Nukleinsyrekarakteristikker, funksjoner, struktur

De nukleinsyrer De er store biomolekyler dannet av enheter eller monomerer som kalles nukleotider. De har ansvaret for lagring og overføring av genetisk informasjon. De deltar også i hvert av trinnene i proteinsyntese.

Strukturelt dannes hvert nukleotid av en fosfatgruppe, et fem -karbon sukker og en heterocyklisk nitrogenbase (A, T, C, G og U). En fysiologisk pH, nukleinsyrer er negativt ladet, de er oppløselige i vann, de danner tyktflytende oppløsninger og er ganske stabile.

Kilde: Pixabay.com

Det er to hovedtyper av nukleinsyrer: DNA og RNA. Sammensetningen av begge nukleinsyrene er lik: i begge finner vi en serie nukleotider forent av fosfodieterbindinger. Imidlertid finner vi i DNA Timina (t) og i RNA uracil (u).

DNA er lengre og er i en dobbel propellkonformasjon og RNA dannes av en enkelt streng. Disse molekylene er til stede i alle levende organismer, fra virus til store pattedyr.

[TOC]

Historisk perspektiv

Oppdagelse av nukleinsyrer

Oppdagelsen av nukleinsyrer stammer fra 1869 da Friedrich Miescher identifiserte kromatin. I sine eksperimenter gjorde Miescher ekstraksjon av et gelatinøst konsistensmateriale fra kjernen og oppdaget at dette stoffet var rikt på fosfor.

Opprinnelig ble det mystiske materialet betegnet som "nuclein". Etterfølgende eksperimenter på nuklein konkluderte med at dette ikke bare er rikt på fosfor, men også i karbohydrater og organiske baser.

Phoebus Levene fant at nuklein var en lineær polymer. Selv om de grunnleggende kjemiske egenskapene til nukleinsyrer var kjent, ble det ikke vurdert at det var en sammenheng mellom denne polymeren og det arvelige materialet til levende vesener.

DNA -funksjonsoppdagelse

På midten av 40 -tallet var det lite overbevisende for biologer fra det øyeblikket molekylet hadde ansvaret for å overføre og lagre informasjonen om en organisme bosatt i et molekyl med en konformasjon så enkelt som DNA -sammensatt av fire monomerer (nukleotider) lignende hverandre.

Proteiner, polymerer sammensatt av 20 typer aminosyrer, virket for tiden mer plausible kandidater for å være arveremolekylet.

Denne visjonen endret seg i 1928, da forsker Fred Griffith mistenkte at nukleinen var involvert i arven. Til slutt, i 1944, klarte Oswald Avery å avslutte med robust bevis på at DNA inneholdt genetisk informasjon.

Dermed gikk DNAet fra å være et kjedelig og monoton molekyl, konstituert av bare fire strukturelle blokker, til et molekyl som tillater lagring av et enormt antall informasjon, og som kan beholde det og overføre det på en presis, nøyaktig og effektiv måte.

DNA -strukturoppdagelse

Året 1953 var en revolusjonær for biologiske vitenskaper, siden forskerne James Watson og Francis Crick belyste riktig struktur av DNA.

Basert på analysen av X -Ray Reflection -mønstre antydet resultatene fra Watson og Crick at molekylet er en dobbel helix, der fosfatgrupper danner et eksternt skjelett og basene er projisert.

Analogien til en stige brukes vanligvis, der rekkverkene tilsvarer fosfatene og trinnene til basene.

DNA -sekvenseringsoppdagelse

I løpet av de to siste tiårene har ekstraordinære fremskritt innen biologi skjedd, ledet av DNA -sekvensering. Takket være teknologiske fremskritt, har vi i dag i den nødvendige teknologien for å vite med en ganske høy presisjon sekvensen av DNA - med "sekvens" vi mener rekkefølgen på basene.

Til å begynne med var det å belyse sekvensen en dyr hendelse og krevde mye tid å fullføre. For øyeblikket er det ikke noe problem å kjenne sekvensen til hele genomer.

