Značilnosti, funkcije, funkcije, struktura

The nukleinska kislina Gre za velike biomolekule, ki jih tvorijo enote ali monomeri, imenovani nukleotidi. So zadolženi za shranjevanje in prenos genetskih informacij. Sodelujejo tudi v vsakem od korakov sinteze beljakovin.

Strukturno vsak nukleotid tvori fosfatna skupina, pet -ogljikov sladkor in heterociklični dušik (a, t, c, g in u). Fiziološki pH, nukleinske kisline so negativno nabiti, so topne v vodi, tvorijo viskozne rešitve in so precej stabilne.

Vir: Pixabay.com

Obstajata dve glavni vrsti nukleinskih kislin: DNK in RNA. Sestava obeh nukleinskih kislin je podobna: v obeh najdemo vrsto nukleotidov, združenih s fosfodiésterskimi vezmi. Vendar v DNK najdemo timino (t) in v RNA Uracil (U).

DNK je daljša in je v dvojni propelerski konformaciji, RNA pa tvori en sam pramen. Te molekule so prisotne v vseh živih organizmih, od virusov do velikih sesalcev.

[TOC]

Zgodovinska perspektiva

Odkritje nukleinskih kislin

Odkritje nukleinskih kislin sega v leto 1869, ko je Friedrich Miescher identificiral kromatin. V svojih poskusih je Miescher iz jedra izvlekel ekstrakcijo želatinske konsistentne materiala in ugotovil, da je ta snov bogata s fosforjem.

Sprva je bil skrivnostni material označen kot "jedro". Poznejši poskusi na nukleinu so ugotovili, da to ni samo bogato s fosforjem, ampak tudi z ogljikovimi hidrati in organskimi bazami.

Phoebus Levene je ugotovil, da je jedro linearni polimer. Čeprav so bile znane osnovne kemijske lastnosti nukleinskih kislin, ni veljalo, da obstaja povezava med tem polimerom in dednim materialom živih bitij.

Odkritje funkcij DNK

Sredi 40. let je bilo za biologe malo prepričljivo, da je molekula, zadolžena za prenos in shranjevanje informacij o organizmu podobno drug drugega.

Beljakovine, polimeri, sestavljeni iz 20 vrst aminokislin, so se zaenkrat zdeli bolj verjetni kandidati za dedovanje molekule.

Ta vizija se je spremenila leta 1928, ko je raziskovalec Fred Griffith sumil, da je jedro vpleteno v dedovanje. Končno je leta 1944 Oswald Avery uspel sklepati z močnimi dokazi, da DNK vsebuje genetske informacije.

Tako je DNK prešla od dolgočasne in monotone molekule, ki jo sestavljajo le štirje strukturni bloki, do molekule, ki omogoča shranjevanje neizmernega števila informacij, ki jih lahko ohrani in prenaša natančen, natančen in natančen način.

Odkritje strukture DNK

Leto 1953 je bilo revolucionar za biološke znanosti, saj sta raziskovalca Jamesa Watsona in Francis Crick razjasnila pravilno strukturo DNK.

Na podlagi analize vzorcev refleksije X -Ry so rezultati Watsona in Cricka nakazovali, da je molekula dvojna vijačnica, kjer fosfatne skupine tvorijo zunanje okostje, baze pa projicirajo.

Analogija lestvice se običajno uporablja, kjer ograje ustrezajo fosfatom in korakom do baz.

Odkrivanje sekvenciranja DNK

V zadnjih dveh desetletjih se je zgodil izredni napredek biologije, ki ga vodi zaporedje DNK. Zahvaljujoč tehnološkemu napredku, danes imamo v potrebni tehnologiji, da z dokaj visoko natančnostjo vemo zaporedje DNK - z "zaporedjem". Mislimo na vrstni red baz.

Sprva je bilo razjasnitev zaporedja drag dogodek in je bilo potrebno veliko časa za dokončanje. Trenutno ni problem poznavanja zaporedja celotnih genomov.

Značilnosti

Obremenitev in topnost

Kot že ime pove, je narava nukleinskih kislin kisla in so molekule z visoko topnostjo vode; Se pravi, da so hidrofilni. Pri fiziološkem pH se molekula negativno nabije s prisotnostjo fosfatov.

