Νουκλεϊκά Οξέα

γενικότητα

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι τα μεγάλα βιολογικά μόρια DNA και RNA, των οποίων η παρουσία και η σωστή λειτουργία, μέσα στα ζωντανά κύτταρα, είναι θεμελιώδεις για την επιβίωση του τελευταίου.

Ένα γενικό νουκλεϊνικό οξύ προέρχεται από την ένωση, σε γραμμικές αλυσίδες, ενός μεγάλου αριθμού νουκλεοτιδίων.

Εικόνα: Μόριο ϋΝΑ.

Τα νουκλεοτίδια είναι μικρά μόρια, στα οποία εμπλέκονται τρία στοιχεία: μία φωσφορική ομάδα, μία αζωτούχος βάση και μία ζάχαρη με 5 άτομα άνθρακα.

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι ζωτικής σημασίας για την επιβίωση ενός οργανισμού, καθώς συνεργάζονται στη σύνθεση πρωτεϊνών, βασικά μόρια για την σωστή υλοποίηση κυτταρικών μηχανισμών.

Το DNA και το RNA διαφέρουν από ορισμένες απόψεις.

Για παράδειγμα, το DNA έχει δύο αλυσίδες αντιπαράλληλων νουκλεοτιδίων και έχει, όπως το σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα, δεοξυριβόζη. Το RNA, από την άλλη πλευρά, παρουσιάζει συνήθως μία απλή αλυσίδα νουκλεοτιδίων και διαθέτει, όπως και η ζάχαρη με 5 άτομα άνθρακα, ριβόζη.

Τι είναι τα νουκλεϊκά οξέα;

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι τα βιολογικά μακρομόρια DNA και RNA, η παρουσία των οποίων στα κύτταρα των ζώντων όντων είναι θεμελιώδης για την επιβίωση και τη σωστή ανάπτυξη του τελευταίου.

Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, τα νουκλεϊκά οξέα είναι τα βιοπολυμερή που προκύπτουν από την ένωση, σε μεγάλες γραμμικές αλυσίδες, ενός μεγάλου αριθμού νουκλεοτιδίων .

Ένα βιοπολυμερές, ή φυσικό πολυμερές, είναι μια μεγάλη βιολογική ένωση αποτελούμενη από ταυτόσημες μοριακές μονάδες, οι οποίες ονομάζονται μονομερή .

ΝΕΚΛΕΙΚΑ ΟΞΕΑ: ΠΟΙΟΣ ΕΙΝΑΙ ΣΤΗΝ ΘΕΣΗ;

Τα νουκλεϊκά οξέα βρίσκονται όχι μόνο εντός των κυττάρων ευκαρυωτικών και προκαρυωτικών οργανισμών, αλλά επίσης και σε κυτταρικές μορφές ζωής, όπως ιοί, και σε κυτταρικά οργανίδια, όπως μιτοχόνδρια και χλωροπλάστες .

Γενική δομή

Με βάση τους παραπάνω ορισμούς, τα νουκλεοτίδια είναι οι μοριακές μονάδες που αποτελούν το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων.

Ως εκ τούτου, θα αποτελέσουν το κύριο θέμα αυτού του κεφαλαίου, αφιερωμένο στη δομή των νουκλεϊνικών οξέων.

ΔΙΑΡΘΡΩΣΗ ΓΕΝΙΚΟΥ ΝΟΥΚΛΕΟΤΗΤΟΥ

Ένα γενικό νουκλεοτίδιο είναι μια ένωση οργανικής φύσης, το αποτέλεσμα της ένωσης τριών στοιχείων:

Μια φωσφορική ομάδα, η οποία είναι παράγωγο φωσφορικού οξέος.
Μια πεντόζη, δηλαδή μια ζάχαρη με 5 άτομα άνθρακα .
Μια αζωτούχος βάση, η οποία είναι ένα αρωματικό ετεροκυκλικό μόριο.

Η πεντόζη είναι το κεντρικό στοιχείο των νουκλεοτιδίων, καθώς η φωσφορική ομάδα και η αζωτούχος βάση συνδέονται με αυτήν.

