Загальність
Нуклеїнові кислоти - це великі біологічні молекули ДНК і РНК, наявність та належне функціонування яких у живих клітинах є необхідними для виживання останніх.
Загальна нуклеїнова кислота походить від об’єднання великої кількості нуклеотидів у лінійних ланцюгах.
Малюнок: молекула ДНК.
Нуклеотиди-це невеликі молекули, у складі яких беруть участь три елементи: фосфатна група, азотиста основа та 5-вуглецевий цукор.
Нуклеїнові кислоти життєво важливі для виживання організму, оскільки вони співпрацюють у синтезі білків, молекул, необхідних для правильної реалізації клітинних механізмів.
ДНК і РНК відрізняються один від одного в деяких аспектах.
Наприклад, ДНК має два антипаралельні нуклеотидні ланцюги і має дезоксирибозу як 5-вуглецевий цукор. З іншого боку, РНК зазвичай має єдиний ланцюг нуклеотидів і містить рибозу як цукор з 5 атомами вуглецю.
Що таке нуклеїнові кислоти?
Нуклеїнові кислоти - це біологічні макромолекули ДНК і РНК, наявність яких всередині клітин живих істот є важливою для виживання та правильного розвитку останніх.
Згідно з іншим визначенням, нуклеїнові кислоти є біополімерами, що є результатом об’єднання великої кількості нуклеотидів у довгих лінійних ланцюгах.
Біополімер або природний полімер - це велика біологічна сполука, що складається з однакових молекулярних одиниць, які називаються мономерами.
Нуклеїнові кислоти: хто є власником?
Нуклеїнові кислоти знаходяться не тільки в клітинах еукаріотичних та прокаріотичних організмів, але й у безклітинних формах життя, таких як віруси, та у клітинних органелах, таких як мітохондрії та хлоропласти.
Загальна структура
Виходячи з наведених вище визначень, нуклеотиди - це молекулярні одиниці, які складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот.
Тому вони будуть представляти основну тему цього розділу, присвячену структурі нуклеїнових кислот.
БУДОВА ГЕНЕРИЧНОГО НУКЛЕОТИДУ
Загальний нуклеотид - це сполука органічної природи, результат поєднання трьох елементів:
- Фосфатна група, яка є похідною фосфорної кислоти;
- Пентоза, тобто цукор з 5 атомами вуглецю;
- Азотиста основа, яка є ароматичною гетероциклічною молекулою.
Пентоза являє собою центральний елемент нуклеотидів, оскільки фосфатна група та азотиста основа зв'язуються з нею.
Малюнок: Елементи, які складають загальний нуклеотид нуклеїнової кислоти. Як видно, фосфатна група та азотна основа зв’язуються з цукром.
Хімічний зв’язок, який утримує пентозу та фосфатну групу разом, є фосфодіефірним зв’язком, тоді як хімічний зв’язок, що зв’язує пентозу та азотисту основу, є N-глікозидним зв’язком.
ЯК ПЕНТОЗ БЕЗ УЧАСТЬ У РІЗНИХ ЗВ'ЯЗКАХ З ІНШИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ?
Приміщення: хіміки подумали про нумерацію вуглеців, які складають органічні молекули, таким чином, щоб спростити їх вивчення та опис. Отже, ось 5 вуглеців пентози стають: вуглець 1, вуглець 2, вуглець 3, вуглець 4 і вуглець 5.
Критерій призначення номерів є досить складним, тому ми вважаємо за доцільне залишити пояснення.
З 5 вуглеців, які утворюють пентозу нуклеотидів, вуглецем 1 та вуглецем 5 є ті, які беруть участь у зв’язках з азотистою основою та фосфатною групою.
- Пентоз вуглецю 1 → N-глікозидний зв’язок → азотиста основа
- Пентоз вуглецю 5 → фосфодіефірний зв’язок → фосфатна група
ЯКИЙ ХІМІЧНИЙ ЗВ'ЯЗК, ЯКИЙ ЗВ'ЯЗУЄ НУКЛЕОТИДИ НУКЛЕЇНСЬКИХ КИСЛОТ?
Рис.
У складі нуклеїнових кислот нуклеотиди організуються у довгі лінійні ланцюги, більш відомі як нитки.
Кожен нуклеотид, що утворює ці довгі нитки, зв'язується з наступним нуклеотидом за допомогою фосфодіефірного зв'язку між вуглецем 3 своєї пентози та фосфатною групою безпосередньо наступного нуклеотиду.
