Метаболизм нуклеиновых кислот

В рамках Метаболизм нуклеиновых кислот речь идет о построении и распаде ДНК и РНК нуклеиновых кислот. Обе молекулы выполняют задачу хранения генетической информации. Нарушения синтеза ДНК могут привести к мутациям и, следовательно, к изменению генетической информации.

Что такое метаболизм нуклеиновых кислот?

Метаболизм нуклеиновых кислот обеспечивает образование и распад дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и рибонуклеиновой кислоты (РНК). ДНК долго хранит всю генетическую информацию в ядре клетки. РНК, в свою очередь, отвечает за синтез белка и, таким образом, передает генетическую информацию белкам.

И ДНК, и РНК состоят из азотистых оснований, сахара и фосфатного остатка. Молекула сахара соединяется с фосфатным остатком посредством этерификации и связывается с двумя фосфатными остатками. Образуется цепь повторяющихся фосфатно-сахарных соединений, нуклеиновая основа которой глюкозидно связана с сахаром.

Помимо фосфорной кислоты и сахара для синтеза ДНК и РНК доступны пять различных азотистых оснований. Два азотистых основания аденин и гуанин относятся к производным пурина, а два азотистых основания цитозин и тимин относятся к производным пиримидина.

В РНК тимин заменен на урацил, который характеризуется дополнительной группой CH3. Структурная единица азотного основания, сахарного остатка и фосфатного остатка называется нуклеотидом. В ДНК структура двойной спирали образована двумя молекулами нуклеиновой кислоты, которые связаны друг с другом водородными связями, образуя двойную цепь. РНК состоит только из одной цепи.

Функция и задача

Метаболизм нуклеиновых кислот имеет большое значение для хранения и передачи генетического кода. Генетическая информация изначально хранится в ДНК через последовательность азотистых оснований. Генетическая информация для аминокислоты кодируется тремя последовательными нуклеотидами. Последовательные триплеты оснований хранят информацию о структуре определенной белковой цепи. Начало и конец цепи задаются сигналами, которые не кодируют аминокислоты.

Возможные комбинации азотистых оснований и образующихся аминокислот чрезвычайно велики, так что, за исключением однояйцевых близнецов, не существует генетически идентичных организмов.

Чтобы передать генетическую информацию синтезируемым белковым молекулам, сначала формируются молекулы РНК. РНК действует как передатчик генетической информации и стимулирует синтез белков. Химическая разница между РНК и ДНК заключается в том, что вместо дезоксирибозы в ее молекуле связана сахарная рибоза. Кроме того, азотное основание тимин заменено на урацил.

Другой остаток сахара также вызывает более низкую стабильность и однонитевую природу РНК. Двойная цепь ДНК защищает генетическую информацию от изменений. Две молекулы нуклеиновой кислоты связаны друг с другом водородными связями. Однако это возможно только с дополнительными азотными основаниями. В ДНК могут быть только пары оснований аденин / тимин или гуанин / цитозин.

Когда двойная нить расщепляется, дополнительная нить образуется снова и снова. Например, если есть изменение в нуклеиновой основе, определенные ферменты, ответственные за это во время репарации ДНК, распознают, какой дефект присутствует на комплементарной основе. Измененную азотную основу обычно заменяют правильно. Так защищен генетический код. Иногда ошибка может быть передана в результате мутации.

Помимо ДНК и РНК, существуют также важные мононуклеотиды, которые играют важную роль в энергетическом обмене. К ним относятся, например, АТФ и АДФ. АТФ - это аденозинтрифосфат. Он содержит остаток аденина, рибозу и остаток трифосфата. Молекула обеспечивает энергию, и когда энергия высвобождается, она превращается в аденозиндифосфат, в результате чего остаток фосфата отщепляется.

Болезни и недуги

Если во время метаболизма нуклеиновых кислот возникают нарушения, это может привести к заболеваниям. В структуре ДНК могут возникать ошибки, и в этом случае используется неправильное нуклеиновое основание. Происходит мутация. Изменения азотистых оснований могут происходить в результате химических реакций, таких как дезаминирование. Здесь группы NH2 заменены на группы O =.

Обычно код по-прежнему сохраняется в ДНК с помощью комплементарной цепи, так что механизмы репарации могут опираться на комплементарное азотное основание при исправлении ошибки. Однако в случае сильного химического и физического воздействия может возникнуть так много дефектов, что иногда можно сделать неправильные исправления.

В большинстве случаев эти мутации происходят в менее значимых местах генома, так что не стоит опасаться каких-либо последствий. Однако, если ошибка происходит в важном регионе, это может привести к серьезным изменениям в генетической структуре с серьезными последствиями для здоровья.

Соматические мутации часто являются причиной злокачественных опухолей. Так ежедневно развиваются раковые клетки. Однако, как правило, они немедленно уничтожаются иммунной системой. Однако, если многие мутации образуются в результате сильных химических или физических воздействий (например, радиации) или из-за дефектного механизма восстановления, может развиться рак. То же самое и с ослабленной иммунной системой.

Однако в рамках метаболизма нуклеиновых кислот могут развиваться и совершенно другие заболевания. Когда азотистые основания расщепляются, полностью перерабатываемый бета-аланин образуется из пиримидиновых оснований. Трудно растворимая мочевая кислота производится из пуриновых оснований. Люди должны выделять мочевую кислоту с мочой. Если ферменты для повторного использования мочевой кислоты для создания пуриновых оснований отсутствуют, концентрация мочевой кислоты может возрасти до такой степени, что кристаллы мочевой кислоты выпадают в осадок в суставах и развивается подагра.