Nukleinsyrer

generalitet

Nukleinsyrer er de store biologiske molekylene DNA og RNA, hvis tilstedeværelse og riktig funksjon, inne i levende celler, er grunnleggende for overlevelse av sistnevnte.

En generisk nukleinsyre stammer fra foreningen, i lineære kjeder, av et stort antall nukleotider.

Figur: DNA molekyl.

Nukleotider er små molekyler, hvor tre elementer er involvert: en fosfatgruppe, en nitrogenbasert base og et sukker med 5 karbonatomer.

Nukleinsyrer er avgjørende for overlevelse av en organisme, da de samarbeider i syntese av proteiner, essensielle molekyler for riktig realisering av cellulære mekanismer.

DNA og RNA er forskjellig på noen måte.

For eksempel har DNA to kjeder av antiparallelle nukleotider og har, som sukker med 5 karbonatomer, deoksyribose. RNA, derimot, presenterer vanligvis en enkelt kjede av nukleotider og besitter, som sukker med 5 karbonatomer, ribose.

Hva er nukleinsyrer?

Nukleinsyrer er de biologiske makromolekylene DNA og RNA, hvis tilstedeværelse i levende vesels celler er grunnleggende for overlevelse og riktig utvikling av sistnevnte.

Ifølge en annen definisjon er nukleinsyrer de biopolymerer som resulterer fra foreningen, i lange lineære kjeder, av et stort antall nukleotider .

En biopolymer eller naturlig polymer er en stor biologisk sammensetning bestående av identiske molekylære enheter, som kalles monomerer .

Nukleinsyre: Hvem er i sak?

Nukleinsyrer ligger ikke bare i cellene av eukaryotiske og prokaryote organismer, men også i acellulære livsformer, for eksempel virus og i cellulære organeller, slik som mitokondrier og kloroplaster .

Generell struktur

Basert på de ovennevnte definisjonene er nukleotider molekylenhetene som utgjør nukleinsyrene DNA og RNA.

Derfor vil de representere hovedemnet i dette kapittelet, dedikert til strukturen av nukleinsyrer.

STRUKTUR AV EN GENERISK NUKLEOTID

Et generisk nukleotid er en sammenslutning av organisk natur, resultatet av foreningen av tre elementer:

En fosfatgruppe, som er et derivat av fosforsyre;
En pentose, det er et sukker med 5 karbonatomer ;
En nitrogenholdig base, som er et aromatisk heterocyklisk molekyl.

Pentosen er det sentrale elementet i nukleotidene, da fosfatgruppen og den nitrogenbaserte basen binder seg til den.

Figur: Elementer som utgjør et generisk nukleotid av en nukleinsyre. Som det kan sees, blir fosfatgruppen og nitrogenbasen bundet til sukker.

Den kjemiske bindingen som holder pentosen og fosfatgruppen sammen er en fosfodiesterbinding, mens den kjemiske bindingen som forener pentosen og nitrogenbasen er et N-glykosidbinding .

HVORDAN FUNGERER PENTOSO DE OVERSIKTE BONDENE MED ANDRE ELEMENTER?

Premise: Kjemister har tenkt å nummerere kolene som utgjør de organiske molekylene på en måte som forenkler studien og beskrivelsen. Her da blir de 5 kolene av en pentose: karbon 1, karbon 2, karbon 3, karbon 4 og karbon 5.

Kriteriet for tildeling av tall er ganske komplisert, og derfor anser vi det riktig å legge ut forklaringen.

Av de 5 kullene som danner pentosen av nukleotider, er de involverte i bindingene med nitrogenbindingen og fosfatgruppen henholdsvis karbon 1 og karbon 5 .

Pentose karbon 1 → N-glykosidbinding → nitrogenbasert base
Pentose karbon 5 → fosfodiesterbinding → fosfatgruppe

VILKEN KEMISKE BINDENDE NUKLEOTIDSYRE AV NUCLEASYRE Syrer?

Figur: Struktur av en pentose, nummerering av dens sammensatte karboner og bindinger med nitrogenbasen og fosfatgruppe.

I komponerende nukleinsyrer organiserer nukleotider seg i lange lineære kjeder, bedre kjent som filamenter .