Kjennetegn

Belastning og løselighet

Som navnet tilsier, er nukleinsyrens natur sur og er molekyler med høy vannløselighet; det vil si at de er hydrofil. Ved fysiologisk pH er molekylet negativt ladet, ved tilstedeværelse av fosfatgrupper.

Som en konsekvens av dette er proteiner som DNA er assosiert med rike på aminosyrerester med positive belastninger. Riktig DNA -assosiasjon er avgjørende for emballasje i celler.

Goo

Viskositeten til nukleinsyren avhenger av om dette er dobbelt eller enkelt bånd. Dobbeltbånd DNA danner høye viskositetsløsninger, siden strukturen er stiv, og motstridende motstand mot deformasjon. I tillegg er de ekstremt lange molekyler i forhold til diameteren.

I kontrast er det også nukleinsyreoppløsninger i enkelt bånd, som er preget av en redusert viskositet.

Stabilitet

Et annet kjennetegn ved nukleinsyrer er deres stabilitet. Naturligvis må et molekyl med et så uunnværlig arbeid som arvelagring være veldig stabilt.

Til sammenligning er DNA mer stabilt enn RNA, siden det mangler en hydroksylgruppe.

Det er mulig at denne kjemiske egenskapen hadde en viktig rolle i utviklingen av nukleinsyrer og i valg av DNA som arvelig materiale.

Det kan tjene deg: protokooperasjon

I henhold til de hypotetiske overgangene som noen forfattere har reist, ble RNA erstattet av DNA i evolusjonær fremtid. Imidlertid er det i dag noen virus som bruker RNA som genetisk materiale.

Ultraviolett lysabsorpsjon

Absorpsjonen av nukleinsyrer avhenger også om i dobbeltbånd eller i enkelt bånd. Ringenes absorpsjonstopp i strukturen er 260 nanometer (nm).

Når dobbeltbåndet DNA -streng begynner å skille seg, øker absorpsjonen til den nevnte bølgelengden, siden ringene som utgjør nukleotidene blir utsatt.

Denne parameteren er viktig for molekylære biologer i laboratoriet, siden de ved å måle absorpsjon kan estimere mengden DNA som finnes i prøvene sine. Generelt bidrar kunnskap om DNA -egenskaper til dens rensing og behandling i laboratorier.

Klassifisering (typer)

De to viktigste nukleinsyrene er DNA og RNA. Begge er komponenter i alle levende vesener. DNA er forkortelsen for deoksyribonukleinsyre og RNA for ribonukleinsyre. Begge molekylene har en grunnleggende rolle i arv og proteinsyntese.

DNA er molekylet som lagrer all nødvendig informasjon for utvikling av en organisme, og er gruppert i funksjonelle enheter som kalles gener. RNA er ansvarlig for å ta denne informasjonen og oversettes sammen med proteinkomplekser informasjonen om en nukleotidkjede til en aminosyrekjede.

RNA -kjeder kan ha lange eller noen få tusen nukleotider, mens DNA -kjeder overstiger millioner av nukleotider og kan visualiseres under lys av et optisk mikroskop hvis de er farget med fargestoffer.

De grunnleggende strukturelle forskjellene mellom de to molekylene vil detaljere dem i følgende avsnitt.

RNA

I celler er det forskjellige typer RNA som sammen fungerer for å orkestrere proteinsyntese. De tre hovedtypene av RNA er messenger, ribosomal og overføringen.

Messenger RNA

Messenger RNA er ansvarlig for å kopiere meldingen som finnes i DNA og transportere den til proteinsyntesen som foregår i strukturer som kalles ribosomer.

Ribosomalt eller ribosomalt RNA

Ribosomalt RNA er en del av dette essensielle maskineriet: ribosom. Del ribosoma, 60% dannes av ribosoma RNA og resten er okkupert av nesten 80 forskjellige proteiner.

Overfør RNA

Overføring RNA er en slags molekylær adapter som transporterer aminosyrer (strukturelle blokker av proteiner) til ribosom, for å bli inkorporert.

RNA liten

I tillegg til disse tre grunnleggende typene, er det en ekstra serie med RNA som har blitt oppdaget nylig, og som har en essensiell rolle i proteinsyntese og i uttrykk for genene.

