всеобщност
Нуклеиновите киселини са големите биологични молекули ДНК и РНК, чието присъствие и правилното функциониране вътре в живите клетки са фундаментални за оцеляването на последните.
Обща нуклеинова киселина произлиза от обединението, в линейни вериги, на голям брой нуклеотиди.
Фигура: ДНК молекула.
Нуклеотидите са малки молекули, в които участват три елемента: фосфатна група, азотна основа и 5 въглеродни атома.
Нуклеиновите киселини са жизненоважни за оцеляването на организма, тъй като те си сътрудничат в синтеза на протеини, молекули, необходими за правилната реализация на клетъчните механизми.
ДНК и РНК се различават помежду си в някои отношения.
Например, ДНК има две антипаралелни нуклеотидни вериги и има, подобно на 5-въглеродна захар, дезоксирибоза. RNA, от друга страна, обикновено има една нуклеотидна верига и притежава рибоза, подобно на 5-въглеродна захар.
Какво представляват нуклеиновите киселини?
Нуклеиновите киселини са биологичните макромолекули ДНК и РНК, чието присъствие в клетките на живите същества е фундаментално за оцеляването и правилното развитие на последните.
Според друга дефиниция, нуклеиновите киселини са биополимерите, получени в резултат на обединяването в дълги линейни вериги на голям брой нуклеотиди .
Биополимерът или естественият полимер е голямо биологично съединение, състоящо се от всички същите молекулни единици, които се наричат мономери .
ЯДРЕНИ КИСЕЛИНИ: КОЙ Е В ПОЗИЦИЯ?
Нуклеиновите киселини се намират не само в клетките на еукариотни и прокариотни организми, но също така и в безклетъчни форми на живот, като вируси и в клетъчни органели, като митохондрии и хлоропласти .
Обща структура
Въз основа на предишните дефиниции, нуклеотидите са молекулните единици, които образуват нуклеиновите киселини ДНК и РНК.
Затова те ще представят основната тема на тази глава, посветена на структурата на нуклеиновите киселини.
СТРУКТУРА НА ГЕНЕРЕН НУКЛЕОТИД
Генеричният нуклеотид е съединение от органична природа, резултат от обединението на три елемента:
- Фосфатна група, която е производно на фосфорна киселина;
- Пентоза, която е захар с 5 въглеродни атома ;
- Азотна основа, която е ароматна хетероциклена молекула.
Пентозата е централният елемент на нуклеотидите, тъй като е свързан с фосфатната група и азотната основа.
Фигура: Елементи, които съставляват общ нуклеотид на нуклеинова киселина. Както може да се види, фосфатната група и азотната основа са свързани със захарта.
Химичната връзка, която държи заедно пентозата и фосфатната група, е фосфодиестерна връзка, докато химичната връзка, която свързва пентозата и азотната основа е N-гликозидна връзка .
КАК ПЕНТОЗА УЧАСТВА В РАЗЛИЧНИТЕ ОБЛАСТИ С ДРУГИТЕ ЕЛЕМЕНТИ?
Предговор: химиците са помислили за номериране на въглищата, които съставляват органичните молекули, така че да опростят тяхното изследване и описание. Ето, че 5 въглища на пентозо се превръщат в: въглерод 1, въглерод 2, въглерод 3, въглерод 4 и въглерод 5.
Критерият за разпределение на числата е доста сложен, така че считаме за уместно да не се включва обяснението.
От 5-те въглеродни атома, които образуват пентозата на нуклеотидите, онези, които участват в връзките с азотната основа и фосфатната група, са съответно въглерод 1 и въглерод 5 .
- Въглерод 1 от пентоза → N-гликозидна връзка → азотна основа
- Въглерод 5 от пентоза → фосфодиестерична връзка → фосфатна група
КАКВИ ТИП ХИМИЧЕСКА ВРЪЗКА Е НУКЛЕОТИДНАТА КИСЕЛИНА НА ЯДРЕНИТЕ КИСЕЛИНИ?
Фигура: Структура на пентоза, номериране на съставните му въглища и връзки с азотна база и фосфатна група.
При съставянето на нуклеинови киселини, нуклеотидите са организирани в дълги линейни вериги, по-известни като нишки .
