Nukleinsyrer

generalitet

Nukleinsyrer er de store biologiske molekyler DNA og RNA, hvis tilstedeværelse og korrekt funktion indenfor levende celler er fundamentale for sidstnævntes overlevelse.

En generisk nukleinsyre stammer fra foreningen i lineære kæder af et stort antal nukleotider.

Figur: DNA molekyle.

Nucleotider er små molekyler, hvori tre elementer er involveret: en phosphatgruppe, en nitrogenbaseret base og et sukker med 5 carbonatomer.

Nukleinsyrer er afgørende for overlevelse af en organisme, da de samarbejder i syntese af proteiner, essentielle molekyler til den korrekte realisering af cellulære mekanismer.

DNA og RNA er forskellige i nogle henseender.

For eksempel har DNA to kæder af antiparallelle nukleotider og har som sukker med 5 carbonatomer deoxyribose. RNA repræsenterer derimod sædvanligvis en enkelt kæde af nukleotider og besidder som sukker med 5 carbonatomer, ribose.

Hvad er nukleinsyrer?

Nukleinsyrer er de biologiske makromolekyler DNA og RNA, hvis tilstedeværelse inden for levende væsens celler er grundlæggende for overlevelsen og den korrekte udvikling af sidstnævnte.

Ifølge en anden definition er nukleinsyrer de biopolymerer, der er resultatet af foreningen i lange lineære kæder med et stort antal nukleotider .

En biopolymer eller naturlig polymer er en stor biologisk sammensætning bestående af identiske molekylenheder, der kaldes monomerer .

NUCLEISKE Syrer: Hvem er i besiddelse?

Nukleinsyrer opholder sig ikke kun inden for cellerne af eukaryote og prokaryote organismer, men også i acellulære livsformer, såsom vira og i cellulære organeller, såsom mitochondrier og chloroplaster .

Generel struktur

Baseret på ovenstående definitioner er nukleotider molekylenhederne, som udgør nucleinsyrerne DNA og RNA.

Derfor vil de repræsentere hovedemnet i dette kapitel, dedikeret til strukturen af nukleinsyrer.

STRUKTUR AF EN GENERISK NUCLEOTID

Et generisk nukleotid er en sammensætning af organisk natur, resultatet af foreningen af tre elementer:

En phosphatgruppe, som er et derivat af phosphorsyre;
En pentose, det er et sukker med 5 carbonatomer ;
En nitrogenholdig base, som er et aromatisk heterocyklisk molekyle.

Pentosen er det centrale element i nucleotiderne, idet phosphatgruppen og den nitrogenholdige base binder til den.

Figur: Elementer, der udgør et generisk nukleotid af en nukleinsyre. Som det kan ses, er fosfatgruppen og nitrogenbasen bundet til sukker.

Den kemiske binding, der holder pentosen og phosphatgruppen sammen, er en phosphodiesterbinding, mens den kemiske binding, der forener pentosen og nitrogenbasen, er en N-glycosidbinding .

HVORDAN FUNGERER PENTOSO DE FORSKELLIGE BONDER MED ANDRE ELEMENTER?

Lokalitet: kemikere har tænkt sig at nummerere de kuler, der udgør de organiske molekyler, på en sådan måde, at de simplificerer deres undersøgelse og beskrivelse. Herefter bliver de 5 kuler af en pentose: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 og carbon 5.

Kriteriet for tildeling af tal er ret komplekst, og derfor finder vi det hensigtsmæssigt at forlade forklaringen.

Af de 5 kuller, som danner pentosen af nucleotider, er de involverede i bindingerne med den nitrogenholdige base og phosphatgruppen henholdsvis carbon 1 og carbon 5 .

Pentose carbon 1 → N-glycosidbinding → nitrogenholdig base
Pentose carbon 5 → phosphodiesterbinding → phosphatgruppe

Hvilken slags kemiske bindemidler er nucleucotider af nukleinsyre?

Figur: Struktur af en pentose, nummerering af dets bestanddele og bindinger med nitrogenholdig base og fosfatgruppe.

I komponerende nukleinsyrer organiserer nukleotider sig i lange lineære kæder, bedre kendt som filamenter .