Σχήμα: Στοιχεία που αποτελούν γενικό νουκλεοτίδιο ενός νουκλεϊκού οξέος. Όπως μπορεί να φανεί, η φωσφορική ομάδα και η βάση αζώτου συνδέονται με τη ζάχαρη.

Ο χημικός δεσμός που συγκρατεί μαζί την πεντόζη και τη φωσφορική ομάδα είναι ένας δεσμός φωσφοδιεστέρα, ενώ ο χημικός δεσμός που συνδέει την πεντόζη και τη βάση αζώτου είναι ένας Ν-γλυκοσιδικός δεσμός .

ΠΩΣ Η PENTOSO ΣΥΝΔΕΕΤΑΙ ΜΕ ΤΑ ΔΙΑΦΟΡΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΕ ΑΛΛΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ;

Προϋπόθεση: οι χημικοί έχουν σκεφτεί να αρίθμηση τα κάρβουνα που συνθέτουν τα οργανικά μόρια με τέτοιο τρόπο ώστε να απλοποιούν τη μελέτη και την περιγραφή τους. Εδώ λοιπόν, ότι οι 5 κάρθοι μιας πεντόζης γίνονται: άνθρακας 1, άνθρακας 2, άνθρακας 3, άνθρακας 4 και άνθρακας 5.

Το κριτήριο για την εκχώρηση αριθμών είναι αρκετά περίπλοκο, επομένως θεωρούμε σκόπιμο να μην εξηγηθεί η εξήγηση.

Από τους 5 άνθρακες που σχηματίζουν την πεντόζη των νουκλεοτιδίων, εκείνοι που εμπλέκονται στους δεσμούς με την αζωτούχο βάση και την φωσφορική ομάδα είναι αντίστοιχα ο άνθρακας 1 και ο άνθρακας 5 .

Πεντόζη άνθρακα 1 → Ν-γλυκοσιδικός δεσμός → αζωτούχος βάση
Πεντόζη άνθρακα 5 → δεσμός φωσφοδιεστέρα → φωσφορική ομάδα

ΤΙ ΕΙΔΟΣ ΝΕΚΛΕΟΤΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ ΝΕΚΛΕΟΤΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ ΝΕΚΛΕΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ;

Σχήμα: Δομή μίας πεντόζης, αρίθμηση των συστατικών άνθρακα και δεσμοί με αζωτούχο βάση και ομάδα φωσφορικών.

Κατά τη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, τα νουκλεοτίδια οργανώνονται σε μεγάλες γραμμικές αλυσίδες, καλλίτερα γνωστές ως νημάτια .

Κάθε νουκλεοτίδιο που σχηματίζει αυτούς τους μακριούς κλώνους δεσμεύεται στο επόμενο νουκλεοτίδιο, μέσω ενός δεσμού φωσφοδιεστέρα μεταξύ του άνθρακα 3 της πεντόζης του και της φωσφορικής ομάδας του αμέσως επόμενου νουκλεοτιδίου.

ΤΑ ΚΟΙΝΟΤΗΤΑ

Τα νημάτια νουκλεοτιδίων (ή νημάτια πολυνουκλεοτιδίου ), τα οποία αποτελούν νουκλεϊνικά οξέα, έχουν δύο άκρα, γνωστά ως 5 'άκρο (διαβάσετε "άκρη πέντε πρώτα") και άκρο 3' (διαβάστε "πρώτα τρία άκρα"). Με σύμβαση, βιολόγοι και γενετιστές έχουν διαπιστώσει ότι το 5 ' άκρο αντιπροσωπεύει την κεφαλή ενός νήματος που σχηματίζει ένα νουκλεϊκό οξύ, ενώ το 3' άκρο αντιπροσωπεύει την ουρά του .

Από χημική άποψη, το 5 'άκρο των νουκλεϊνικών οξέων συμπίπτει με την φωσφορική ομάδα του πρώτου νουκλεοτιδίου της αλυσίδας, ενώ το 3' άκρο των νουκλεϊνικών οξέων συμπίπτει με την ομάδα υδροξυλίου (ΟΗ) που τοποθετείται στον άνθρακα 3 του τελευταίου νουκλεοτιδίου .