Hvert nukleotid som danner disse lange strengene binder til neste nukleotid, ved hjelp av en fosfodiesterbinding mellom karbonet 3 i sin pentose og fosfatgruppen av det umiddelbart følgende nukleotid.

Slutten

Nukleotidfilamenter (eller polynukleotidfilamenter ), som utgjør nukleinsyrer, har to ender, kjent som 5'-enden (les "tips fem først") og slutt 3 ' (les "tips tre først"). Ved konvensjon har biologer og genetikere fastslått at 5'- enden representerer hodet til et filament som danner en nukleinsyre, mens 3'-enden representerer sin hale .

Fra kjemisk synspunkt sammenfaller 5'-enden av nukleinsyrene med fosfatgruppen av det første nukleotid av kjeden, mens 3'-enden av nukleinsyrene sammenfaller med hydroksylgruppen (OH) plassert på karbonet 3 i det siste nukleotidet .

Det er på grunnlag av denne organisasjonen at nukleotidstrenger av en nukleinsyre i bøkene med genetikk og molekylærbiologi beskrives som følger: P-5 '→ 3'-OH.

* NB: bokstaven P angir fosforgruppen i fosfatgruppen.

Ved å anvende konseptene 5'-ender og 3'-ender til et enkelt nukleotid er 5'- enden av sistnevnte fosfatgruppen bundet til karbon 5, mens dens 3'-ende er hydroksylgruppen kombinert med karbon 3.

I begge tilfeller er leseren oppfordret til å være oppmerksom på den numeriske gjentakelsen: 5 'endefosfatgruppe på karbon 5 og 3' endehydroksylgruppe på karbon 3.

Generell funksjon

Nukleinsyrer inneholder, transporterer, dechifiserer og uttrykker den genetiske informasjonen i proteiner .

Utgjøres av aminosyrer, proteiner er biologiske makromolekyler, som spiller en grunnleggende rolle i regulering av en levende organismes cellulære mekanismer.

Genetisk informasjon avhenger av sekvensen av nukleotider, som utgjør strengene av nukleinsyrer.

Hint av historie

Verdien av oppdagelsen av nukleinsyrer, som oppstod i 1869, tilhører den sveitsiske legen og biologen Friedrich Miescher .

Miescher gjorde sine funn mens han studerte cellekjernen av leukocytter, med den hensikt å bedre forstå den interne sammensetningen.

Mieschers eksperimenter representerte et vendepunkt innen molekylærbiologi og genetikk, da de startet en serie studier som førte til identifisering av DNA-strukturen (Watson og Crick, 1953) og av RNA, til kunnskap om mekanismer for genetisk arv og identifisering av presise prosesser av proteinsyntese.

Opprinnelse til navnet

Nukleinsyrer har dette navnet, fordi Miescher identifiserte dem innenfor kjernen av leukocytter (kjernekjerner) og oppdaget at de inneholdt fosfatgruppen, et derivat av fosforsyre (derivat av fosforsyre).

DNA

Blant de kjente nukleinsyrene er DNA den mest kjente, da det representerer lagerhuset av genetisk informasjon (eller gener ) som tjener til å lede utviklingen og veksten av celler i en levende organisme.

Forkortelsen DNA betyr deoksyribonukleinsyre eller deoksyribonukleinsyre .

DOBBEL PROPELLER

I 1953 foreslo biologene James Watson og Francis Crick for å forklare strukturen av nukleinsyre-DNA modellen - som senere viste seg å være riktig - av den såkalte " dobbelthelixen ".

Basert på "double helix" -modellen er DNA et stort molekyl, som skyldes forening av to lange tråder av antiparallelle nukleotider og viklet i hverandre.

Uttrykket "antiparallelle" indikerer at de to filamenter har motsatt orientering, dvs.: hodet og halen av et filament påvirker henholdsvis halen og enden av det andre filamentet.

Ifølge et annet viktig punkt i "dobbelthelix" -modellen har nukleotidsyred DNA-nukleotidene en disposisjon slik at de nitrogenbaserte basene er orientert mot den sentrale akse i hver spiral, mens pentosene og fosfatgruppene danner stillaset ekstern av sistnevnte.

