Нуклеинови киселини: структура и функция. Биологичната роля на нуклеиновите киселини

Нуклеиновите киселини съхраняват и предават генетичната информация, която наследим от нашите предци. Ако имате деца, вашата генетична информация в техния геном ще бъде рекомбинирана и комбинирана с генетичната информация на партньора ви. Вашият собствен геном се дублира всеки път, когато всяка от клетките е разделена. В допълнение, нуклеиновите киселини съдържат определени сегменти, наречени гени, които са отговорни за синтеза на всички протеини в клетките. Свойствата на гените контролират биологичните характеристики на тялото ви.

Обща информация

Има два класа нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова киселина (по-известен като ДНК) и рибонуклеинова киселина (по-добре известен като РНК).

ДНК е нишкова верига от гени, необходима за растежа, развитието, жизнената активност и възпроизводството на всички известни живи организми и повечето вируси.

Промените в ДНК на многоклетъчните организми ще доведат до промени в следващите поколения.

ДНК е биогенен субстрат, намиращ се във всички съществуващи живи същества, от най-простите живи организми до високо организираните бозайници.

Много вирусни частици (вириони) съдържат РНК в ядрото като генетичен материал. Трябва обаче да се отбележи, че вирусите лежат на границата на анимираната и неживата природа, тъй като без клетъчния апарат на домакина те остават неактивни.

Исторически контекст

През 1869 г. Фридрих Мишер изолира ядра от левкоцити и открива, че те съдържат богато на фосфор вещество, което той нарече нуклеин.

Херман Фишър през 1880 г. открива пуринови и пиримидинови бази в нуклеинови киселини.

През 1884 г. Р. Хертвиг ​​предполага, че нуклеиновите киселини са отговорни за предаването на наследствени черти.

През 1899 г. Ричард Алтман въвежда термина "основна киселина".

И дори по-късно, през 40-те години на ХХ век, учените Каспърсън и Браш откриват връзка между нуклеиновите киселини и протеиновата синтеза.

нуклеотиди

Полинуклеотидите са изградени от набор от нуклеотиди - мономери, свързани заедно във вериги.

В структурата на нуклеиновите киселини се изолират нуклеотиди, всяка от които има следната структура:

• Азотна основа.
• Пентозна захар.
• Фосфатна група.

Всеки нуклеотид съдържа азот-съдържаща ароматна база, прикрепена към петозен (пет въглероден) захарид, който от своя страна е прикрепен към остатъка от фосфорна киселина. Такива мономери, свързващи се един с друг, образуват полимерни вериги. Те са свързани чрез ковалентни водородни връзки, възникващи между една фосфорна част и една пентозна захар от друга верига. Тези връзки се наричат ​​фосфодиестер. Фосфодиестерните връзки образуват фосфат-въглехидратната структура (скелет) както на ДНК, така и на РНК.

Деоксирибонуклеотид

Помислете за свойствата на нуклеиновите киселини в ядрото. ДНК образува хромозомния апарат на ядрото на нашите клетки. ДНК съдържа "програмни инструкции" за нормалното функциониране на клетката. Когато клетката възпроизвежда подобна, тези инструкции се прехвърлят в новата клетка по време на митозата. ДНК има формата на двойноверижна макромолекула, усукана в двойна спирална резба.

Нуклеиновата киселина съдържа фосфат-деоксирибозен захариден скелет и четири азотни бази: аденин (А), гуанин (D), цитозин (С) и тимин (Т). В двойно спиралата спинал, аденинът образува двойка с тимин (А-Т), гуанин - с цитозин (G-C).