Små kjernefysiske RNA -er, forkortet som SNRNA deltar som katalytiske enheter i Spleising (Prosess bestående av eliminering av introner) av Messenger RNA.

Små eller snorna nukleolare RNA er involvert i behandlingen av ribosomale transkripsjoner før ARN som vil være en del av ribosomunderenheten. Dette skjer i kjernen.

Korte RNA av interferens og mikroarn er små RNA -sekvenser hvis hovedrolle er modulering av genuttrykk. Mikroarn er kodet fra DNA, men fortsetter ikke proteinoversettelsen. De er monocatenarios og kan kompletteres med et meldings -RNA, og hemmer proteinoversettelsen deres.

Kjemisk struktur og sammensetning

Nukleinsyrer er lange kjeder av polymerer dannet av monomere enheter som kalles nukleotider. Hver er sammensatt av:

En fosfatgruppe

Det er fire typer nukleotider, og disse har en felles struktur: en fosfatgruppe knyttet til en pentose gjennom en fosfodi -foil -binding. Tilstedeværelsen av fosfater gir molekylet en sur karakter. Fosfatgruppen er dissosiert til pH i cellen, så den er negativt lastet.

Denne negative belastningen tillater assosiasjon av nukleinsyrer med molekyler hvis belastning er positiv.

Inne i celler og også i ekstracellulære væsker kan vi finne små mengder nukleosider. Dette er molekyler dannet av alle komponenter i et nukleotid, men som mangler fosfatgrupper.

I følge nomenklatur er et nukleotid et nukleosid som har en, to eller tre fosfatgrupper som er esterifisert i hydroksylen som er lokalisert i karbon 5 '. Nukleosider med tre fosfater er involvert i syntesen av nukleinsyrer, selv om de også oppfyller andre funksjoner i cellen.

En pentose

En pentose er et monomer karbohydrat dannet fem karbonatomer. I DNA er pentosen en deoksyribose, som er preget av tapet av en hydroksylgruppe i Carbon 2 '. I RNA er pentosen en ribose.

Det kan tjene deg: Neo -karchisme

En nitrogenbase

Pantosaen er igjen knyttet til en organisk base. Identiteten til nukleotidet er gitt av identiteten til basen. Det er fem typer, forkortet av dets første: adenin (a), guanin (g), cytosin (c), timina (t) og uracil (u).

Det er vanlig at vi i litteraturen finner ut at de bruker disse fem bokstavene for å referere til hele nukleotid. Imidlertid, strengt tatt, er disse bare en del av nukleotid.

De tre første, A, G og C, er felles for både DNA og RNA. Mens T er unik for DNA og uracil er begrenset til RNA -molekylet.

Strukturelt sett er basene heterocykliske kjemiske forbindelser, hvis ringer er sammensatt av karbon- og nitrogenmolekyler. A og G er dannet av et par smeltede ringer og tilhører Purinas -gruppen. De resterende basene tilhører pyrimidinene og strukturen deres dannes av en enkelt ring.

Det er vanlig at vi i begge typer nukleinsyrer finner en serie modifiserte baser, for eksempel en ekstra metylgruppe.

Når denne hendelsen inntreffer, sier vi at basen er metylert. I prokaryoter finnes metylert adeniner vanligvis og både i prokaryoter og i eukaryoter kan cytosinene ha en ekstra metode.

Hvordan er polymerisasjon?

Som vi nevnte, er nukleinsyrer lange kjeder dannet av monomerer - nukleotider. For å danne kjedene, er disse koblet på en bestemt måte.

Når nukleotidene polymerizan, danner hydroksylgruppen (-OH) som finnes i 3 'karbon i sukkeret til et av nukleotidene en estertype-kobling med fosfatgruppen fra et annet nukleotidmolekyl. Under dannelsen av denne koblingen oppstår eliminering av et vannmolekyl.

Denne typen reaksjoner kalles "kondensasjonsreaksjon", og er veldig lik det som skjer når peptidbindingene til proteiner mellom to aminosyreavfallsform. Koblingene mellom hvert par nukleotider kalles Fosfodiéster -koblinger.

