Nukleiinihappojen ominaisuudet, toiminnot, rakenne

Se nukleiinihapot Ne ovat suuria biomolekyylejä, jotka ovat muodostaneet yksiköt tai monomeerit, joita kutsutaan nukleotideiksi. Ne vastaavat geneettisen tiedon varastoinnista ja siirtämisestä. He osallistuvat myös jokaiseen proteiinisynteesin vaiheeseen.

Jokainen nukleotidi muodostuu rakenteellisesti fosfaattiryhmällä, viiden hiilisen sokerilla ja heterosyklisellä typppekauksella (A, T, C, G ja U). Fysiologinen pH, nukleiinihapot ovat negatiivisesti varautuneita, ne liukenevat veteen, ne muodostavat viskoosisia liuoksia ja ovat melko stabiileja.

Lähde: Pixabay.com

Nukleiinihappoja on kahta päätyyppiä: DNA ja RNA. Molempien nukleiinihappojen koostumus on samanlainen: molemmissa löydämme sarjan nukleotideja, jotka ovat yhdistäneet fosfodiéster -sidokset. DNA: sta löydämme kuitenkin Timina (T) ja RNA -urasiilista (U).

DNA on pidempi ja on kaksinkertaisessa potkurin konformaatiossa ja RNA muodostuu yhdellä juosteella. Näitä molekyylejä on läsnä kaikissa elävissä organismeissa, viruksista suuriin nisäkkäisiin.

[TOC]

Historiallinen näkökulma

Nukleiinihappojen löytäminen

Nukleiinihappojen löytäminen juontaa juurensa vuoteen 1869, kun Friedrich Miescher tunnisti kromatiinin. Kokeissaan Miescher teki gelatiinin konsistenssimateriaalin uuttamisen ytimestä ja huomasi, että tämä aine oli runsaasti fosforia.

Alun perin salaperäinen materiaali nimitettiin "nukleiiniksi". Myöhemmät nukleiinikokeet päättelivät, että tämä ei ole vain runsaasti fosforia, vaan myös hiilihydraatteja ja orgaanisia emäksiä.

Phoebus Levene havaitsi, että nukleiini oli lineaarinen polymeeri. Vaikka nukleiinihappojen emäksiset kemialliset ominaisuudet tiedettiin, tämän polymeerin ja elävien olentojen perinnöllisen materiaalin välillä ei katsottu olevan suhde.

DNA -funktion löytö

40 -luvun puolivälissä biologit olivat vähän vakuuttavia siitä hetkestä lähtien, kun organismin tietojen lähettämisestä ja varastoinnista vastaava molekyyli asui molekyylissä, jonka konformaatio on yhtä yksinkertainen kuin DNA - koostuva neljästä monomeeristä (nukleotidi) hyvin hyvin hyvin hyvin samanlaisia ​​toisiaan.

Proteiinit, 20 tyypistä aminohappoja koostuvat polymeerit, näyttivät uskollisemmilta ehdokkailta perintömolekyyliksi.

Tämä visio muuttui vuonna 1928, kun tutkija Fred Griffith epäili, että nukleiini oli mukana perinnässä. Lopuksi vuonna 1944 Oswald Avery onnistui päättämään vahvoilla todisteilla siitä, että DNA sisälsi geneettistä tietoa.

Siten DNA siirtyi tylsästä ja yksitoikkoisesta molekyylistä, joka muodosti vain neljä rakenteellista lohkoa, molekyyliin, joka mahdollistaa valtavan määrän tietoa ja joka voi pitää sen ja lähettää sen tarkkaan, tarkkaan ja tehokkaasti.

DNA -rakenteen löytö

Vuosi 1953 oli biologisten tieteiden vallankumouksellinen, koska tutkijat James Watson ja Francis Crick selvittivät DNA: n oikean rakenteen.

X -rayn heijastuskuvioiden analysoinnin perusteella Watsonin ja Crickin tulokset ehdottivat, että molekyyli on kaksoiskieli, jossa fosfaattiryhmät muodostavat ulkoisen luurankon ja emäkset projisoidaan.

