Charakteristiky nukleových kyselín, funkcie, štruktúra

Ten nukleové kyseliny Sú to veľké biomolekuly tvorené jednotkami alebo monomérmi nazývanými nukleotidmi. Majú na starosti ukladanie a prenos genetických informácií. Zúčastňujú sa tiež na každom z krokov syntézy proteínov.

Štruktúrne je každý nukleotid tvorený fosfátovou skupinou, päťkarbónovým cukrom a heterocyklickou dusíkovou bázou (A, T, C, G a U). Fyziologické pH, nukleové kyseliny sú negatívne nabité, sú rozpustné vo vode, tvoria viskózne roztoky a sú dosť stabilné.

Zdroj: Pixabay.com

Existujú dva hlavné typy nukleových kyselín: DNA a RNA. Zloženie oboch nukleových kyselín je podobné: v obidvoch nachádzame sériu nukleotidov zjednotených fosfodiésterovými väzbami. Avšak v DNA nájdeme Timinu (T) a v RNA uracil (u).

DNA je dlhšia a je v konformácii s dvojitou vrstvou a RNA je tvorená jediným vláknom. Tieto molekuly sú prítomné vo všetkých živých organizmoch, od vírusu po veľké cicavce.

[TOC]

Historická perspektíva

Objav nukleových kyselín

Objav nukleových kyselín siaha až do roku 1869, keď Friedrich Miescher identifikoval chromatín. Vo svojich experimentoch Miescher urobil z jadra extrakciu želatínového materiálu konzistencie a zistil, že táto látka bola bohatá na fosforu.

Tajomný materiál bol spočiatku označený ako „nukleín“. Následné experimenty s nukleínom dospeli k záveru, že to nie je len bohaté na fosfor, ale aj na uhľohydráty a organické základne.

Phoebus Levene zistil, že nukleín bol lineárny polymér. Aj keď boli známe základné chemické vlastnosti nukleových kyselín, nepovažovalo sa za to, že medzi týmto polymérom a dedičným materiálom živých bytostí existoval vzťah.

DNA Funkcia Discovery

V polovici 40. rokov bolo pre biológov trochu presvedčivé od okamihu, keď molekula zodpovedná za prenos a ukladanie informácií o organizme býva v molekule s konformáciou tak jednoduchou ako DNA - zložená zo štyroch monomérov (nukleotidy) veľmi podobné.

Proteíny, polyméry zložené z 20 typov aminokyselín, sa zdali byť v čase pravdepodobnejších kandidátov na dedičskú molekulu.

Táto vízia sa zmenila v roku 1928, keď výskumný pracovník Fred Griffith mal podozrenie, že jadro sa podieľa na dedičstve. Nakoniec, v roku 1944 sa Oswaldovi Averyovi podarilo uzavrieť dôkladné dôkazy, že DNA obsahovala genetické informácie.

DNA tak prešla z nudnej a monotónnej molekuly, ktorá bola vytvorená iba štyrmi štrukturálnymi blokmi, na molekulu, ktorá umožňuje ukladanie obrovského počtu informácií a ktorá ich dokáže udržať a prenášať presným, presným a účinným spôsobom.

Objavenie štruktúry DNA

Rok 1953 bol revolučným pre biologické vedy, pretože vedci James Watson a Francis Crick objasnili správnu štruktúru DNA.

Na základe analýzy vzorov reflexie X -BAY, výsledky Watsona a Cricka naznačovali, že molekula je dvojitá špirála, kde fosfátové skupiny tvoria vonkajšiu kostru a základy sa premietajú.

Analógia rebríka sa všeobecne používa, kde zábradlie zodpovedajú fosforečnanom a krokom k základni.

Objavenie DNA

V posledných dvoch desaťročiach sa vyskytol mimoriadny pokrok v biológii, vedený sekvenovaním DNA. Vďaka technologickému pokroku máme dnes v potrebnej technológii vedieť s pomerne vysokou presnosťou sekvenciu DNA - podľa „sekvencie“ máme na mysli poradie základní.

Spočiatku, objasnenie sekvencie bolo drahou udalosťou a vyžadovalo veľa času na dokončenie. V súčasnosti nie je problém poznať sekvenciu celých genómov.

Charakteristika

Zaťaženie a rozpustnosť

Ako už názov napovedá, povaha nukleových kyselín je kyslá a sú molekuly s vysokou rozpustnosťou vody; to znamená, že sú hydrofilný. Pri fyziologickom pH je molekula negatívne nabitá prítomnosťou fosfátových skupín.