Som i polypeptider har nukleinsyrekjeder to kjemiske orienteringer i endene: Den ene er 5 'enden som inneholder en fri hydroksylgruppe eller en fosfatgruppe i 5' karbon i terminalsukkeret, mens vi på slutten 3 'fant en karbonfri hydroksylgruppe 3 '.

Se for deg at hver DNA -blokk er en blokk av LEGO -spillet, med den ene enden som er satt inn og med et fritt hull der innsetting av en annen blokk kan oppstå. 5 'enden med fosfat vil være det ekstreme å sette inn og 3' er analog med det frie hullet.

Andre nukleotider

I cellen finner vi en annen type nukleotider med en annen struktur fra den som er nevnt ovenfor. Selv om disse ikke vil være en del av nukleinsyrer, spiller de veldig viktige biologiske artikler.

Blant de mest relevante har vi mononukléido av riboflavina, kjent som FMN, koenzymet A, dyukleotidet til adenina og nikotinamina, blant andre.

RNA -struktur

Den lineære strukturen til nukleinsyrepolymeren tilsvarer Primærstruktur av disse molekylene. Polinukleotider har også muligheten til å danne ordninger i tre dimensjoner stabilisert av ikke -kovalente krefter - lik foldingen som vi finner i proteiner.

Selv om den primære sammensetningen av DNA og RNA er ganske lik (med unntak av forskjellene nevnt ovenfor), er dannelsen av dens struktur markant forskjellig. Vi finner ofte RNA som en enkelt nukleotidkjede, selv om den kan ta forskjellige arrangementer.

Overfør RNA er for eksempel små molekyler dannet av mindre enn 100 nukleotider. Den typiske sekundære strukturen er i form av en kløver med tre armer. Det vil si at RNA -molekylet finner utfyllende baser inni og kan brette seg på seg selv.

Ribosomale RNA er større molekyler som tar komplekse tre -dimensjonale konformasjoner og har sekundær og tertiær struktur.

DNA -struktur

Dobbelt propell

I motsetning til lineært RNA, består DNA -arrangement av to sammenflettede tråder. Denne strukturelle forskjellen er avgjørende for å utføre sine spesifikke funksjoner. RNA er ikke i stand til å danne denne typen propeller på grunn av en sterisk hinder pålagt av den ekstra OH -gruppen som presenterer sukkeret.

Base komplementaritet

Blant basene er det komplementaritet. Det vil si som en konsekvens av sin størrelse, form og kjemisk sammensetning, må puriner være gjørmete med en pyrimidin ved hydrogenbindinger. Derfor finner vi i naturlig DNA at A nesten alltid er sammenkoblet med T og G med C, og danner hydrogenbroer med sine følgesvenner.

Baseparene mellom G og C er koblet sammen med tre hydrogenbroer, mens dreiemomentet A og T er svakere, og bare to hydrogenbindinger holder dem sammen.

DNA -tråder kan skilles (dette skjer både i cellen og i laboratorieprosedyrer), og nødvendig varme avhenger av mengden GC som molekylet har: jo høyere er det, jo mer energi vil det være nødvendig for å skille det.

Kan tjene deg: Mendel Laws

Strandorientering

Et annet kjennetegn ved DNA er den motsatte orienteringen: Mens en streng kjører i 5 ' - 3' retning, er partneren i 3'- 5 'retning.

Naturlige konformasjoner og i laboratoriet

Strukturen eller konformasjonen som vi normalt fant i naturen kalles DNA B. Dette er preget av å ha 10,4 nukleotider for hver omgang, atskilt med en avstand på 3,4. DNA B svinger til høyre.

Dette rullende mønsteret resulterer i utseendet til to riller, en major og en mindreårig.

I nukleinsyrer dannet i laboratoriet (syntetisk) finner du andre konformasjoner, som også vises under veldig spesifikke forhold. Dette er DNA A og DNA Z.

Varianten A utfører også høyre sving, selv om den er kortere og noe bredere enn det naturlige. Molekylet får denne formen når fuktigheten avtar. Snu hver 11 basepar.

