Üldisus
Nukleiinhapped on suured bioloogilised molekulid DNA ja RNA, mille olemasolu ja nõuetekohane toimimine elusrakkudes on viimaste ellujäämiseks hädavajalik.
Üldine nukleiinhape pärineb suure hulga nukleotiidide liitumisest lineaarsetes ahelates.
Joonis: DNA molekul.
Nukleotiidid on väikesed molekulid, mille koostises osalevad kolm elementi: fosfaatrühm, lämmastikualus ja 5-süsiniksuhkur.
Nukleiinhapped on organismi ellujäämiseks üliolulised, kuna nad teevad koostööd valkude sünteesis, mis on rakuliste mehhanismide õigeks rakendamiseks hädavajalikud molekulid.
DNA ja RNA erinevad üksteisest mõnes aspektis.
Näiteks DNA-l on kaks paralleelset nukleotiidiahelat ja sellel on 5-süsinikusisaldusega suhkruna desoksüriboos. Seevastu RNA -l on tavaliselt üks nukleotiidide ahel ja riboos on 5 süsinikuaatomiga suhkur.
Mis on nukleiinhapped?
Nukleiinhapped on bioloogilised makromolekulid DNA ja RNA, mille olemasolu elusolendite rakkudes on nende ellujäämiseks ja õigeks arenguks hädavajalik.
Teise määratluse kohaselt on nukleiinhapped biopolümeerid, mis on saadud paljude nukleotiidide pikkade lineaarsete ahelate ühendamisel.
Biopolümeer ehk looduslik polümeer on suur bioloogiline ühend, mis koosneb ühesugustest molekuliühikutest, mida nimetatakse monomeerideks.
TUUMHAPPED: KES ON PAKKUMISES?
Nukleiinhapped asuvad mitte ainult eukarüootsete ja prokarüootsete organismide rakkudes, vaid ka rakulistes eluvormides, nagu viirused, ja rakulistes organellides, nagu mitokondrid ja kloroplastid.
Üldine struktuur
Ülaltoodud määratluste põhjal on nukleotiidid molekulaarsed ühikud, mis moodustavad nukleiinhapete DNA ja RNA.
Seetõttu esindavad nad selle peatüki põhiteemat, mis on pühendatud nukleiinhapete struktuurile.
ÜLDISE NUKLEOTIIDI STRUKTUUR
Üldine nukleotiid on orgaanilise päritoluga ühend, mis on kolme elemendi ühendamise tulemus:
- Fosfaatrühm, mis on fosforhappe derivaat;
- Pentoos, see tähendab 5 süsinikuaatomiga suhkur;
- Lämmastikku sisaldav alus, mis on aromaatne heterotsükliline molekul.
Pentoos kujutab endast nukleotiidide keskset elementi, kuna fosfaatrühm ja lämmastikalus seostuvad sellega.
Joonis: elemendid, mis moodustavad nukleiinhappe geneerilise nukleotiidi. Nagu näha, seonduvad fosfaatrühm ja lämmastikalus suhkruga.
Keemiline side, mis hoiab pentoosi ja fosfaatrühma koos, on fosfodiesterside, samas kui keemiline side, mis seob pentoosi ja lämmastikalust, on N-glükosiidside.
KUIDAS PENTOOS OSALEB ERINEVATES LINGIDES TEISTE ELEMENTIDEGA?
Eeldus: keemikud on mõelnud orgaaniliste molekulide moodustavate süsinike nummerdamisele nii, et nende uurimist ja kirjeldamist lihtsustataks. Siinkohal muutuvad pentoosi 5 süsinikku: süsinik 1, süsinik 2, süsinik 3, süsinik 4 ja süsinik 5.
Numbrite määramise kriteerium on üsna keeruline, seetõttu peame asjakohaseks selgituse välja jätta.
Viiest süsinikust, mis moodustavad nukleotiidide pentoosi, on lämmastikaluse ja fosfaatrühmaga seotud sidemeteks süsinik 1 ja süsinik 5.
- Pentoos süsinik 1 → N-glükosiidside → lämmastikalus
- Pentoos süsinik 5 → fosfodiesterside → fosfaatrühm
MILLISE KEEMILISE SIDEMEGA SIDUB TUUMHAPPE NUKLEOTIIDE?
Joonis: pentoosi struktuur, selle koostisosade süsinike nummerdamine ja sidemed lämmastikaluse ja fosfaatrühmaga.
Nukleiinhapete koostamisel organiseeruvad nukleotiidid pikkadeks lineaarseteks ahelateks, mida tuntakse paremini hõõgniitidena.
