Γενικότητα
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι τα μεγάλα βιολογικά μόρια DNA και RNA, η παρουσία και η σωστή λειτουργία των οποίων, μέσα στα ζωντανά κύτταρα, είναι απαραίτητα για την επιβίωση του τελευταίου.
Ένα γενικό νουκλεϊκό οξύ προέρχεται από την ένωση, σε γραμμικές αλυσίδες, ενός μεγάλου αριθμού νουκλεοτιδίων.
Εικόνα: μόριο DNA.
Τα νουκλεοτίδια είναι μικρά μόρια, στη σύσταση των οποίων συμμετέχουν τρία στοιχεία: μια φωσφορική ομάδα, μια αζωτούχος βάση και μια ζάχαρη 5 άνθρακα.
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση ενός οργανισμού, καθώς συνεργάζονται στη σύνθεση πρωτεϊνών, μορίων απαραίτητων για τη σωστή εφαρμογή των κυτταρικών μηχανισμών.
Το DNA και το RNA διαφέρουν μεταξύ τους από ορισμένες απόψεις.
Για παράδειγμα, το DNA έχει δύο αντιπαράλληλες αλυσίδες νουκλεοτιδίων και έχει δεοξυριβόζη ως σάκχαρο 5 άνθρακα. Το RNA, από την άλλη πλευρά, συνήθως έχει μια μόνο αλυσίδα νουκλεοτιδίων και διαθέτει ριβόζη ως σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα.
Τι είναι τα νουκλεϊκά οξέα;
Τα νουκλεϊκά οξέα είναι τα βιολογικά μακρομόρια DNA και RNA, η παρουσία των οποίων, μέσα στα κύτταρα των ζωντανών όντων, είναι απαραίτητη για την επιβίωση και τη σωστή ανάπτυξη των τελευταίων.
Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, τα νουκλεϊκά οξέα είναι βιοπολυμερή που προκύπτουν από την ένωση, σε μεγάλες γραμμικές αλυσίδες, ενός μεγάλου αριθμού νουκλεοτιδίων.
Ένα βιοπολυμερές, ή φυσικό πολυμερές, είναι μια μεγάλη βιολογική ένωση που αποτελείται από μοριακές μονάδες που είναι όλες ίδιες, οι οποίες ονομάζονται μονομερή.
ΠΥΡΗΝΙΚΑ ΟΞΕΑ: ΠΟΙΟΣ ΕΙΝΑΙ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ;
Τα νουκλεϊκά οξέα βρίσκονται όχι μόνο στα κύτταρα των ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών οργανισμών, αλλά και σε κυτταρικές μορφές ζωής, όπως οι ιοί, και σε κυτταρικά οργανίδια, όπως τα μιτοχόνδρια και οι χλωροπλάστες.
Γενική δομή
Με βάση τους παραπάνω ορισμούς, τα νουκλεοτίδια είναι οι μοριακές μονάδες που αποτελούν τα νουκλεϊκά οξέα DNA και RNA.
Ως εκ τούτου, θα αντιπροσωπεύουν το κύριο θέμα αυτού του κεφαλαίου, αφιερωμένο στη δομή των νουκλεϊκών οξέων.
ΔΟΜΗ ΓΕΝΙΚΗΣ ΝΟΥΚΛΕΩΤΙΔΗΣ
Ένα γενικό νουκλεοτίδιο είναι μια ένωση οργανικής φύσης, το αποτέλεσμα της ένωσης τριών στοιχείων:
- Μια φωσφορική ομάδα, η οποία είναι παράγωγο φωσφορικού οξέος.
- Μια πεντόζη, δηλαδή μια ζάχαρη με 5 άτομα άνθρακα.
- Αζωτούχο βάση, το οποίο είναι αρωματικό ετεροκυκλικό μόριο.
Η πεντόζη αντιπροσωπεύει το κεντρικό στοιχείο των νουκλεοτιδίων, καθώς η φωσφορική ομάδα και η αζωτούχος βάση συνδέονται με αυτήν.
Εικόνα: Στοιχεία που αποτελούν ένα γενικό νουκλεοτίδιο ενός νουκλεϊκού οξέος. Όπως φαίνεται, η φωσφορική ομάδα και η βάση αζώτου συνδέονται με τη ζάχαρη.
