm", lai norādītu uz adenīna saistīšanās unikalitāti ar timīnu un citozīnu ar guanīnu. .
KUR TĀ DZĪVO ŠŪNĀS?
Eikariotu organismos (dzīvnieki, augi, sēnītes un protisti) DNS nukleīnskābe atrodas visu šūnu kodolā ar šo šūnu struktūru.
Tomēr prokariotu organismos (baktērijas un arhejas) DNS nukleīnskābe atrodas citoplazmā, jo prokariotu šūnām trūkst kodola.
RNS
Starp divām dabā esošajām nukleīnskābēm RNS attēlo bioloģisko makromolekulu, kas pārvērš DNS nukleotīdus aminoskābēs, kas veido olbaltumvielas (olbaltumvielu sintēzes process).
Faktiski nukleīnskābju RNS ir salīdzināma ar ģenētiskās informācijas vārdnīcu, par kuru ziņots par nukleīnskābju DNS.
Akronīms RNS nozīmē ribonukleīnskābi.
Atšķirības, kas to atšķir no DNS
Nukleīnskābes RNS ir vairākas atšķirības salīdzinājumā ar DNS:
- RNS ir mazāka bioloģiskā molekula nekā DNS, kas parasti sastāv no vienas nukleotīdu virknes.
- Pentoze, kas veido ribonukleīnskābes nukleotīdus, ir riboze. Atšķirībā no dezoksiribozes, ribozē ir skābekļa atoms uz oglekļa 2.
Ribozes cukura klātbūtnes dēļ biologi un ķīmiķi ir piešķīruši RNS ribonukleīnskābes nosaukumu. - RNS nukleotīdi ir pazīstami arī kā ribonukleotīdi.
- Nukleīnskābes RNS ar DNS ir tikai 3 no 4 slāpekļa bāzēm. Faktiski timīna vietā tam ir slāpekļa bāze uracil.
- RNS var atrasties dažādos šūnas nodalījumos, sākot no kodola līdz citoplazmai.
RNS VEIDI
Attēls: riboze.
Dzīvās šūnās nukleīnskābju RNS pastāv četrās galvenajās formās: transporta RNS (vai RNS nodošana vai tRNS), kurjera RNS (vai RNS kurjers vai mRNS), ribosomu RNS (vai ribosomu RNS vai rRNS) un mazā kodola RNS (o maza kodola RNS vai snRNS).
Lai gan tām ir dažādas specifiskas lomas, četras iepriekš minētās RNS formas sadarbojas kopīga mērķa sasniegšanai: olbaltumvielu sintēze, sākot no DNS esošajām nukleotīdu sekvencēm.
Mākslīgie modeļi
Pēdējos gadu desmitos molekulārie biologi laboratorijā ir sintezējuši vairākas nukleīnskābes, kas identificētas ar īpašības vārdu "mākslīgais".
Starp mākslīgajām nukleīnskābēm ir vērts pieminēt: TNA, PNA, LNA un GNA.
