Nukleové kyseliny

všeobecnost

Nukleové kyseliny jsou velké biologické molekuly DNA a RNA, jejichž přítomnost a řádné fungování uvnitř živých buněk je základem pro přežití těchto buněk.

Generická nukleová kyselina pochází z spojení, v lineárních řetězcích, s vysokým počtem nukleotidů.

Obrázek: Molekula DNA.

Nukleotidy jsou malé molekuly, ve kterých jsou zahrnuty tři elementy: fosfátová skupina, dusíkatá báze a cukr s 5 atomy uhlíku.

Nukleové kyseliny jsou životně důležité pro přežití organismu, protože spolupracují při syntéze proteinů, esenciálních molekul pro správnou realizaci buněčných mechanismů.

DNA a RNA se v některých ohledech liší.

Například DNA má dva řetězce antiparalelních nukleotidů a má, podobně jako cukr s 5 atomy uhlíku, deoxyribózu. RNA, na druhé straně, obvykle představuje jeden řetězec nukleotidů a má, jako cukr s 5 atomy uhlíku, ribózu.

Co jsou nukleové kyseliny?

Nukleové kyseliny jsou biologické makromolekuly DNA a RNA, jejichž přítomnost v buňkách živých bytostí je zásadní pro přežití a správný vývoj těchto buněk.

Podle jiné definice jsou nukleové kyseliny biopolymery vznikající spojením, v dlouhých lineárních řetězcích, s vysokým počtem nukleotidů .

Biopolymer nebo přírodní polymer je velká biologická sloučenina tvořená identickými molekulovými jednotkami, které se nazývají monomery .

NUKLEICKÉ KYSELINY: KDO JE V POSSEKCE?

Nukleové kyseliny se nacházejí nejen v buňkách eukaryotických a prokaryotických organismů, ale také v acelulárních životních formách, jako jsou viry a v buněčných organelách, jako jsou mitochondrie a chloroplasty .

Obecná struktura

Na základě výše uvedených definic jsou nukleotidy molekulární jednotky, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA.

Proto budou hlavním tématem této kapitoly věnovaným struktuře nukleových kyselin.

STRUKTURA OBECNÉHO NUKLEOTIDU

Generický nukleotid je sloučenina organické povahy, která je výsledkem spojení tří prvků:

Fosfátová skupina, která je derivátem kyseliny fosforečné;
Pentóza, to znamená cukr s 5 atomy uhlíku ;
Dusíkatá báze, což je aromatická heterocyklická molekula.

Pentóza je ústředním prvkem nukleotidů, protože fosfátová skupina a dusíkatá báze se k ní váží.

Obrázek: Prvky, které tvoří generický nukleotid nukleové kyseliny. Jak je vidět, fosfátová skupina a dusíkatá báze jsou vázány na cukr.

Chemická vazba, která drží pentosovou a fosfátovou skupinu dohromady, je fosfodiesterová vazba, zatímco chemická vazba, která spojuje pentózu a dusíkatou bázi, je N-glykosidová vazba .

JAK SE PENTOSO PŘIPOJÍ K RŮZNÝM DLUHŮM S JINÝMI PRVKY?

Předpoklad: chemici uvažovali o číslování uhlí, které tvoří organické molekuly, tak, aby se zjednodušilo jejich studium a popis. Zde se tedy 5 uhlíků pentózy stane: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5.

Kritérium pro přidělování čísel je poměrně složité, proto považujeme za vhodné vynechat vysvětlení.

Z 5 uhlí, které tvoří pentózu nukleotidů, jsou ty, které se účastní vazeb s dusíkatou bází a fosfátovou skupinou, uhlík 1 a uhlík 5 .

Pentose carbon 1 → N-glykosidická vazba → dusíkatá báze
Pentose uhlíku 5 → fosfodiesterová vazba → fosfátová skupina

CO JSOU NAD JEDNOTLIVÝMI KYSELINY JADROVÝCH KYSELIN?

Obrázek: Struktura pentózy, číslování jejích uhlíků a vazeb s dusíkatou bází a fosfátovou skupinou.

V kompozici nukleových kyselin se nukleotidy organizují do dlouhých lineárních řetězců, lépe známých jako filamenty .