Hvert nukleotid, der danner disse lange tråde, binder til det næste nukleotid ved hjælp af en phosphodiesterbinding mellem carbon 3 af sin pentose og phosphatgruppen af det umiddelbart efterfølgende nukleotid.

Slutterne

Nukleotidfilamenter (eller polynukleotidfilamenter ), der udgør nucleinsyrer, har to ender, kendt som 5'-enden (læs "tip fem først") og slut 3 ' (læs "tip tre først"). Efter konvention har biologer og genetikere fastslået, at 5' - enden repræsenterer hovedet af et filament der danner en nukleinsyre, mens 3'-enden repræsenterer sin hale .

Fra det kemiske synspunkt falder 5'-enden af nukleinsyrerne sammen med phosphatgruppen af det første nukleotid i kæden, mens nukleinsyrernes 3'-ende falder sammen med hydroxylgruppen (OH) anbragt på carbon 3 i det sidste nukleotid .

Det er på grundlag af denne organisation, at nukleotidstrengene i en nukleinsyre i bøgerne om genetik og molekylærbiologi beskrives som følger: P-5 '→ 3'-OH.

* NB: bogstavet P angiver phosphatgruppen i phosphatgruppen.

Ved anvendelse af begreberne 5'-ender og 3'-ender til et enkelt nukleotid er 5'-enden af sidstnævnte phosphatgruppen bundet til carbon 5, mens dens 3'-ende er hydroxylgruppen kombineret med carbon 3.

I begge tilfælde er læseren inviteret til at være opmærksom på den numeriske gentagelse: 5'-endefosfatgruppe på carbon 5 og 3'-ende-hydroxylgruppe på carbon 3.

Generel funktion

Nukleinsyrer indeholder, transporterer, dechifrerer og udtrykker den genetiske information i proteiner .

Fremstillet af aminosyrer, proteiner er biologiske makromolekyler, som spiller en grundlæggende rolle i regulering af en levende organismers cellulære mekanismer.

Genetisk information afhænger af sekvensen af nukleotider, som udgør strengene af nukleinsyrer.

Tip om historie

Fortjeneste for opdagelsen af nukleinsyrer, der opstod i 1869, tilhører den schweiziske læge og biolog Friedrich Miescher .

Miescher lavede sine resultater, mens han studerede leukocyternes cellekerner med det formål at forstå den interne sammensætning bedre.

Mieschers eksperimenter repræsenterede et vendepunkt inden for molekylærbiologi og genetik, da de startede en række undersøgelser, der førte til identifikation af DNA-strukturen (Watson og Crick, 1953) og af RNA til viden om mekanismer for genetisk arv og identifikation af præcise processer af proteinsyntese.

Oprindelse af navnet

Nukleinsyrer har dette navn, fordi Miescher identificerede dem indenfor kernen af leukocytter (nucleus - nucleic) og opdagede, at de indeholdt phosphatgruppen, et derivat af phosphorsyre (derivat af fosforsyre).

DNA

Blandt de kendte nukleinsyrer er DNA den mest berømte, da det repræsenterer lagerhuset af genetisk information (eller gener ), som tjener til at lede udviklingen og væksten af celler i en levende organisme.

Forkortelsen DNA betyder deoxyribonukleinsyre eller deoxyribonukleinsyre .

DOUBLE PROPELLER

I 1953 foreslog biologer James Watson og Francis Crick for at forklare strukturen af nukleinsyre-DNA modellen - som senere viste sig at være korrekt - af den såkaldte " double helix ".

Baseret på "double helix" -modellen er DNA et stort molekyle, der er resultatet af foreningen af to lange tråde af antiparallelle nukleotider og viklet i hinanden.

Udtrykket "antiparallelle" indikerer, at de to filamenter har modsat orientering, dvs.: Hoveden og halen af et filament interagerer med halen og enden af det andet filament.

Ifølge et andet vigtigt punkt i "double helix" -modellen har nucleotiderne af nukleinsyre-DNA en disposition således, at de nitrogenholdige baser er orienteret mod hver spirals centrale akse, mens pentoserne og phosphatgrupperne danner stilladset eksterne af sidstnævnte.

Hvad er DNA PENTOSO?

