Ciri -ciri Asid Nukleik, Fungsi, Struktur

The Asid nukleik Mereka adalah biomolekul besar yang dibentuk oleh unit atau monomer yang disebut nukleotida. Mereka bertanggungjawab untuk penyimpanan dan penghantaran maklumat genetik. Mereka juga mengambil bahagian dalam setiap langkah sintesis protein.

Secara struktural, setiap nukleotida dibentuk oleh kumpulan fosfat, gula lima karbon dan asas nitrogen heterosiklik (A, T, C, G dan U). PH fisiologi, asid nukleik dikenakan secara negatif, mereka larut dalam air, mereka membentuk penyelesaian likat dan agak stabil.

Sumber: Pixabay.com

Terdapat dua jenis utama asid nukleik: DNA dan RNA. Komposisi kedua -dua asid nukleik adalah serupa: di kedua -dua kita dapati satu siri nukleotida yang disatukan oleh ikatan phosphodiéster. Walau bagaimanapun, dalam DNA kita dapati Timina (t) dan di RNA uracil (u).

DNA lebih lama dan berada dalam penyesuaian kipas berganda dan RNA dibentuk oleh satu helai tunggal. Molekul ini terdapat dalam semua organisma hidup, dari virus hingga mamalia besar.

[TOC]

Perspektif bersejarah

Penemuan asid nukleik

Penemuan asid nukleik bermula pada tahun 1869 ketika Friedrich Miescher mengenal pasti kromatin. Dalam eksperimennya, Miescher membuat pengekstrakan bahan konsistensi gelatin dari nukleus dan mendapati bahawa bahan ini kaya dengan fosforus.

Pada mulanya, bahan misteri itu ditetapkan sebagai "nuklein". Eksperimen berikutnya pada nuklein menyimpulkan bahawa ini bukan sahaja kaya dengan fosforus, tetapi juga dalam karbohidrat dan pangkalan organik.

Phoebus Levene mendapati bahawa nuklein adalah polimer linear. Walaupun sifat kimia asas asid nukleik diketahui, tidak dianggap ada hubungan antara polimer ini dan bahan keturunan makhluk hidup.

Penemuan fungsi DNA

Pada pertengahan tahun 40 -an, ia sedikit meyakinkan untuk ahli biologi dari saat molekul yang bertanggungjawab menyebarkan dan menyimpan maklumat organisma yang tinggal dalam molekul dengan penyesuaian semudah DNA yang terdiri daripada empat monomer (nukleotida) antara satu sama lain.

Protein, polimer yang terdiri daripada 20 jenis asid amino, seolah -olah masa calon yang lebih munasabah menjadi molekul warisan.

Visi ini berubah pada tahun 1928, ketika penyelidik Fred Griffith mengesyaki bahawa nuklein terlibat dalam warisan. Akhirnya, pada tahun 1944 Oswald Avery berjaya menyimpulkan dengan bukti yang mantap bahawa DNA mengandungi maklumat genetik.

Oleh itu, DNA menjadi molekul yang membosankan dan membosankan, yang dibentuk oleh hanya empat blok struktur, kepada molekul yang membolehkan penyimpanan sejumlah besar maklumat, dan yang dapat menyimpannya dan menghantarnya dengan tepat, tepat dan berkesan.

Penemuan struktur DNA

Tahun 1953 adalah revolusioner untuk sains biologi, sejak penyelidik James Watson dan Francis Crick menjelaskan struktur DNA yang betul.

Berdasarkan analisis corak refleksi x -ray, hasil Watson dan Crick mencadangkan bahawa molekul adalah helix ganda, di mana kumpulan fosfat membentuk rangka luaran dan pangkalannya diproyeksikan.

Analogi tangga biasanya digunakan, di mana janggut sesuai dengan fosfat dan langkah -langkah ke pangkalan.

Penemuan penjujukan DNA

Dalam dua dekad yang lalu kemajuan luar biasa dalam biologi telah berlaku, yang diketuai oleh penjujukan DNA. Terima kasih kepada kemajuan teknologi, hari ini kita ada dalam teknologi yang diperlukan untuk mengetahui dengan ketepatan yang cukup tinggi urutan DNA - dengan "urutan" kita bermaksud urutan pangkalan.

Pada mulanya, menjelaskan urutan itu adalah acara yang mahal dan memerlukan banyak masa untuk diselesaikan. Pada masa ini bukan masalah untuk mengetahui urutan keseluruhan genom.

Ciri -ciri

Beban dan kelarutan

Seperti namanya, sifat asid nukleik adalah berasid dan molekul dengan kelarutan air yang tinggi; iaitu, mereka Hidrofilik. Pada pH fisiologi, molekul dikenakan secara negatif, dengan kehadiran kumpulan fosfat.