Den siste varianten er Z, preget av å være smal og ved å svinge til venstre. Det er dannet av en gruppe heksanukleotider som er gruppert i en dupleks av antipaallakjeder.

Funksjoner

DNA: Arvmolekyl

DNA er et molekyl som kan lagre informasjon. Livet, slik vi kjenner det på planeten vår, avhenger av evnen til å redde og oversette slik informasjon.

For cellen er DNA en slags bokhandel der alle nødvendige instruksjoner for produksjon, utvikling og vedlikehold av en levende organisme blir funnet.

I DNA -molekylet finner vi en organisering av diskrete funksjonelle enheter kalt gener. Noen av dem vil bli ført til proteiner, mens andre vil oppfylle reguleringsfunksjoner.

Strukturen til DNA som vi beskriver i forrige seksjon er nøkkelen til å utføre sine funksjoner. Propellen må kunne skille seg enkelt og bli enkelt - nøkkelegenskap for replikering og transkripsjonshendelser.

DNAet ligger i prokaryotene på et bestemt sted for cytoplasmaet, mens det i eukaryotene ligger i kjernen.

RNA: et multifunksjonelt molekyl

Papir i proteinsyntese

RNA er en nukleinsyre som vi finner i forskjellige stadier av proteinsyntese og i reguleringen av genuttrykk.

Proteinsyntese begynner med transkripsjonen av meldingen som er kryptert i DNA til et Messenger RNA -molekyl. Deretter må budbringeren eliminere delene som ikke vil bli oversatt, kjent som introner.

For oversettelse av RNA -meldingen til aminosyrerester er to ekstra komponenter nødvendige: ribosomalt RNA som er en del av ribosomene, og overførings -RNA, som vil bære aminosyrene og vil ha ansvaret for å sette inn riktig aminosyre inn i peptidkjeden i trening.

Med andre ord, hver hovedtype RNA har en grunnleggende rolle i denne prosessen. Denne passasjen av DNA til en messenger, og dette til slutt til proteiner er det biologer kaller "den sentrale dogmen av biologi".

Siden vitenskap ikke kan være basert på dogmer, er det imidlertid forskjellige tilfeller der denne forutsetningen ikke er oppfylt, for eksempel retrovirus.

Rolle i regulering

Det lille RNA nevnt ovenfor deltar indirekte i syntesen, orkestrerer syntesen av Messenger RNA og deltar i reguleringen av uttrykket.

For eksempel i cellen er det forskjellige budbringere som er regulert av små RNA -er, som har en komplementær sekvens til dette. Hvis det lille RNA -parene til meldingen kan dele budbringeren, og dermed forhindre oversettelsen. Det er flere prosesser som er regulert på denne måten.

Referanser

1. Alberts, f., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2015). Essensiell cellebiologi. Garland Science.
2. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., STRYER, L. (2002). Biokjemi. 5. utgave. W h Freeman.
3. Cooper, g. M., & Hausman, r. OG. (2000). Cellen: tilnærming molekylær. Sinaauer Associates.
4. Curtis, h., & Barnes, n. S. (1994). Invitasjon til biologi. Macmillan.
5. Fierro, a. (2001). Kort historie om oppdagelsen av DNA -struktur. Rev Clinic Medicine Las Condes, tjue, 71-75.
6. Forterre, p., Filée, J. & Mylykallio, h. (2000-2013) Opprinnelse og utvikling av DNA og DNA-replikasjonsmaskiner. I: Madame Curie Bioscience Database [Internett]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, g. (2009). Celle- og molekylærbiologi: konsepter og eksperimenter. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, r., Margulis, l., & Gull, j. (1988). Evolusjonsovergangen fra RNA til DNA i tidlige celler. Journal of Molecular Evolution, 27(4), 283-290.
9. Lodish, h., Berk, a., Darnell, J. OG., Kaiser, ca. TIL., Krieger, m., Scott, m. P.,… & Matsudaira, P. (2008). Molekylær cellebiologi. Macmillan.
10. Voet, d., & Voet, j. G. (2006). Biokjemi. Ed. Pan -American Medical.
11. Voet, d., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (1999). Grunnleggende om biokjemi. Ny York: John Willey og sønner.