Βάσει αυτής της οργάνωσης, στα βιβλία της γενετικής και της μοριακής βιολογίας, οι νουκλεοτιδικοί κλώνοι ενός νουκλεϊκού οξέος περιγράφονται ως εξής: Ρ-5 '→ 3'-ΟΗ.

* Σημείωση: Το γράμμα P δείχνει το άτομο φωσφόρου της φωσφορικής ομάδας.

Με εφαρμογή των εννοιών των 5 'άκρων και των 3' άκρων σε ένα μόνο νουκλεοτίδιο, το 5 'άκρο του τελευταίου είναι η φωσφορική ομάδα που είναι δεσμευμένη στον άνθρακα 5, ενώ το 3' άκρο της είναι η υδροξυλομάδα συνδυασμένη με άνθρακα 3.

Και στις δύο περιπτώσεις, ο αναγνώστης καλείται να δώσει προσοχή στην αριθμητική επανάληψη: 5 'τελική - φωσφορική ομάδα στον άνθρακα 5 και 3' τελική - υδροξυλομάδα στον άνθρακα 3.

Γενική λειτουργία

Τα νουκλεϊνικά οξέα περιέχουν, μεταφέρουν, αποκρυπτογραφούν και εκφράζουν τις γενετικές πληροφορίες σε πρωτεΐνες .

Αποτελείται από αμινοξέα, οι πρωτεΐνες είναι βιολογικά μακρομόρια, τα οποία παίζουν βασικό ρόλο στη ρύθμιση των κυτταρικών μηχανισμών ενός ζωντανού οργανισμού.

Οι γενετικές πληροφορίες εξαρτώνται από την αλληλουχία των νουκλεοτιδίων, που αποτελούν τους κλώνους των νουκλεϊνικών οξέων.

Σημειώσεις ιστορίας

Η αξία της ανακάλυψης των νουκλεϊκών οξέων, η οποία συνέβη το 1869, ανήκει στον Ελβετό γιατρό και βιολόγο Friedrich Miescher .

Ο Miescher έκανε τα ευρήματά του ενώ μελετούσε τον πυρήνα κυττάρων των λευκοκυττάρων, με σκοπό την καλύτερη κατανόηση της εσωτερικής σύνθεσης.

Τα πειράματα του Miescher αντιπροσώπευαν ένα σημείο καμπής στον τομέα της μοριακής βιολογίας και της γενετικής, καθώς ξεκίνησαν μια σειρά μελετών που οδήγησαν στην αναγνώριση της δομής DNA (Watson and Crick, το 1953) και του RNA, στη γνώση του τους μηχανισμούς γενετικής κληρονομιάς και τον προσδιορισμό ακριβών διαδικασιών σύνθεσης πρωτεϊνών.

ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΟΝΟΜΑΤΟΣ

Τα νουκλεϊκά οξέα έχουν αυτό το όνομα, επειδή ο Miescher τα ταυτοποίησε μέσα στον πυρήνα των λευκοκυττάρων (πυρήνας - νουκλεϊνικό) και ανακάλυψε ότι περιείχαν φωσφορική ομάδα, παράγωγο φωσφορικού οξέος (παράγωγο φωσφορικού οξέος - οξέα).

DNA

Μεταξύ των γνωστών νουκλεϊνικών οξέων, το DNA είναι το πιο γνωστό, καθώς αντιπροσωπεύει την αποθήκη γενετικής πληροφορίας (ή γονιδίων ) που χρησιμεύει για την καθοδήγηση της ανάπτυξης και της ανάπτυξης των κυττάρων σε έναν ζωντανό οργανισμό.

Η συντομογραφία DNA σημαίνει δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή δεοξυριβονουκλεϊνικό οξύ .

ΔΙΠΛΗ ΠΡΟΦΟΛΟΣ

Το 1953, για να εξηγήσουν τη δομή του DNA των νουκλεϊνικών οξέων, οι βιολόγοι James Watson και Francis Crick πρότειναν το μοντέλο - το οποίο αργότερα αποδείχθηκε σωστό - της λεγόμενης « διπλής έλικας ».