Iga neid pikki ahelaid moodustav nukleotiid seondub järgmise nukleotiidiga fosfodiestersideme abil oma pentoosi süsiniku 3 ja vahetult järgneva nukleotiidi fosfaatrühma vahel.
EXTREMITIES
Nukleotiidide ahelatel (või polünukleotiidi ahelatel), mis moodustavad nukleiinhappeid, on kaks otsa, mida tuntakse 5 -otsaga (loe "viie algusega") ja 3 -otsaga (loe "kolme algusega"). Kokkuleppe kohaselt on bioloogid ja geneetikud kindlaks teinud, et "lõpp 5" tähistab nukleiinhapet moodustava ahela pead ja "ots 3" tähistab selle saba.
Keemilisest aspektist langeb nukleiinhapete "5 ots" kokku ahela esimese nukleotiidi fosfaatrühmaga, nukleiinhapete "3 ots" aga süsiniku 3 hüdroksüülrühmaga (OH) viimasest nukleotiidist.
Just selle organisatsiooni põhjal kirjeldatakse geneetika ja molekulaarbioloogia raamatutes nukleiinhappe nukleotiidi ahelaid järgmiselt: P -5 "→ 3" -OH.
* Märkus: täht P tähistab fosfaatrühma fosforiaatomit.
Rakendades mõisteid 5 "ots ja 3" ots ühele nukleotiidile, on viimase "5 ots" fosfaatrühm, mis on seotud süsinikuga 5, samas kui selle 3 "ots on süsinikuga 3 ühendatud hüdroksüülrühm.
Mõlemal juhul kutsub s "lugejat tähelepanu pöörama numbrilisele kordumisele: lõpp 5" - fosfaatrühm süsinikul 5 ja lõpp 3 " - hüdroksüülrühm süsinikul 3.
Üldine funktsioon
Nukleiinhapped sisaldavad, transpordivad, dešifreerivad ja väljendavad valkudes geneetilist teavet.
Aminohapetest koosnevad valgud on bioloogilised makromolekulid, millel on oluline roll elusorganismi rakumehhanismide reguleerimisel.
Geneetiline teave sõltub nukleotiidide järjestusest, mis moodustavad nukleiinhapete ahelad.
Vihjeid ajaloole
Aumärk nukleiinhapete avastamise eest, mis toimus 1869. aastal, kuulub Šveitsi arstile ja bioloogile Friedrich Miescherile.
Miescher tegi oma järeldused leukotsüütide rakutuuma uurides, eesmärgiga paremini mõista nende sisemist koostist.
Miescheri katsed kujutasid endast pöördepunkti molekulaarbioloogia ja geneetika valdkonnas, kuna need algatasid rea uuringuid, mis viisid DNA (Watson ja Crick, 1953) ja RNA struktuuri kindlakstegemiseni ning teadmisteni geneetiline pärand ja valkude sünteesi täpsete protsesside kindlakstegemine.
NIMI PÄRITOLU
Nukleiinhapetel on see nimi, sest Miescher tuvastas need leukotsüütide tuumas (tuum - nukleiin) ja avastas, et need sisaldavad fosfaatrühma, mis on fosforhappe derivaat (fosforhappe derivaat - happed).
DNA
Teadaolevatest nukleiinhapetest on DNA kõige kuulsam, kuna see kujutab endast geneetilise teabe (või geenide) ladu, mis on suunatud elusorganismi rakkude arengule ja kasvule.
Lühend DNA tähendab desoksüribonukleiinhapet või desoksüribonukleiinhapet.
KAKSIKHEELIKS
1953. aastal pakkusid bioloogid James Watson ja Francis Crick "nukleiinhappe DNA" struktuuri selgitamiseks välja nn "topeltheeliksi" mudeli, mis hiljem osutus õigeks.
"Topeltheeliksi" mudeli kohaselt on DNA suur molekul, mis tuleneb kahe pika paralleelsete nukleotiidide ahela ühendamisest ja on kokku keeratud.
Mõiste "antiparalleelne" näitab, et kahel hõõgniidil on vastupidine suund, see tähendab: ühe hõõgniidi pea ja saba interakteeruvad vastavalt teise hõõgniidi saba ja peaga.
Vastavalt teisele topeltheeliksi mudeli olulisele punktile on DNA nukleiinhappe nukleotiididel selline paigutus, et lämmastikalused on suunatud iga spiraali keskteljele, pentoosid ja fosfaatrühmad moodustavad aga karkassi. viimane.
MIS ON DNA PENTOOS?
Pentoos, mis moodustab DNA nukleiinhappe nukleotiidid, on desoksüriboos.
See 5-süsinikusisaldusega suhkur on oma nime tõttu süsiniku 2 hapnikupuuduse tõttu. Lõppude lõpuks tähendab desoksüriboos "hapnikuvaba".