Ο χημικός δεσμός που συγκρατεί την πεντόζη και τη φωσφορική ομάδα είναι ένας φωσφοδιεστερικός δεσμός, ενώ ο χημικός δεσμός που συνδέει την πεντόζη και την αζωτούχο βάση είναι ένας Ν-γλυκοσιδικός δεσμός.
ΠΩΣ ΣΥΜΜΕΤΕΧΕΙ Η ΠΕΝΤΟΣΗ ΣΤΟΥΣ ΔΙΑΦΟΡΟΥΣ ΣΥΝΔΕΣΜΟΥΣ ΜΕ ΤΑ ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ;
Προϋπόθεση: οι χημικοί σκέφτηκαν να αριθμήσουν τους άνθρακες που αποτελούν οργανικά μόρια με τέτοιο τρόπο ώστε να απλοποιήσουν τη μελέτη και την περιγραφή τους. Εδώ, λοιπόν, που γίνονται οι 5 άνθρακες μιας πεντόζης: άνθρακας 1, άνθρακας 2, άνθρακας 3, άνθρακας 4 και άνθρακας 5.
Το κριτήριο εκχώρησης αριθμών είναι αρκετά περίπλοκο, επομένως θεωρούμε σκόπιμο να αφήσουμε έξω την εξήγηση.
Από τους 5 άνθρακες που σχηματίζουν την πεντόζη των νουκλεοτιδίων, εκείνοι που εμπλέκονται στους δεσμούς με τη βάση αζώτου και τη φωσφορική ομάδα είναι, αντίστοιχα, ο άνθρακας 1 και ο άνθρακας 5.
- Πεντόζη άνθρακα 1 → Ν-γλυκοσιδικός δεσμός → βάση αζώτου
- Ομάδα πεντόζης 5 → φωσφοδιεστερικού → φωσφορικού δεσμού
ΤΙ ΕΙΔΟΥΣ ΧΗΜΙΚΟΥ ΟΜΟΛΟΓΙΟΥ ΔΕΝΝΕΥΟΥΝ ΤΑ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ ΝΟΥΚΛΕΥΤΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ;
Εικόνα: Δομή μιας πεντόζης, αρίθμηση των συστατικών της άνθρακες και δεσμοί με βάση αζώτου και φωσφορική ομάδα.
Κατά τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, τα νουκλεοτίδια οργανώνονται σε μεγάλες γραμμικές αλυσίδες, πιο γνωστές ως νήματα.
Κάθε νουκλεοτίδιο που σχηματίζει αυτούς τους μεγάλους κλώνους συνδέεται με το επόμενο νουκλεοτίδιο μέσω ενός φωσφοδιεστερικού δεσμού μεταξύ του άνθρακα 3 της πεντόζης του και της φωσφορικής ομάδας του αμέσως επόμενου νουκλεοτιδίου.
ΟΙ ΑΚΡΙΒΕΙΣ
Οι κλώνοι νουκλεοτιδίων (ή αλυσίδες πολυνουκλεοτιδίων), που αποτελούν τα νουκλεϊκά οξέα, έχουν δύο άκρα, γνωστά ως άκρο 5 "(διαβάζεται" πέντε πρωταρχικά ") και 3" άκρα (διαβάζεται "τρία πρώτα"). Σύμφωνα με τη σύμβαση, βιολόγοι και γενετιστές έχουν διαπιστώσει ότι το "άκρο 5" αντιπροσωπεύει την κεφαλή ενός κλώνου που σχηματίζει ένα νουκλεϊκό οξύ, ενώ το "άκρο 3" αντιπροσωπεύει την ουρά του.
Από χημική άποψη, το "5 άκρο" των νουκλεϊκών οξέων συμπίπτει με τη φωσφορική ομάδα του πρώτου νουκλεοτιδίου της αλυσίδας, ενώ το "3 άκρο" των νουκλεϊκών οξέων συμπίπτει με την ομάδα υδροξυλίου (ΟΗ) στον άνθρακα 3 του τελευταίου νουκλεοτιδίου.
