Садржај
- Опште карактеристике ДНК
- Опште карактеристике РНА
- Душичне базе
- Транскрипција и превод
- Од ланца ДНК до хромосома
- Нуклеинске киселине и појава живота
- Медицинске терапије
Важне нуклеинске киселине у природи укључују деоксирибонуклеинска киселина или ДНК и рибонуклеинска киселина или РНА. Називају се киселинама, јер су донатори протона (тј., Атом водоника), и због тога носе негативан набој.
Хемијски је ДНК и РНА полимер, што значи да се састоје од понављајућих јединица, често врло великог броја њих. Ове јединице се називају нуклеотиди. Сви нуклеотиди заузврат укључују три различита хемијска дела: пентозни шећер, фосфатну групу и азотну базу.
ДНК се разликује од РНА на три основна начина. Један је да је шећер који чини структуралну „окосницу“ молекула нуклеинске киселине дезоксирибоза, док је у РНА то рибоза. Ако сте уопште упознати са хемијском номенклатуром, схватићете да је то мала разлика у целокупној структурној шеми; рибоза има четири хидроксилне (-ОХ) групе, док деоксирибоза има три.
Друга разлика је да иако је једна од четири азотне базе пронађене у ДНК тимин, одговарајућа база у РНА је урацил. Азотне базе нуклеинских киселина су оно што диктира крајње карактеристике ових молекула, јер порције фосфата и шећера не варирају унутар или између молекула исте врсте.
Коначно, ДНК је дволанчана, што значи да се састоји од два дугачка ланца нуклеотида хемијски везаних две азотне базе. ДНК је намотан у облик "двоструке спирале", као флексибилна мердевина исплетена у супротним смеровима на оба краја.
Опште карактеристике ДНК
Деоксирибоза се састоји од прстена с пет атома, четири угљеника и кисеоника, у облику пентагона или можда кућне плоче у бејзболу. Због тога што угљеник формира четири везе, а кисеоник две, то оставља осам места везивања слободна на четири атома угљеника, два по угљенику, једно изнад и једно испод прстена. Три од тих тачака заузимају хидроксилне (-ОХ) групе, а пет су атоми водоника.
Овај молекул шећера може да се веже за једну од четири азотне базе: аденин, цитозин, гванин и тимин. Аденин (А) и гванин (Г) су пурини, док су цитозин (Ц) и тимин (Т) пиримидини. Пурини су већи молекули од пиримидина; јер су две нити било ког комплетног молекула ДНК повезане у средини својим азотним базама, ове везе морају да се формирају између једног пурина и једног пиримидина да би укупна величина две базе у молекули била приближно константна. (Помаже да се приликом читања помиње било који дијаграм нуклеинских киселина, попут оних у Референцема.) Као што се догађа, А се везује искључиво за Т у ДНК, док се Ц везује искључиво за Г.
Деоксирибоза везана за азотну базу назива се а нуклеозид. Када се фосфатној групи дода деоксирибоза на угљенику две тачке даље од места где је база везана, формира се комплетан нуклеотид. Особитости одговарајућих електрохемијских набоја на различитим атомима у нуклеотидима одговорни су за дволанчане ДНК које природно формирају спирални облик, а две ДНК ланце у молекули се називају комплементарне нити.
Опште карактеристике РНА
Шећер пентозе у РНА је рибоза, а не деоксирибоза. Рибоза је идентична деоксирибози, осим што је структура прстена везана за четири хидроксилне (-ОХ) групе и четири атома водоника, уместо за три и пет за респективно. Рибозни део нуклеотида је везан за фосфатну групу и душичну базу, као што је то случај са ДНК, са наизменичним фосфатима и шећерима који творе РНА "кичму". База, као што је горе наведено, укључује А, Ц и Г, али други пиримидин у РНА је урацил (У), а не Т.
Док се ДНК односи само на складиштење информација (ген је једноставно ланац ДНК који кодира један протеин), различите врсте РНА преузимају различите функције. Месначка РНА, или мРНА, створена је из ДНК када се обично дволанчана ДНК подели на две појединачне нити у сврху транскрипције. Резултирајућа мРНА се коначно креће ка деловима ћелија у којима се ствара производња протеина, носећи упутства за овај поступак испоручена ДНК. Друга врста РНА, трансфер РНА (тРНА), учествује у производњи протеина. То се дешава на ћелијским органелама званим рибосоми, а сами рибосоми се састоје углавном од трећег типа РНК који се зове, прикладно, рибосомална РНА (рРНА).
Душичне базе
Пет азотних база - аденин (А), цитозин (Ц), гванин (Г) и тимин (Т) у ДНК и прва три плус урацил (У) у РНК - су делови нуклеинских киселина који су на крају одговорни за разноликост генских производа у живим бићима. Делови шећера и фосфата су неопходни у томе што пружају структуру и скеле, али базе су тамо где се стварају кодови. Ако свој лаптоп рачунар сматрате нуклеинском киселином или макар низом нуклеотида, хардвер (нпр. Дискови, екран монитора, микропроцесор) аналоган је шећерима и фосфатима, док год софтвер и апликације које користите су попут азотне базе, јер јединствени асортиман програма које сте учитали на свој систем ефикасно чине ваш рачунар јединственим "организмом".
