Nukleinske kiseline: struktura i funkcija. Biološka uloga nukleinskih kiselina

Nukleinske kiseline pohranjuju i prenose genetske podatke koje nasljeđujemo od naših predaka. Ako imate djecu, vaše genetske informacije u svom genomu bit će rekombinirane i kombinirane s genetskim informacijama vašeg partnera. Vaš vlastiti genom se duplicira kad god je svaka od stanica podijeljena. Osim toga, nukleinske kiseline sadrže određene segmente, nazvane geni, koji su odgovorni za sintezu svih proteina u stanicama. Svojstva gena kontroliraju biološka svojstva vašeg tijela.

Opće informacije

Postoje dvije klase nukleinske kiseline: deoksiribonukleinska kiselina (poznatiji kao DNA) i ribonukleinske kiseline (poznatije kao RNA).

DNA je vlaknasti lanac gena koji je neophodan za rast, razvoj, vitalnu aktivnost i reprodukciju svih poznatih živih organizama i većine virusa.

Promjene u DNK višestaničnih organizama dovest će do promjena u narednim generacijama.

DNA je biogenetski supstrat koji se nalazi u svim postojećim živim bićima, od najjednostavnijih živih organizama do visoko organiziranih sisavaca.

Mnoge virusne čestice (virioni) sadrže RNA u jezgri kao genetskog materijala. Međutim, valja napomenuti da virusi leže na granici animirane i nežive prirode, jer bez mobilnog aparata domaćina ostaju neaktivni.

Povijesna pozadina

Godine 1869. Friedrich Mischer izolirala je jezgre iz leukocita i utvrdila da sadrže fosfornu tvar koja je nazvana nukleinom.

Hermann Fisher 1880-ih otkrio je baze purina i pirimidina u nukleinskim kiselinama.

Godine 1884. R. Hertwig sugerirao je da su nukleinske kiseline odgovorne za prijenos nasljednih osobina.

Godine 1899. Richard Altman uveo je pojam "jezgru kiseline".

I još kasnije, 40-ih godina 20. stoljeća, znanstvenici Kaspersson i Brashe otkrili su vezu između nukleinskih kiselina i sinteze proteina.

nukleotidi

Polinukleotidi su konstruirani iz skupa nukleotida - monomera, povezanih zajedno u lance.

U strukturi nukleinskih kiselina izolirane su nukleotide, od kojih svaka ima sljedeću strukturu:

• Bazu dušika.
• Pentosomski šećer.
• Fosfatna skupina.

Svaki nukleotid sadrži aromatsku bazu koja sadrži dušik vezanu na pentose (pet ugljikovih) saharida, koji je opet vezan za ostatak fosforne kiseline. Takvi monomeri, međusobno povezani, tvore polimerne lance. One su povezane kovalentnim vodikovim vezama koje nastaju između jedne fosfornog dijela i jednog pentoznog šećera drugog lanca. Ovi linkovi se nazivaju fosfodiesterom. Fosfodiesterne veze tvore fosfat-ugljikohidratni okvir (kostur) i DNA i RNA.

Deoksiribonukleotid

Razmotriti svojstva nukleinskih kiselina u jezgri. DNA čini kromosomsku aparaturu jezgre naših stanica. DNA sadrži "programske upute" za normalan rad stanica. Kada stanica reproducira sličnu, ove se upute prenose na novu ćeliju tijekom mitoze. DNA ima oblik dvostruko nasukane makromolekule uvučene u dvostruku spiralnu nit.

Nukleinska kiselina sadrži fosfat-dezoksirbozni saharidni kostur i četiri dušične baze: adenin (A), gvanin (D), citozin (C) i timin (T). U dvolančanu spiralu, adenin oblikuje par s timinom (A-T), gvaninom - s citozinom (G-C).