НАДКЛЮЧЕННЯ
Нуклеотидні нитки (або полінуклеотидні нитки), які складають нуклеїнові кислоти, мають два кінці, відомі як 5 "кінець (читається" п'ять простих ") і 3" кінець (читається "три простих"). Згідно з умовами, біологи та генетики встановили, що «кінець 5» являє собою голову нитки, що утворює нуклеїнову кислоту, тоді як «кінець 3» - її хвіст.
З хімічної точки зору "5 кінець" нуклеїнових кислот збігається з фосфатною групою першого нуклеотиду ланцюга, тоді як "3 кінець" нуклеїнових кислот збігається з гідроксильною (ОН) групою на вуглеці 3 останнього нуклеотиду.
Саме на основі цієї організації в книгах з генетики та молекулярної біології нуклеотидні нитки нуклеїнової кислоти описані таким чином: P -5 "→ 3" -OH.
* Примітка: буква P позначає атом фосфору фосфатної групи.
Застосовуючи поняття 5 "кінець і 3" кінець до одного нуклеотиду, "5 кінець" останнього являє собою фосфатну групу, пов'язану з вуглецем 5, тоді як її 3 "кінець - це гідроксильна група, приєднана до вуглецю 3.
В обох випадках s "пропонує читачеві звернути увагу на числове повторення: кінець 5" - фосфатна група на вуглеці 5 і кінець 3 " - гідроксильна група на вуглеці 3.
Загальна функція
Нуклеїнові кислоти містять, транспортують, розшифровують і виражають генетичну інформацію в білках.
Складені з амінокислот, білки є біологічними макромолекулами, які відіграють фундаментальну роль у регулюванні клітинних механізмів живого організму.
Генетична інформація залежить від послідовності нуклеотидів, які складають нитки нуклеїнових кислот.
Натяки на історію
Заслуга у відкритті нуклеїнових кислот, яке відбулося в 1869 році, належить швейцарському лікарю та біологу Фрідріху Мішеру.
Мішер зробив свої висновки під час вивчення клітинного ядра лейкоцитів з наміром краще зрозуміти їх внутрішній склад.
Експерименти Мішера стали поворотним моментом у галузі молекулярної біології та генетики, оскільки вони започаткували низку досліджень, які привели до ідентифікації структури ДНК (Уотсон і Крік, у 1953 р.) Та РНК, до знання механізмів генетична спадковість та визначення точних процесів синтезу білка.
ПОХОДЖЕННЯ НАЗВИ
Нуклеїнові кислоти мають таку назву, оскільки Мішер ідентифікував їх у ядрі лейкоцитів (ядро - нуклеїн) і виявив, що вони містять фосфатну групу, похідну фосфорної кислоти (похідне фосфорної кислоти - кислоти).
ДНК
Серед відомих нуклеїнових кислот ДНК є найвідомішою, оскільки вона є сховищем генетичної інформації (або генів), яка служить для спрямування розвитку та росту клітин живого організму.
Абревіатура ДНК означає дезоксирибонуклеїнову кислоту або дезоксирибонуклеїнову кислоту.
ДВОЙНИЙ ГЕЛІКС
У 1953 р., Щоб пояснити структуру "ДНК нуклеїнової кислоти", біологи Джеймс Вотсон і Френсіс Крік запропонували модель, яка пізніше виявилася правильною, так званої "подвійної спіралі".
Відповідно до моделі "подвійної спіралі", ДНК - це велика молекула, що виникає в результаті об'єднання двох довгих ланцюгів антипаралельних нуклеотидів, згорнутих одна в одну.
Термін "антипаралельний" вказує на те, що дві нитки мають протилежну орієнтацію, тобто: головка та хвіст однієї нитки взаємодіють відповідно з хвостом та головкою іншої нитки.
Згідно з іншим важливим моментом моделі "подвійної спіралі", нуклеотиди нуклеїнової кислоти ДНК мають таке розташування, що азотисті основи орієнтовані на центральну вісь кожної спіралі, тоді як пентози та фосфатні групи утворюють поверхню, зовні. лист.
ЯКА ПЕНТОЗА ДНК?
Пентоза, що входить до складу нуклеотидів нуклеїнової кислоти ДНК, є дезоксирибозою.
