всеобщность
Нуклеиновые кислоты - это великие биологические молекулы ДНК и РНК, чье присутствие и правильное функционирование в живых клетках имеют основополагающее значение для выживания последних.
Общая нуклеиновая кислота происходит из объединения в линейных цепях большого количества нуклеотидов.
Рисунок: молекула ДНК.
Нуклеотиды - это небольшие молекулы, в которых участвуют три элемента: фосфатная группа, азотистое основание и сахар с 5 атомами углерода.
Нуклеиновые кислоты жизненно необходимы для выживания организма, так как они взаимодействуют в синтезе белков, необходимых молекул для правильной реализации клеточных механизмов.
ДНК и РНК отличаются в некоторых отношениях.
Например, ДНК имеет две цепи антипараллельных нуклеотидов и содержит, как сахар с 5 атомами углерода, дезоксирибозу. РНК, с другой стороны, обычно представляет собой одну цепочку нуклеотидов и обладает, подобно сахару с 5 атомами углерода, рибозой.
Что такое нуклеиновые кислоты?
Нуклеиновые кислоты - это биологические макромолекулы ДНК и РНК, присутствие которых в клетках живых существ имеет основополагающее значение для выживания и правильного развития последних.
Согласно другому определению, нуклеиновые кислоты являются биополимерами, образующимися в результате объединения в длинных линейных цепях большого количества нуклеотидов .
Биополимер, или природный полимер, представляет собой большое биологическое соединение, состоящее из идентичных молекулярных единиц, которые называются мономерами .
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ: КТО В ПОССЕССИИ?
Нуклеиновые кислоты находятся не только в клетках эукариотических и прокариотических организмов, но также в бесклеточных формах жизни, таких как вирусы, и в клеточных органеллах, таких как митохондрии и хлоропласты .
Общая структура
Основываясь на приведенных выше определениях, нуклеотиды являются молекулярными единицами, которые составляют нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.
Поэтому они будут представлять основную тему этой главы, посвященной строению нуклеиновых кислот.
СТРУКТУРА ОБЩЕГО НУКЛЕОТИДА
Общий нуклеотид - это соединение органической природы, результат объединения трех элементов:
- Фосфатная группа, которая является производным фосфорной кислоты;
- Пентоза, то есть сахар с 5 атомами углерода ;
- Азотистое основание, которое представляет собой ароматическую гетероциклическую молекулу.
Пентоза является центральным элементом нуклеотидов, поскольку фосфатная группа и азотистое основание связываются с ней.
Рисунок: элементы, которые составляют общий нуклеотид нуклеиновой кислоты. Как видно, фосфатная группа и азотистая основа связаны с сахаром.
Химическая связь, которая удерживает пентозу и фосфатную группу вместе, является фосфодиэфирной связью, в то время как химическая связь, которая объединяет пентозу и азотистую основу, является N-гликозидной связью .
КАК PENTOSO СОЕДИНЯЕТ РАЗЛИЧНЫЕ УСТАВКИ С ДРУГИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ?
Предпосылка: химики подумали о нумерации углей, составляющих органические молекулы, таким образом, чтобы упростить их изучение и описание. Тогда вот, что 5 углей пентозы становятся: углерод 1, углерод 2, углерод 3, углерод 4 и углерод 5.
Критерий для присвоения номеров довольно сложный, поэтому мы считаем целесообразным опустить объяснение.
Из 5 углей, которые образуют пентозу нуклеотидов, те, которые участвуют в связях с азотистым основанием и фосфатной группой, представляют собой, соответственно, углерод 1 и углерод 5 .
- Пентозный углерод 1 → N-гликозидная связь → азотистое основание
- Пентозный углерод 5 → фосфодиэфирная связь → фосфатная группа
КАКОГО ХИМИЧЕСКОГО СВЯЗАНИЯ НУКЛЕОТИДНЫХ КИСЛОТ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ?
Рисунок: Структура пентозы, нумерация составляющих ее атомов углерода и связей с азотистым основанием и фосфатной группой.
При составлении нуклеиновых кислот нуклеотиды организуются в длинные линейные цепи, более известные как филаменты .
Каждый нуклеотид, образующий эти длинные цепи, связывается со следующим нуклеотидом посредством фосфодиэфирной связи между углеродом 3 его пентозы и фосфатной группой непосредственно следующего нуклеотида.