V dôsledku toho sú proteíny, s ktorými je DNA spojená. Správna asociácia DNA je rozhodujúca pre balenie v bunkách.

Hrebeň

Viskozita nukleovej kyseliny závisí od toho, či ide o dvojité alebo jednoduché pásmo. DNA dvojitého pásma tvorí roztoky s vysokou viskozitou, pretože jej štruktúra je tuhá, protichodná rezistencia voči deformácii. Okrem toho sú to extrémne dlhé molekuly vo vzťahu k jeho priemeru.

Na rozdiel od toho existujú aj roztoky nukleových kyselín v jednoduchom pásme, ktoré sa vyznačujú zníženou viskozitou.

Stabilita

Ďalšou charakteristikou nukleových kyselín je ich stabilita. Prirodzene, molekula s takou nevyhnutnou prácou, pretože skladovanie dedičstva musí byť veľmi stabilná.

V porovnaní s tým je DNA stabilnejšia ako RNA, pretože nemá hydroxylovú skupinu.

Je možné, že táto chemická charakteristika mala dôležitú úlohu pri vývoji nukleových kyselín a pri výbere DNA ako dedičného materiálu.

Môže vám slúžiť: protokoperácia

Podľa hypotetických prechodov, ktoré niektorí autori vzniesli, bola RNA nahradená DNA v evolučnej budúcnosti. Dnes však existujú niektoré vírusy, ktoré používajú RNA ako genetický materiál.

Ultrafialová absorpcia svetla

Absorpcia nukleových kyselín tiež závisí, či v dvojitom pásme alebo v jednoduchom pásme. Absorpčný vrchol krúžkov vo svojej štruktúre je 260 nanometrov (NM).

Keď sa reťaz DNA dvojitého pásma začína oddeliť, zvyšuje sa absorpcia uvedenej vlnovej dĺžky, pretože krúžky, ktoré tvoria nukleotidy.

Tento parameter je dôležitý pre molekulárnych biológov v laboratóriu, pretože meraním absorpcie môžu odhadnúť množstvo DNA, ktorá existuje vo svojich vzorkách. Znalosť vlastností DNA vo všeobecnosti prispieva k jej čisteniu a liečbe v laboratóriách.

Klasifikácia (typy)

Dve hlavné nukleové kyseliny sú DNA a RNA. Obidve sú súčasťou všetkých živých bytostí. DNA sú skratkou kyseliny deoxyribonukleovej a RNA pre kyselinu ribonukleovú. Obe molekuly majú základnú úlohu pri dedičnosti a syntéze proteínov.

DNA je molekula, ktorá ukladá všetky potrebné informácie na vývoj organizmu a je zoskupená do funkčných jednotiek nazývaných gény. RNA je zodpovedná za prijímanie týchto informácií a spolu s proteínovými komplexmi prekladá informácie o nukleotidovom reťazci do aminokyselinového reťazca.

RNA reťazce môžu mať dlhé alebo niekoľko tisíc nukleotidov, zatiaľ čo DNA reťazce presahujú milióny nukleotidov a môžu sa vizualizovať za svetla optického mikroskopu, ak sú farbené farbivami.

Základné štrukturálne rozdiely medzi týmito dvoma molekulami ich podrobne opisujú v nasledujúcej časti.

RNA

V bunkách existujú rôzne typy RNA, ktoré spolu pracujú na orchestácii syntézy proteínov. Tri hlavné typy RNA sú posol, ribozomálny a prenos.

Messenger RNA

Messenger RNA je zodpovedná za kopírovanie správy, ktorá existuje v DNA, a prepravovanie ju do syntézy proteínov, ktorá sa odohráva v štruktúrach nazývaných ribozómy.

Ribozomálna RNA

Ribozomálna RNA je súčasťou tohto základného strojového zariadenia: ribozóm. Del Ribosoma, 60% sa tvorí ribosoma RNA a zvyšok je obsadený takmer 80 rôznymi proteínmi.

Prenosová RNA

Prenos RNA je druh molekulárneho adaptéra, ktorý prepravuje aminokyseliny (štrukturálne bloky proteínov) na ribozóm, ktorý sa má začleniť.

RNA malá

Okrem týchto troch základných typov existuje aj ďalšia séria RNA, ktoré sa nedávno objavili a ktoré majú podstatnú úlohu v syntéze proteínov a pri expresii génov.