Tikkaiden analogiaa käytetään yleensä, missä kaidet vastaavat fosfaatteja ja askelta emäksille.

DNA: n sekvensointi löytö

Kahden viime vuosikymmenen aikana biologian poikkeukselliset edistykset ovat tapahtuneet DNA: n sekvensoinnin johtama. Teknologisen kehityksen ansiosta meillä on tänään tarvittava tekniikka tietää melko korkealla tarkkuudella DNA: n sekvenssi - "sekvenssi" tarkoitamme emäksen järjestystä.

Alun perin sekvenssin selvittäminen oli kallis tapahtuma ja vaati paljon aikaa loppuun. Tällä hetkellä ei ole ongelma tuntea kokonaisten genomien sekvenssi.

Ominaisuudet

Kuormitus ja liukoisuus

Kuten nimestä voi päätellä, nukleiinihappojen luonne on hapan ja molekyylit, joilla on korkea veden liukoisuus; eli he ovat hydrofiilinen. Fysiologisessa pH: ssa molekyyli on negatiivisesti varautunut fosfaattiryhmien läsnäololla.

Tämän seurauksena proteiinit, joihin DNA liittyy. Oikea DNA -assosiaatio on ratkaisevan tärkeää solujen pakkaamiseksi.

Goo

Nukleiinihapon viskositeetti riippuu siitä, onko tämä kaksinkertainen vai yksinkertainen kaista. Kaksinkertainen DNA muodostaa korkeat viskositeettiliuokset, koska sen rakenne on jäykkä, vastakkainen resistenssi muodonmuutokselle. Lisäksi ne ovat erittäin pitkiä molekyylejä sen halkaisijan suhteen.

Sitä vastoin yksinkertaisessa kaistalla on myös nukleiinihappoliuostoja, joille on ominaista vähentynyt viskositeetti.

Vakaus

Toinen nukleiinihappojen ominaisuus on niiden stabiilisuus. Luonnollisesti molekyylin, jolla on tällainen välttämätön työ, kuin perintövarastointi on erittäin vakaa.

Verrattuna DNA on stabiilempi kuin RNA, koska siitä puuttuu hydroksyyliryhmä.

On mahdollista, että tällä kemiallisella ominaispiirteellä oli tärkeä rooli nukleiinihappojen kehityksessä ja DNA: n valinnassa perinnöllisenä materiaalina.

Se voi palvella sinua: Protocooperation

Joidenkin kirjoittajien esittämien hypoteettisten siirtymien mukaan RNA korvattiin DNA: lla evoluutio tulevaisuudessa. Nykyään on kuitenkin joitain viruksia, jotka käyttävät RNA: ta geneettisenä materiaalina.

Ultraviolettivalon imeytyminen

Nukleiinihappojen imeytyminen riippuu myös kaksinauhassa vai yksinkertaisella kaistalla. Renkaiden absorptiopiikki sen rakenteessa on 260 nanometriä (NM).

Kun kaksinautainen DNA -juosikko alkaa erottua, absorptio mainitulle aallonpituudelle kasvaa, koska nukleotidit muodostavat renkaat paljastetaan.

Tämä parametri on tärkeä laboratorion molekyylibiologien kannalta, koska mittaamalla absorptio he voivat arvioida heidän näytteissä esiintyvän DNA: n määrän. Yleensä DNA -ominaisuuksien tuntemus myötävaikuttaa sen puhdistukseen ja hoitoon laboratorioissa.

Luokittelu (tyypit)

Kaksi pää nukleiinihappoa ovat DNA ja RNA. Molemmat ovat kaikkien elävien olentojen komponentteja. DNA ovat lyhenne deoksiribonukleiinihaposta ja RNA: lle ribonukleiinihapolle. Molemmilla molekyyleillä on perustavanlaatuinen rooli perintö- ja proteiinisynteesissä.

DNA on molekyyli, joka tallentaa kaikki tarvittavat tiedot organismin kehittämiselle ja on ryhmitelty funktionaalisiksi yksiköiksi, joita kutsutaan geeneiksi. RNA on vastuussa tämän tiedon ottamisesta ja kääntää yhdessä proteiinikompleksien kanssa nukleotidiketjun tiedot aminohappiketjuun.