КОНЕЦ
Нуклеотидные филаменты (или полинуклеотидные филаменты ), из которых состоят нуклеиновые кислоты, имеют два конца, известные как 5'-конец (читайте "первый пятый наконечник") и конец 3 ' (читайте "первый третий наконечник"). По соглашению биологи и генетики установили, что 5' - конец представляет собой головку филамента, образующего нуклеиновую кислоту, а 3'-конец представляет собой его хвост .
С химической точки зрения 5'-конец нуклеиновых кислот совпадает с фосфатной группой первого нуклеотида цепи, в то время как 3'-конец нуклеиновых кислот совпадает с гидроксильной группой (ОН), размещенной на углероде 3 последнего нуклеотида.,
Именно на основе этой организации в книгах по генетике и молекулярной биологии нуклеотидные цепи нуклеиновой кислоты описываются следующим образом: P-5 '→ 3'-OH.
* Примечание: буква P обозначает атом фосфора фосфатной группы.
Применяя понятия 5 'концов и 3' концов к одному нуклеотиду, 5 'конец последнего представляет собой фосфатную группу, связанную с углеродом 5, тогда как его 3' конец представляет собой гидроксильную группу в сочетании с углеродом 3.
В обоих случаях читателю предлагается обратить внимание на численное повторение: 5 'концевая - фосфатная группа на углероде 5 и 3' концевая - гидроксильная группа на углероде 3.
Общая функция
Нуклеиновые кислоты содержат, транспортируют, дешифруют и экспрессируют генетическую информацию в белках .
Белки, состоящие из аминокислот, представляют собой биологические макромолекулы, которые играют фундаментальную роль в регуляции клеточных механизмов живого организма.
Генетическая информация зависит от последовательности нуклеотидов, из которых состоят цепи нуклеиновых кислот.
Намеки на историю
Заслуга открытия нуклеиновых кислот, произошедшая в 1869 году, принадлежит швейцарскому врачу и биологу Фридриху Мишеру .
Мишер сделал свои выводы, изучая ядро клеток лейкоцитов, с целью лучшего понимания внутреннего состава.
Эксперименты Мишера стали поворотным моментом в области молекулярной биологии и генетики, поскольку они начали серию исследований, которые привели к идентификации структуры ДНК (Уотсон и Крик, в 1953 г.) и РНК, к познанию механизмы генетического наследования и выявления точных процессов синтеза белка.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ ИМЕНИ
Нуклеиновые кислоты имеют это название, потому что Мишер идентифицировал их внутри ядра лейкоцитов (ядро - нуклеиновые) и обнаружил, что в них содержится фосфатная группа, производная фосфорной кислоты (производная фосфорной кислоты - кислоты).
ДНК
Среди известных нуклеиновых кислот наиболее известна ДНК, поскольку она представляет собой хранилище генетической информации (или генов ), которая служит для направления развития и роста клеток в живом организме.
Сокращение ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту или дезоксирибонуклеиновую кислоту .
Двойной винт
В 1953 году для объяснения структуры ДНК нуклеиновой кислоты биологи Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель - которая впоследствии оказалась правильной - так называемой « двойной спирали ».
Основываясь на модели «двойной спирали», ДНК представляет собой большую молекулу, возникающую в результате объединения двух длинных нитей антипараллельных нуклеотидов и связанных друг с другом.
Термин «антипараллель» означает, что две нити имеют противоположную ориентацию, то есть: головка и хвост нити взаимодействуют, соответственно, с хвостом и концом другой нити.
Согласно другому важному пункту модели «двойной спирали», нуклеотиды ДНК нуклеиновой кислоты обладают таким расположением, что азотистые основания ориентированы к центральной оси каждой спирали, в то время как пентозы и фосфатные группы образуют каркас внешний из последних.
ЧТО ТАКОЕ ДНК ПЕНТОСО?
Пентоза, которая составляет нуклеотиды нуклеиновой кислоты ДНК, является дезоксирибозой .
Этот сахар с 5 атомами углерода обязан своим названием отсутствию атомов кислорода на углероде 2. Более того, дезоксирибоза означает «бескислородный».
Рисунок: дезоксирибоза.