Malé jadrové RNA, skrátene ako snRNA sa zúčastňujú ako katalytické entity v Spojenie (Proces pozostávajúci z eliminácie intrónov) Messenger RNA.

Malé alebo snorové jadrové RNA sú zapojené do spracovania prepisov ribozomálnych pre-ann, ktoré budú súčasťou ribozómovej podjednotky. K tomu dochádza v jadre.

Krátke RNA interferencie a mikroarnu sú malé RNA sekvencie, ktorých hlavnou úlohou je modulácia génovej expresie. Mikroarn sú kódované z DNA, ale nepokračuje v ich proteínovom translácii. Sú to monokatenari a môžu byť doplnené správou RNA, ktorá inhibuje ich proteínový transláciu.

Chemická štruktúra

Nukleové kyseliny sú dlhé reťazce polymérov vytvorených z monomérnych jednotiek nazývaných nukleotidy. Každý je zložený z:

Fosfátová skupina

Existujú štyri typy nukleotidov a tieto majú spoločnú štruktúru: fosfátová skupina spojená s pentózou prostredníctvom fosfodi -foil väzby. Prítomnosť fosfátov dáva molekule kyslý charakter. Fosfátová skupina je disociovaná na pH bunky, takže je negatívne načítaná.

Toto negatívne zaťaženie umožňuje spojenie nukleových kyselín s molekulami, ktorých zaťaženie je pozitívne.

Vo vnútri buniek a tiež v extracelulárnych tekutinách nájdeme malé množstvo nukleozidov. Toto sú molekuly tvorené všetkými zložkami nukleotidu, ale ktoré nemajú fosfátové skupiny.

Podľa nomenklatúry je nukleotid nukleozid, ktorý má jednu, dve alebo tri fosfátové skupiny esterifikované v hydroxyle umiestnenom v uhlíku 5 '. Nukleozidy s tromi fosfátmi sú zapojené do syntézy nukleových kyselín, hoci tiež spĺňajú ďalšie funkcie v bunke.

Penóza

Pentóza je monomérny uhľohydrát, ktorý tvoril päť atómov uhlíka. V DNA je pentóza deoxyribóza, ktorá sa vyznačuje stratou hydroxylovej skupiny v uhlíku 2 '. V RNA je pentóza ribóza.

Môže vám slúžiť: neo -charchizmus

Dusíka

Pantosa je zase spojená s organickou základňou. Identita nukleotidu je poskytovaná identitou základne. Existuje päť typov, skrátení jeho počiatočnými: adenín (A), guanín (G), cytozín (C), Timina (T) a Uracil (U).

Je bežné, že v literatúre zistíme, že používajú týchto päť písmen na označenie celého nukleotidu. Presne povedané, sú to iba časť nukleotidu.

Prvé tri, A, G a C, sú spoločné pre DNA aj RNA. Zatiaľ čo T je jedinečný pre DNA a Uracil je obmedzený na molekulu RNA.

Štruktúrne sú základy heterocyklické chemické zlúčeniny, ktorých krúžky sa skladajú z molekúl uhlíka a dusíka. A a G tvoria niekoľko fúzovaných prsteňov a patria do skupiny Purinas. Zostávajúce základne patria do pyrimidínov a ich štruktúra je tvorená jediným kruhom.

Je bežné, že v obidvoch typoch nukleových kyselín nájdeme sériu modifikovaných báz, ako je ďalšia metylová skupina.

Keď dôjde k tejto udalosti, hovoríme, že základňa je metylovaná. V prokaryotoch sa zvyčajne nachádzajú metylované adeníny a v prokaryotoch aj v eukaryotoch môžu mať cytozíny ďalšiu metódu.

Ako je polymerizácia?

Ako sme už spomenuli, nukleové kyseliny sú dlhé reťazce tvorené monomérmi - nukleotidmi. Na vytvorenie reťazcov sú spojené konkrétnym spôsobom.

Keď nukleotidový polymerizán, hydroxylová skupina (-OH), ktorá sa nachádza v 3 'uhlíku cukru jedného z nukleotidov, tvorí esterový typ spojenia s fosfátovou skupinou z inej nukleotidovej molekuly. Počas tvorby tohto spojenia dochádza k eliminácii molekuly vody.

Tento typ reakcie sa nazýva „kondenzačná reakcia“ a je veľmi podobná tomu, čo sa vyskytuje, keď peptidové väzby proteínov medzi dvoma aminokyselinovými odpadami. Prepojenia medzi každým párom nukleotidov sa nazývajú fosfodiéster.

