Nukleové kyseliny: struktura a funkce. Biologická role nukleových kyselin

Nukleové kyseliny uchovávají a předávají genetické informace, které dědíme od našich předků. Máte-li děti, budou vaše genetické informace v genomu rekombinovány a spojeny s genetickými informacemi vašeho partnera. Váš vlastní genom je duplikován vždy, když je každá buňka rozdělena. Dále, nukleové kyseliny obsahovat určité segmenty, tzv geny, které jsou odpovědné za syntézu všech proteinů v buňkách. Vlastnosti genů kontrolují biologické vlastnosti vašeho těla.

Obecné informace

Existují dvě třídy nukleové kyseliny: kyselina deoxyribonukleová (lépe známý jako DNA) a ribonukleové kyseliny (lépe známá jako RNA).

DNA je gen obvod provazce podobně, který je nezbytný pro růst, vývoj a reprodukci života všech známých živých organismů a většina virů.

Změny DNA mnohobuněčných organismů povede ke změnám v následujících generacích.

DNA je biogenní substrát nacházející se ve všech existujících živých bytostech, od nejjednodušších živých organismů po vysoce organizované savce.

Mnoho virových částic (virionů) obsahuje RNA v jádře jako genetický materiál. Nicméně je třeba poznamenat, že viry leží na hranici animované a neživé přírody, protože bez buněčného aparátu hostitele zůstávají neaktivní.

Historické pozadí

V roce 1869 Friedrich Mischer izoloval jádra z leukocytů a zjistil, že obsahují látku bohatou na fosfor, kterou nazýval nuklein.

Hermann Fisher v 80. letech objevil purinové a pyrimidinové báze v nukleových kyselinách.

V roce 1884 R. Hertwig navrhl, že nukleové kyseliny jsou zodpovědné za přenos dědičných vlastností.

V roce 1899 představil Richard Altman výraz "jádrová kyselina".

A dokonce později ve 40. letech 20. století objevili vědci Kasperson a Brashe spojení nukleových kyselin a syntézy bílkovin.

Nukleotidy

Polynukleotidy jsou konstruovány ze souboru nukleotidů - monomerů, které jsou vzájemně spojeny do řetězců.

Ve struktuře nukleových kyselin se izolují nukleotidy, z nichž každá má následující strukturu:

• Dusíková báze.
• Pentosomový cukr.
• Fosfátová skupina.

Každý nukleotid obsahuje aromatickou bázi obsahující dusík připojenou k sacharidu pentosy (pěti uhlíků), který je zase připojen k zbytku kyseliny fosforečné. Takové monomery, které spolu spojují, tvoří polymerní řetězce. Jsou spojeny kovalentními vodíkovými vazbami vznikajícími mezi jednou fosforovou skupinou a jedním pentózovým cukrem jiného řetězce. Tyto odkazy se nazývají fosfodiester. Fosfodiesterové vazby tvoří kostru fosfátů a karbohydrátů (skeletu) DNA i RNA.

Deoxyribonukleotid

Zvažte vlastnosti nukleových kyselin v jádře. DNA tvoří chromozomální aparát jádra našich buněk. DNA obsahuje "programové instrukce" pro normální fungování buňky. Když buňka reprodukuje podobnou, jsou tyto instrukce přeneseny do nové buňky během mitózy. DNA má formu dvouvláknové makromolekuly zkroucené do dvojitého šroubovicového závitu.

Nukleová kyselina obsahuje fosfát-deoxyribózový sacharidový skelet a čtyři dusíkaté báze: adenin (A), guanin (D), cytosin (C) a thymin (T). V dvojvláknové spirále vytváří adenin pár s thyminem (A-T), guaninem s cytosinem (G-C).

