Нуклеинова киселина

Нуклеинова киселина са съставени от поредица от отделни нуклеотиди за образуване на макромолекули и като основен компонент на гените в клетъчните ядра са носители на генетична информация и те катализират много биохимични реакции.

Отделните нуклеотиди се състоят от фосфат и нуклеобазен компонент, както и от пентозната пръстенна молекула рибоза или дезоксирибоза. Биохимичната ефективност на нуклеиновите киселини се основава не само на техния химичен състав, но и на тяхната вторична структура, на тяхното триизмерно подреждане.

Какво представляват нуклеиновите киселини?

Строителните елементи на нуклеиновите киселини са отделни нуклеотиди, всеки съставен от фосфатен остатък, монозахаридна рибоза или дезоксирибоза, всеки с 5 С атоми, подредени в пръстен и една от пет възможни нуклеобази. Петте възможни нуклеобази са аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U).

Нуклеотидите, които съдържат дезоксирибоза като захарен компонент, се съединяват, за да образуват дезоксирибонуклеинови киселини (ДНК), а нуклеотидите с рибоза като захарен компонент се изграждат в рибонуклеинови киселини (РНК). Урацил като нуклеинова основа се среща изключително в РНК. Урацил замества тимина там, който се намира само в ДНК. Това означава, че само 4 различни нуклеотиди са на разположение за структурата на ДНК и РНК.

В английската и международната употреба, както и в немските технически статии, съкращенията DNA (дезоксирибонуклеинова киселина) обикновено се използват вместо DNS и RNA (рибонуклеинова киселина) вместо RNA. В допълнение към естествено срещащите се нуклеинови киселини под формата на ДНК или РНК, в химията се разработват синтетични нуклеинови киселини, които като катализатори дават възможност за определени химични процеси.

Анатомия и структура

Нуклеиновите киселини се състоят от верига от огромен брой нуклеотиди. Нуклеотидът винаги се състои от пръстенообразна монозахарна дезоксирибоза в случай на ДНК или рибоза в случай на РНК, както и фосфатен остатък и нуклеобазова част. Рибозата и дезоксирибозата се различават само по това, че в дезоксирибозата ОН групата се трансформира в Н йон чрез редукция, т.е. чрез добавяне на електрон, което го прави химически по-стабилен.

Започвайки от рибозата или дезоксирибозата, намираща се под формата на пръстен, всеки с 5 въглеродни атома, нуклеобазната група е свързана към един и същ въглероден атом за всеки нуклеотид чрез N-гликозидна връзка. N-гликозидна означава, че съответният въглероден атом на захарта е свързан с NH2 групата на нуклеобазата. Ако определите С атома с гликозидната връзка като № 1, тогава - гледайки по посока на часовниковата стрелка - С атомът с № 3 е свързан към фосфатната група на следващия нуклеотид чрез фосфодиестерна връзка, а С атомът с No. 5 Естерифициран със своята „собствена“ фосфатна група. И двете нуклеинови киселини, ДНК и РНК са съставени от чисти нуклеотиди.

Това означава, че централните молекули на захарта на ДНК нуклеотидите винаги се състоят от дезоксирибоза, а тези от РНК винаги се състоят от рибоза. Нуклеотидите на определена нуклеинова киселина се различават само в реда на 4-те възможни нуклеинови основи. ДНК може да се мисли като тънки ленти, които са усукани наоколо и завършени от допълващ се колега, така че ДНК обикновено присъства като двойна спирала. Основните двойки аденин и тимин, както и гуанин и цитозин, са винаги една срещу друга.

Функция и задачи

DNS и RNS имат различни задачи и функции. Докато ДНК не поема никакви функционални задачи, РНК се намесва в различни метаболитни процеси. ДНК служи като централно място за съхранение на генетична информация във всяка клетка. Той съдържа инструкциите за изграждане на целия организъм и ги предоставя, ако е необходимо.

Структурата на всички протеини се съхранява в ДНК под формата на аминокиселинни последователности. При практическото изпълнение кодираната информация на ДНК първо се „копира“ чрез процеса на транскрипция и се превежда в съответната последователност на аминокиселини (транскрибирано). Всички тези необходими сложни работни функции се изпълняват от специални рибонуклеинови киселини. По този начин РНК поема задачата да образува комплементарна единична верига към ДНК в клетъчното ядро ​​и да го транспортира като рибозомна РНК през ядрените пори извън клетъчното ядро ​​в цитоплазмата до рибозомите, за да се съберат и синтезират определени аминокиселини в предвидените протеини.

ТРНК (трансферната РНК), която се състои от сравнително къси вериги от около 70 до 95 нуклеотиди, играе важна роля. ТРНК има структура, подобна на детелина. Тяхната задача е да поемат аминокиселините, предоставени според кодирането от ДНК, и да ги предоставят на рибозомите за синтеза на протеини. Някои тРНК се специализират в определени аминокиселини, но други тРНК са отговорни за няколко аминокиселини едновременно.

заболявания

Сложните процеси във връзка с клетъчното делене, т.е. репликацията на хромозомите и транслацията на генетичния код в аминокиселинни последователности, могат да доведат до редица неизправности, които се проявяват в широк спектър от възможни ефекти от смъртоносни (нежизнеспособни) до едва забележими.

В редки изключителни случаи, случайните неизправности могат също да доведат до подобрено адаптиране на индивида към условията на околната среда и съответно да доведат до положителни ефекти. Репликацията на ДНК може да доведе до спонтанни промени (мутации) в отделните гени (генна мутация) или може да възникне грешка в разпределението на хромозомите в клетките (мутация на генома). Добре известен пример за мутация на генома е тризомия 21 - позната още като синдром на Даун.

Неблагоприятните условия на околната среда под формата на ниско ензимна диета, постоянните стресови ситуации и прекомерното излагане на UV лъчение улесняват увреждането на ДНК, което може да отслаби имунната система и да насърчи образуването на ракови клетки. Токсичните вещества могат също да нарушат разнообразните функции на РНК и да доведат до значителни увреждания.