Zaradi tega so beljakovine, s katerimi je DNK povezan, bogat z aminokislinskimi ostanki s pozitivnimi obremenitvami. Pravilna povezava DNK je ključnega pomena za embalažo v celicah.

Goo

Viskoznost nukleinske kisline je odvisna od tega, ali je to dvojni ali preprost pas. DNK z dvojnim pasom tvori rešitve z visoko viskoznostjo, saj je njegova struktura toga, ki nasprotuje odpornosti proti deformaciji. Poleg tega so izjemno dolge molekule glede na njegov premer.

V nasprotju s so tudi raztopine nukleinske kisline v preprostem pasu, za katere je značilna zmanjšana viskoznost.

Stabilnost

Druga značilnost nukleinskih kislin je njihova stabilnost. Seveda mora biti molekula s tako nepogrešljivim delom, kot je skladiščenje dedovanja, zelo stabilna.

Primerjalno je DNK bolj stabilen kot RNA, saj nima hidroksilne skupine.

Možno je, da je imela ta kemična značilnost pomembno vlogo pri evoluciji nukleinskih kislin in pri izbiri DNK kot dednega materiala.

Lahko vam služi: protokoroperation

Glede na hipotetične prehode, ki so jih vzgajali nekateri avtorji, je RNA v evolucijski prihodnosti nadomestil DNK. Vendar danes obstaja nekaj virusov, ki uporabljajo RNA kot genetski material.

Ultravijolična absorpcija svetlobe

Absorpcija nukleinskih kislin je odvisna tudi v dvojnem pasu ali v preprostem pasu. Vrhunec obročev v njegovi strukturi je 260 nanometrov (NM).

Ko se niz dvojnega pasu začne ločevati, se absorpcija na omenjeno valovno dolžino poveča, saj so obroči, ki sestavljajo nukleotide, izpostavljeni.

Ta parameter je pomemben za molekularne biologe v laboratoriju, saj z merjenjem absorpcije lahko oceni količino DNK, ki obstaja v njihovih vzorcih. Na splošno poznavanje lastnosti DNK prispeva k njegovemu čiščenju in zdravljenju v laboratorijih.

Klasifikacija (vrste)

Dve glavni nukleinski kislini sta DNK in RNA. Oba sta sestavni deli vseh živih bitij. DNK so kratica za deoksiribonukleinsko kislino in RNA za ribonukleinsko kislino. Obe molekuli imata temeljno vlogo pri dedovanju in sintezi beljakovin.

DNK je molekula, ki shrani vse potrebne informacije za razvoj organizma in se razvrsti v funkcionalne enote, imenovane geni. RNA je odgovorna za jemanje teh informacij in skupaj z beljakovinskimi kompleksi prevede podatke o nukleotidni verigi v verigo aminokislin.

RNA verige imajo lahko dolge ali nekaj tisoč nukleotidov, medtem ko verige DNA presegajo milijone nukleotidov in jih je mogoče vizualizirati pod lučjo optičnega mikroskopa, če jih barvamo z barvili.

Osnovne strukturne razlike med obema molekulama jih bodo podrobno opisale v naslednjem razdelku.

RNA

V celicah obstajajo različne vrste RNA, ki skupaj delujejo pri orkestriranem sintezi beljakovin. Tri glavne vrste RNK so glasnik, ribosomal in prenos.

Messenger RNA

Messenger RNA je odgovorna za kopiranje sporočila, ki obstaja v DNK, in ga prevaža do sinteze beljakovin, ki poteka v strukturah, imenovanih ribosomi.

Ribosomska ali ribosomalna RNA

Ribosomalna RNA je del te esencialne stroje: ribosom. Del ribosoma, 60% tvori ribosoma RNA, ostalo pa zaseda skoraj 80 različnih beljakovin.

Prenos RNA

Prenosna RNA je nekakšen molekularni adapter, ki prevaža aminokisline (strukturne bloke beljakovin) v ribosom, ki jih je treba vključiti.

RNA majhna

Poleg teh treh osnovnih vrst obstaja dodatna serija RNK, ki so jih odkrili pred kratkim in imajo bistveno vlogo pri sintezi beljakovin in pri izražanju genov.