Με βάση το μοντέλο "διπλής έλικας", το DNA είναι ένα μεγάλο μόριο, το οποίο προκύπτει από την ένωση δύο μακριών κλώνων αντιπαράλληλων νουκλεοτιδίων και περιτυλιγμένα μεταξύ τους.

Ο όρος "αντιπαράλληλος" υποδεικνύει ότι τα δύο νήματα έχουν αντίθετο προσανατολισμό, δηλαδή: η κεφαλή και η ουρά ενός νήματος αλληλεπιδρούν, αντίστοιχα, με την ουρά και το άκρο του άλλου νήματος.

Σύμφωνα με ένα άλλο σημαντικό σημείο του μοντέλου "διπλής έλικας", τα νουκλεοτίδια του DNA του νουκλεϊνικού οξέος έχουν τέτοια διάθεση ώστε οι αζωτούχες βάσεις να είναι προσανατολισμένες προς τον κεντρικό άξονα κάθε σπειροειδούς, ενώ οι πεντόζες και οι φωσφορικές ομάδες σχηματίζουν το ικρίωμα εξωτερικό του τελευταίου.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ DNA PENTOSO;

Η πεντόζη που αποτελεί τα νουκλεοτίδια του DNA νουκλεϊκού οξέος είναι δεοξυριβόζη .

Αυτό το σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα οφείλει το όνομά του στην έλλειψη ατόμων οξυγόνου στον άνθρακα 2. Επιπλέον, η δεοξυριβόζη σημαίνει "χωρίς οξυγόνο".

Σχήμα: δεσοξυριβόζη.

Λόγω της παρουσίας δεοξυριβόζης, τα νουκλεοτίδια του ϋΝΑ νουκλεϊκού οξέος ονομάζονται δεοξυριβονουκλεοτίδια .

ΤΥΠΟΙ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΩΝ ΚΑΙ ΒΑΣΕΩΣ ΑΖΩΤΟΥ

Το DNA του νουκλεϊκού οξέος έχει 4 διαφορετικούς τύπους δεσοξυριβονουκλεοτιδίων .

Η διάκριση των 4 διαφορετικών τύπων δεοξυριβονουκλεοτιδίων είναι μόνο η αζωτούχος βάση, συνδεδεμένη με τον σχηματισμό ομάδας πεντόζης-φωσφορικού άλατος (που σε αντίθεση με την αζωτούχο βάση δεν μεταβάλλεται ποτέ).

Για προφανείς λόγους, επομένως, υπάρχουν 4 αζωτούχες βάσεις DNA, συγκεκριμένα: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (C) και θυμίνη (Τ).

Η αδενίνη και η γουανίνη ανήκουν στην κατηγορία των πουρινών, αρωματικών ετεροκυκλικών ενώσεων διπλού δακτυλίου.

Η κυτοσίνη και η θυμίνη, από την άλλη πλευρά, εμπίπτουν στην κατηγορία των πυριμιδινών, αρωματικών ετεροκυκλικών ενώσεων ενός δακτυλίου.

Με το μοντέλο "διπλής έλικας", οι Watson και Crick εξήγησαν επίσης την οργάνωση των αζωτούχων βάσεων μέσα στο DNA:

Κάθε αζωτούχος βάση ενός νήματος συνδέεται, μέσω δεσμών υδρογόνου, με μια αζωτούχο βάση που υπάρχει στο αντιπαράλληλο νήμα, σχηματίζοντας αποτελεσματικά ένα ζεύγος, ένα ζεύγος βάσεων.
Η σύζευξη μεταξύ των αζωτούχων βάσεων των δύο κλώνων είναι ιδιαίτερα συγκεκριμένη. Στην πραγματικότητα, η αδενίνη ενώνει μόνο την θυμίνη, ενώ η κυτοσίνη δεσμεύεται μόνο στην γουανίνη.
Αυτή η σημαντική ανακάλυψη οδήγησε τους μοριακούς βιολόγους και τους γενετιστές να αναδείξουν τους όρους " συμπληρωματικότητα μεταξύ αζωτούχων βάσεων " και " συμπληρωματικού συνδυασμού μεταξύ αζωτούχων βάσεων ", για να δείξουν τη μονοσήμαντη δέσμευση αδενίνης με θυμίνη και κυτοσίνης με γουανίνη. .