RNA -ketjuissa voi olla pitkiä tai muutamia tuhansia nukleotideja, kun taas DNA -ketjut ylittävät miljoonat nukleotidit ja ne voidaan visualisoida optisen mikroskoopin valossa, jos ne värjätään väriaineilla.

Kahden molekyylin väliset rakenteelliset erot yksityiskohtaisesti yksityiskohtaisesti seuraavassa osassa.

RNA

Soluissa on erityyppisiä RNA -tyyppejä, jotka yhdessä toimivat proteiinisynteesin järjestämiseksi. RNA: n kolme päätyyppiä ovat lähettiläs, ribosomaali ja siirto.

Messenger -RNA

Messenger -RNA on vastuussa DNA: ssa esiintyvän viestin kopioinnista ja sen kuljettamisesta proteiinisynteesiin, joka tapahtuu ribosoomien rakenteissa.

Ribosomaalinen tai ribosomaalinen RNA

Ribosomaalinen RNA on osa tätä olennaista konetta: ribosomi. Del Ribosoma, 60% muodostuu ribosoma -RNA: lla ja loput miehittävät melkein 80 erilaista proteiinia.

Siirto -RNA

Siirto -RNA on eräänlainen molekyylisovitin, joka kuljettaa aminohappoja (proteiinien rakenteellisia lohkoja) ribosomiin, sisällytettäväksi.

RNA Pieni

Näiden kolmen perustyyppien lisäksi on olemassa ylimääräinen RNAS -sarja, joka on viime aikoina löydetty ja joilla on olennainen rooli proteiinisynteesissä ja geenien ilmentymisessä.

Pienet ydin RNA: t, lyhennettynä snRNA: na, osallistuvat katalyyttisiin kokonaisuuksiin Silmukointi (prosessi, joka koostuu lähettilään RNA: n intronien eliminoinnista).

Pienet tai snorna-nukleolaariset RNA: t osallistuvat ribosomaalisten esikirjojen prosessointiin, jotka ovat osa ribosomin alayksikköä. Tämä tapahtuu ytimessä.

Lyhyet häiriöiden ja mikrojen RNA: t ovat pieniä RNA -sekvenssejä, joiden päärooli on geeniekspression modulointi. Mikroon on koodattu DNA: sta, mutta ei jatka niiden proteiinien translaatiota. Ne ovat monokatenarioita ja niitä voidaan täydentää viestin RNA: lle, estäen niiden proteiinin translaatiota.

Kemiallinen rakenne ja koostumus

Nukleiinihapot ovat pitkiä polymeerien ketjuja, jotka on muodostettu monomeerisistä yksiköistä, joita kutsutaan nukleotideiksi. Jokainen koostuu:

Fosfaattiryhmä

Nukleotideja on neljä tyyppiä ja niillä on yleinen rakenne: fosfaattiryhmä, joka on kytketty pentoosiin fosfodi -foil -sidoksen kautta. Fosfaattien läsnäolo antaa molekyylille happaman luonteen. Fosfaattiryhmä dissosioituu solun pH: hon, joten se on negatiivisesti ladattu.

Tämä negatiivinen kuorma mahdollistaa nukleiinihappojen assosiaation molekyyleihin, joiden kuorma on positiivinen.

Solujen sisällä ja myös solunulkoisissa nesteissä löydämme pieniä määriä nukleosideja. Nämä ovat molekyylejä, jotka muodostuvat kaikki nukleotidin komponentit, mutta niistä puuttuu fosfaattiryhmiä.

Nimikkeistön mukaan nukleotidi on nukleosidi, jolla on yksi, kaksi tai kolme fosfaattiryhmää, jotka on esteroitu hiilessä 5 'hydroksyylissä. Nukleosidit, joissa on kolme fosfaattia.

Pentoosi

Pentoosi on monomeerinen hiilihydraatti, joka muodosti viisi hiiliatomia. DNA: ssa pentoosi on deoksiriboosi, jolle on ominaista hydroksyyliryhmän menetys hiilellä 2 '. RNA: ssa pentoosi on riboosi.

