Общность
Нуклеиновые кислоты - это большие биологические молекулы ДНК и РНК, наличие и правильное функционирование которых в живых клетках имеют важное значение для выживания последних.
Обычная нуклеиновая кислота образуется в результате объединения в линейные цепи большого числа нуклеотидов.
Рисунок: молекула ДНК.
Нуклеотиды - это небольшие молекулы, в составе которых участвуют три элемента: фосфатная группа, азотистое основание и 5-углеродный сахар.
Нуклеиновые кислоты жизненно важны для выживания организма, поскольку они взаимодействуют в синтезе белков, молекул, необходимых для правильной реализации клеточных механизмов.
ДНК и РНК в некоторых отношениях отличаются друг от друга.
Например, ДНК имеет две антипараллельные нуклеотидные цепи и дезоксирибозу в качестве 5-углеродного сахара. С другой стороны, РНК обычно имеет одну цепь нуклеотидов и содержит рибозу в виде сахара с 5 атомами углерода.
Что такое нуклеиновые кислоты?
Нуклеиновые кислоты - это биологические макромолекулы ДНК и РНК, присутствие которых внутри клеток живых существ необходимо для выживания и правильного развития последних.
Согласно другому определению, нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, полученные в результате объединения в длинные линейные цепи большого числа нуклеотидов.
Биополимер или природный полимер - это большое биологическое соединение, состоящее из одинаковых молекулярных единиц, которые называются мономерами.
ЯДЕРНЫЕ КИСЛОТЫ: КТО ЕСТЬ В НАЛИЧИИ?
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
Исходя из приведенных выше определений, нуклеотиды - это молекулярные единицы, из которых состоят ДНК и РНК нуклеиновых кислот.
Поэтому они и будут представлять собой основную тему этой главы, посвященной структуре нуклеиновых кислот.
СТРУКТУРА ГЕНЕРИЧЕСКОГО НУКЛЕОТИДА
Универсальный нуклеотид - это соединение органической природы, результат объединения трех элементов:
- Фосфатная группа, являющаяся производным фосфорной кислоты;
- Пентоза, то есть сахар с 5 атомами углерода;
- Азотистое основание, представляющее собой ароматическую гетероциклическую молекулу.
Пентоза представляет собой центральный элемент нуклеотидов, поскольку с ней связываются фосфатная группа и азотистое основание.
Рисунок: Элементы, составляющие общий нуклеотид нуклеиновой кислоты. Как видно, фосфатная группа и азотистое основание связываются с сахаром.
Химическая связь, которая удерживает пентозу и фосфатную группу вместе, представляет собой фосфодиэфирную связь, в то время как химическая связь, связывающая пентозу и азотистое основание, представляет собой N-гликозидную связь.
КАК PENTOSE УЧАСТВУЕТ В РАЗЛИЧНЫХ ССЫЛКАХ С ДРУГИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ?
Посылка: химики подумали о нумерации атомов углерода, составляющих органические молекулы, таким образом, чтобы упростить их изучение и описание. Итак, 5 атомов углерода пентозы превращаются в углерод 1, углерод 2, углерод 3, углерод 4 и углерод 5.
Критерий присвоения номера достаточно сложен, поэтому мы считаем целесообразным опустить пояснение.
Из 5 атомов углерода, 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 → азотное основание
- Пентозный углерод 5 → фосфодиэфирная связь → фосфатная группа
КАКОЙ ВИД ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ, СВЯЗЫВАЮЩЕЙ НУКЛЕОТИДЫ ЯДЕРНЫХ КИСЛОТ?
Рисунок: Структура пентозы, нумерация составляющих ее атомов углерода и связи с азотным 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 следующего за ним нуклеотида.
КОНЕЧНОСТИ
Нуклеотидные цепи (или полинуклеотидные цепи), из которых состоят нуклеиновые кислоты, имеют два конца, известные как 5-дюймовый конец (читается как «пять основных») и 3-дюймовый конец (читается как «три простых»). По соглашению биологи и генетики установили, что «конец 5» представляет собой головку цепи, образующей нуклеиновую кислоту, а «конец 3» представляет ее 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 (ОН) группой 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 концепции 5 "конца и 3" конца к одному нуклеотиду, "5 конец" последнего представляет собой фосфатную группу, связанную с углеродом 5, в то время как его 3-дюймовый конец представляет собой гидроксильную группу, присоединенную к углероду 3.
В обоих случаях s "предлагает читателю обратить внимание на числовую повторяемость: конец 5" - фосфатная группа на углероде 5 и конец 3 "- гидроксильная группа на углероде 3.
Общая функция
Нуклеиновые кислоты содержат, транспортируют, расшифровывают и выражают генетическую информацию в белках.
Белки, состоящие из аминокислот, представляют собой биологические макромолекулы, которые играют фундаментальную роль в регулировании клеточных механизмов живого организма.
Генетическая информация зависит от последовательности нуклеотидов, составляющих цепи нуклеиновых кислот.
Намеки на историю
Заслуга в открытии нуклеиновых кислот, которое произошло в 1869 году, принадлежит швейцарскому врачу и биологу Фридриху Мишеру.
Мишер сделал свои выводы, когда изучал клеточное ядро лейкоцитов с намерением лучше понять их внутренний состав.
Эксперименты Мишера стали поворотным моментом в области молекулярной биологии и генетики, поскольку они положили начало серии исследований, которые привели к идентификации структуры ДНК (Уотсон и Крик, 1953 г.) и РНК, а также к познанию механизмов ее возникновения. генетическая наследственность и определение точных процессов синтеза белка.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ НАЗВАНИЯ
Нуклеиновые кислоты получили такое название, потому что Мишер идентифицировал их внутри ядра лейкоцитов (ядро - нуклеиновая) и обнаружил, что они содержат фосфатную группу, производное фосфорной кислоты (производное фосфорной кислоты - кислоты).