Akibatnya, protein yang dikaitkan DNA kaya dengan sisa asid amino dengan beban positif. Persatuan DNA yang betul adalah penting untuk pembungkusan dalam sel.

Goo

Kelikatan asid nukleik bergantung kepada sama ada ini adalah dua atau mudah band. DNA band berganda membentuk penyelesaian kelikatan yang tinggi, kerana strukturnya tegar, menentang penentangan terhadap ubah bentuk. Di samping itu, mereka adalah molekul yang sangat panjang berhubung dengan diameternya.

Sebaliknya terdapat juga penyelesaian asid nukleik dalam jalur mudah, yang dicirikan oleh kelikatan yang dikurangkan.

Kestabilan

Satu lagi ciri asid nukleik adalah kestabilan mereka. Sememangnya, molekul dengan kerja yang sangat diperlukan kerana penyimpanan warisan mesti sangat stabil.

Secara perbandingan, DNA lebih stabil daripada RNA, kerana ia tidak mempunyai kumpulan hidroksil.

Ada kemungkinan ciri kimia ini mempunyai peranan penting dalam evolusi asid nukleik dan pilihan DNA sebagai bahan keturunan.

Ia boleh melayani anda: Protocooperation

Menurut peralihan hipotetikal yang dibangkitkan oleh beberapa penulis, RNA digantikan oleh DNA pada masa depan evolusi. Walau bagaimanapun, hari ini terdapat beberapa virus yang menggunakan RNA sebagai bahan genetik.

Penyerapan cahaya ultraviolet

Penyerapan asid nukleik juga bergantung sama ada dalam band berganda atau dalam band sederhana. Puncak penyerapan cincin dalam strukturnya ialah 260 nanometer (nm).

Apabila helai DNA band berganda mula memisahkan, penyerapan kepada panjang gelombang yang disebutkan meningkat, kerana cincin yang membentuk nukleotida terdedah.

Parameter ini penting bagi ahli biologi molekul di makmal, kerana dengan mengukur penyerapan mereka dapat menganggarkan jumlah DNA yang ada dalam sampel mereka. Secara umum, pengetahuan mengenai sifat DNA menyumbang kepada pembersihan dan rawatannya di makmal.

Klasifikasi (jenis)

Dua asid nukleik utama adalah DNA dan RNA. Kedua -duanya adalah komponen semua makhluk hidup. DNA adalah akronim untuk asid deoxyribonucleic dan RNA untuk asid ribonukleik. Kedua -dua molekul mempunyai peranan asas dalam sintesis warisan dan protein.

DNA adalah molekul yang menyimpan semua maklumat yang diperlukan untuk pembangunan organisma, dan dikelompokkan ke dalam unit berfungsi yang disebut gen. RNA bertanggungjawab untuk mengambil maklumat ini dan, bersama -sama dengan kompleks protein, menerjemahkan maklumat rantai nukleotida ke rantai asid amino.

Rantaian RNA boleh panjang atau beberapa ribu nukleotida, manakala rantai DNA melebihi berjuta -juta nukleotida dan boleh digambarkan di bawah cahaya mikroskop optik jika mereka dicelup dengan pewarna.

Perbezaan struktur asas antara kedua -dua molekul akan memperincikannya di bahagian berikut.

RNA

Di dalam sel, terdapat pelbagai jenis RNA yang bersama -sama berfungsi untuk mengatur sintesis protein. Tiga jenis utama RNA adalah utusan, ribosom dan pemindahan.

RNA Messenger

RNA Messenger bertanggungjawab untuk menyalin mesej yang wujud dalam DNA dan mengangkutnya ke sintesis protein yang berlaku dalam struktur yang disebut ribosoma.

RNA ribosom atau ribosom

RNA ribosom menjadi sebahagian daripada jentera penting ini: Ribosome. Del Ribosoma, 60% dibentuk oleh RNA Ribosoma dan selebihnya diduduki oleh hampir 80 protein yang berbeza.

Pindahkan RNA

Pemindahan RNA adalah jenis penyesuai molekul yang mengangkut asid amino (blok struktur protein) ke ribosom, untuk dimasukkan.

RNA kecil

Sebagai tambahan kepada tiga jenis asas ini, terdapat siri tambahan RNA yang telah ditemui baru -baru ini dan mempunyai peranan penting dalam sintesis protein dan dalam ekspresi gen.

RNA nuklear kecil, disingkat sebagai snRNA mengambil bahagian sebagai entiti pemangkin di Splicing (proses yang terdiri daripada penghapusan intron) RNA utusan.

