Allmänhet
Nukleinsyror är de stora biologiska molekylerna DNA och RNA, vars närvaro och korrekta funktion, inom levande celler, är avgörande för de senare.
En generisk nukleinsyra härrör från unionen, i linjära kedjor, av ett stort antal nukleotider.
Figur: DNA -molekyl.
Nukleotider är små molekyler, i vars sammansättning tre element deltar: en fosfatgrupp, en kvävehaltig bas och ett 5-kolsocker.
Nukleinsyror är avgörande för en organisms överlevnad, eftersom de samarbetar i syntesen av proteiner, molekyler som är nödvändiga för korrekt implementering av cellulära mekanismer.
DNA och RNA skiljer sig från varandra i vissa avseenden.
Till exempel har DNA två antiparallella nukleotidkedjor och har deoxiribos som ett 5-kolsocker. RNA, å andra sidan, har vanligtvis en enda kedja av nukleotider och har ribos som ett socker med 5 kolatomer.
Vad är nukleinsyror?
Nukleinsyror är de biologiska makromolekylerna DNA och RNA, vars närvaro, inuti cellerna i levande varelser, är avgörande för överlevnad och korrekt utveckling av de senare.
Enligt en annan definition är nukleinsyror biopolymerer som härrör från förening, i långa linjära kedjor, av ett stort antal nukleotider.
En biopolymer, eller naturlig polymer, är en stor biologisk förening som består av molekylära enheter som alla är desamma, som kallas monomerer.
KÄRNSYROR: VEM ÄR I POSSION?
Nukleinsyror finns inte bara i cellerna i eukaryota och prokaryota organismer, utan också i acellulära livsformer, såsom virus, och i cellulära organeller, såsom mitokondrier och kloroplaster.
Allmän struktur
Baserat på definitionerna ovan är nukleotider de molekylära enheter som utgör nukleinsyrorna DNA och RNA.
Därför kommer de att representera huvudämnet för detta kapitel, som ägnas åt strukturen för nukleinsyror.
STRUKTUR AV EN GENERISK NUKLEOTID
En generisk nukleotid är en förening av organisk natur, resultatet av föreningen av tre element:
- En fosfatgrupp, som är ett derivat av fosforsyra;
- En pentos, det vill säga ett socker med 5 kolatomer;
- En kvävehaltig bas, som är en aromatisk heterocyklisk molekyl.
Pentosen representerar det centrala elementet i nukleotiderna, eftersom fosfatgruppen och den kvävehaltiga basen binder till den.
Figur: Element som utgör en generisk nukleotid av en nukleinsyra. Som framgår binds fosfatgruppen och kvävebasen till sockret.
Den kemiska bindningen som håller ihop pentosen och fosfatgruppen är en fosfodiesterbindning, medan den kemiska bindningen som binder pentosen och den kvävehaltiga basen är en N-glykosidbindning.
HUR deltar pentosen i de olika länkarna med de andra elementen?
Premiss: kemister har tänkt att räkna kol som består av organiska molekyler på ett sådant sätt att förenkla deras studie och beskrivning. Här, då, att de fem kolen i en pentos blir: kol 1, kol 2, kol 3, kol 4 och kol 5.
Kriteriet för tilldelning av nummer är ganska komplext, därför anser vi det lämpligt att utelämna förklaringen.
Av de 5 kol som bildar pentosen i nukleotiderna är de som är involverade i bindningarna med kvävehaltig bas och fosfatgruppen kol 1 respektive kol 5.
- Pentos kol 1 → N-glykosidbindning → kvävebas
- Pentos kol 5 → fosfodiesterbindning → fosfatgrupp
VILKEN KEMISK OBINDNING BINDER NUKLEOTIDERNA AV KÄRNSYROR?
Figur: Struktur av en pentos, nummerering av dess bestående kol och bindningar med kvävebas och fosfatgrupp.
Vid sammansättning av nukleinsyror organiserar nukleotider sig i långa linjära kedjor, bättre kända som filament.
Varje nukleotid som bildar dessa långa strängar binder till nästa nukleotid med hjälp av en fosfodiesterbindning mellan kolet 3 i dess pentos och fosfatgruppen i den omedelbart följande nukleotiden.
