Τα νουκλεϊκά οξέα αποθηκεύουν και μεταδίδουν γενετικές πληροφορίες που κληρονομούμε από τους προγόνους μας. Εάν έχετε παιδιά, οι γενετικές σας πληροφορίες στο γονιδίωμά τους θα ανασυνδυαστούν και θα συνδυαστούν με τις γενετικές πληροφορίες του συντρόφου σας. Το δικό σας γονιδίωμα διπλασιάζεται κάθε φορά που κάθε κύτταρο διαιρείται. Επιπλέον, τα νουκλεϊκά οξέα περιέχουν ορισμένα τμήματα που ονομάζονται γονίδια που είναι υπεύθυνα για τη σύνθεση όλων των πρωτεϊνών στα κύτταρα. Οι ιδιότητες των γονιδίων ελέγχουν τα βιολογικά χαρακτηριστικά του σώματός σας.
Γενικές πληροφορίες
Υπάρχουν δύο κατηγορίες νουκλεϊκών οξέων: το δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ (καλύτερα γνωστό ως DNA) και το ριβονουκλεϊκό οξύ (καλύτερα γνωστό ως RNA).
Το DNA είναι μια αλυσίδα γονιδίων που μοιάζει με νήματα που είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη, την ανάπτυξη, τη ζωή και την αναπαραγωγή όλων των γνωστών ζωντανών οργανισμών και των περισσότερων ιών.
Οι αλλαγές στο DNA των πολυκύτταρων οργανισμών θα οδηγήσουν σε αλλαγές στις επόμενες γενιές.
Το Το DNA είναι ένα βιογενετικό υπόστρωμα,βρίσκεται σε όλα τα υπάρχοντα έμβια όντα, από τους πιο απλούς ζωντανούς οργανισμούς μέχρι τα εξαιρετικά οργανωμένα θηλαστικά.
Πολλά ιικά σωματίδια (virions) περιέχουν RNA στον πυρήνα ως γενετικό υλικό. Ωστόσο, πρέπει να αναφερθεί ότι οι ιοί βρίσκονται στα όρια της έμψυχης και άψυχης φύσης, αφού χωρίς την κυτταρική συσκευή του ξενιστή παραμένουν ανενεργοί.
Ιστορικό υπόβαθρο
Το 1869, ο Friedrich Miescher απομόνωσε πυρήνες από λευκά αιμοσφαίρια και διαπίστωσε ότι περιείχαν μια πλούσια σε φώσφορο ουσία που ονόμασε νουκλεΐνη.
Hermann Fischer ανακάλυψε βάσεις πουρίνης και πυριμιδίνης σε νουκλεϊκά οξέα τη δεκαετία του 1880.
Το 1884, ο R. Hertwig πρότεινε ότι οι νουκλεΐνες είναι υπεύθυνες για τη μετάδοση των κληρονομικών χαρακτηριστικών.
Το 1899, ο Richard Altmann επινόησε τον όρο "πυρηνικό οξύ".
Και αργότερα, στη δεκαετία του '40 του 20ου αιώνα, οι επιστήμονες Kaspersson και Brachet ανακάλυψαν μια σχέση μεταξύ των νουκλεϊκών οξέων με τη σύνθεση πρωτεϊνών.
Νουκλεοτίδια
Τα πολυνουκλεοτίδια κατασκευάζονται από πολλά νουκλεοτίδια - μονομερή συνδεδεμένα μεταξύ τους σε αλυσίδες.
Στη δομή των νουκλεϊκών οξέων, απομονώνονται νουκλεοτίδια, καθένα από τα οποία περιέχει:
- Βάση αζώτου.
- Ζάχαρη πεντόζη.
- Ομάδα φωσφορικών.
Κάθε νουκλεοτίδιο περιέχει μια αρωματική βάση που περιέχει άζωτο συνδεδεμένη με έναν σακχαρίτη πεντόζης (πέντε άνθρακα), ο οποίος, με τη σειρά του, συνδέεται με ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος. Τέτοια μονομερή, όταν συνδυάζονται μεταξύ τους, σχηματίζουν πολυμερήαλυσίδες. Συνδέονται με ομοιοπολικούς δεσμούς υδρογόνου που εμφανίζονται μεταξύ του υπολείμματος φωσφόρου της μιας αλυσίδας και του σακχάρου πεντόζης της άλλης αλυσίδας. Αυτοί οι δεσμοί ονομάζονται φωσφοδιεστερικοί δεσμοί. Οι φωσφοδιεστερικοί δεσμοί σχηματίζουν τη ραχοκοκαλιά (σκελετό) φωσφορικών-υδατανθράκων και του DNA και του RNA.