RNA nukleolar kecil atau snorna terlibat dalam pemprosesan transkrip pra-arn ribosom yang akan menjadi sebahagian daripada subunit ribosom. Ini berlaku di nukleolus.

RNA pendek gangguan dan microarn adalah urutan RNA kecil yang peranan utamanya adalah modulasi ekspresi gen. Microarn dikodkan dari DNA, tetapi tidak meneruskan terjemahan protein mereka. Mereka adalah monocatenarios dan boleh dilengkapi dengan mesej RNA, menghalang terjemahan protein mereka.

Struktur dan komposisi kimia

Asid nukleik adalah rantai panjang polimer yang terbentuk daripada unit monomerik yang disebut nukleotida. Masing -masing terdiri daripada:

Kumpulan fosfat

Terdapat empat jenis nukleotida dan ini mempunyai struktur yang sama: kumpulan fosfat yang dikaitkan dengan pentos melalui ikatan fosfodi -foil. Kehadiran fosfat memberikan molekul watak berasid. Kumpulan fosfat dipisahkan ke pH sel, jadi ia dimuat secara negatif.

Beban negatif ini membolehkan persatuan asid nukleik dengan molekul yang bebannya positif.

Sel -sel di dalam dan juga dalam cecair ekstraselular kita dapat mencari sedikit nukleosida. Ini adalah molekul yang dibentuk oleh semua komponen nukleotida, tetapi kekurangan kumpulan fosfat.

Menurut nomenclature, nukleotida adalah nukleosida yang mempunyai satu, dua atau tiga kumpulan fosfat yang diasingkan dalam hidroksil yang terletak di karbon 5 '. Nukleosida dengan tiga fosfat terlibat dalam sintesis asid nukleik, walaupun mereka juga memenuhi fungsi lain dalam sel.

Pentosa

Pentosa adalah karbohidrat monomerik yang membentuk lima atom karbon. Dalam DNA pentosa adalah deoxyribose, yang dicirikan oleh kehilangan kumpulan hidroksil dalam karbon 2 '. Di RNA pentos adalah ribosa.

Ia boleh melayani anda: neo -karchism

Asas nitrogen

Pantosa pada gilirannya dikaitkan dengan pangkalan organik. Identiti nukleotida disediakan oleh identiti pangkalan. Terdapat lima jenis, disingkat oleh awalnya: adenine (a), guanine (g), sitosin (c), timina (t) dan uracil (u).

Adalah biasa bahawa dalam kesusasteraan kita mendapati bahawa mereka menggunakan lima huruf ini untuk merujuk kepada keseluruhan nukleotida. Walau bagaimanapun, dengan tegas, ini hanya sebahagian daripada nukleotida.

Tiga, A, G dan C yang pertama, adalah perkara biasa bagi kedua -dua DNA dan RNA. Walaupun T adalah unik untuk DNA dan uracil adalah terhad kepada molekul RNA.

Secara struktural, pangkalannya adalah sebatian kimia heterosiklik, yang cincinnya terdiri daripada molekul karbon dan nitrogen. A dan G dibentuk oleh beberapa cincin yang bersatu dan tergolong dalam kumpulan Purinas. Pangkalan yang tersisa tergolong dalam pirimidin dan strukturnya dibentuk oleh cincin tunggal.

Adalah biasa bahawa dalam kedua -dua jenis asid nukleik kita dapati satu siri asas yang diubahsuai, seperti kumpulan metil tambahan.

Apabila peristiwa ini berlaku, kami mengatakan bahawa asasnya dimetilkan. Dalam prokariot, adenin methylated biasanya dijumpai dan kedua -duanya dalam prokariot dan dalam eukariot sitosin boleh mempunyai kaedah tambahan.

Bagaimana pempolimeran?

Seperti yang telah kami sebutkan, asid nukleik adalah rantai panjang yang dibentuk oleh monomer - nukleotida. Untuk membentuk rantai, ini dikaitkan dengan cara tertentu.

Apabila polimerizan nukleotida, kumpulan hidroksil (-OH) yang terdapat dalam 3 karbon gula salah satu nukleotida membentuk pautan jenis ester dengan kumpulan fosfat dari molekul nukleotida yang lain. Semasa pembentukan pautan ini, penghapusan molekul air berlaku.

Reaksi jenis ini dipanggil "tindak balas pemeluwapan", dan sangat serupa dengan apa yang berlaku apabila pautan peptida protein antara dua bentuk sisa asid amino. Hubungan antara setiap pasangan nukleotida dipanggil Pautan Phosphodiéster.