Своєю назвою цей 5-вуглецевий цукор зобов'язаний нестачі кисню у вуглеці 2. Адже дезоксирибоза означає «без кисню».
Малюнок: дезоксирибоза.
Через наявність дезоксирибози нуклеотиди нуклеїнової кислоти ДНК називаються дезоксирибонуклеотидами.
ВИДИ НУКЛЕОТИДІВ ТА ОСНОВИ АЗОТУ
ДНК нуклеїнова кислота має 4 різних типи дезоксирибонуклеотидів.
Виділити 4 різних типи дезоксирибонуклеотидів-це лише основа азоту, пов’язана з утворенням пентозо-фосфатної групи (яка на відміну від азотистої основи ніколи не змінюється).
Отже, зі зрозумілих причин азотистими основами ДНК є 4, а саме: аденин (А), гуанін (G), цитозин (С) і тимін (Т).
Аденин і гуанін належать до класу пуринів, дво кільцевих ароматичних гетероциклічних сполук.
Цитозин і тимін, з іншого боку, відносяться до категорії піримідинів, одно кільцевих ароматичних гетероциклічних сполук.
За допомогою моделі "подвійної спіралі" Уотсон і Крік також пояснили, що таке організація азотистих основ всередині ДНК:
- Кожна азотиста основа нитки приєднується за допомогою водневих зв'язків до азотистої основи, присутній на антипаралельній нитці, ефективно утворюючи пару, пару.
- Сполучення між азотистими основами двох ниток є дуже специфічним: насправді аденін зв’язується лише з тиміном, тоді як цитозин зв’язується лише з гуаніном.
Це важливе відкриття спонукало молекулярних біологів та генетиків ввести терміни "взаємодоповнюваності між азотистими основами" та "взаємодоповнення між азотистими основами", щоб вказати на унікальність зв'язування аденину з тиміном та цитозину з гуаніном. .
Де він знаходиться всередині живих клітин?
У еукаріотичних організмів (тварин, рослин, грибів та протистів) нуклеїнова кислота ДНК знаходиться в ядрі всіх клітин, що мають цю клітинну структуру.
Однак у прокаріотичних організмах (бактерії та археї) нуклеїнова кислота ДНК знаходиться в цитоплазмі, оскільки клітини прокаріотів не мають ядра.
РНК
Між двома наявними в природі нуклеїновими кислотами РНК являє собою біологічну макромолекулу, яка переводить нуклеотиди ДНК в амінокислоти, що складають білки (процес синтезу білка).
Насправді, РНК нуклеїнової кислоти можна порівняти зі словником генетичної інформації, повідомленої про ДНК нуклеїнової кислоти.
Абревіатура РНК означає рибонуклеїнову кислоту.
Відмінності, які відрізняють її від ДНК
РНК нуклеїнової кислоти має кілька відмінностей у порівнянні з ДНК:
- РНК є меншою біологічною молекулою, ніж ДНК, зазвичай складається з однієї нитки нуклеотидів.
- Пентоза, що утворює нуклеотиди рибонуклеїнової кислоти, - це рибоза. На відміну від дезоксирибози, рибоза має атом кисню на вуглеці 2.
Завдяки наявності рибозного цукру біологи та хіміки присвоїли РНК назву рибонуклеїнової кислоти. - Нуклеотиди РНК також відомі як рибонуклеотиди.
- РНК нуклеїнової кислоти поділяє з ДНК лише 3 із 4 азотистих основ. Фактично, замість тиміну, вона містить азотисту основу урацил.
- РНК може перебувати в різних компартментах клітини, від ядра до цитоплазми.
ВИДИ РНК
Малюнок: рибоза.
У живих клітинах РНК нуклеїнової кислоти існує в чотирьох основних формах: транспортна РНК (або Перенесення РНК або тРНК), месенджер РНК (або Месенджер РНК або мРНК), рибосомна РНК (або рибосомна РНК або рРНК) і малу ядерну РНК (o мала ядерна РНК або snRNA).
Хоча вони виконують різні специфічні ролі, чотири вищезгадані форми РНК співпрацюють для спільної мети: синтезу білків, починаючи з нуклеотидних послідовностей, присутніх у ДНК.
Штучні моделі
В останні десятиліття молекулярні біологи синтезували в лабораторії кілька нуклеїнових кислот, ототожнених із прикметником «штучна».
Серед штучних нуклеїнових кислот заслуговують окремої згадки: ТНК, ПНА, ЛНК та ГНК.