V roce 1953 James D. Watson a Francis H.K. Creek navrhl trojrozměrnou strukturu DNA založenou na rentgenových krystalografických datech s nízkým rozlišením. Oni také odkazovali na poznatky biologa Erwin Chargaff, že množství thyminu v DNA je ekvivalentní množství adeninu a množství guaninu je ekvivalentní množství cytosinu. Watson a Creek, kteří si zasloužili Nobelovu cenu v roce 1962 za svůj přínos pro vědu, posunuli postulát, že dvě prameny polynukleotidů tvoří dvojitou šroubovice. Závity, i když jsou totožné, ale v opačném směru se otáčejí. Fosfátově-uhlíkové řetězce jsou umístěny na vnější straně spirály a základy leží uvnitř, kde se váží k základnám na jiném řetězci kovalentními vazbami.

Ribonukleotidy

RNA molekula existuje jako jednovláknová spirálová vlákna. Ve struktuře RNA je karbonátová a dusičnanová fosfát-ribózová báze: adenin, guanin, cytosin a uracil (U). Když je RNA transkribována na templát DNA, tvoří guanin pár s cytosinem (G-C) a adeninem s uracilem (A-U).

RNA fragmenty se používají k reprodukci bílkovin ve všech živých buňkách, což zajišťuje jejich trvalý růst a rozdělení.

Existují dvě hlavní funkce nukleových kyselin. Za prvé, pomáhají DNA tím, že slouží jako zprostředkovatelé, kteří přenášejí nezbytné dědičné informace nespočetné množství ribozomů v našem těle. Další primární funkcí RNA je poskytnout správnou aminokyselinu potřebnou pro každý ribozom k vytvoření nového proteinu. Existuje několik různých tříd RNA.

Informační RNA (mRNA nebo mRNA-matrix) je kopie základní sekvence oblasti DNA získané jako výsledek transkripce. Informační RNA zprostředkovává mezi DNA a ribosomy - buněčné organely, které berou aminokyseliny z transportní RNA a používají je pro konstrukci polypeptidového řetězce.

Transportní RNA (tRNA) aktivuje čtení dědičných dat z matricové RNA, v důsledku čehož probíhá proces translace syntézy ribonukleové kyseliny - proteinu. Také přenáší požadované aminokyseliny na místa, kde je protein syntetizován.

Ribosomální RNA (rRNA) je hlavní stavební materiál ribozomů. Vázá se na matricový ribonukleotid na určitém místě, kde je možné číst jeho informace, čímž se spustí proces překladu.

MikroRNA jsou malé molekuly RNA, které působí jako regulátory mnoha genů.

Funkce nukleových kyselin jsou nesmírně důležité pro život obecně a zvláště pro každou buňku. Téměř všechny funkce, které buňka provádí, jsou regulovány bílkovinami syntetizovanými s RNA a DNA. Enzymy, bílkovinné produkty, katalyzují všechny životně důležité procesy: dýchání, trávení, všechny druhy metabolismu.

Rozdíly mezi strukturou nukleových kyselin

Výrazné vlastnosti základů nukleových kyselin

Adenin a guanin jsou puriny ve svých vlastnostech. To znamená, že jejich molekulární struktura zahrnuje dva kondenzované benzenové kruhy. Cytosin a tymin se naopak odkazují na pyrimidiny a mají jeden benzenový kruh. RNA monomery budují své řetězce za použití adeninových, guaninových a cytosinových bází a namísto tyminu připojují uracil (Y). Každá z pyrimidinových a purinových bází má svou vlastní jedinečnou strukturu a vlastnosti, vlastní sadu funkčních skupin spojených s benzenovým kruhem.

Zvláštní jednopísmenové zkratky pro označení dusíkatých bází přijímají Molecular Biology: A, T, G, C, nebo D

Pentosomový cukr

Kromě odlišné sady dusíkatých bází se monomery DNA a RNA liší v složení pentózových cukrů. Pěti-atomový sacharid v DNA je deoxyribóza, zatímco v RNA je ribóza. Jsou téměř identické ve struktuře, s jediným rozdílem: ribóza přidává hydroxylovou skupinu a v deoxyribose je nahrazena atomem vodíku.

Závěry

Ve vývoji biologických druhů a kontinuitě života nemůže být role nukleových kyselin nadměrně zvýrazněna. Jako nedílná součást všech jader živých buněk jsou zodpovědní za aktivaci všech životních procesů, ke kterým dochází v buňkách.