Seperti dalam polipeptida, rantai asid nukleik mempunyai dua orientasi kimia di hujungnya: satu adalah 5 'akhir yang mengandungi kumpulan hidroksil bebas atau kumpulan fosfat dalam 5 karbon gula terminal, sementara pada akhir 3' kami mendapati a Kumpulan hidroksil percuma karbon 3 '.

Bayangkan bahawa setiap blok DNA adalah blok permainan LEGO, dengan satu hujung yang dimasukkan dan dengan lubang percuma di mana penyisipan blok lain boleh berlaku. Akhir 5 'dengan fosfat akan menjadi melampau untuk dimasukkan dan 3' sama dengan lubang percuma.

Nukleotida lain

Di dalam sel, kita dapati satu lagi jenis nukleotida dengan struktur yang berbeza dari yang disebutkan di atas. Walaupun ini tidak akan menjadi sebahagian daripada asid nukleik, mereka memainkan kertas biologi yang sangat penting.

Antara yang paling relevan kita mempunyai mononucléido riboflavina, yang dikenali sebagai FMN, Coenzyme A, dyucleotide Adenina dan Nicotinamina, antara lain.

Struktur RNA

Struktur linear polimer asid nukleik sepadan dengan struktur utama daripada molekul ini. Polinucleotides juga mempunyai keupayaan untuk membentuk pengaturan dalam tiga dimensi yang stabil oleh daya bukan kovalen - sama dengan lipatan yang kita dapati dalam protein.

Walaupun komposisi utama DNA dan RNA agak serupa (dengan pengecualian perbezaan yang disebutkan di atas), pembentukan strukturnya berbeza. Kami biasanya mendapati RNA sebagai rantaian nukleotida tunggal, walaupun ia boleh mengambil susunan yang berbeza.

Pemindahan RNA, sebagai contoh, adalah molekul kecil yang dibentuk oleh kurang daripada 100 nukleotida. Struktur sekunder biasa adalah dalam bentuk semanggi dengan tiga lengan. Iaitu, molekul RNA mendapati pangkalan pelengkap di dalam dan boleh melipat pada dirinya sendiri.

RNA ribosom adalah molekul yang lebih besar yang mengambil kompleks tiga -dimensi penyesuaian dan mempunyai struktur menengah dan tertiari.

Struktur DNA

Kipas berganda

Tidak seperti RNA linear, susunan DNA terdiri daripada dua helai yang saling berkaitan. Perbezaan struktur ini penting untuk menjalankan fungsi khususnya. RNA tidak dapat membentuk jenis kipas ini kerana halangan sterik yang dikenakan oleh kumpulan OH tambahan yang membentangkan gula.

Pelengkap asas

Antara pangkalan terdapat kesesuaian. Iaitu, akibat saiz, bentuk dan komposisi kimianya, purin mesti berlumpur dengan pirimidin oleh ikatan hidrogen. Oleh itu, dalam DNA semulajadi kita mendapati bahawa A hampir selalu dipasangkan dengan T dan G dengan C, membentuk jambatan hidrogen dengan sahabat mereka.

Pasangan asas antara G dan C dikaitkan dengan tiga jambatan hidrogen, manakala tork A dan T lebih lemah, dan hanya dua ikatan hidrogen yang menyimpannya bersama.

Helai DNA boleh dipisahkan (ini berlaku di dalam sel dan prosedur makmal) dan haba yang diperlukan bergantung kepada jumlah GC yang molekul mempunyai: semakin tinggi, semakin banyak tenaga yang diperlukan untuk memisahkannya.

Boleh melayani anda: undang -undang mendel

Orientasi helai

Satu lagi ciri DNA adalah orientasi yang bertentangan: sementara helai berjalan dalam arah 5 ' - 3', pasangannya berada di arah 3'- 5 '.

Pengesahan semula jadi dan di makmal

Struktur atau penyesuaian yang biasanya kita dapati di alam semula jadi dipanggil DNA b. Ini dicirikan dengan mempunyai 10.4 nukleotida untuk setiap pusingan, dipisahkan dengan jarak 3.4. DNA B beralih ke kanan.

Corak rolling ini menghasilkan penampilan dua alur, satu besar dan satu kecil.

Dalam asid nukleik yang terbentuk di makmal (sintetik) penyesuaian lain dapat dijumpai, yang juga muncul dalam keadaan yang sangat spesifik. Ini adalah DNA A dan DNA Z.

Varian A juga melakukan giliran yang betul, walaupun lebih pendek dan lebih luas daripada yang semula jadi. Molekul memperoleh bentuk ini apabila kelembapan berkurangan. Hidupkan setiap 11 pasangan asas.