EXTREMITETER
Nukleotidsträngar (eller polynukleotidsträngar), som utgör nukleinsyror, har två ändar, kända som 5 "ände (läs" fem prim ") och 3" ände (läs "tre prim"). Enligt konvention har biologer och genetiker fastställt att "ände 5" representerar huvudet på en sträng som bildar en nukleinsyra, medan "ände 3" representerar dess svans.
Ur kemisk synvinkel sammanfaller "5 -änden" av nukleinsyrorna med fosfatgruppen i den första nukleotiden i kedjan, medan "3 -änden" av nukleinsyrorna sammanfaller med hydroxyl (OH) -gruppen på kol 3 av den sista nukleotiden.
Det är på grundval av denna organisation som nukleotidsträngarna i en nukleinsyra i böckerna om genetik och molekylärbiologi beskrivs enligt följande: P -5 "→ 3" -OH.
* Obs! Bokstaven P anger fosforatomen i fosfatgruppen.
Genom att tillämpa begreppen 5 "ände och 3" ände på en enda nukleotid är "5 änden" för den senare fosfatgruppen bunden till kol 5, medan dess 3 "ände är hydroxylgruppen förenad med kol 3.
I båda fallen uppmanar s "läsaren att uppmärksamma det numeriska återfallet: slut 5" - fosfatgrupp på kol 5 och slut 3 " - hydroxylgrupp på kol 3.
Allmän funktion
Nukleinsyror innehåller, transporterar, dechiffrerar och uttrycker genetisk information i proteiner.
Proteiner består av aminosyror och är biologiska makromolekyler, som spelar en grundläggande roll för att reglera cellmekanismerna hos en levande organism.
Den genetiska informationen beror på sekvensen av nukleotider, som utgör strängarna av nukleinsyror.
Tips om historia
Hederet för upptäckten av nukleinsyror, som ägde rum 1869, går till den schweiziska läkaren och biologen Friedrich Miescher.
Miescher gjorde sina fynd medan han studerade cellkärnan i leukocyter, med avsikt att bättre förstå deras inre sammansättning.
Mieschers experiment representerade en vändpunkt inom molekylärbiologi och genetik, eftersom de inledde en serie studier som ledde till identifiering av DNA -strukturen (Watson och Crick, 1953) och RNA, till kunskap om mekanismer för genetiskt arv och identifiering av de exakta processerna för proteinsyntes.
Namnets ursprung
Nukleinsyror har detta namn, eftersom Miescher identifierade dem i leukocytkärnan (kärnkärnan) och upptäckte att de innehöll fosfatgruppen, ett derivat av fosforsyra (derivat av fosforsyra - syror).
DNA
Bland de kända nukleinsyrorna är DNA det mest kända, eftersom det representerar lagret av genetisk information (eller gener) som tjänar till att styra utvecklingen och tillväxten av cellerna i en levande organism.
Förkortningen DNA betyder deoxiribonukleinsyra eller deoxiribonukleinsyra.
DUBBEL HELIX
År 1953, för att förklara strukturen för "nukleinsyra -DNA, föreslog biologerna James Watson och Francis Crick modellen - som senare visade sig vara korrekt - av den så kallade" dubbla helixen ".
Enligt "dubbelhelix" -modellen är DNA en stor molekyl, som härrör från förening av två långa strängar av antiparallella nukleotider och lindade till varandra.
Termen "antiparallell" indikerar att de två filamenten har motsatt orientering, det vill säga: huvudet och svansen på en filament interagerar respektive med svansen och huvudet på den andra filamenten.
Enligt en annan viktig punkt i "dubbelhelix" -modellen har nukleotiderna i DNA -nukleinsyran ett sådant arrangemang att kvävebaserna är orienterade mot centralaxeln för varje spiral, medan pentoserna och fosfatgrupperna utgör ställningen. den senare.
VAD ÄR PENTOSEN MED DNA?
Pentosen som utgör nukleotiderna i DNA -nukleinsyran är deoxiribos.
Detta 5-kolsocker beror på sitt namn på syrebristen på kol 2. När allt kommer omkring betyder deoxiribos "fri från syre".