HVA ER DNA-PENTOSOEN?

Pentosen som utgjør nukleotidene av DNA-nukleinsyren, er deoksyribose .

Dette sukker med 5 karbonatomer skylder sitt navn på mangel på oksygenatomer på karbon 2. Videre betyr deoksyribose "oksygenfri".

Figur: deoksyribose.

På grunn av tilstedeværelsen av deoksyribose kalles nukleotidene av DNA-nukleinsyren deoksyribonukleotider .

Typer Nukleotider og nitrogen baser

Nukleinsyred DNA har 4 forskjellige typer deoksyribonukleotider .

For å skille mellom de 4 forskjellige typer deoksyribonukleotider er det bare den nitrogenbaserte basen som er koblet til dannelsen av pentosefosfatgruppe (som i motsetning til den nitrogenbaserte basen aldri varierer).

Av åpenbare grunner er det derfor 4 nitrogenholdige baser av DNA, spesielt: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) og tymin (T).

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

Cytosin og tymin faller derimot inn i kategorien pyrimidiner, aromatiske heterocykliske forbindelser med en ring.

Med "double helix" -modellen forklarte Watson og Crick også organisasjonen av nitrogenbasene i DNA:

Hver nitrogenholdig base av et filament forbinder, ved hjelp av hydrogenbindinger, en nitrogenbasert base som er tilstede på den antiparallelle filament, som effektivt danner et par, en sammenkobling av baser.
Sammenkoblingen mellom de nitrogenbaser av de to strengene er svært spesifikk. Faktisk blir adenin bare tymin, mens cytosin binder seg bare til guanin.
Denne viktige funn ledde molekylærbiologer og genetikere til å myntene " komplementaritet mellom nitrogenbaserte baser " og " komplementær sammenkobling mellom nitrogenbaser ", for å indikere univokal binding av adenin med tymin og cytosin med guanin. .

Hvor bor de inne i livscykler?

I eukaryotiske organismer (dyr, planter, sopp og protister) ligger nukleinsyred DNA inni kjernen av alle celler som har denne cellulære strukturen.

I prokaryote organismer (bakterier og archaebakterier), ligger nukleinsyre DNA i cytoplasma, siden de prokaryote cellene mangler kjernen.

RNA

Blant de to naturlig forekommende nukleinsyrene representerer RNA den biologiske makromolekylen som omdanner DNA-nukleotider til aminosyrene som danner proteiner ( proteinsynteseprosess ).

Faktisk er RNA-nukleinsyren sammenlignbar med en genetisk informasjonsordbok, rapportert på nukleinsyre-DNA.

Akronymet RNA betyr ribonukleinsyre .

DIFFERANSERER DER SKAL AVSTÅ DET FRA DNA

RNA-nukleinsyren har flere forskjeller i forhold til DNA:

RNA er et mindre biologisk molekyl enn DNA, vanligvis dannet fra en enkelt streng av nukleotider .
Den pentose som utgjør nukleotidene av ribonukleinsyre er ribose . I motsetning til deoksyribose har ribose et oksygenatom på karbon 2.
Det er på grunn av tilstedeværelsen av ribosukker at biologer og kjemikere har tildelt navnet ribonukleinsyre til RNA.
Nukleinsyre-RNA-nukleotider er også kjent som ribonukleotider .
RNA-nukleinsyre deler bare 3 av 4 nitrogenbaser med DNA. I stedet for thymin presenterer den faktisk uracil- nitrogenbasen.
RNA kan ligge i forskjellige rom i cellen, fra kjernen til cytoplasma.

Typer av RNA

Figur: ribose.

I levende celler finnes nukleinsyre RNA i fire hovedformer: transport RNA (eller overførings-RNA eller tRNA ), messenger RNA (eller RNA messenger eller mRNA ), ribosomalt RNA (eller ribosomalt RNA eller rRNA ) og lite kjernefysisk RNA (eller lite kjernefysisk RNA eller snRNA ).

Selv om de dekker forskjellige spesifikke roller, samarbeider de fire ovennevnte former for RNA for et felles mål: proteinsyntese, startende fra nukleotidsekvensene som er tilstede i DNA'et.