Всеки нуклеотид, образуващ тези дълги вериги, се свързва със следващия нуклеотид, посредством фосфодиестерна връзка между въглерода 3 на неговата пентоза и фосфатната група на непосредствено следващия нуклеотид.
ENDS
Нишките на нуклеотидите (или полинуклеотидните влакна ), които съставляват нуклеиновите киселини, имат два крайника, известни като краища 5 ' (четем "края на първата") и края 3' (четем "края на първите три"). По конвенция, биолози и генетици са установили, че 5 ' краят представлява главата на нишката на нуклеиновата киселина, докато 3' крайът представлява неговата опашка .
От химическа гледна точка 5 'краят на нуклеиновите киселини съвпада с фосфатната група на първия нуклеотид на веригата, докато 3' краят на нуклеиновите киселини съвпада с хидроксилната група (ОН), поставена върху въглерод 3 на последния нуклеотид,
Основава се на тази организация, че в генетичните и молекулярно-биологичните книги нуклеотидните филаменти на нуклеинова киселина са описани както следва: P-5 '→ 3'-OH.
* Забележка: буквата P показва фосфорния атом на фосфатната група.
Чрез прилагане на понятията краища 5 'и краища 3' на единичен нуклеотид, 5 'краят на последния е фосфатната група, свързана с въглерод 5, докато нейният край 3' е хидроксилната група, свързана с въглерод 3.
И в двата случая читателят се приканва да обърне внимание на числеността: край 5 '- фосфатна група на въглерод 5 и край 3' - хидроксилна група на въглерод 3.
Обща функция
Нуклеиновите киселини съдържат, транспортират, дешифрират и изразяват генетична информация в протеините .
Състоящи се от аминокиселини, протеините са биологични макромолекули, които играят основна роля в регулирането на клетъчните механизми на живия организъм.
Генетичната информация зависи от последователността на нуклеотидите, които съставляват нишките на нуклеиновите киселини.
Кратка история
Заслугата за откриването на нуклеинови киселини, настъпила през 1869 г., принадлежи на швейцарския лекар и биолог Фридрих Мишер .
Miescher прави заключенията си, докато изучава клетъчното ядро на левкоцитите, с намерението да разбере по-добре вътрешния състав.
Експериментите на Мишер представляват повратна точка в областта на молекулярната биология и генетика, тъй като те инициират серия от изследвания, които са довели до идентифициране на структурата на ДНК (Watson and Crick, през 1953 г.) и на RNA, до знанието на механизми за генетично наследяване и идентифициране на прецизни процеси на синтез на протеин.
ПРОИЗХОД НА ИМЕ
Нуклеиновите киселини имат това наименование, тъй като Мишер ги идентифицира в ядрото на левкоцитите (ядро - нуклеина) и установява, че те съдържат фосфатна група, производно на фосфорна киселина (производно на фосфорна киселина - киселини).
ДНК
Сред известните нуклеинови киселини, ДНК е най-известната, тъй като представлява хранилище на генетична информация (или гени ), които служат за насочване на развитието и растежа на клетките на живия организъм.
Акронимът DNA означава дезоксирибонуклеинова киселина или дезоксирибонуклеинова киселина .
ДВОЙНА ЕЛИКА
През 1953 г., за да обясни структурата на ДНК на нуклеиновата киселина, биолозите Джеймс Уотсън и Франсис Крик предложиха модела, който по-късно се оказа вярен, на така наречената " двойна спирала ".
Базирайки се на модела "двойна спирала", ДНК е голяма молекула, получена от обединяването на две дълги нишки на антипаралелни нуклеотиди и навити един в друг.
Терминът "антипаралелен" показва, че двете нишки имат противоположна ориентация, т.е. главата и опашката на нишката взаимодействат съответно с опашката и главата на другата нишка.
Съгласно друг важен момент от модела "двойна спирала", нуклеиновите киселини на ДНК на нуклеинова киселина имат такава подредба, че азотните бази са ориентирани към централната ос на всяка спирала, докато пентозите и фосфатните групи образуват скелето последната.
КАКВО Е PENTOSE НА ДНК?
Пентозата, която е нуклеотида на ДНК на нуклеиновата киселина, е дезоксирибоза .
Тази захар с 5 въглеродни атома дължи името си на липсата на въглеродни атоми върху въглерод 2. В края на краищата, дезоксирибозата означава "без кислород".
Фигура: дезоксирибоза.