Из-за присутствия дезоксирибозы нуклеотиды нуклеиновой кислоты ДНК называются дезоксирибонуклеотидами .
ВИДЫ НУКЛЕОТИДОВ И АЗОТНЫХ ОСНОВ
ДНК нуклеиновой кислоты содержит 4 различных типа дезоксирибонуклеотидов .
Для различения 4 различных типов дезоксирибонуклеотидов используется только азотистое основание, связанное с образованием пентозофосфатной группы (которое в отличие от азотистого основания никогда не меняется).
Поэтому по очевидным причинам существует 4 азотистых основания ДНК, а именно: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С) и тимин (Т).
Аденин и гуанин относятся к классу пуринов, двойных кольцевых ароматических гетероциклических соединений.
Цитозин и тимин, с другой стороны, попадают в категорию пиримидинов, одноцепочечных ароматических гетероциклических соединений.
С помощью модели "двойной спирали" Уотсон и Крик также объяснили организацию азотистых оснований в ДНК:
- Каждое азотистое основание нити соединяется посредством водородных связей с азотистым основанием, присутствующим на антипараллельной нити, эффективно образуя пару оснований.
- Спаривание между азотистыми основаниями двух нитей очень специфично. На самом деле аденин присоединяется только к тимину, а цитозин - только к гуанину.
Это важное открытие привело к тому, что молекулярные биологи и генетики создали термины « комплементарность азотистых оснований » и « комплементарное спаривание азотистых оснований », чтобы указать на однозначное связывание аденина с тимином и цитозина с гуанином.,
ГДЕ ОЖИДАЕТСЯ ВНУТРИ ЖИВЫХ КЛЕТОК?
У эукариотических организмов (животных, растений, грибов и простейших) ДНК нуклеиновой кислоты находится в ядре всех клеток, имеющих эту клеточную структуру.
В прокариотических организмах (бактерии и архебактерии) вместо этого ДНК нуклеиновой кислоты находится в цитоплазме, поскольку у прокариотических клеток отсутствует ядро.
РНК
Среди двух встречающихся в природе нуклеиновых кислот РНК представляет собой биологическую макромолекулу, которая переводит нуклеотиды ДНК в аминокислоты, составляющие белки (процесс синтеза белка ).
Фактически, РНК-нуклеиновая кислота сравнима с словарем генетической информации, сообщенным о ДНК нуклеиновой кислоты.
Акроним РНК означает рибонуклеиновую кислоту .
ОТЛИЧИЯ, ОТЛИЧАЮЩИЕ ОТ ДНК
РНК-нуклеиновая кислота имеет несколько отличий по сравнению с ДНК:
- РНК представляет собой меньшую биологическую молекулу, чем ДНК, обычно образованная из одной цепи нуклеотидов .
- Пентоза, составляющая нуклеотиды рибонуклеиновой кислоты, представляет собой рибозу . В отличие от дезоксирибозы, рибоза имеет атом кислорода на углероде 2.
Именно благодаря наличию рибозного сахара биологи и химики присвоили РНК название рибонуклеиновой кислоты.
- Нуклеотиды РНК нуклеиновой кислоты также известны как рибонуклеотиды .
- РНК-нуклеиновая кислота разделяет только 3 из 4 азотистых оснований с ДНК. Фактически, вместо тимина он представляет урацил азотистую основу.
- РНК может находиться в различных компартментах клетки, от ядра до цитоплазмы.
ВИДЫ РНК
Рисунок: рибоза.
В живых клетках РНК нуклеиновой кислоты существует в четырех основных формах: транспортная РНК (или транспортная РНК или тРНК ), мессенджер РНК (или РНК-мессенджер или мРНК ), рибосомная РНК (или рибосомная). РНК или РРНК ) и малая ядерная РНК (или малая ядерная РНК или snRNA ).
Хотя они выполняют разные специфические роли, четыре вышеупомянутые формы РНК взаимодействуют для достижения общей цели: синтеза белка, начиная с нуклеотидных последовательностей, присутствующих в ДНК.
Искусственные модели
В последние десятилетия молекулярные биологи синтезировали в лаборатории несколько нуклеиновых кислот, отождествленных с прилагательным «искусственный».
Среди искусственных нуклеиновых кислот следует упомянуть следующие: TNA, PNA, LNA и GNA.