Majhne jedrske RNA, okrajšane, ko SnRNA sodelujejo kot katalitične entitete v Spajanje (Proces, sestavljen iz izločanja intronov) messenger RNA.

Majhne ali snorna nukleolarne RNK so vključene v obdelavo ribosomskih prepisov pred arno, ki bodo del podenote ribosoma. To se zgodi v nukleolu.

Kratki RNA motenj in mikroarna so majhne sekvence RNA, katerih glavna vloga je modulacija genske ekspresije. Mikroarn so kodirani iz DNK, vendar ne nadaljuje svojega prevoda beljakovin. So monokatenarios in jih je mogoče dopolniti z RNA sporočil, kar zavira njihov prevod beljakovin.

Kemična struktura in sestava

Nukleinske kisline so dolge verige polimerov, ki nastanejo iz monomernih enot, imenovanih nukleotidi. Vsak je sestavljen iz:

Fosfatna skupina

Obstajajo štiri vrste nukleotidov in ti imajo skupno strukturo: fosfatna skupina, povezana s pentozo skozi fosfodi -foil vez. Prisotnost fosfatov daje molekuli kisli značaj. Fosfatna skupina je disocirana na pH celice, zato je negativno naložena.

Ta negativna obremenitev omogoča povezavo nukleinskih kislin z molekulami, katerih obremenitev je pozitivna.

Notranje celice in tudi v zunajceličnih tekočinah najdemo majhne količine nukleozidov. To so molekule, ki jih tvorijo vse komponente nukleotida, vendar nimajo fosfatnih skupin.

Po nomenklaturi je nukleotid nukleozid, ki ima eno, dve ali tri fosfatne skupine, esterificirane v hidroksilu, ki se nahaja v ogljiku 5 '. Nukleozidi s tremi fosfati so vključeni v sintezo nukleinskih kislin, čeprav izpolnjujejo tudi druge funkcije v celici.

Pentoza

Pentoza je monomerni ogljikovi hidrat, ki tvori pet ogljikovih atomov. V DNK je pentoza deoksiriboza, za katero je značilna izguba hidroksilne skupine v ogljiku 2 '. V RNA je pentoza riboza.

Lahko vam služi: neo -defarhizem

Baza dušika

Pantosa je povezana z organsko bazo. Identiteta nukleotida zagotavlja identiteta baze. Obstaja pet vrst, okrajšanih s svojimi začetnimi: adenin (a), gvanin (g), citozin (c), timina (t) in uracil (u).

Običajno je, da v literaturi ugotovimo, da teh pet črk nanašajo na celoten nukleotid. Vendar, strogo gledano, so le del nukleotida.

Prvi trije, A, G in C, so skupni tako za DNK kot RNA. Medtem ko je T edinstven za DNK in je uracil omejen na molekulo RNA.

Strukturno so baze heterociklične kemične spojine, katerih obroči so sestavljeni iz molekul ogljika in dušika. A in g tvorita nekaj zgibnih obročev in pripadata skupini Purinas. Preostale baze pripadajo pirimidinom in njihovo strukturo tvori en sam obroč.

Običajno je, da v obeh vrstah nukleinskih kislin najdemo vrsto spremenjenih baz, na primer dodatna metilna skupina.

Ko se ta dogodek zgodi, pravimo, da je osnova metilirana. V prokariotih običajno najdemo metilirane adenine, tako v prokariotih kot v evkariotih pa imajo lahko citozini dodatno metodo.

Kako je s polimerizacijo?

Kot smo že omenili, so nukleinske kisline dolge verige, ki jih tvorijo monomeri - nukleotidi. Za oblikovanje verig so te na določen način povezane.

Ko nukleotidi polimerizan, hidroksilna skupina (-OH), ki jo najdemo v 3 'ogljiku sladkorja enega od nukleotidov, tvori povezavo estra s fosfatno skupino iz druge nukleotidne molekule. Med tvorbo te povezave pride do izločanja molekule vode.

Ta vrsta reakcije se imenuje "kondenzacijska reakcija" in je zelo podobna tistim, ko se peptidne povezave beljakovin med dvema aminokislinskima odpadkoma oblikujejo. Povezave med vsakim parom nukleotidov se imenujejo Povezave s fosfodiésterjem.