Βάσει αυτής της οργάνωσης, στα βιβλία γενετικής και μοριακής βιολογίας, τα νουκλεοτιδικά σκέλη ενός νουκλεϊκού οξέος περιγράφονται ως εξής: P -5 "→ 3" -OH.
* Σημείωση: το γράμμα P υποδηλώνει το άτομο φωσφόρου της φωσφορικής ομάδας.
Εφαρμόζοντας τις έννοιες του άκρου 5 "και 3" σε ένα μόνο νουκλεοτίδιο, το "5 άκρο" του τελευταίου είναι η φωσφορική ομάδα που συνδέεται με τον άνθρακα 5, ενώ το άκρο 3 "είναι η ομάδα υδροξυλίου που συνδέεται με τον άνθρακα 3.
Και στις δύο περιπτώσεις, το "καλεί τον αναγνώστη να δώσει προσοχή στην αριθμητική επανάληψη: τέλος 5" - φωσφορική ομάδα σε άνθρακα 5 και τέλος 3 " - ομάδα υδροξυλίου σε άνθρακα 3.
Γενική λειτουργία
Τα νουκλεϊκά οξέα περιέχουν, μεταφέρουν, αποκρυπτογραφούν και εκφράζουν γενετικές πληροφορίες σε πρωτεΐνες.
Αποτελούνται από αμινοξέα, οι πρωτεΐνες είναι βιολογικά μακρομόρια, τα οποία παίζουν θεμελιώδη ρόλο στη ρύθμιση των κυτταρικών μηχανισμών ενός ζωντανού οργανισμού.
Οι γενετικές πληροφορίες εξαρτώνται από την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων, τα οποία αποτελούν τα σκέλη των νουκλεϊκών οξέων.
Συμβουλές ιστορίας
Τα εύσημα για την ανακάλυψη των νουκλεϊκών οξέων, που έγινε το 1869, ανήκουν στον Ελβετό γιατρό και βιολόγο Friedrich Miescher.
Ο Miescher έκανε τα ευρήματά του ενώ μελετούσε τον κυτταρικό πυρήνα των λευκοκυττάρων, με την πρόθεση να κατανοήσει καλύτερα την εσωτερική τους σύνθεση.
Τα πειράματα του Miescher αντιπροσώπευαν μια καμπή στον τομέα της μοριακής βιολογίας και της γενετικής, καθώς ξεκίνησαν μια σειρά μελετών που οδήγησαν στον εντοπισμό της δομής του DNA (Watson and Crick, το 1953) και του RNA, στη γνώση των μηχανισμών γενετική κληρονομικότητα και τον προσδιορισμό των ακριβών διαδικασιών σύνθεσης πρωτεϊνών.
ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΟΝΟΜΑΤΟΣ
Τα νουκλεϊκά οξέα έχουν αυτό το όνομα, επειδή ο Miescher τα εντόπισε στον πυρήνα των λευκοκυττάρων (πυρήνας - νουκλεϊκών) και ανακάλυψε ότι περιείχαν τη φωσφορική ομάδα, ένα παράγωγο του φωσφορικού οξέος (παράγωγο του φωσφορικού οξέος - οξέα).
DNA
Μεταξύ των γνωστών νουκλεϊκών οξέων, το DNA είναι το πιο διάσημο, καθώς αντιπροσωπεύει την αποθήκη γενετικών πληροφοριών (ή γονιδίων) που χρησιμεύουν για να κατευθύνουν την ανάπτυξη και ανάπτυξη των κυττάρων ενός ζωντανού οργανισμού.
Η συντομογραφία DNA σημαίνει δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ.
ΔΙΠΛΗ ΕΛΙΚΑ
Το 1953, για να εξηγήσουν τη δομή του "DNA νουκλεϊκού οξέος", οι βιολόγοι James Watson και Francis Crick πρότειναν το μοντέλο - το οποίο αργότερα αποδείχθηκε σωστό - της λεγόμενης "διπλής έλικας".
Σύμφωνα με το μοντέλο "διπλής έλικας", το DNA είναι ένα μεγάλο μόριο, που προκύπτει από την ένωση δύο μακριών κλώνων αντιπαράλληλων νουκλεοτιδίων και τυλιγμένα το ένα στο άλλο.