Rovnako ako v polypeptidoch, reťazce nukleových kyselín majú na svojich koncoch dve chemické orientácie: jeden je 5 'koniec, ktorý obsahuje voľnú hydroxylovú skupinu alebo fosfátovú skupinu v 5' uhlíku terminálneho cukru, zatiaľ čo na konci 3 'sme našli A Hydroxylová skupina bez uhlíka 3 '.

Predstavte si, že každý blok DNA je blok hry LEGO, s jedným koncom, ktorý sa vloží as voľným otvorom, kde sa môže vyskytnúť vloženie iného bloku. 5 'koniec fosfátom bude extrémny vložiť a 3' je analogický s voľným otvorom.

Iné nukleotidy

V bunke nájdeme iný typ nukleotidov so štruktúrou odlišnou od vyššie uvedenej štruktúry. Aj keď to nebudú súčasťou nukleových kyselín, hrajú veľmi dôležité biologické papiere.

Medzi najdôležitejšie máme okrem iného Mononucléido z Riboflaviny, známy ako FMN, koenzým A, dyukleotid Adenina a Nicotinamina, okrem iného.

RNA

Lineárna štruktúra polyméru nukleovej kyseliny zodpovedá primárna štruktúra týchto molekúl. Polinukleotidy majú tiež schopnosť vytvárať usporiadanie v troch rozmeroch stabilizovaných nekovalentnými silami - podobné skladaniu, ktoré nájdeme v proteínoch.

Aj keď je primárne zloženie DNA a RNA dosť podobné (s výnimkou vyššie uvedených rozdielov), tvorba jej štruktúry sa výrazne líši. RNA bežne považujeme za jeden nukleotidový reťazec, hoci to môže mať rôzne usporiadanie.

Napríklad prenos RNA sú malé molekuly tvorené menej ako 100 nukleotidmi. Jeho typická sekundárna štruktúra je vo forme ďateliny s tromi ramenami. To znamená, že molekula RNA nájde doplnkové základne vo vnútri a dokáže sa zložiť na seba.

Ribozomálne RNA sú väčšie molekuly, ktoré majú komplexné trojrozmerné konformácie a majú sekundárnu a terciárnu štruktúru.

DNA štruktúra

Dvojica

Na rozdiel od lineárnej RNA usporiadanie DNA pozostáva z dvoch vzájomne prepojených prameňov. Tento štrukturálny rozdiel je rozhodujúci pre vykonávanie jeho špecifických funkcií. RNA nie je schopná tvoriť tento typ vrtule v dôsledku stérickej prekážky uloženej ďalšou OH skupinou, ktorá predstavuje jej cukor.

Komplementárnosť

Medzi základňami je komplementarita. To znamená, že jeho veľkosť, forma a chemické zloženie musia byť purány bahnité s pyrimidínom vodíkovými väzbami. Preto v prírodnej DNA zistíme, že A je takmer vždy spárovaná s T a G s C, čím vytvára mosty vodíka so svojimi spoločníkmi.

Páry báz medzi G a C sú spojené tromi vodíkovými mostmi, zatiaľ čo krútiaci moment A a T je slabší a iba dve vodíkové väzby ich udržiavajú pohromade.

Reláty DNA sa môžu oddeliť (k tomu dochádza v bunke aj v laboratórnych postupoch) a potrebné teplo závisí od množstva GC, ktoré má molekula: čím vyššia je, tým viac energie bude potrebná na jeho oddelenie.

Môže vám slúžiť: Mendelské zákony

Orientácia na prameň

Ďalšou charakteristikou DNA je jej opačná orientácia: zatiaľ čo prameň beží v 5 ' - 3' smerovanie, jeho partner je v smere 3'- 5 '.

Prírodné konformácie a v laboratóriu

Štruktúra alebo konformácia, ktorú v prírode normálne nachádzame, sa nazýva DNA B. Toto sa vyznačuje tým, že má 10,4 nukleotidov pre každé kolo, oddelené vzdialenosťou 3,4. DNA B sa otočí doprava.

Tento vzorec vedie k výskytu dvoch drážok, jedného hlavného a jedného menšieho.

V nukleových kyselinách tvorených v laboratórnych (syntetických) iných konformáciách, ktoré sa tiež objavujú vo veľmi špecifických podmienkach. Tieto sú DNA A a DNA Z.