Figur: deoxiribos.
På grund av närvaron av deoxiribos kallas nukleotiderna i DNA -nukleinsyran deoxiribonukleotider.
Typer av nukleotider och kvävebaser
DNA -nukleinsyra har 4 olika typer av deoxiribonukleotider.
Att skilja de fyra olika typerna av deoxiribonukleotider är bara kvävebasen, kopplad till pentos-fosfatgruppsbildningen (som till skillnad från kvävebasen aldrig varierar).
Av uppenbara skäl är därför kvävehaltiga baser av DNA 4, specifikt: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T).
Adenin och guanin tillhör klassen puriner, aromatiska heterocykliska föreningar med dubbel ring.
Cytosin och tymin, å andra sidan, faller i kategorin pyrimidiner, enkelring aromatiska heterocykliska föreningar.
Med "dubbelhelix" -modellen förklarade Watson och Crick också vad som är organisationen av kvävehaltiga baser inuti DNA: t:
- Varje kvävebas av ett filament förenar, med hjälp av vätebindningar, en kvävehaltig bas som finns på det antiparallella filamentet, vilket effektivt bildar ett par, en parning, av baser.
- Parningen mellan de kvävehaltiga baserna i de två filamenten är mycket specifik, i själva verket binder adenin bara till tymin, medan cytosin endast binder till guanin.
Denna viktiga upptäckt fick molekylära biologer och genetiker att mynta termerna "komplementaritet mellan kvävehaltiga baser" och "komplementär parning mellan kvävehaltiga baser", för att indikera det unika att binda adenin med tymin och cytosin med guanin. .
VAR BÖR DET INOM LEVCELLERNA?
I eukaryota organismer (djur, växter, svampar och protister) ligger DNA -nukleinsyran i kärnan i alla celler som har denna cellstruktur.
I prokaryota organismer (bakterier och archaea) finns dock DNA -nukleinsyran i cytoplasman, eftersom prokaryota celler saknar kärnan.
RNA
Mellan de två nukleinsyror som finns i naturen representerar RNA den biologiska makromolekylen som översätter DNA -nukleotiderna till aminosyrorna som utgör proteinerna (proteinsyntesprocess).
I själva verket är nukleinsyra -RNA jämförbart med en ordbok med genetisk information, rapporterad om nukleinsyra -DNA.
Förkortningen RNA betyder ribonukleinsyra.
SKILLNADER ATT SKILA DET FRÅN DNA
Nukleinsyra -RNA har flera skillnader jämfört med DNA:
- RNA är en mindre biologisk molekyl än DNA, vanligtvis bestående av en enda sträng nukleotider.
- Pentosen som utgör nukleotiderna i ribonukleinsyra är ribos.Till skillnad från deoxiribos har ribos en syreatom på kol 2.
Det är på grund av närvaron av ribosockret som biologer och kemister har tilldelat namnet ribonukleinsyra till RNA. - RNA -nukleotider är också kända som ribonukleotider.
- Nukleinsyra -RNA delar endast 3 av 4 kvävehaltiga baser med DNA. I stället för tymin har det faktiskt den kvävehaltiga basen uracil.
- RNA kan finnas i olika avdelningar i cellen, från kärnan till cytoplasman.
TYPER RNA
Figur: ribos.
Inom levande celler finns nukleinsyra -RNA i fyra huvudformer: transport -RNA (eller RNA -överföring eller tRNA), messenger -RNA (eller RNA messenger eller mRNA), ribosomalt RNA (eller ribosomalt RNA eller rRNA) och det lilla kärn -RNA (o litet nukleärt RNA eller snRNA).
Även om de spelar olika specifika roller, samarbetar de fyra ovan nämnda formerna av RNA för ett gemensamt mål: syntesen av proteiner, utgående från nukleotidsekvenserna som finns i DNA: t.
Konstgjorda modeller
Under de senaste decennierna har molekylärbiologer i laboratoriet syntetiserat flera nukleinsyror, identifierade med adjektivet "artificiell".
Bland de artificiella nukleinsyrorna förtjänar ett särskilt omnämnande: TNA, PNA, LNA och GNA.
