Нуклеиновите киселини съхраняват и предават генетична информация, която наследяваме 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 клетка се дели. 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 вашето тяло.
Обща информация
Има два класа нуклеинови киселини: дезоксирибонуклеинова киселина (по-известна като ДНК) и рибонуклеинова киселина (по-известна като РНК).
ДНК е верига от гени, която е необходима за растежа, развитието, живота и възпроизвеждането на всички известни живи организми и повечето вируси.
Промените в ДНК на многоклетъчни организми ще доведат до промени в следващите поколения.
ДНК е биогенетичен субстрат,намира се във всички съществуващи живи същества, от най-простите живи организми до високоорганизирани бозайници.
Много вирусни частици (вириони) съдържат РНК в ядрото като генетичен материал. Все пак трябва да се спомене, че вирусите лежат на границата между живата и неживата природа, тъй като без клетъчния апарат на гостоприемника те остават неактивни.
Историческа справка
През 1869 г. Фридрих Мишер изолира ядра от белите кръвни клетки и открива, че те съдържат богато на фосфор вещество, което той нарече нуклеин.
Херман Фишер открива пуринови и пиримидинови бази в нуклеиновите киселини през 1880-те години.
През 1884 г. Р. Хертуиг предполага, че нуклеините са отговорни за предаването на наследствени черти.
През 1899 г. Ричард Алтман въвежда термина "основна киселина".
И по-късно, през 40-те години на 20-ти век, учените Касперсон и Браше откриват връзка между нуклеиновите киселини с протеиновия синтез.
Нуклеотиди
Полинуклеотидите са изградени от много нуклеотиди - мономери, свързани заедно във вериги.
В структурата на нуклеиновите киселини са изолирани нуклеотиди, всеки от които съдържа:
- Азотна база.
- Пентоза захар.
- Фосфатна група.
Всеки нуклеотид съдържа азот-съдържаща ароматна основа, прикрепена към пентозен (пет-въглероден) захарид, който от своя страна е прикрепен към остатък от фосфорна киселина. Такива мономери, когато се комбинират един с друг, образуват полимервериги. Те са свързани чрез ковалентни водородни връзки, които възникват между фосфорния остатък на едната верига и пентозната захар на другата верига. Тези връзки се наричат фосфодиестерни връзки. Фосфодиестерните връзки образуват фосфатно-въглехидратния гръбнак (скелета) както на ДНК, така и на РНК.
Дезоксирибонуклеотид
Нека разгледаме свойствата на нуклеиновите киселини, разположени в ядрото. ДНК формира хромозомния апарат на ядрото на нашите клетки. ДНК съдържа "софтуерните инструкции" за нормалното функциониране на клетката. Когато една клетка възпроизвежда свой собствен вид, тези инструкции се предават на новата клетка по време на митоза. ДНК има вид на двуверижна макромолекула, усукана в двойна спирална нишка.
Нуклеиновата киселина съдържа фосфат-дезоксирибоза захариден скелет и четири азотни бази: аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). В двуверижна спирала аденинът се сдвоява с тимин (A-T), гуанин се сдвоява с цитозин (G-C).
През 1953 г. Джеймс Д. Уотсън и Франсис Х. К. Крик предложи триизмерна структура на ДНК, базирана на рентгенови кристалографски данни с ниска разделителна способност. Те също така се позовават на констатациите на биолога Ервин Чаргаф, че в ДНК количеството тимин е еквивалентно на количеството аденин, а количеството гуанин е еквивалентно на количеството цитозин. Уотсън и Крик, които спечелиха Нобелова награда през 1962 г. за приноса си към науката, постулират, че две вериги от полинуклеотиди образуват двойна спирала. Нишките, въпреки че са еднакви, се усукват в противоположни посоки.посоки. Фосфатно-въглеродните вериги са разположени от външната страна на спиралата, докато основите лежат от вътрешната страна, където се свързват с основите на другата верига чрез ковалентни връзки.