Každý nukleotid tvořící tyto dlouhé řetězce se váže k dalšímu nukleotidu prostřednictvím fosfodiesterové vazby mezi uhlíkem 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostředně následujícího nukleotidu.

KONEC

Nukleotidová vlákna (nebo polynukleotidová vlákna ), která tvoří nukleové kyseliny, mají dva konce, známé jako 5 'konec (čtěte "tip pět první") a konec 3' (přečtěte si "tip tři první"). Podle konvencí biologové a genetici zjistili, že 5 ' konec představuje hlavu vlákna tvořícího nukleovou kyselinu, zatímco 3' konec představuje jeho ocas .

Z chemického hlediska se 5 'konec nukleových kyselin shoduje s fosfátovou skupinou prvního nukleotidu řetězce, zatímco 3' konec nukleových kyselin se shoduje s hydroxylovou skupinou (OH) umístěnou na uhlíku 3 posledního nukleotidu.,

To je na základě této organizace, že v knihách genetiky a molekulární biologie, jsou nukleotidové řetězce nukleové kyseliny popsány následovně: P-5 '→ 3'-OH.

* Pozn .: písmeno P označuje atom fosforu fosfátové skupiny.

Použitím konceptů 5 'konců a 3' konců na jeden nukleotid je 5 'konec posledně uvedeného fosfátová skupina vázaná na uhlík 5, zatímco jeho 3' konec je hydroxylová skupina kombinovaná s uhlíkem 3.

V obou případech je čtenář vyzván, aby věnoval pozornost numerickému opakování: 5 'konec - fosfátové skupině na uhlíku 5 a 3' konci - hydroxylové skupině na uhlíku 3.

Obecná funkce

Nukleové kyseliny obsahují, transportují, dešifrují a exprimují genetickou informaci v proteinech .

Proteiny jsou tvořeny aminokyselinami a jsou biologickými makromolekulami, které hrají zásadní úlohu v regulaci buněčných mechanismů živého organismu.

Genetická informace závisí na sekvenci nukleotidů, které tvoří řetězce nukleových kyselin.

Tipy na historii

Podstata objevu nukleových kyselin, k nimž došlo v roce 1869, patří švýcarskému lékaři a biologovi Friedrichovi Miescherovi .

Miescher zjistil své poznatky, když studoval buněčné jádro leukocytů, s úmyslem lépe porozumět vnitřní kompozici.

Miescherovy experimenty představovaly zlom v oblasti molekulární biologie a genetiky, protože začali sérii studií, které vedly k identifikaci struktury DNA (Watson a Crick, v roce 1953) a RNA, k poznání mechanismy genetické dědičnosti a identifikace přesných procesů syntézy proteinů.

PŮVOD NAME

Nukleové kyseliny mají tento název, protože Miescher je identifikoval v jádru leukocytů (nukleus - nukle) a zjistil, že obsahují fosfátovou skupinu, derivát kyseliny fosforečné (derivát kyseliny fosforečné - kyseliny).

DNA

Mezi známými nukleovými kyselinami je DNA nejznámější, protože představuje sklad genetických informací (nebo genů ), které slouží k řízení vývoje a růstu buněk v živém organismu.

Zkratka DNA znamená deoxyribonukleovou kyselinu nebo deoxyribonukleovou kyselinu .

DOUBLE PROPELLER

V roce 1953, vysvětlit strukturu DNA nukleové kyseliny, biologové James Watson a Francis Crick navrhl model - který později ukázal se být správný - takzvaný “ dvojitá šroubovice ”.

Na základě modelu "dvojité šroubovice" je DNA velká molekula, která je výsledkem spojení dvou dlouhých řetězců antiparalelních nukleotidů a navinutých navzájem.

Termín "antiparalelní" znamená, že tato dvě vlákna mají opačnou orientaci, tj .: hlava a ocas vlákna vzájemně ovlivňují ocas a konec druhého vlákna.

Podle dalšího důležitého bodu modelu "dvojité šroubovice" mají nukleotidy DNA nukleové kyseliny takové uspořádání, že dusíkaté báze jsou orientovány směrem k centrální ose každé spirály, zatímco pentózy a fosfátové skupiny tvoří skelet. vnějších.

CO JE DNA PENTOSO?

Pentóza, která tvoří nukleotidy nukleové kyseliny DNA, je deoxyribóza .

