Нуклеиновых кислот

Нуклеиновых кислот состоят из серии отдельных нуклеотидов, образующих макромолекулы, и, как главный компонент генов в ядрах клетки, являются носителями генетической информации и катализируют многие биохимические реакции.

Каждый из индивидуальных нуклеотидов состоит из фосфата и компонента азотистых оснований, а также из кольцевой молекулы пентозы рибозы или дезоксирибозы. Биохимическая эффективность нуклеиновых кислот основана не только на их химическом составе, но и на их вторичной структуре, на их трехмерном расположении.

Что такое нуклеиновые кислоты?

Строительные блоки нуклеиновых кислот представляют собой отдельные нуклеотиды, каждый из которых состоит из фосфатного остатка, моносахарид рибозы или дезоксирибозы, каждый с 5 атомами углерода, расположенными в кольце, и одним из пяти возможных азотистых оснований. Пять возможных азотистых оснований - это аденин (A), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T) и урацил (U).

Нуклеотиды, содержащие дезоксирибозу в качестве сахарного компонента, связаны вместе с образованием дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК), а нуклеотиды с рибозой в качестве сахарного компонента встраиваются в рибонуклеиновые кислоты (РНК). Урацил как нуклеиновая основа встречается исключительно в РНК. Урацил заменяет там тимин, который находится только в ДНК. Это означает, что для структуры ДНК и РНК доступны только 4 различных нуклеотида.

В английском и международном использовании, а также в немецких технических статьях, сокращения ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) обычно используются вместо DNS и РНК (рибонуклеиновая кислота) вместо РНК. Помимо встречающихся в природе нуклеиновых кислот в форме ДНК или РНК, в химии разрабатываются синтетические нуклеиновые кислоты, которые в качестве катализаторов позволяют осуществлять определенные химические процессы.

Анатомия и строение

Нуклеиновые кислоты состоят из цепочки из огромного количества нуклеотидов. Нуклеотид всегда состоит из моносахародезоксирибозы кольцевой формы в случае ДНК или рибозы в случае РНК, а также из фосфатного остатка и части азотистого основания. Рибоза и дезоксирибоза отличаются только тем, что в дезоксирибозе группа ОН превращается в ион H путем восстановления, то есть путем добавления электрона, что делает его химически более стабильным.

Начиная с рибозы или дезоксирибозы, присутствующей в форме кольца, каждое с 5 атомами углерода, группа азотистых оснований связана с одним и тем же атомом углерода для каждого нуклеотида посредством N-гликозидной связи. N-гликозид означает, что соответствующий атом углерода сахара связан с группой NH2 азотистого основания. Если обозначить атом C с гликозидной связью как № 1, то, если смотреть по часовой стрелке, атом C с номером 3 соединен с фосфатной группой следующего нуклеотида через фосфодиэфирную связь, а атом C с номером No. 5 Этерифицирован «собственной» фосфатной группой. И нуклеиновые кислоты, и ДНК, и РНК состоят из чистых нуклеотидов.

Это означает, что центральные молекулы сахара в нуклеотидах ДНК всегда состоят из дезоксирибозы, а молекулы РНК всегда состоят из рибозы. Нуклеотиды определенной нуклеиновой кислоты различаются только порядком четырех возможных нуклеиновых оснований. ДНК можно рассматривать как тонкие ленты, которые скручены и завершены комплементарным аналогом, так что ДНК обычно присутствует в виде двойной спирали. Пары оснований аденин и тимин, а также гуанин и цитозин всегда противоположны друг другу.

Функции и задачи

DNS и RNS имеют разные задачи и функции. Хотя ДНК не выполняет никаких функциональных задач, РНК вмешивается в различные метаболические процессы. ДНК служит центральным хранилищем генетической информации в каждой клетке. Он содержит инструкции по сборке всего организма и делает их доступными при необходимости.

Структура всех белков хранится в ДНК в виде аминокислотных последовательностей. На практике кодированная информация ДНК сначала «копируется» в процессе транскрипции и транслируется в соответствующую аминокислотную последовательность (транскрибируется). Все эти необходимые сложные рабочие функции выполняют специальные рибонуклеиновые кислоты. Таким образом, РНК берет на себя задачу формирования дополнительной одиночной цепи к ДНК внутри ядра клетки и транспортировки ее в виде рибосомной РНК через ядерные поры из ядра клетки в цитоплазму к рибосомам, чтобы собрать и синтезировать определенные аминокислоты в намеченные белки.

ТРНК (транспортная РНК), которая состоит из относительно коротких цепей длиной от 70 до 95 нуклеотидов, играет важную роль. ТРНК имеет структуру, подобную клеверу. Их задача - использовать аминокислоты, предоставленные в соответствии с кодированием ДНК, и сделать их доступными для рибосом для синтеза белка. Некоторые тРНК специализируются на определенных аминокислотах, но другие тРНК отвечают за несколько аминокислот одновременно.

болезни

Сложные процессы, связанные с делением клеток, то есть репликация хромосом и трансляция генетического кода в аминокислотные последовательности, могут привести к ряду сбоев, которые проявляются в широком диапазоне возможных эффектов от летальных (нежизнеспособных) до едва заметных.

В редких исключительных случаях случайные неисправности также могут привести к лучшей адаптации человека к условиям окружающей среды и, соответственно, привести к положительным эффектам. Репликация ДНК может приводить к спонтанным изменениям (мутациям) в отдельных генах (генная мутация) или может иметь место ошибка в распределении хромосом по клеткам (мутация генома). Хорошо известным примером мутации генома является трисомия 21, также известная как синдром Дауна.

Неблагоприятные условия окружающей среды в виде низкоферментной диеты, постоянных стрессовых ситуаций, чрезмерного воздействия УФ-излучения способствуют повреждению ДНК, что может привести к ослаблению иммунной системы и способствовать образованию раковых клеток. Токсичные вещества также могут нарушать различные функции РНК и приводить к значительным нарушениям.