Zasady nuklearne

Zasady nuklearne są elementami budulcowymi, z których zbudowane są długie łańcuchy cząsteczek DNA i RNA w postaci fosforylowanych nukleotydów.

W DNA, które tworzy podwójne nici podobne do lin, 4 występujące zasady nukleinowe tworzą stałe pary z odpowiednią komplementarną zasadą poprzez mostki wodorowe. Zasady nukleinowe składają się z bicyklicznego szkieletu purynowego lub monocyklicznego pirymidynowego szkieletu.

Co to są zasady nukleinowe?

Cztery zasady nukleinowe, adenina, guanina, cytozyna i tymina, jako elementy składowe długich łańcuchów cząsteczek podwójnej helisy DNA, tworzą stałe pary adenina-tymina (A-T) i guanina-cytozyna (G-C).

Każda z dwóch zasad, adeniny i guaniny, składa się ze zmodyfikowanych sześciopierścieniowych sześcio- i pięciopierścieniowych zasad purynowych i dlatego są również określane jako zasady purynowe. Podstawowa struktura pozostałych dwóch zasad nukleinowych, cytozyny i tyminy, składa się z heterocyklicznego aromatycznego sześcioczłonowego pierścienia, który odpowiada zmodyfikowanemu szkieletowi pirymidynowemu, dlatego też określa się je również jako zasady pirymidynowe. Ponieważ RNA występuje głównie w postaci pojedynczych nici, początkowo nie ma tam par zasad. Ma to miejsce tylko podczas replikacji przez mRNA (informacyjny RNA).

Kopia nici RNA składa się z komplementarnych zasad nukleinowych analogicznych do drugiej nici DNA. Jedyna różnica polega na tym, że uracyl zastępuje tyminę w RNA. Cząsteczki łańcucha DNA i RNA nie są tworzone w czystej postaci przez zasady nukleinowe, ale zamiast tego, w przypadku DNA, łączą się z 5-cukrową dezoksyrybozą, tworząc odpowiedni nukleozyd. W przypadku RNA grupa cukrów składa się z rybozy. Ponadto nukleozydy są fosforylowane do tak zwanych nukleotydów z resztą fosforanową.

Zasady purynowe hipoksantyna i ksantyna, które są również obecne w DNA i RNA, odpowiadają zmodyfikowanej tyminie. Hipoksantyna powstaje z adeniny poprzez zastąpienie grupy aminowej (-NH3) grupą hydroksylową (-OH), a ksantyna powstaje z guaniny. Obie zasady nukleinowe nie biorą udziału w transmisji informacji genetycznej.

Funkcja, efekt i zadania

Jedną z najważniejszych funkcji zasad nukleinowych tworzących podwójne nici DNA jest wykazywanie obecności w zamierzonym miejscu.

Sekwencja zasad nukleinowych odpowiada kodowi genetycznemu i określa rodzaj i sekwencję aminokwasów, z których zbudowane są białka. Oznacza to, że najważniejszą funkcją nukleozasad jako części DNA jest pasywna, statyczna rola, tj. Nie ingerują one aktywnie w metabolizm, a ich struktura biochemiczna nie jest zmieniana przez informacyjny RNA (mRNA) podczas procesu odczytu. To częściowo wyjaśnia długowieczność DNA.

Okres półtrwania mitochondrialnego DNA (mtDNA), podczas którego rozpada się połowa pierwotnie istniejących wiązań między nukleozasadami, jest silnie zależny od warunków środowiskowych i waha się od około 520 lat w średnich warunkach z dodatnimi temperaturami i do 150000 lat w warunkach wiecznej zmarzliny .

Jako część RNA, zasady nukleinowe odgrywają nieco bardziej aktywną rolę. Zasadniczo, gdy komórki się dzielą, podwójne nici DNA są rozbijane i oddzielane od siebie, aby móc utworzyć nić komplementarną, mRNA, które, że tak powiem, tworzy roboczą kopię materiału genetycznego i służy jako podstawa do selekcji i sekwencji aminokwasów, z których planowane białka są składane. Inna zasada nukleinowa, dihydrouracyl, występuje tylko w tak zwanym transportowym RNA (tRNA), który służy do transportu aminokwasów podczas syntezy białek.

Niektóre zasady nukleinowe pełnią zupełnie inną funkcję jako część enzymów, które aktywnie katalitycznie umożliwiają i kontrolują określone procesy biochemiczne. Adenina spełnia swoje najbardziej znane zadanie jako nukleotyd w bilansie energetycznym komórek. W tym przypadku adenina odgrywa ważną rolę jako donor elektronów jako difosforan adenozyny (ADP) i trifosforan adenozyny (ATP), a także jako składnik dinukleotydu nikotynamidoadeninowego (NAD).

Edukacja, występowanie, właściwości i optymalne wartości

W formie niefosforylowanej zasady nukleinowe składają się wyłącznie z węgla, wodoru i tlenu, substancji, które są wszechobecne i swobodnie dostępne. Organizm jest zatem w stanie samodzielnie syntetyzować zasady nukleinowe, ale proces ten jest złożony i energochłonny.

Dlatego korzystne jest odzyskiwanie kwasów nukleinowych przez recykling, np. B. poprzez rozpad białek zawierających określone związki, które można wyodrębnić i przekształcić w kwasy nukleinowe przy niewielkim wydatku energetycznym lub nawet z zyskiem energetycznym. Kwasy nukleinowe zwykle nie występują w organizmie w czystej postaci, ale głównie jako nukleozydy lub deoksyrybozydy z przyłączoną cząsteczką rybozy lub dezoksyrybozy. Jako składnik DNA i RNA oraz jako składnik niektórych enzymów, kwasy nukleinowe lub ich nukleozydy są również odwracalnie fosforylowane jedną do trzech grup fosforanowych (PO4-).

Nie ma wartości odniesienia dla optymalnej podaży zasad nukleinowych. Niedobór lub nadmiar zasad nukleinowych można określić tylko pośrednio poprzez określone zaburzenia metaboliczne.

Choroby i zaburzenia

Rodzaj niebezpieczeństw, zakłóceń i zagrożeń, które wiążą się z zasadami nukleinowymi, to błędy w liczbie i sekwencji nici DNA lub RNA, które prowadzą do zmiany w kodowaniu syntezy białek.

Jeśli organizm nie może naprawić usterki poprzez swoje mechanizmy naprawcze, dochodzi do syntezy biologicznie nieaktywnych lub nadających się do użytku białek, co z kolei może prowadzić do łagodnych do poważnych zaburzeń metabolicznych. Może np. B. obecne są mutacje genów, które od samego początku mogą wywoływać choroby objawowe poprzez zaburzenia metaboliczne, które mogą być nieuleczalne. Ale nawet w zdrowym genomie błędy kopiowania mogą wystąpić podczas replikacji łańcuchów DNA i RNA, co wpływa na metabolizm.

Znane zaburzenie metaboliczne równowagi puryn to z. B. powrót do defektu genetycznego na chromosomie x. Z powodu defektu genetycznego hipoksantyna i guanina w zasadach purynowych nie mogą być poddane recyklingowi, co ostatecznie sprzyja tworzeniu się kamieni moczowych i dnie moczanowej w stawach.