ΠΟΥ ΔΙΑΜΕΡΙΣΜΑΤΑΙ ΕΝΤΟΣ ΤΩΝ ΖΩΝΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ;

Στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς (ζώα, φυτά, μύκητες και αντισώματα), το DNA του νουκλεϊνικού οξέος βρίσκεται εντός του πυρήνα όλων των κυττάρων που έχουν αυτή την κυτταρική δομή.

Στους προκαρυωτικούς οργανισμούς (βακτήρια και αρχαεβακτήρια), το DNA του νουκλεϊκού οξέος βρίσκεται στο κυτταρόπλασμα, αφού τα προκαρυωτικά κύτταρα στερούνται τον πυρήνα.

RNA

Μεταξύ των δύο φυσικά απαντώμενων νουκλεϊνικών οξέων, το RNA αντιπροσωπεύει το βιολογικό μακρομόριο που μεταφράζει τα νουκλεοτίδια DNA στα αμινοξέα που συνθέτουν τις πρωτεΐνες (διαδικασία πρωτεϊνικής σύνθεσης ).

Στην πραγματικότητα, το νουκλεϊνικό οξύ RNA είναι συγκρίσιμο με ένα λεξικό γενετικής πληροφορίας, το οποίο αναφέρεται στο DNA του νουκλεϊκού οξέος.

Το ακρωνύμιο RNA σημαίνει ριβονουκλεϊνικό οξύ .

ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΠΟΥ ΔΙΑΘΕΤΟΥΝ ΑΠΟ ΤΟ DNA

Το νουκλεϊκό οξύ RNA έχει πολλές διαφορές σε σύγκριση με το DNA:

Το RNA είναι ένα μικρότερο βιολογικό μόριο από το DNA, το οποίο συνήθως σχηματίζεται από έναν μόνο κλώνο νουκλεοτιδίων .
Η πεντόζη που αποτελεί τα νουκλεοτίδια του ριβονουκλεϊνικού οξέος είναι η ριβόζη . Σε αντίθεση με τη δεοξυριβόζη, η ριβόζη έχει ένα άτομο οξυγόνου στον άνθρακα 2.
Λόγω της παρουσίας ζάχαρης ριβόζης, οι βιολόγοι και οι χημικοί έχουν αναθέσει το όνομα του ριβονουκλεϊκού οξέος στο RNA.
Τα νουκλεοτίδια RNA νουκλεϊκού οξέος είναι επίσης γνωστά ως ριβονουκλεοτίδια .
Το νουκλεϊκό οξύ RNA μοιράζεται μόνο 3 από τις 4 βάσεις αζώτου με το DNA. Αντί της θυμίνης, στην πραγματικότητα παρουσιάζει τη βάση αζωτούχου αζώτου.
Το RNA μπορεί να βρίσκεται σε διάφορα διαμερίσματα του κυττάρου, από τον πυρήνα έως το κυτταρόπλασμα.

ΤΥΠΟΙ ΤΟΥ RNA

Σχήμα: ριβόζη.

Μέσα στα ζωντανά κύτταρα, το RNA του νουκλεϊνικού οξέος υπάρχει σε τέσσερις κύριες μορφές: RNA μεταφοράς (ή μεταφορά RNA ή tRNA ), αγγελιοφόρο RNA (ή messenger RNA ή mRNA ), ριβοσωμικό RNA (ή ριβοσωμικό RNA ή rRNA ) και μικρό πυρηνικό RNA (ή μικρό πυρηνικό RNA ή snRNA ).

Αν και καλύπτουν διαφορετικούς ειδικούς ρόλους, οι τέσσερις προαναφερθείσες μορφές RNA συνεργάζονται για έναν κοινό στόχο: πρωτεϊνική σύνθεση, ξεκινώντας από τις νουκλεοτιδικές αλληλουχίες που υπάρχουν στο DNA.