Δεοξυριβονουκλεοτίδιο
Ας εξετάσουμε τις ιδιότητες των νουκλεϊκών οξέων που βρίσκονται στον πυρήνα. Το DNA σχηματίζει τη χρωμοσωμική συσκευή του πυρήνα των κυττάρων μας. Το DNA περιέχει τις «οδηγίες λογισμικού» για την κανονική λειτουργία του κυττάρου. Όταν ένα κύτταρο αναπαράγει το δικό του είδος, αυτές οι οδηγίες μεταβιβάζονται στο νέο κύτταρο κατά τη διάρκεια της μίτωσης. Το DNA έχει την εμφάνιση ενός δίκλωνου μακρομορίου που έχει συστραφεί σε διπλή ελικοειδή κλωστή.
Το νουκλεϊκό οξύ περιέχει έναν σκελετό σακχαρίτη φωσφορικής-δεοξυριβόζης και τέσσερις αζωτούχες βάσεις: αδενίνη (Α), γουανίνη (G), κυτοσίνη (C) και θυμίνη (Τ). Σε μια δίκλωνη έλικα, η αδενίνη ζευγαρώνει με τη θυμίνη (A-T), η γουανίνη ζεύγη με την κυτοσίνη (G-C).
Το 1953, οι James D. Watson και Francis H. K. Ο Κρικ πρότεινε μια τρισδιάστατη δομή DNA βασισμένη σε κρυσταλλογραφικά δεδομένα ακτίνων Χ χαμηλής ανάλυσης. Αναφέρθηκαν επίσης στα ευρήματα του βιολόγου Erwin Chargaff ότι στο DNA, η ποσότητα της θυμίνης είναι ισοδύναμη με την ποσότητα της αδενίνης και η ποσότητα της γουανίνης είναι ισοδύναμη με την ποσότητα της κυτοσίνης. Οι Watson και Crick, οι οποίοι κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ το 1962 για τη συνεισφορά τους στην επιστήμη, υπέθεσαν ότι δύο σκέλη πολυνουκλεοτιδίων σχηματίζουν μια διπλή έλικα. Τα νήματα, αν και είναι πανομοιότυπα, στρίβουν σε αντίθετες κατευθύνσεις.κατευθύνσεις. Οι αλυσίδες φωσφορικού άνθρακα βρίσκονται στο εξωτερικό της έλικας, ενώ οι βάσεις βρίσκονται στο εσωτερικό, όπου συνδέονται με τις βάσεις της άλλης αλυσίδας μέσω ομοιοπολικών δεσμών.
Ριβονουκλεοτίδια
Το μόριο RNA υπάρχει ως μονόκλωνο σπειροειδές νήμα. Η δομή του RNA περιέχει έναν σκελετό υδατάνθρακα φωσφορικής-ριβόζης και νιτρικές βάσεις: αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και ουρακίλη (U). Όταν δημιουργείται RNA στο εκμαγείο DNA κατά τη διάρκεια της μεταγραφής, η γουανίνη ζευγαρώνει με κυτοσίνη (G-C) και αδενίνη με ουρακίλη (A-U).
Τα θραύσματα RNA χρησιμοποιούνται για την αναπαραγωγή πρωτεϊνών σε όλα τα ζωντανά κύτταρα, γεγονός που εξασφαλίζει τη συνεχή ανάπτυξη και διαίρεση τους.
Υπάρχουν δύο κύριες λειτουργίες των νουκλεϊκών οξέων. Πρώτον, βοηθούν το DNA χρησιμεύοντας ως μεσάζοντες που μεταδίδουν τις απαραίτητες κληρονομικές πληροφορίες στα αμέτρητα ριβοσώματα του σώματός μας. Η άλλη κύρια λειτουργία του RNA είναι να παρέχει το σωστό αμινοξύ που χρειάζεται κάθε ριβόσωμα για να δημιουργήσει μια νέα πρωτεΐνη. Υπάρχουν πολλές διαφορετικές κατηγορίες RNA.
Το RNA μηνυμάτων (mRNA, ή mRNA - πρότυπο) είναι ένα αντίγραφο της βασικής αλληλουχίας ενός τμήματος DNA που λαμβάνεται ως αποτέλεσμα της μεταγραφής. Το αγγελιοφόρο RNA χρησιμεύει ως ενδιάμεσος μεταξύ του DNA και των ριβοσωμάτων - κυτταρικά οργανίδια που δέχονται αμινοξέα από το RNA μεταφοράς και τα χρησιμοποιούν για την κατασκευή μιας πολυπεπτιδικής αλυσίδας.