ДНК
Среди известных нуклеиновых кислот ДНК является самой известной, поскольку она представляет собой хранилище генетической информации (или генов), которые служат для управления развитием и ростом клеток живого организма.
Аббревиатура ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту или дезоксирибонуклеиновую кислоту.
ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ
В 1953 году для объяснения структуры «ДНК нуклеиновой кислоты» биологи Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик предложили модель так называемой «двойной спирали», которая позже оказалась верной.
Согласно модели «двойной спирали», ДНК представляет собой большую молекулу, образовавшуюся в результате объединения двух длинных цепей антипараллельных нуклеотидов, свернутых друг в друга.
Термин «антипараллельный» указывает на то, что две нити имеют противоположную ориентацию, а именно: головка и хвост одной нити взаимодействуют, соответственно, с хвостом и головкой другой нити.
Согласно другому важному пункту модели «двойной спирали», нуклеотиды нуклеиновой кислоты ДНК имеют такое расположение, что азотистые основания ориентированы по направлению к центральной оси каждой спирали, в то время как пентозы и фосфатные группы образуют каркас. последний.
ЧТО ТАКОЕ ПЕНТОЗ ДНК?
Пентоза, из которой состоят нуклеотиды нуклеиновой кислоты ДНК, - дезоксирибоза.
Этот 5-углеродный сахар обязан своим названием отсутствию кислорода на углероде 2. В конце концов, дезоксирибоза означает «без кислорода».
Рисунок: дезоксирибоза.
Из-за присутствия дезоксирибозы нуклеотиды нуклеиновой кислоты ДНК называются дезоксирибонуклеотидами.
ВИДЫ НУКЛЕОТИДОВ И АЗОТНЫХ ОСНОВ
Нуклеиновая кислота ДНК имеет 4 различных типа дезоксирибонуклеотидов.
Различить 4 различных типа дезоксирибонуклеотидов можно только по азотному основанию, связанному с образованием пентозофосфатной группы (которое, в отличие от азотного основания, никогда не меняется).
Таким образом, по очевидным причинам, азотистых оснований ДНК 4, а именно: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T).
Аденин и гуанин относятся к классу пуринов, ароматических гетероциклических соединений с двойным кольцом.
Цитозин и тимин, с другой стороны, относятся к категории пиримидинов, ароматических гетероциклических соединений с одним кольцом.
С помощью модели «двойной спирали» Уотсон и Крик также объяснили, как устроены азотистые основания внутри ДНК:
- Каждое азотистое основание нити соединяется посредством водородных связей с азотистым основанием, присутствующим на антипараллельной нити, эффективно образуя пару оснований.
- Спаривание азотистых оснований двух нитей очень специфично: аденин связывается только с тимином, а цитозин - только с гуанином.
Это важное открытие побудило молекулярных биологов и генетиков использовать термины «комплементарность между азотистыми основаниями» и «комплементарное спаривание азотистых оснований», чтобы указать на уникальность связывания аденина с тимином и цитозина с гуанином. .
ГДЕ ОНА НАХОДИТСЯ ВНУТРИ ЖИВЫХ КЛЕТК?
У эукариотических организмов (животных, растений, грибов и простейших) нуклеиновая кислота ДНК находится в ядре всех клеток, имеющих эту клеточную структуру.
Однако у прокариотических организмов (бактерий и архей) нуклеиновая кислота ДНК находится в цитоплазме, поскольку у прокариотических клеток отсутствует ядро.
РНК
Между двумя нуклеиновыми кислотами, существующими в природе, РНК представляет собой биологическую макромолекулу, которая переводит нуклеотиды ДНК в аминокислоты, составляющие белки (процесс синтеза белка).
Фактически, РНК нуклеиновых кислот сравнима со словарем генетической информации, сообщаемой о ДНК нуклеиновых кислот.
Аббревиатура РНК означает рибонуклеиновую кислоту.
ОТЛИЧИЯ, КОТОРЫЕ ОТЛИЧАЮТ ЕГО ОТ ДНК
РНК нуклеиновой кислоты имеет несколько отличий от ДНК:
- РНК - это меньшая биологическая молекула, чем ДНК, обычно состоящая из одной нити нуклеотидов.
- Пентоза, из которой состоят нуклеотиды рибонуклеиновой кислоты, - это рибоза.В отличие от дезоксирибозы, рибоза имеет атом кислорода на углероде 2.
Именно из-за присутствия сахара рибозы биологи и химики назвали РНК рибонуклеиновой кислотой. - Нуклеотиды РНК также известны как рибонуклеотиды.
- РНК нуклеиновой кислоты имеет с ДНК только 3 из 4 азотистых оснований. Фактически, вместо тимина у нее есть азотистое основание урацил.
- РНК может находиться в различных компартментах клетки, от ядра до цитоплазмы.
ВИДЫ РНК
Рисунок: рибоза.
В живых клетках РНК нуклеиновых кислот существует в четырех основных формах: транспортная РНК (или Перенос РНК или тРНК), информационная РНК (или Посланник РНК или мРНК), рибосомная РНК (или рибосомная РНК или рРНК) и малая ядерная РНК (o малая ядерная РНК или мяРНК).
Хотя они играют разные специфические роли, четыре вышеупомянутые формы РНК сотрудничают для общей цели: синтеза белков, начиная с нуклеотидных последовательностей, присутствующих в ДНК.
Искусственные модели
В последние десятилетия молекулярные биологи синтезировали в лаборатории несколько нуклеиновых кислот, идентифицированных с прилагательным «искусственные».
Среди искусственных нуклеиновых кислот следует особо упомянуть: TNA, PNA, LNA и GNA.