Variant A tiež vykonáva správny zákrut, hoci je kratší a trochu širší ako prírodný. Molekula získa tento tvar, keď vlhkosť klesá. Otáčajte každých 11 párov báz.

Posledným variantom je Z, charakterizovaný tým, že je úzky a odbočením vľavo. Tvoje ho skupina hexanukleotidov, ktoré sú zoskupené do duplexu antipaallových reťazcov.

Funkcia

DNA: Dedičská molekula

DNA je molekula, ktorá dokáže ukladať informácie. Život, ako to poznáme na našej planéte, závisí od schopnosti uložiť a prekladať takéto informácie.

Pre bunku je DNA druh kníhkupectva, kde sa nachádzajú všetky potrebné pokyny na výrobu, vývoj a údržbu živého organizmu.

V molekule DNA nachádzame organizáciu diskrétnych funkčných entít nazývaných gény. Niektoré z nich budú prevezené na bielkoviny, zatiaľ čo iné budú plniť regulačné funkcie.

Štruktúra DNA, ktorú opisujeme v predchádzajúcej časti, je kľúčom k vykonávaniu jej funkcií. Vrtuľa musí byť schopná ľahko sa oddeliť a pripojiť sa k vlastnosti kľúčov pre udalosti replikácie a transkripcie.

DNA sa nachádza v prokaryotoch na špecifickom mieste svojej cytoplazmy, zatiaľ čo v eukaryotoch sa nachádza v jadre.

RNA: Multifunkčná molekula

Papier v syntéze proteínov

RNA je nukleová kyselina, ktorú nachádzame v rôznych štádiách syntézy proteínov a pri regulácii génovej expresie.

Syntéza proteínov začína transkripciou správy šifrovanej v DNA na molekulu Messenger RNA. Potom musí posol eliminovať porcie, ktoré sa nebudú preložené, známe ako intróny.

Na transláciu správy RNA na zvyšky aminokyselín sú potrebné dve ďalšie zložky: ribozomálna RNA, ktorá je súčasťou ribozómov a prenosová RNA, ktorá bude prepravovať aminokyseliny a bude mať na starosti vloženie správneho aminokyselina do peptidového reťazca pri tréningu.

Inými slovami, každý hlavný typ RNA má v tomto procese zásadnú úlohu. Táto priechod DNA do posla a to konečne na proteíny je to, čo biológovia nazývajú „centrálna dogma biológie“.

Keďže však veda nemôže byť založená na dogmách, existujú rôzne prípady, keď tento predpoklad nie je splnený, napríklad retrovírus.

Úloha

Vyššie uvedená RNA sa nepriamo zúčastňuje na syntéze, zorganizuje syntézu Messenger RNA a zúčastňuje sa na regulácii expresie.

Napríklad v bunke sú rôzne poslovia, ktorí sú regulovaní malými RNA, ktoré majú k tomu doplnkovú sekvenciu. Ak malé páry RNA k správe môžu rozdeliť posla, čím sa zabráni jeho prekladu. Existuje viac procesov, ktoré sú regulované týmto spôsobom.

Odkazy

1. Alberts, b., Bray, D., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2015). Základná bunková biológia. Girlandská veda.
2. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, L. (2002). Biochémia. 5. vydanie. W h freeman.
3. Cooper, G. M., & Hausman, R. A. (2000). Bunka: Priblížte sa molekulárne. Sinaueroví spolupracovníci.
4. Curtis, h., & Barnes, n. Siež. (1994). Pozvanie na biológiu. Macmillan.
5. Fierro, a. (2001). Stručná história objavu štruktúry DNA. Rev Clinic Medicine Las Condes, dvadsať, 71-75.
6. Forterre, P., Filée, J. & Myllykallio, h. (2000-2013) Pôvod a vývoj replikačných strojov DNA a DNA. : Databáza Madame Curie Bioscience [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, G. (2009). Bunková a molekulárna biológia: koncepty a experimenty. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, r., Margulis, L., & Gold, J. (1988). Evolučný prechod z RNA na DNA v skorých bunkách. Journal of Molecular Evolution, 27(4), 283-290.
9. Ubytovňa, h., Berk, a., Darnell, J. A., Kaiser, C. Do., Krieger, m., Scott, m. P.,… & Matsudaira, str. (2008). Biológia molekulárnych buniek. Macmillan.
10. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biochémia. Edimatizovať. Pan -American Medical.
11. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (1999). Základná biochémia. Nový York: John Willey a synovia.