През 1953 г. Джеймс Д. Уотсън и Франсис Х. Creek предложи триизмерна структура на ДНК, базирана на рентгенови кристалографски данни с ниска резолюция. Те също така споменават констатациите на биолога Ервин Чаргаф, че количеството тимин в ДНК е еквивалентно на количеството аденин и количеството гуанин е еквивалентно на количеството цитозин. Уотсън и Крийк, които заслужават Нобелова награда през 1962 г. за техния принос в науката, ускориха постулацията, че две нишки от полинуклеотиди образуват двойна спирала. Нишките, въпреки че са идентични, но се въртят в противоположни посоки. Фосфат-въглеродните вериги се намират от външната страна на спиралата, а основите лежат вътре, където се свързват към основите на друга верига чрез ковалентни връзки.

рибонукелотиди

Молекулата на РНК съществува като едно-спирална спирала. В структурата на РНК има фосфат-рибозна въглехидратен скелет и нитратни бази: аденин, гуанин, цитозин и урацил (U). Когато РНК се транскрибира върху ДНК шаблон, гуанинът образува двойка с цитозин (G-C) и аденин с урацил (А-U).

РНК фрагментите се използват за възпроизвеждане на протеини във всички живи клетки, което гарантира тяхното непрекъснато нарастване и разделяне.

Има две основни функции на нуклеиновите киселини. Първо, те помагат на ДНК, като служат като посредници, които предават необходимите наследствена информация безбройните рибозоми в тялото ни. Друга основна функция на РНК е да се осигури правилната аминокиселина, необходима за всеки рибозом, за да се създаде нов протеин. Има няколко различни класа РНК.

Информационната РНК (mRNA или mRNA-матрица) е копие на базовата последователност на ДНК областта, получена в резултат на транскрипцията. Информационната РНК медиира между ДНК и рибозомите - клетъчни органели, които вземат аминокиселини от транспортната РНК и ги използват за конструиране на полипептидна верига.

Транспортната РНК (tPHK) активира четенето на наследствени данни от матричната РНК, в резултат на което се започва процесът на транслация на синтеза на рибонуклеинова киселина - протеин. Той също така прехвърля желаните аминокиселини в местата, където протеинът се синтезира.

Рибозомната РНК (рРНК) е основният строителен материал на рибозомите. Той свързва матричния рибонуклеотид на определено място, където е възможно да се прочете информацията му, като по този начин се задейства процесът на превод.

МикроРНК са малки РНК молекули, които действат като регулатори на много гени.

Функциите на нуклеиновите киселини са изключително важни за живота като цяло и за всяка клетка по-специално. Почти всички функции, които клетката изпълнява, се регулират от протеини, синтезирани с РНК и ДНК. Ензимите, протеиновите продукти, катализират всички жизненоважни процеси: дишане, храносмилане, всички видове метаболизъм.

Разлики между структурата на нуклеиновите киселини

Отличителни свойства на основите на нуклеиновите киселини

Аденинът и гуанинът са пурини в техните свойства. Това означава, че тяхната молекулна структура включва два кондензирани бензенови пръстена. Цитозин и тимин, от своя страна, се отнасят до пиримидини и имат един бензенов пръстен. РНК мономерите изграждат веригите си, като използват аденин, гуанин и цитозинови бази, а вместо тимин те придават урацил (Y). Всяка от пиримидиновите и пуриновите бази има своя собствена уникална структура и свойства, собствен набор от функционални групи, свързани с бензеновия пръстен.

В молекулярната биология са приети специални съкращения с една буква, които обозначават азотни бази: А, Т, Т, С или Y.

Пентозна захар

В допълнение към различен набор от азотни бази, мономерите на ДНК и РНК се различават в състава на пентозните захари. Пет-атомният въглехидрат в ДНК е деоксирибоза, докато РНК е рибоза. Те са почти еднакви по структура, с една разлика: рибозата добавя хидроксилна група, а в деоксирибозата тя е заменена с водороден атом.

данни

В еволюцията на биологичните видове и непрекъснатостта на живота, ролята на нуклеиновите киселини не може да бъде подчертана. Като неразделна част от всички ядра на живите клетки, те са отговорни за активирането на всички процеси на живот, които се извършват в клетките.