Joonis: desoksüriboos.
Deoksüriboosi olemasolu tõttu nimetatakse DNA nukleiinhappe nukleotiide desoksüribonukleotiidideks.
NUKLEOTIIDIDE JA LÄMMASTEALUSTE TÜÜBID
DNA nukleiinhappel on 4 erinevat tüüpi desoksüribonukleotiidi.
Nelja erinevat tüüpi desoksüribonukleotiidi eristamiseks on ainult lämmastikalus, mis on seotud pentoos-fosfaatrühma moodustumisega (mis erinevalt lämmastikalusest ei muutu kunagi).
Arusaadavatel põhjustel on seega DNA lämmastikalused 4, täpsemalt: adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C) ja tümiin (T).
Adeniin ja guaniin kuuluvad puriinide, kahetsükliliste aromaatsete heterotsükliliste ühendite klassi.
Tsütosiin ja tümiin seevastu kuuluvad pürimidiinide, üheahelaliste aromaatsete heterotsükliliste ühendite kategooriasse.
"Topeltheeliksi" mudeli abil selgitasid Watson ja Crick ka seda, milline on DNA sees olevate lämmastikaluste korraldus:
- Hõõgniidi iga lämmastikualus ühendab vesiniksidemete abil paralleelselt hõõgniidil oleva lämmastikualuse, moodustades tõhusalt aluste paari.
- Kahe filamendi lämmastikaluste sidumine on väga spetsiifiline. Tegelikult seondub adeniin ainult tümiiniga, tsütosiin aga ainult guaniiniga.
See oluline avastus ajendas molekulaarbiolooge ja geneetikuid välja töötama terminid "lämmastikualuste vaheline komplementaarsus" ja "lämmastikaluste täiendav sidumine", et näidata adeniini ja tümiini ning tsütosiini guaniiniga seondumise ainulaadsust. .
KUS SEE ELUB ELEKTRITE SEES?
Eukarüootsetes organismides (loomad, taimed, seened ja protistid) asub DNA nukleiinhape kõigi selle rakustruktuuriga rakkude tuumas.
Prokarüootsetes organismides (bakterid ja arhead) paikneb aga DNA nukleiinhape tsütoplasmas, kuna prokarüootsetel rakkudel puudub tuum.
RNA
Kahe looduses esineva nukleiinhappe vahel tähistab RNA bioloogilist makromolekuli, mis muundab DNA nukleotiidid valkudeks moodustavateks aminohapeteks (valkude sünteesi protsess).
Tegelikult on nukleiinhappe RNA võrreldav nukleiinhappe DNA kohta esitatud geneetilise teabe sõnastikuga.
Lühend RNA tähendab ribonukleiinhapet.
ERINEVUSED, MIS ERINEVAD DNA -st
Nukleiinhappe RNA -l on DNA -ga võrreldes mitmeid erinevusi:
- RNA on DNAst väiksem bioloogiline molekul, mis koosneb tavaliselt ühest nukleotiidide ahelast.
- Pentoos, mis moodustab ribonukleiinhappe nukleotiidid, on riboos. Erinevalt desoksüriboosist on riboosil süsinikul 2 hapnikuaatom.
Riboosisuhkru olemasolu tõttu on bioloogid ja keemikud andnud RNA -le ribonukleiinhappe nime. - RNA nukleotiide tuntakse ka kui ribonukleotiide.
- Nukleiinhappe RNA -l on DNA -ga ainult 3 neljast lämmastikalusest. Tegelikult on tümiini asemel lämmastikualus uratsiil.
- RNA võib asuda raku erinevates sektsioonides, alates tuumast kuni tsütoplasmani.
RNA TÜÜBID
Joonis: riboos.
Elusrakkudes eksisteerib nukleiinhappe RNA neljas põhivormis: transport -RNA (või RNA ülekanne või tRNA), messenger RNA (või RNA sõnumitooja või mRNA), ribosomaalne RNA (või ribosomaalne RNA või rRNA) ja väike tuuma RNA (o väike tuuma RNA või snRNA).
Ehkki neil on erinevad spetsiifilised rollid, teevad neli eespool nimetatud RNA vormi koostööd ühise eesmärgi nimel: valkude süntees, alustades DNA -s leiduvatest nukleotiidjärjestustest.
Kunstlikud mudelid
Viimastel aastakümnetel on molekulaarbioloogid laboris sünteesinud mitmeid nukleiinhappeid, mis on identifitseeritud omadussõnaga "tehislik".
Kunstnukleiinhapete hulgas väärib erilist mainimist: TNA, PNA, LNA ja GNA.