Se voi palvella sinua: neo -charchismi

Typpipohja

Pantosa on puolestaan ​​kytketty orgaaniseen pohjaan. Nukleotidin identiteetti saadaan emäksen identiteetti. On viisi tyyppiä, lyhennettynä sen alkuperäinen: adeniini (a), guaniini (g), sytosiini (c), timina (t) ja urasiili (u).

On yleistä, että kirjallisuudessa havaitsemme, että he käyttävät näitä viittä kirjainta viittaamaan koko nukleotidiin. Tiukasti ottaen nämä ovat vain osa nukleotidia.

Kolme ensimmäistä, A, G ja C ovat yhteisiä sekä DNA: lle että RNA: lle. Vaikka T on ainutlaatuinen DNA: lle ja urasiili on rajoitettu RNA -molekyyliin.

Rakenteellisesti emäkset ovat heterosyklisiä kemiallisia yhdisteitä, joiden renkaat koostuvat hiili- ja typpimolekyyleistä. A ja G muodostuu pari sulatettua rengasta ja kuuluvat Purinas -ryhmään. Jäljellä olevat emäkset kuuluvat pyrimidiiniin ja niiden rakenne muodostuu yhdellä renkaalla.

On yleistä, että molemmissa nukleiinihappotyypeissä löydämme sarjan modifioituja emäksiä, kuten ylimääräinen metyyliryhmä.

Kun tämä tapahtuma tapahtuu, sanomme, että emäs on metyloitu. Prokaryooteissa metyloidut adeniinit löytyvät yleensä ja sekä prokaryooteissa että eukaryooteissa sytosiineilla voi olla lisämenetelmä.

Kuinka polymerointi on?

Kuten mainitsimme, nukleiinihapot ovat pitkiä ketjuja, jotka muodostuvat monomeereistä - nukleotideista. Ketjujen muodostamiseksi nämä on kytketty tietyllä tavalla.

Kun nukleotidien polymerisni, hydroksyyliryhmä (-OH), jota löytyy yhden nukleotidien sokerin 3 'hiilestä, muodostaa esterityyppisen yhteyden fosfaattiryhmään toisesta nukleotidimolekyylistä. Tämän yhteyden muodostumisen aikana tapahtuu vesimolekyylin eliminointi.

Tämän tyyppistä reaktiota kutsutaan "kondensaatioreaktioksi", ja se on hyvin samanlainen kuin mitä tapahtuu, kun proteiinien peptidiyhteydet kahden aminohappojätteen välillä muodossa. Kunkin nukleotidiparin välisiä yhteyksiä kutsutaan fosfodiéster linkit.

Kuten polypeptideissä, nukleiinihappiketjuissa on kaksi kemiallista suuntausta päissä: yksi on 5 'pää, joka sisältää vapaan hydroksyyliryhmän tai fosfaattiryhmän terminaalisen sokerin 5' hiilessä, kun taas lopussa 3 'löysimme Hiilitön hydroksyyliryhmä 3 '.

Kuvittele, että jokainen DNA -lohko on LEGO -pelin lohko, toinen pää, joka on asetettu, ja vapaan aukon kanssa, jossa toisen lohkon asettaminen voi tapahtua. 5 'pää fosfaatilla on äärimmäinen insertti ja 3' on analoginen vapaan reiän kanssa.

Muut nukleotidit

Solusta löydämme toisen tyyppisiä nukleotideja, joiden rakenne on erilainen kuin edellä mainitussa. Vaikka nämä eivät ole osa nukleiinihappoja, niillä on erittäin tärkeitä biologisia papereita.

Merkittävimpiä meillä on Riboflavinan Mononucléido, joka tunnetaan nimellä FMN, koentsyymi A, Adeninan ja Nicotinaminan dyukleotidi.

RNA -rakenne

Nukleiinihappopolymeerin lineaarinen rakenne vastaa ensisijainen rakenne näistä molekyyleistä. Polinukleotidilla on myös kyky muodostaa järjestelyjä kolmen ulottuvuuksien stabiloimiin, jotka ovat stabiloituja ei -kovalenttisia voimia - samanlaisia ​​kuin proteiineista löydetyt taitokset.