Den pentose, der udgør nukleotiderne af DNA-nukleinsyren, er deoxyribose .

Dette sukker med 5 carbonatomer skylder sit navn på manglen på oxygenatomer på carbon 2. Desuden betyder deoxyribose "oxygenfri".

Figur: deoxyribose.

På grund af tilstedeværelsen af deoxyribose kaldes nukleotiderne af DNA-nukleinsyren deoxyribonukleotider .

Typer af nucleotider og kvælstofbaser

Nukleinsyre-DNA'et har 4 forskellige typer af deoxyribonukleotider .

At skelne mellem de 4 forskellige typer af deoxyribonukleotider er udelukkende den nitrogenholdige base forbundet med dannelsen af pentosefosfatgruppe (som i modsætning til den nitrogenholdige base aldrig varierer).

Af tydelige grunde er der derfor 4 nitrogenholdige baser af DNA, specifikt: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og thymin (T).

Adenin og guanin tilhører klassen af puriner, aromatiske heterocykliske forbindelser med dobbelt ring.

Cytosin og thymin falder derimod ind i kategorien pyrimidiner, aromatiske heterocykliske forbindelser med en ring.

Med "double helix" -modellen forklarede Watson og Crick også organiseringen af de kvælstofbaserede baser i DNA'et:

Hver kvælstofbaseret base af et filament forbinder ved hjælp af hydrogenbindinger til en nitrogenholdig base, der er til stede på den antiparallelle filament, og danner effektivt et par, en parring af baser.
Parringen mellem de to strengers kvælstofbaser er yderst specifik. Faktisk slutter adenin kun thymin, mens cytosin binder kun til guanin.
Denne vigtige opdagelse førte molekylærbiologer og genetikere til at samle udtrykkene " komplementaritet mellem kvælstofbaserede baser " og " komplementær sammenkobling mellem nitrogenbaserede baser " for at indikere den univokale binding af adenin med thymin og cytosin med guanin. .

Hvor bor der inden for levende celler?

I eukaryote organismer (dyr, planter, svampe og protister) befinder nucleinsyred DNA sig inden for kernen af alle celler, der har denne cellulære struktur.

I prokaryote organismer (bakterier og archaebakterier) ligger nucleinsyre-DNA i cytoplasma, da de prokaryote celler mangler kernen.

RNA

Blandt de to naturligt forekommende nukleinsyrer repræsenterer RNA det biologiske makromolekyle, som translaterer DNA-nukleotider i aminosyrerne, der udgør proteiner ( proteinsynteseproces ).

Faktisk er RNA-nukleinsyren sammenlignelig med en genetisk informationsordbog, der rapporteres om nukleinsyre-DNA'et.

Akronym RNA betyder ribonukleinsyre .

Forskelle, der skiller det fra DNA

RNA-nukleinsyren har flere forskelle i forhold til DNA:

RNA er et mindre biologisk molekyle end DNA, som normalt dannes fra en enkelt streng af nukleotider .
Den pentose, der udgør nukleotiderne af ribonukleinsyre, er ribose . I modsætning til deoxyribose har ribose et oxygenatom på carbon 2.
Det skyldes tilstedeværelsen af ribosukker, at biologer og kemikere har tildelt navnet ribonukleinsyre til RNA.
Nukleinsyre-RNA-nukleotider er også kendt som ribonukleotider .
RNA-nukleinsyre deler kun 3 ud af 4 nitrogenbaser med DNA. I stedet for thymine fremlægger den faktisk den uracil- kvælstofbaserede base.
RNA kan opholde sig i forskellige rum i cellen, fra kernen til cytoplasma.

Typer af RNA

Figur: ribose.

Inden for levende celler findes nukleinsyre RNA i fire hovedformer: transport RNA (eller transfer RNA eller tRNA ), messenger RNA (eller RNA messenger eller mRNA ), ribosomalt RNA (eller ribosomalt RNA eller rRNA ) og lille nukleært RNA (eller lille nukleært RNA eller snRNA ).

Selvom de dækker forskellige specifikke roller, samarbejder de fire ovennævnte former for RNA for et fælles mål: proteinsyntese, der starter ud fra nukleotidsekvenserne, som er til stede i DNA'et.