Tako kot v polipeptidih imajo tudi verige nukleinske kisline dve kemični usmeritvi na svojih koncih: eden je 5 'konec, ki vsebuje brezplačno hidroksilno skupino ali fosfatno skupino v 5' ogljiku terminalnega sladkorja, medtem ko smo na koncu 3 'našli a Hidroksilna skupina 3 'brez karbona 3'.

Predstavljajte si, da je vsak blok DNK blok igre LEGO z enim koncem, ki je vstavljen, in s prostim luknjo, kjer se lahko pojavi vstavljanje drugega bloka. 5 'konec s fosfatom bo ekstremna, 3' pa je analogen prosti luknji.

Drugi nukleotidi

V celici najdemo drugo vrsto nukleotidov s strukturo, ki se razlikuje od zgoraj omenjene. Čeprav te ne bodo del nukleinskih kislin, igrajo zelo pomembne biološke dokumente.

Med najpomembnejšimi imamo mononucléido iz riboflavina, znan kot FMN, koencim A, diukleotid Adenine in Nikotinamine.

RNA struktura

Linearna struktura polimera nukleinske kisline ustreza primarna struktura teh molekul. Polinukleotidi imajo tudi možnost oblikovanja razporeditve v treh dimenzijah, stabiliziranih z nekovalentnimi silami - podobno kot zložljivo, ki ga najdemo v beljakovinah.

Čeprav je primarna sestava DNK in RNA precej podobna (z izjemo zgoraj omenjenih razlik), je tvorba njegove strukture izrazito drugačna. Običajno najdemo RNA kot eno samo nukleotidno verigo, čeprav lahko sprejme drugačne dogovore.

Prenos RNA, na primer, so majhne molekule, ki jih tvorijo manj kot 100 nukleotidov. Njegova tipična sekundarna struktura je v obliki detelje s tremi rokami. To pomeni, da molekula RNA najde dopolnilne podlage v sebi in se lahko zloži na sebi.

Ribosomske RNA so večje molekule, ki imajo zapletene tridimenzionalne konformacije in imajo sekundarno in terciarno strukturo.

Struktura DNK

Dvojni propeler

Za razliko od linearne RNA, razporeditev DNA sestavljata dva prepletena pramena. Ta strukturna razlika je ključnega pomena za izvajanje njegovih posebnih funkcij. RNA ne more oblikovati te vrste propelerjev zaradi sterične ovire, ki jo nalaga dodatna skupina OH, ki predstavlja svoj sladkor.

Osnovna komplementarnost

Med osnovami je komplementarnost. To pomeni, da morajo biti purini s pirimidinom z vodikovimi vezmi blatni s pirimidinom. Zato v naravnem DNK ugotovimo, da je A skoraj vedno seznanjen s T in G s C, ki s svojimi spremljevalci tvori vodikove mostove.

Osnovne pare med G in C so povezane s tremi vodikovim mostom, navor A in T pa šibkejši, le dve vodikovi vezi pa ju držita skupaj.

Prameni DNK se lahko ločijo (to se pojavi tako v celici kot v laboratorijskih postopkih), potrebna toplota.

Vam lahko služi: Mendel Laws

Orientacija pramenov

Druga značilnost DNK je njegova nasprotna orientacija: medtem ko pramen poteka v smeri 5 ' - 3', je njen partner v smeri 3'- 5 '.

Naravne skladbe in v laboratoriju

Struktura ali konformacija, ki smo jo običajno našli v naravi, se imenuje DNK B. Za to je značilno 10,4 nukleotidov za vsak krog, ločeno z razdaljo 3,4. DNK B se obrne v desno.

Ta valjan vzorec povzroči videz dveh utorov, enega glavnega in enega manjšega.

V nukleinskih kislinah, ki nastanejo v laboratorijskih (sintetičnih), je mogoče najti druge konformacije, ki se pojavljajo tudi v zelo specifičnih pogojih. To sta DNK A in DNK Z.

Varianta A izvede tudi pravi zavoj, čeprav je krajša in nekoliko širša od naravnega. Molekula pridobi to obliko, ko se vlaga zmanjša. Obrnite vsakih 11 osnovnih parov.