Vaikka DNA: n ja RNA: n ensisijainen koostumus on melko samanlainen (lukuun ottamatta edellä mainittuja eroja), sen rakenteen muodostuminen on selvästi erilainen. Löydämme yleensä RNA: t yhtenä nukleotidiketjuna, vaikka se voi ottaa erilaisia ​​järjestelyjä.

Esimerkiksi siirto -RNA: t ovat pieniä molekyylejä, jotka on muodostettu alle 100 nukleotidilla. Sen tyypillinen toissijainen rakenne on apilan muodossa, jossa on kolme varret. Eli RNA -molekyyli löytää täydentäviä emäksiä sisältä ja voi taittaa itsensä.

Ribosomaaliset RNA: t ovat suurempia molekyylejä, jotka ottavat kompleksin kolmiulotteiset konformaatiot ja joilla on toissijainen ja tertiäärinen rakenne.

DNA -rakenne

Kaksoispotkuri

Toisin kuin lineaarinen RNA, DNA -järjestely koostuu kahdesta toisiinsa liittyvästä säikeestä. Tämä rakenteellinen ero on ratkaisevan tärkeä sen erityisten toimintojen suorittamiseksi. RNA ei kykene muodostamaan tämän tyyppisiä potkureita steerisen esteen vuoksi, jonka ylimääräinen OH -ryhmä esittelee sokeria.

Peruskomplementaarisuus

Tukikohdista on täydentävyys. Toisin sanoen sen koon, muodon ja kemiallisen koostumuksen seurauksena puriinien on oltava mutaisia ​​pyrimidiinin kanssa vety sidoksilla. Siksi luonnollisessa DNA: ssa havaitsemme, että A on melkein aina pariksi T: n ja G: n kanssa C: n kanssa, muodostaen vety sillat seuralaistensa kanssa.

G: n ja C: n väliset emäparit yhdistetään kolmella vety sillalla, kun taas vääntömomentti A ja T ovat heikompia, ja vain kaksi vety sidosta pitää ne yhdessä.

DNA -juosteet voidaan erottaa (tämä tapahtuu sekä solussa että laboratoriomenetelmissä) ja tarvittava lämpö riippuu molekyylin GC: n määrästä: mitä korkeampi se on, sitä enemmän energiaa sitä tarvitaan sen erottamiseksi.

Voi palvella sinua: Mendel -lait

Säikeen suuntaus

Toinen DNA: n ominaisuus on sen päinvastainen suunta: Vaikka nauha kulkee 5 ' - 3' -suunnassa, sen kumppani on 3' -5 '-suunnassa.

Luonnolliset konformaatiot ja laboratoriossa

Rakennetta tai konformaatiota, jota tavallisesti havaitsimme luonnossa, kutsutaan DNA: sta b. Tälle on ominaista, että sillä on 10,4 nukleotidia jokaiselle kierrokselle, erotettuna etäisyydellä 3,4. DNA B kääntyy oikealle.

Tämä liikkuvuusmalli johtaa kahden uran, yhden pääaineen ja yhden alaikäisen esiintymiseen.

Laboratoriossa (synteettisissä) muodostuneissa nukleiinihapoissa löytyy muita konformaatioita, jotka esiintyvät myös hyvin spesifisissä olosuhteissa. Nämä ovat DNA A ja DNA Z.

Variantti A suorittaa myös oikean käännöksen, vaikka se on lyhyempi ja hieman leveämpi kuin luonnollinen. Molekyyli saa tämän muodon, kun kosteus vähenee. Käännä joka 11 pohjaparia.

Viimeinen variantti on Z, jolle on ominaista kapea ja kääntämällä vasemmalle. Sen muodostuu heksaanukleotidiryhmä, joka on ryhmitelty antipaalla -ketjujen duplexiin.

Funktiot

DNA: perintömolekyyli

DNA on molekyyli, joka voi tallentaa tietoja. Elämä, kuten tiedämme sen planeetallamme, riippuu kyvystä pelastaa ja kääntää tällaista tietoa.

Solun kannalta DNA on eräänlainen kirjakauppa, jossa löydetään kaikki tarvittavat ohjeet elävän organismin valmistukseen, kehittämiseen ja ylläpitämiseen.