Рибонуклеотиди
Молекулата на РНК съществува като едноверижна спирална нишка. Структурата на РНК съдържа фосфатно-рибозен въглехидратен скелет и нитратни бази: аденин, гуанин, цитозин и урацил (U). Когато РНК се създава върху ДНК шаблона по време на транскрипцията, гуанинът се сдвоява с цитозин (G-C) и аденин с урацил (A-U).
РНК фрагменти се използват за възпроизвеждане на протеини във всички живи клетки, което гарантира техния непрекъснат растеж и делене.
Има две основни функции на нуклеиновите киселини. Първо, те помагат на ДНК, като служат като посредници, които предават необходимата наследствена информация на безбройните рибозоми в нашето тяло. Другата основна функция на РНК е да доставя правилната аминокиселина, от която всяка рибозома се нуждае, за да създаде нов протеин. Има няколко различни класа РНК.
Messaging RNA (mRNA, или mRNA - шаблон) е копие на основната последователност на ДНК сегмент, получен в резултат на транскрипция. Месинджър РНК служи като посредник между ДНК и рибозомите - клетъчни органели, които приемат аминокиселини от трансферната РНК и ги използват за изграждане на полипептидна верига.
Transfer RNA (tRNA) активира четенето на наследствени данни от информационната РНК, което води до процеса на транслациярибонуклеинова киселина - протеинов синтез. Той също така транспортира правилните аминокиселини до мястото, където се синтезира протеинът.
Рибозомната РНК (рРНК) е основният градивен елемент на рибозомите. Той свързва шаблонния рибонуклеотид на определено място, където е възможно да се прочете неговата информация, като по този начин започва процеса на транслация.
MiRNAs 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 в частност. Почти всички функции, които една клетка изпълнява, се регулират от протеини, синтезирани с помощта на РНК и ДНК. Ензимите, протеиновите продукти, катализират всички жизненоважни процеси: дишане, храносмилане, всички видове метаболизъм.
Разлики между структурата на нуклеиновите киселини
| Dezoskiribonucleotide | Рибонуклеотид | |
| Функция | Дългосрочно съхранение и предаване на наследствени данни | Трансформиране на информация, съхранявана в ДНК, в протеини; транспорт на аминокиселини. Съхранение на наследствени данни на някои вируси. |
| Монозахарид | дезоксирибоза | Ribose |
| Структура | Двуверижна спирална форма | Единична спирална форма |
| Нитратни основи | T, C, A, G | U, C, G, A |
Отличителни свойства на базите на нуклеиновите киселини
Аденин и гуанин оттехните свойства са пурини. Това означава, че тяхната молекулярна структура включва два кондензирани бензенови пръстена. Цитозинът и тиминът от своя страна принадлежат към пиримидините и имат един бензенов пръстен. РНК мономерите изграждат своите вериги, използвайки аденин, гуанин и цитозинови бази, а вместо тимин добавят урацил (U). Всяка от пиримидиновите и пуриновите основи има своя собствена уникална структура и свойства, свой собствен набор от функционални групи, свързани с бензоловия пръстен.
В молекулярната биология се използват специални еднобуквени съкращения за обозначаване на азотни основи: A, T, G, C или U.
Пентоза захар
В допълнение към различен набор от азотни бази, ДНК и РНК мономерите се различават по своята пентозна захар. Пет-атомният въглехидрат в ДНК е дезоксирибоза, докато в РНК е рибоза. Те са почти идентични по структура, само с една разлика: рибозата добавя хидроксилна група, докато в дезоксирибозата тя се заменя с водороден атом.
Заключения
В еволюцията на биологичните видове и непрекъснатостта на живота ролята на нуклеиновите киселини не може да бъде надценена. Като неразделна част от всички ядра на живите клетки, те са отговорни за активирането на всички жизненоважни процеси, протичащи в клетките.