Поради наличието на дезоксирибоза, нуклеиновите киселини на ДНК на нуклеиновата киселина се наричат дезоксирибонуклеотиди .
ВИДОВЕ НУКЛЕОТИДИ И АЗОТНИ БАЗИ
ДНК нуклеинова киселина има 4 различни типа дезоксирибонуклеотиди .
За да се разграничат четирите различни вида дезоксирибонуклеотиди е само азотната основа, свързана с образуването на пентозофосфатна група (която за разлика от азотната основа никога не се променя).
Поради очевидни причини, следователно, азотните бази на ДНК са 4, по-специално: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т).
Аденинът и гуанинът принадлежат към класа на пурините, ароматните хетероциклични съединения с двойни пръстени.
Цитозин и тимин, от друга страна, попадат в категорията на пиримидини, ароматни хетероциклични съединения с единичен пръстен.
С модела "двойна спирала" Уотсън и Крик обясниха каква е организацията на азотните бази в ДНК:
- Всяка азотна основа на нишка се свързва, чрез водородни връзки, с азотна база, намираща се в антипаралелната нишка, образувайки всъщност двойка, двойки, бази.
- Сдвояването между азотните основи на двете вериги е много специфично. Всъщност, аденин се присъединява само към тимина, докато цитозинът се свързва само с гуанина.
Това важно откритие накара молекулярните биолози и генетици да изгладят термините " комплементарност между азотни бази " и " допълващо сдвояване на азотни бази ", за да покажат уникалността на свързването на аденин с тимин и на цитозин с гуанин.,
КЪДЕ СЕ ЗАПАЗВА В ЖИВОТНИТЕ КЛЕТКИ?
В еукариотните организми (животни, растения, гъбички и протисти), ДНК нуклеиновата киселина се намира в ядрото на всички клетки, имащи тази клетъчна структура.
В прокариотните организми (бактерии и археабактерии) вместо това ДНК на нуклеиновата киселина се намира в цитоплазмата, тъй като прокариотните клетки нямат ядрото.
РНК
Сред двете естествено срещащи се нуклеинови киселини РНК представлява биологичната макромолекула, която превежда нуклеотидите на ДНК в аминокиселините, съставляващи протеините (процес на синтез на протеин ).
Всъщност, РНК на нуклеиновата киселина е сравнима с речника на генетичната информация, докладван за ДНК на нуклеинова киселина.
Акронимът РНК означава рибонуклеинова киселина .
РАЗЛИЧИЯ, КОИТО ИЗКЛЮЧАВАТ ОТ ДНК
РНК на нуклеиновата киселина има различни разлики в сравнение с ДНК:
- РНК е биологична молекула, по-малка от ДНК, обикновено образувана от единична нуклеотидна верига .
- Пентозата, която съставлява нуклеотидите на рибонуклеиновата киселина, е рибоза . За разлика от дезоксирибоза, рибозата има кислороден атом на въглерод 2.
Това се дължи на наличието на рибозна захар, която биолозите и химиците са назначили на РНК, името на рибонуклеиновата киселина.
- Нуклеотидите на нуклеиновата киселина на РНК са известни също като рибонуклеотиди .
- РНК нуклеинова киселина споделя с ДНК само 3 азотни бази от 4 . На мястото на тимина, в действителност, се представя азотната база на урацила .
- РНК може да се намира в различни отделения на клетката, от ядрото до цитоплазмата.
ТИПОВЕ РНК
Фигура: рибоза.
Вътре в живите клетки, нуклеиновата киселина РНК съществува в четири основни форми: транспортна РНК (или РНК трансфер или тРНК ), пратеник РНК (или RNA месинджър или иРНК ), рибозомната РНК (или рибозомална). RNA или rRNA ) и малката ядрена РНК (или малка ядрена РНК или snRNA ).
Въпреки че те обхващат различни специфични роли, четирите по-горе споменати форми на РНК си сътрудничат за обща цел: синтеза на протеини, започвайки от нуклеотидните последователности, присъстващи в ДНК.
Изкуствени модели
През последните десетилетия, молекулярните биолози са синтезирали в лабораторията различни нуклеинови киселини, идентифицирани с прилагателното "изкуствено".
Сред изкуствените нуклеинови киселини заслужават специални цитати: TNA, PNA, LNA и GNA.