DNA -molekyylistä löydämme erillisten funktionaalisten kokonaisuuksien organisaation, jota kutsutaan geeneiksi. Jotkut heistä viedään proteiineihin, kun taas toiset täyttävät säätelytoiminnot.

Edellisessä osassa kuvaamamme DNA: n rakenne on avain sen toimintojen suorittamiseen. Potkurin on kyettävä erottamaan ja liittämään helposti - avainominaisuus replikaatio- ja transkriptiotapahtumiin.

DNA sijaitsee prokaryooteissa tietyssä sytoplasman paikassa, kun taas eukaryooteissa se sijaitsee ytimessä.

RNA: Monitoiminen molekyyli

Paperi proteiinisynteesissä

RNA on nukleiinihappo, jonka löydämme proteiinisynteesin eri vaiheista ja geeniekspression säätelystä.

Proteiinisynteesi alkaa DNA: ssa salatun viestin transkriptiolla Messenger RNA -molekyyliin. Sitten lähettilään on poistettava annokset, joita ei käännetä, tunnetaan nimellä introneja.

RNA -viestin translaatioon aminohappotähteisiin on välttämätöntä kaksi ylimääräistä komponenttia: ribosomaalinen RNA, joka on osa ribosomeja, ja siirto -RNA, joka kantaa aminohappoja ja on vastuussa oikean asettamisesta Aminohappo peptidiketjuun harjoituksessa.

Toisin sanoen jokaisella päätyypillä RNA: lla on perustavanlaatuinen rooli tässä prosessissa. Tämä DNA: n kulku lähettiläälle ja tämä lopulta proteiineille on mitä biologit kutsuvat "biologian keskus dogmaksi".

Koska tiede ei kuitenkaan voi perustua dogmiin, on olemassa erilaisia ​​tapauksia, joissa tätä lähtökohtaa ei täytetä, kuten retrovirus.

Rooli sääntelyssä

Edellä mainittu pieni RNA osallistuu epäsuorasti synteesiin, orkesteroimalla Messenger -RNA: n synteesiä ja osallistuminen ekspression säätelyyn.

Esimerkiksi solussa on erilaisia ​​lähettiläitä, joita säätelevät pienet RNA: t, joilla on komplementaarinen sekvenssi tähän. Jos viestiin pienet RNA -parit voivat jakaa lähettilään, estäen siten sen käännöksen. On olemassa useita prosesseja, joita säännellään tällä tavalla.

Viitteet

1. Alberts, b., Bray, D., Hopkin, k., Johnson, a. D -d., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2015). Välttämätön solubiologia. Garlantitiede.
2. Berg, J.M., Tymoczko, J.Lens., Stryer, l. (2002). Biokemia. 5. painos. Freeman.
3. Cooper, G. M., & Hausman, R. JA. (2000). Solu: Lähestymismolekyyli. Sinauer Associates.
4. Curtis, H., & Barnes, N. S. (1994). Kutsu biologiaan. Macmillan.
5. Fierro, a. (2001). Lyhyt historia DNA -rakenteen löytämisestä. Rev Clinic Medicine Las Condes, kaksikymmentä, 71-75.
6. Forterre, p., Filée, j. & MyllyKallio, H. (2000-2013) DNA: n ja DNA: n replikaatiokoneiden alkuperä ja kehitys. Sisään: Madame Curie Bioscience -tietokanta [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, g. (2009). Solu- ja molekyylibiologia: käsitteet ja kokeet. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, R., Margulis, l., & Kulta, J. (1988). Evoluutio siirtyminen RNA: sta DNA: han varhaisissa soluissa. Journal of Molecular Evolution, 27(4), 283-290.
9. Loodish, h., Berk, a., Darnell, J. JA., Kaiser, c. -Lla., Krieger, m., Scott, M. P.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekyylisolubiologia. Macmillan.
10. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokemia. Ed. Pan -American Medical.
11. Voet, D., Voet, J. G., & Pratt, c. W -. (1999). Biokemian perusta. Uusi York: John Willey ja pojat.