Godine 1953. James D. Watson i Francis H.K. Creek je predložio trodimenzionalnu strukturu DNA baziranu na kristalografskim podacima X-zraka niske rezolucije. Također su se odnosili na nalaze biologa Erwina Chargaffa da je količina timina u DNA ekvivalentan količini adenina, a količina gvanina jednaka je količini citozina. Watson i Creek, koji su 1962. godine zaslužili Nobelovu nagradu za svoj doprinos znanosti, napredovali su na pretpostavci da dva polinukleotidna oblika tvore dvostruku spiralu. Threads, iako su identični, ali twist u suprotnim smjerovima. Fosfatno-ugljikov lanci nalaze se na vanjskoj strani spirale, a baze leže unutar, gdje se vezuju na baze na drugom lancu kroz kovalentne veze.

ribonukleotidima

RNA molekula postoji kao jednolančani spiralni filament. U strukturi RNA nalazi se kostur ugljikohidrata fosfat-riboze i baze nitrata: adenin, gvanin, citozin i uracil (U). Kada je RNA prepisana na DNK predložak, gvanin oblikuje par s citozinom (G-C) i adeninom s uracilom (A-U).

RNA fragmenti se koriste za reprodukciju proteina unutar svih živih stanica, što osigurava njihov kontinuirani rast i podjelu.

Postoje dvije glavne funkcije nukleinskih kiselina. Prvo, oni pomažu DNK služeći kao posrednici koji prenose potrebne nasljedne informacije bezbrojnih ribosoma u našem tijelu. Druga primarna funkcija RNA je isporuka ispravne aminokiseline potrebne za svaki ribosom kako bi se stvorio novi protein. Postoji nekoliko različitih klasa RNA.

Informacijska RNA (mRNA ili mRNA-matrica) je kopija bazne sekvence DNA regije dobivene kao rezultat transkripcije. Informacijska RNA posreduje između DNA i ribosoma - stanica organela, koji uzimaju aminokiseline iz transportne RNA i koriste ih za konstrukciju polipeptidnog lanca.

Transport RNA (tRNA) aktivira očitavanje nasljednih podataka iz matrice RNA, čime se započinje proces prevođenja ribonukleinske kiseline - sinteze proteina. Također prenosi željene aminokiseline na mjesta gdje je protein sintetiziran.

Ribosomalna RNA (rRNA) glavni je građevinski materijal ribosoma. Ona povezuje matrični ribonukleotid na određenom mjestu, gdje je moguće pročitati njezine podatke, čime se pokreće proces prevođenja.

MicroRNA su male RNA molekule koje djeluju kao regulatori mnogih gena.

Funkcije nukleinskih kiselina su izuzetno važne za život općenito, a posebno za svaku stanicu. Gotovo sve funkcije koje stanica provodi reguliraju se proteinima koji su sintetizirani s RNA i DNA. Enzimi, proteinski proizvodi, kataliziraju sve vitalne procese: disanje, probavu, sve vrste metabolizma.

Razlike između strukture nukleinskih kiselina

Određena svojstva baza nukleinskih kiselina

Adenin i gvanin su purini u njihovim svojstvima. To znači da njihova molekularna struktura uključuje dva kondenzirana benzenska prstena. Citozin i timin, zauzvrat, odnose se na pirimidine i imaju jedan benzenski prsten. RNM monomeri grade svoje lance koristeći baze adenina, gvanina i citozina, a umjesto timina pridaju uracil (Y). Svaka od pirimidina i purinskih baza ima svoju jedinstvenu strukturu i svojstva, vlastiti skup funkcionalnih skupina povezanih s benzenskim prstenom.

U molekularnoj biologiji usvojene su posebne kratice s jednim slovom za označavanje dušikovih baza: A, T, T, C ili Y.

Pentosomski šećer

Uz drugi skup dušičnih baza, monomeri DNA i RNA razlikuju se u sastavu pentoznih šećera. Petom ugljikohidrata u DNA je deoksiriboza, dok je u RNA riboza. Oni su gotovo identični u strukturi, uz samo jednu razliku: riboza dodaje hidroksilnu skupinu, au deoksiribozi zamjenjuje atom vodika.

nalazi

U evoluciji bioloških vrsta i kontinuitetu života, uloga nukleinskih kiselina ne može se prenaglašiti. Kao sastavni dio svih jezgri živih stanica, oni su odgovorni za aktivaciju svih životnih procesa koji se odvijaju u stanicama.