Varian terakhir adalah z, dicirikan dengan sempit dan dengan berpaling ke kiri. Ia dibentuk oleh sekumpulan heksanukleotida yang dikelompokkan menjadi dupleks rantai antipaalla.

Fungsi

DNA: Molekul Warisan

DNA adalah molekul yang dapat menyimpan maklumat. Kehidupan, seperti yang kita ketahui di planet kita, bergantung pada keupayaan untuk menyimpan dan menterjemahkan maklumat tersebut.

Untuk sel, DNA adalah sejenis kedai buku di mana semua arahan yang diperlukan untuk pembuatan, pembangunan dan penyelenggaraan organisma hidup dijumpai.

Dalam molekul DNA kita dapati organisasi entiti berfungsi diskret yang disebut gen. Sebilangan daripada mereka akan dibawa ke protein, sementara yang lain akan memenuhi fungsi pengawalseliaan.

Struktur DNA yang kami terangkan di bahagian sebelumnya adalah kunci untuk melaksanakan fungsinya. Kipas mesti dapat memisahkan dan menyertai harta utama untuk replikasi dan peristiwa transkripsi.

DNA terletak di prokariot di tempat tertentu sitoplasmanya, sementara di eukariota ia terletak di dalam nukleus.

RNA: Molekul pelbagai fungsi

Kertas dalam sintesis protein

RNA adalah asid nukleik yang kita dapati dalam pelbagai peringkat sintesis protein dan dalam peraturan ekspresi gen.

Sintesis protein bermula dengan transkripsi mesej yang disulitkan dalam DNA ke molekul RNA utusan. Kemudian, utusan mesti menghapuskan bahagian yang tidak akan diterjemahkan, dikenali sebagai intron.

Untuk terjemahan mesej RNA kepada residu asid amino, dua komponen tambahan diperlukan: RNA ribosom yang merupakan sebahagian daripada ribosom, dan RNA pemindahan, yang akan membawa asid amino dan akan bertanggungjawab memasukkan yang betul asid amino ke dalam rantaian peptida dalam latihan.

Dengan kata lain, setiap jenis utama RNA mempunyai peranan asas dalam proses ini. Laluan DNA ini kepada utusan dan ini akhirnya kepada protein adalah apa yang disebut ahli biologi "dogma pusat biologi".

Walau bagaimanapun, kerana sains tidak boleh berdasarkan dogma, terdapat kes -kes yang berbeza di mana premis ini tidak dipenuhi, seperti retrovirus.

Peranan dalam peraturan

RNA kecil yang disebutkan di atas mengambil bahagian secara tidak langsung dalam sintesis, mengatur sintesis RNA utusan dan mengambil bahagian dalam peraturan ungkapan.

Contohnya, di dalam sel terdapat utusan yang berbeza yang dikawal oleh RNA kecil, yang mempunyai urutan pelengkap untuk ini. Sekiranya pasangan RNA kecil ke mesej dapat memecah utusan, dengan itu menghalang terjemahannya. Terdapat banyak proses yang dikawal dengan cara ini.

Rujukan

1. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,... & Walter, p. (2015). Biologi sel penting. Sains Garland.
2. Berg, j.M., Tymoczko, j.L., Stryer, l. (2002). Biokimia. Edisi ke -5. W H Freeman.
3. Cooper, g. M., & Hausman, r. Dan. (2000). Sel: pendekatan molekul. Associates Sinauer.
4. Curtis, h., & Barnes, n. S. (1994). Jemputan kepada Biologi. Macmillan.
5. Fierro, a. (2001). Sejarah ringkas penemuan struktur DNA. Perubatan Klinik Rev Las Condes, dua puluh, 71-75.
6. Forterre, p., Filée, j. & Myllykallio, h. (2000-2013) Asal dan evolusi jentera replikasi DNA dan DNA. Dalam: Pangkalan Data Madame Curie Bioscience [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, g. (2009). Biologi Sel dan Molekul: Konsep dan Eksperimen. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, r., Margulis, l., & Emas, j. (1988). Peralihan evolusi dari RNA ke DNA di sel awal. Jurnal Evolusi Molekul, 27(4), 283-290.
9. Lodish, h., Berk, a., Darnell, J. Dan., Kaiser, c. Ke., Krieger, m., Scott, m. P.,... & Matsudaira, p. (2008). Biologi sel molekul. Macmillan.
10. Voet, d., & Voet, j. G. (2006). Biokimia. Ed. Pan -American Medical.
11. Voet, d., Voet, j. G., & Pratt, c. W. (1999). Asas Biokimia. Baru York: John Willey dan Anak -anak.