Το RNA μεταφοράς (tRNA) ενεργοποιεί την ανάγνωση κληρονομικών δεδομένων από αγγελιοφόρο RNA, με αποτέλεσμα τη διαδικασία μετάφρασηςριβονουκλεϊκό οξύ - πρωτεϊνοσύνθεση. Μεταφέρει επίσης τα σωστά αμινοξέα εκεί όπου συντίθεται η πρωτεΐνη.
Το ριβοσωμικό RNA (rRNA) είναι το κύριο δομικό στοιχείο των ριβοσωμάτων. Δεσμεύει το πρότυπο ριβονουκλεοτίδιο σε ένα συγκεκριμένο σημείο όπου είναι δυνατή η ανάγνωση των πληροφοριών του, ξεκινώντας έτσι τη διαδικασία μετάφρασης.
Τα MiRNA είναι μικρά μόρια RNA που δρουν ως ρυθμιστές πολλών γονιδίων.
Οι λειτουργίες των νουκλεϊκών οξέων είναι εξαιρετικά σημαντικές για τη ζωή γενικά και για κάθε κύτταρο ειδικότερα. Σχεδόν όλες οι λειτουργίες που εκτελεί ένα κύτταρο ρυθμίζονται από πρωτεΐνες που συντίθενται χρησιμοποιώντας RNA και DNA. Ένζυμα, πρωτεϊνικά προϊόντα, καταλύουν όλες τις ζωτικές διαδικασίες: αναπνοή, πέψη, όλους τους τύπους μεταβολισμού.
Διαφορές μεταξύ της δομής των νουκλεϊκών οξέων
| Dezoskiribonucleotide | Ριβονουκλεοτίδιο | |
| Λειτουργία | Μακροχρόνια αποθήκευση και μετάδοση κληρονομικών δεδομένων | Μετατροπή των πληροφοριών που είναι αποθηκευμένες στο DNA σε πρωτεΐνες. μεταφορά αμινοξέων. Αποθήκευση κληρονομικών δεδομένων ορισμένων ιών. |
| Μονοσακχαρίτης | Δεοξυριβόζη | Ribose |
| Δομή | Σπειροειδές σχήμα διπλού κλώνου | Μονόκλωνο ελικοειδές σχήμα |
| Νιτρικές βάσεις | T, C, A, G | U, C, G, A |
Διακριτικές ιδιότητες των βάσεων νουκλεϊκού οξέος
Αδενίνη και γουανίνη κατάοι ιδιότητές τους είναι οι πουρίνες. Αυτό σημαίνει ότι η μοριακή τους δομή περιλαμβάνει δύο συντηγμένους δακτυλίους βενζολίου. Η κυτοσίνη και η θυμίνη, με τη σειρά τους, ανήκουν στις πυριμιδίνες και έχουν έναν δακτύλιο βενζολίου. Τα μονομερή RNA χτίζουν τις αλυσίδες τους χρησιμοποιώντας βάσεις αδενίνης, γουανίνης και κυτοσίνης και αντί για θυμίνη προσθέτουν ουρακίλη (U). Κάθε μία από τις βάσεις πυριμιδίνης και πουρίνης έχει τη δική της μοναδική δομή και ιδιότητες, το δικό της σύνολο λειτουργικών ομάδων που συνδέονται με τον δακτύλιο βενζολίου.
Στη μοριακή βιολογία, ειδικές συντομογραφίες ενός γράμματος χρησιμοποιούνται για να δηλώσουν αζωτούχες βάσεις: A, T, G, C ή U.
Ζάχαρη πεντόζη
Εκτός από ένα διαφορετικό σύνολο αζωτούχων βάσεων, τα μονομερή DNA και RNA διαφέρουν ως προς το σάκχαρο πεντόζης τους. Ο υδατάνθρακας πέντε ατόμων στο DNA είναι η δεοξυριβόζη, ενώ στο RNA είναι η ριβόζη. Είναι σχεδόν πανομοιότυπα στη δομή, με μία μόνο διαφορά: η ριβόζη προσθέτει μια ομάδα υδροξυλίου, ενώ στη δεοξυριβόζη αντικαθίσταται από ένα άτομο υδρογόνου.
Συμπεράσματα
Στην εξέλιξη των βιολογικών ειδών και τη συνέχεια της ζωής, ο ρόλος των νουκλεϊκών οξέων δεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Ως αναπόσπαστο μέρος όλων των πυρήνων των ζωντανών κυττάρων, είναι υπεύθυνοι για την ενεργοποίηση όλων των ζωτικών διεργασιών που συμβαίνουν στα κύτταρα.