Као што је претходно описано, азотне базе су класификоване или као пурини (А и Г) или пиримидини (Ц, Т и У). Увек пар у ланцу ДНК са Т, а Ц увек у пару са Г. Важно је када се ланац ДНК користи као образац за синтезу РНК (транскрипција), у свакој тачки дуж растућег молекула РНК, нуклеотида РНА који се ствара. од нуклеотида „родитеља“ ДНК укључује базу која је она за коју се матична база увек везује. Ово ћемо истражити у даљем одељку.
Пурине се састоје од шестерочланог прстена са азотом и угљеником и петочланог прстена од азота и угљеника, попут шестерокута и пентагона који имају страну. Синтеза пурина укључује хемијско подешавање шећера рибозе, након чега следи додавање амино (-НХ)2) групе. Пиримидини такође имају шесточлани прстен азота и угљеника, попут пурина, али им недостаје петочлани азонски и угљенични прстен пурина. Пурини имају већу молекулску масу од пиримидина.
Синтеза нуклеотида који садрже пиримидине и синтеза нуклеотида који садрже пурине одвијају се у супротном редоследу у једном кључном кораку. У пиримидинима се базни део прво састави, а остатак молекула се касније преобрази у нуклеотид. Код пурина, део који на крају постане аденин или гванин модификован је до краја стварања нуклеотида.
Транскрипција и превод
Транскрипција је стварање ланца мРНА из ДНК шаблона, који носи иста упутства (тј. Генетски код) за прављење одређеног протеина као и шаблона. Процес се одвија у ћелијском језгру, где се налази ДНК.Када се дволанчана молекула ДНК раздвоји у појединачне нити и транскрипција настави, мРНА која се генерише из једног ланца "незакључаног" ДНК пара идентична је са ДНК другог ланца незапажене ДНК, осим што мРНА садржи У уместо Т. (Опет је упућивање на дијаграм корисно; видети референце.) МРНА, једном комплетирана, напушта језгро кроз поре у нуклеарној мембрани. Након што мРНА напусти језгро, веже се за рибосом.
Ензими се затим вежу за рибосомални комплекс и помажу у процесу превођења. Превод је конверзија мРНА упутства у протеин. То се дешава када су аминокиселине, под-јединице протеина, генерисане из три-нуклеотидних "кодона" на ланцу мРНА. Процес такође укључује рРНА (будући да се превођење врши на реброма) и тРНА (која помаже у састављању аминокиселина).
Од ланца ДНК до хромосома
ДНК ланци се спајају у двоструку спиралу због спајања повезаних фактора. Једна од њих су водоничне везе које природно падају на своје место у различитим деловима молекула. Како се спирали формирају, парови спајања азотних база су окомити на ос двоструке спирале у целини. Сваки пуни заокрет укључује укупно око 10 парова везаних уз базу. Оно што би се могло назвати "странама" ДНК-а када је постављено као "мердевине" сада се називају "ланци" двоструке спирале. Они се готово у потпуности састоје од дела рибозе и фосфата нуклеотида, а базе су унутра. Каже се да хеликоптер има и велике и мање уторе који одређују његов крајњи облик.
Иако се хромозоми могу описати као веома дугачки ланци ДНК, ово је велико поједностављење. Тачно је да би одређени хромозом могао теоретски да открије један непрекинути молекул ДНК, али то не успева да назначи замршено копирање, умотавање и групирање које ДНК чини у правцу стварања хромозома. Један хромосом садржи милионе парова ДНК базе, а ако би се сва ДНК испружила без пробијања спирале, његова дужина би се проширила од неколико милиметара до преко центиметра. У стварности, ДНК је кондензованији. Протеини названи хистони формирају се од четири пара протеина подјединица (укупно осам подјединица). Овај октамер служи као врста калема да се ДНК двострука спирала омота око два пута, попут нити. Ова структура, октамер плус ДНК омотана око њега, назива се нуклеосомом. Када се хромосом делимично одмота у прамен назван хроматид, ови нуклеозоми се појављују на микроскопији да би били перле на узици. Али изнад нивоа нуклеозома долази до даљег сабијања генетског материјала, иако прецизан механизам и даље остаје неисплатив.
Нуклеинске киселине и појава живота
ДНК, РНА и протеини се узимају у обзир биополимери јер су то поновљени низови информација и аминокиселина које су повезане са живим бићима („био“ значи „живот“). Молекуларни биолози данас признају да су ДНК и РНА у неком облику пре појаве живота на Земљи, али од 2018. нико није смислио пут од раних биополимера до једноставних живих бића. Неки су теоретизирали да је РНА у неком облику била изворни извор свих ових ствари, укључујући ДНК. Ово је "хипотеза светске РНК." Међутим, ово представља својеврсни сценариј пилетина и јаје за биологе, јер наизглед довољно велики РНА молекули нису могли да се појаве на било који други начин осим транскрипције. У сваком случају, научници са све већом жаркошћу истражују РНК као циљ првог молекула који се понавља.
Медицинске терапије
Хемикалије које опонашају нуклеинске киселине користе се данас као лекови, а даљи развој ове области је у току. На пример, благо модификован облик урацила, 5-флуороурацил (5-ФУ), деценијама се користи за лечење карцинома дебелог црева. То се постиже тако што имитира праву азотну базу довољно блиско да се може убацити у ново произведену ДНК. То на крају доводи до прекида синтезе протеина.
Имитатори нуклеозида (који се можда сећате, шећер рибозе плус азотна база) коришћени су у антибактеријским и антивирусним терапијама. Понекад је базни део нуклеозида подвргнут модификацији, а други пут лек циља део шећера.