Ο όρος "αντιπαράλληλος" υποδηλώνει ότι τα δύο νήματα έχουν αντίθετο προσανατολισμό, δηλαδή: η κεφαλή και η ουρά ενός νήματος αλληλεπιδρούν, αντίστοιχα, με την ουρά και την κεφαλή του άλλου νήματος.
Σύμφωνα με ένα άλλο σημαντικό σημείο του μοντέλου "διπλής έλικας", τα νουκλεοτίδια του νουκλεϊκού οξέος DNA διαθέτουν τέτοια διάταξη ώστε οι αζωτούχες βάσεις να προσανατολίζονται προς τον κεντρικό άξονα κάθε σπείρας, ενώ οι πεντόζες και οι φωσφορικές ομάδες σχηματίζουν το ικρίωμα. το τελευταίο.
ΠΟΙΑ ΕΙΝΑΙ Η ΠΕΝΤΩΣΗ ΤΟΥ DNA;
Η πεντόζη που αποτελεί τα νουκλεοτίδια του νουκλεϊκού οξέος του DNA είναι η δεοξυριβόζη.
Αυτή η ζάχαρη 5 άνθρακα οφείλει το όνομά της στην έλλειψη οξυγόνου στον άνθρακα 2. Εξάλλου, δεοξυριβόζη σημαίνει "χωρίς οξυγόνο".
Εικόνα: δεοξυριβόζη.
Λόγω της παρουσίας δεοξυριβόζης, τα νουκλεοτίδια του νουκλεϊκού οξέος του DNA ονομάζονται δεοξυριβονουκλεοτίδια.
ΕΙΔΗ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΝΙΤΡΟΓΟΝΙΚΩΝ ΒΑΣΩΝ
Το νουκλεϊκό οξύ DNA έχει 4 διαφορετικούς τύπους δεοξυριβονουκλεοτιδίων.
Για τη διάκριση των 4 διαφορετικών τύπων δεοξυριβονουκλεοτιδίων είναι μόνο η βάση αζώτου, που συνδέεται με το σχηματισμό της ομάδας πεντόζης-φωσφορικών (η οποία σε αντίθεση με τη βάση αζώτου δεν μεταβάλλεται ποτέ).
Για προφανείς λόγους, λοιπόν, οι αζωτούχες βάσεις του DNA είναι 4, συγκεκριμένα: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (C) και θυμίνη (T).
Η αδενίνη και η γουανίνη ανήκουν στην κατηγορία των πουρινών, αρωματικών ετεροκυκλικών ενώσεων διπλού δακτυλίου.
Η κυτοσίνη και η θυμίνη, από την άλλη πλευρά, εμπίπτουν στην κατηγορία των πυριμιδινών, αρωματικών ετεροκυκλικών ενώσεων ενός δακτυλίου.
Με το μοντέλο "διπλής έλικας", οι Watson και Crick εξήγησαν επίσης ποια είναι η οργάνωση των αζωτούχων βάσεων μέσα στο DNA:
- Κάθε αζωτούχος βάση ενός νήματος ενώνει, μέσω δεσμών υδρογόνου, μια αζωτούχο βάση που υπάρχει στο αντιπαράλληλο νήμα, σχηματίζοντας ουσιαστικά ένα ζεύγος βάσεων.
- Η σύζευξη μεταξύ των αζωτούχων βάσεων των δύο νημάτων είναι ιδιαίτερα ειδική: Στην πραγματικότητα, η αδενίνη συνδέεται μόνο με τη θυμίνη, ενώ η κυτοσίνη δεσμεύεται μόνο με τη γουανίνη.
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη ώθησε τους μοριακούς βιολόγους και τους γενετιστές να επινοήσουν τους όρους "συμπληρωματικότητα μεταξύ αζωτούχων βάσεων" και "συμπληρωματική σύζευξη μεταξύ αζωτούχων βάσεων", για να υποδείξουν τη μοναδικότητα της σύνδεσης της αδενίνης με τη θυμίνη και της κυτοσίνης με τη γουανίνη. Το
ΠΟΥ ΒΡΙΣΚΕΤΑΙ ΜΕΣΑ ΣΤΑ ΖΩΝΤΑΝΑ ΚΥΤΤΑΡΙΑ;
Σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς (ζώα, φυτά, μύκητες και πρωτεΐνες), το νουκλεϊκό οξύ του DNA βρίσκεται μέσα στον πυρήνα όλων των κυττάρων που έχουν αυτήν την κυτταρική δομή.