Tento cukr s 5 atomy uhlíku vděčí za svůj název nedostatku atomů kyslíku na uhlíku 2. Navíc deoxyribóza znamená "bez kyslíku".

Obrázek: deoxyribóza.

Vzhledem k přítomnosti deoxyribózy se nukleotidy nukleové kyseliny DNA nazývají deoxyribonukleotidy .

TYPY NUKLEOTIDŮ A DUSÍKŮ

DNA nukleové kyseliny má 4 různé typy deoxyribonukleotidů .

Rozlišovat 4 různé typy deoxyribonukleotidů je pouze dusíkatá báze, spojená s tvorbou pentos-fosfátové skupiny (která se na rozdíl od dusíkaté báze nikdy nemění).

Ze zřejmých důvodů tedy existují 4 dusíkaté báze DNA, konkrétně adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T).

Adenin a guanin patří do třídy purinů, aromatických heterocyklických sloučenin s dvojitým kruhem.

Cytosin a thymin na druhé straně spadají do kategorie pyrimidinů, aromatických heterocyklických sloučenin s jedním kruhem.

Watson a Crick s modelem "dvojité šroubovice" vysvětlili organizaci dusíkatých bází v DNA:

Každá dusíkatá báze filamentu se spojí pomocí vodíkových vazeb s dusíkatou bází přítomnou na antiparalelním vlákně, účinně tvořícím pár, párování bází.
Párování mezi dusíkatými bázemi obou řetězců je vysoce specifické. Ve skutečnosti se adenin připojuje pouze k thyminu, zatímco cytosin se váže pouze na guanin.
Tento důležitý objev vedl molekulární biology a genetiky k tomu, aby vyložili termíny „ komplementarita mezi dusíkatými bázemi “ a „ komplementárním párováním mezi dusíkatými bázemi “, což indikuje jednoznačné vázání adeninu s thyminem a cytosinem guaninem.,

KDE JSOU V PRŮBĚHU ŽIVÝCH BUNK?

V eukaryotických organismech (zvířata, rostliny, houby a protisté) se DNA nukleové kyseliny nachází v jádru všech buněk, které mají tuto buněčnou strukturu.

V prokaryotických organismech (bakteriích a archaebakteriích) se DNA nukleové kyseliny nachází v cytoplazmě, protože prokaryotické buňky nemají jádro.

RNA

Mezi dvěma přirozeně se vyskytujícími nukleovými kyselinami představuje RNA biologickou makromolekulu, která převádí nukleotidy DNA do aminokyselin tvořících proteiny (proces syntézy proteinů ).

Ve skutečnosti je RNA nukleová kyselina srovnatelná s genetickým informačním slovníkem, popsaným na DNA nukleové kyseliny.

Zkratka RNA znamená ribonukleovou kyselinu .

ROZDÍLY, KTERÉ SE VZNIKUJÍ Z DNA

RNA nukleová kyselina má ve srovnání s DNA několik rozdílů:

RNA je menší biologická molekula než DNA, obvykle tvořená z jednoho řetězce nukleotidů .
Pentóza, která tvoří nukleotidy kyseliny ribonukleové, je ribóza . Na rozdíl od deoxyribózy má ribóza na atomu uhlíku atom kyslíku 2.
Je to způsobeno přítomností ribózového cukru, který biologové a chemici přiřadili název ribonukleové kyseliny RNA.
Nukleotidy RNA nukleové kyseliny jsou také známé jako ribonukleotidy .
RNA nukleová kyselina sdílí pouze 3 ze 4 dusíkatých bází s DNA. Místo thyminu ve skutečnosti představuje uracilovou dusíkatou bázi.
RNA se může nacházet v různých kompartmentech buňky, od jádra po cytoplazmu.

TYPY RNA

Obrázek: ribóza.

V živých buňkách existuje RNA nukleové kyseliny ve čtyřech hlavních formách: transportní RNA (nebo transferová RNA nebo tRNA ), messenger RNA (nebo RNA messenger nebo mRNA ), ribozomální RNA (nebo ribozom RNA nebo rRNA ) a malé jaderné RNA (nebo malé jaderné RNA nebo snRNA ).

Ačkoli pokrývají různé specifické role, čtyři výše uvedené formy RNA spolupracují na společném cíli: syntéze proteinů, počínaje nukleotidovými sekvencemi přítomnými v DNA.