Zadnja varianta je Z, za katero je značilno ozko in obračanje levo. Oblikova ga skupina heksanukleotidov, ki so razvrščeni v dupleks verig Antipaalla.

Funkcije

DNK: molekula dedovanja

DNK je molekula, ki lahko shrani informacije. Življenje, kot ga poznamo na našem planetu, je odvisno od sposobnosti varčevanja in prevajanja takšnih informacij.

Za celico je DNK nekakšna knjigarna, kjer najdemo vsa potrebna navodila za proizvodnjo, razvoj in vzdrževanje živega organizma.

V molekuli DNK najdemo organizacijo diskretnih funkcionalnih entitet, imenovanih geni. Nekateri od njih bodo odpeljani na beljakovine, drugi pa bodo izpolnjevali regulativne funkcije.

Struktura DNK, ki jo opisujemo v prejšnjem razdelku, je ključna za opravljanje njegovih funkcij. Propeler mora biti sposoben ločiti in se enostavno pridružiti - ključna lastnost za replikacije in prepisovanje dogodkov.

DNK se nahaja v prokariotih na določenem mestu citoplazme, medtem ko se v evkariotih nahaja v jedru.

RNA: večnamenska molekula

Papir v sintezi beljakovin

RNA je nukleinska kislina, ki jo najdemo v različnih fazah sinteze beljakovin in pri uravnavanju genske ekspresije.

Sinteza beljakovin se začne s prepisovanjem sporočila, šifriranega v DNK, na molekulo z RNK. Nato mora glasnik odpraviti dele, ki ne bodo prevedeni, znani kot introni.

Za prevod sporočila RNA na ostanke aminokislin sta potrebni dve dodatni komponenti: ribosomska RNA, ki je del ribosomov, in prenosna RNA, ki bo nosila aminokisline in bo zadolžena za vstavljanje pravilnega aminokislina v peptidno verigo pri treningu.

Z drugimi besedami, vsaka glavna vrsta RNA ima v tem procesu temeljno vlogo. Ta prehod DNK na glasnika in to končno beljakovini je tisto, kar biologi imenujejo "osrednja dogma biologije".

Ker pa znanost ne more temeljiti na dogmah, obstajajo različni primeri, ko ta predpostavka ni izpolnjena, na primer retrovirus.

Vloga pri regulaciji

Majhna RNA, omenjena zgoraj, posredno sodeluje v sintezi, orkestrira sintezo messenger RNA in sodeluje pri regulaciji izražanja.

Na primer, v celici obstajajo različni glasniki, ki jih urejajo majhne RNA, ki imajo k dopolnilnem zaporedju. Če lahko mali RNA pari na sporočilo razdelite sel in tako preprečijo njegov prevod. Obstaja več procesov, ki so na ta način urejeni.

Reference

1. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2015). Bistvena celična biologija. Garland Science.
2. Berg, j.M., Tymoczko, j.L., Stryer, l. (2002). Biokemija. 5. izdaja. W H Freeman.
3. Cooper, g. M., & Hausman, r. In. (2000). Celica: pristopi molekularno. Sinauer Associates.
4. Curtis, h., & Barnes, n. S. (1994). Povabilo k biologiji. Macmillan.
5. Fierro, a. (2001). Kratka zgodovina odkritja strukture DNK. Rev Clinic Medicine Las Condes, dvajset, 71-75.
6. Forterre, str., Filée, j. & Myllykallio, h. (2000–2013) Izvor in evolucija strojev za razmnoževanje DNK in DNK. V: Madame Curie Bioscience Database [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, g. (2009). Celična in molekularna biologija: pojmi in poskusi. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, r., Margulis, l., & Gold, J. (1988). Evolucijski prehod iz RNA v DNK v zgodnjih celicah. Časopis za molekularno evolucijo, 27(4), 283–290.
9. Lodish, h., Berk, a., Darnell, J. In., Kaiser, c. Do., Krieger, m., Scott, m. Str.,… & Matsudaira, str. (2008). Biologija molekulskih celic. Macmillan.
10. Voet, d., & Voet, J. G. (2006). Biokemija. Ed. Pan -american Medical.
11. Voet, d., Voet, J. G., & Pratt, c. W. (1999). Temeljno biokemijo. Novo York: John Willey in sinovi.