Σε προκαρυωτικούς οργανισμούς (βακτήρια και αρχαιά), ωστόσο, το νουκλεϊκό οξύ του DNA βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα, αφού τα προκαρυωτικά κύτταρα στερούνται τον πυρήνα.
RNA
Μεταξύ των δύο νουκλεϊκών οξέων που υπάρχουν στη φύση, το RNA αντιπροσωπεύει το βιολογικό μακρομόριο που μεταφράζει τα νουκλεοτίδια του DNA στα αμινοξέα που αποτελούν τις πρωτεΐνες (διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών).
Στην πραγματικότητα, το RNA νουκλεϊκού οξέος είναι συγκρίσιμο με ένα λεξικό γενετικών πληροφοριών, που αναφέρεται στο DNA νουκλεϊκού οξέος.
Το ακρωνύμιο RNA σημαίνει ριβονουκλεϊκό οξύ.
ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΠΟΥ ΤΟ ΔΙΑΚΡΙΝΟΥΝ ΑΠΟ DNA
Το RNA νουκλεϊκού οξέος έχει πολλές διαφορές σε σύγκριση με το DNA:
- Το RNA είναι ένα μικρότερο βιολογικό μόριο από το DNA, που συνήθως αποτελείται από ένα μονό κλώνο νουκλεοτιδίων.
- Η πεντόζη που αποτελεί τα νουκλεοτίδια του ριβονουκλεϊκού οξέος είναι η ριβόζη. Σε αντίθεση με τη δεοξυριβόζη, η ριβόζη έχει ένα άτομο οξυγόνου στον άνθρακα 2.
Οφείλεται στην παρουσία της ζάχαρης ριβόζης που οι βιολόγοι και οι χημικοί έδωσαν το όνομα του ριβονουκλεϊκού οξέος στο RNA. - Τα νουκλεοτίδια RNA είναι επίσης γνωστά ως ριβονουκλεοτίδια.
- Το RNA νουκλεϊκού οξέος μοιράζεται μόνο 3 από τις 4 αζωτούχες βάσεις με το DNA. Στην πραγματικότητα, αντί για θυμίνη, έχει την αζωτούχο βάση ουρακίλη.
- Το RNA μπορεί να κατοικεί σε διάφορα διαμερίσματα του κυττάρου, από τον πυρήνα μέχρι το κυτταρόπλασμα.
ΤΥΠΟΙ RNA
Εικόνα: ριβόζη.
Μέσα σε ζωντανά κύτταρα, το RNA νουκλεϊκού οξέος υπάρχει σε τέσσερις κύριες μορφές: RNA μεταφοράς (ή Μεταφορά RNA ή tRNA), αγγελιοφόρο RNA (ή Αγγελιοφόρος RNA ή mRNA), ριβοσωμικό RNA (ή ριβοσωμικό RNA ή rRNA) και το μικρό πυρηνικό RNA (ο μικρό πυρηνικό RNA ή snRNA).
Παρόλο που παίζουν διαφορετικούς ειδικούς ρόλους, οι τέσσερις προαναφερθείσες μορφές RNA συνεργάζονται για έναν κοινό στόχο: τη σύνθεση πρωτεϊνών, ξεκινώντας από τις αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που υπάρχουν στο DNA.
Τεχνητά μοντέλα
Τις τελευταίες δεκαετίες, μοριακοί βιολόγοι έχουν συνθέσει, στο εργαστήριο, αρκετά νουκλεϊκά οξέα, ταυτισμένα με το επίθετο «τεχνητό».
Μεταξύ των τεχνητών νουκλεϊνικών οξέων αξίζει μια ιδιαίτερη αναφορά: το TNA, το PNA, το LNA και το GNA.
