Kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe składają się z szeregu pojedynczych nukleotydów tworzących makrocząsteczki i jako główny składnik genów w jądrach komórkowych są nośnikami informacji genetycznej i katalizują wiele reakcji biochemicznych.

Poszczególne nukleotydy składają się z fosforanu i składnika nukleozasadowego, a także cząsteczki pierścienia pentozowego, rybozy lub dezoksyrybozy. Skuteczność biochemiczna kwasów nukleinowych opiera się nie tylko na ich składzie chemicznym, ale także na ich strukturze wtórnej, na ich trójwymiarowym ułożeniu.

Co to są kwasy nukleinowe?

Blokami budulcowymi kwasów nukleinowych są pojedyncze nukleotydy, z których każdy składa się z reszty fosforanowej, monosacharydowej rybozy lub dezoksyrybozy, każdy z 5 atomami C ułożonymi w pierścień i jedną z pięciu możliwych zasad nukleinowych. Pięć możliwych zasad nukleinowych to adenina (A), guanina (G), cytozyna (C), tymina (T) i uracyl (U).

Nukleotydy zawierające dezoksyrybozę jako składnik cukru są połączone razem, tworząc kwasy dezoksyrybonukleinowe (DNA), a nukleotydy z rybozą jako składnikiem cukrowym są budowane w kwasach rybonukleinowych (RNA). Uracyl jako zasada nukleinowa występuje wyłącznie w RNA. Uracyl zastępuje tam tyminę, którą można znaleźć tylko w DNA. Oznacza to, że do budowy DNA i RNA dostępne są tylko 4 różne nukleotydy.

W języku angielskim i międzynarodowym, a także w niemieckich artykułach technicznych, zamiast DNS zwykle używa się skrótów DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy), a zamiast RNA RNA (kwas rybonukleinowy). Oprócz naturalnie występujących kwasów nukleinowych w postaci DNA lub RNA, w chemii opracowuje się syntetyczne kwasy nukleinowe, które jako katalizatory umożliwiają określone procesy chemiczne.

Anatomia i budowa

Kwasy nukleinowe składają się z łańcucha ogromnej liczby nukleotydów. Nukleotyd zawsze składa się z monocukrowej dezoksyrybozy w kształcie pierścienia w przypadku DNA lub rybozy w przypadku RNA, a także z reszty fosforanowej i części nukleozasadowej. Ryboza i dezoksyryboza różnią się tylko tym, że w dezoksyrybozie grupa OH jest przekształcana w jon H poprzez redukcję, tj. Poprzez dodanie elektronu, dzięki czemu jest bardziej stabilna chemicznie.

Wychodząc z rybozy lub dezoksyrybozy występującej w postaci pierścienia, z których każda ma 5 atomów węgla, grupa nukleozasad jest połączona z tym samym atomem węgla dla każdego nukleotydu poprzez wiązanie N-glikozydowe. N-glikozyd oznacza, że ​​odpowiedni atom węgla cukru jest połączony z grupą NH2 zasady nukleinowej. Jeśli wyznaczysz atom C z wiązaniem glikozydowym jako nr 1, to - patrząc zgodnie z ruchem wskazówek zegara - atom C z numerem 3 jest połączony z grupą fosforanową następnego nukleotydu wiązaniem fosfodiestrowym, a atom C z numerem 3. 5 Zestryfikowany własną „własną” grupą fosforanową. Oba kwasy nukleinowe, DNA i RNA składają się z czystych nukleotydów.

Oznacza to, że centralne cząsteczki cukru w ​​nukleotydach DNA zawsze składają się z dezoksyrybozy, a te z RNA zawsze składają się z rybozy. Nukleotydy określonego kwasu nukleinowego różnią się jedynie w kolejności 4 możliwych zasad nukleinowych. DNA można traktować jako cienkie pasma, które są skręcone i uzupełnione przez komplementarny odpowiednik, tak że DNA jest zwykle obecne jako podwójna helisa. Pary zasad, adenina i tymina, a także guanina i cytozyna są zawsze naprzeciw siebie.

Funkcja i zadania

DNS i RNS mają różne zadania i funkcje. Podczas gdy DNA nie przejmuje żadnych zadań funkcjonalnych, RNA ingeruje w różne procesy metaboliczne. DNA służy jako centralne miejsce przechowywania informacji genetycznej w każdej komórce. Zawiera instrukcje budowania całego organizmu i udostępnia je w razie potrzeby.

Struktura wszystkich białek jest przechowywana w DNA w postaci sekwencji aminokwasów. W praktyce, zakodowana informacja DNA jest najpierw „kopiowana” w procesie transkrypcji i tłumaczona na odpowiednią sekwencję aminokwasową (transkrybowana). Wszystkie te niezbędne złożone funkcje robocze są wykonywane przez specjalne kwasy rybonukleinowe. RNA przejmuje zatem zadanie tworzenia komplementarnej pojedynczej nici do DNA w jądrze komórkowym i transportu go jako rybosomalnego RNA przez pory jądrowe z jądra komórkowego do cytoplazmy do rybosomów, w celu złożenia i zsyntetyzowania określonych aminokwasów w odpowiednie białka.

Ważną rolę odgrywa tRNA (transferowy RNA), który składa się ze stosunkowo krótkich łańcuchów o długości około 70 do 95 nukleotydów. TRNA ma strukturę podobną do koniczyny. Ich zadaniem jest pobranie aminokwasów dostarczonych zgodnie z kodowaniem przez DNA i udostępnienie ich rybosomom do syntezy białek. Niektóre tRNA specjalizują się w określonych aminokwasach, ale inne tRNA są odpowiedzialne za kilka aminokwasów w tym samym czasie.

Choroby

Złożone procesy związane z podziałem komórki, tj. Replikacja chromosomów i translacja kodu genetycznego na sekwencje aminokwasowe, mogą prowadzić do szeregu nieprawidłowości, które objawiają się szerokim zakresem możliwych skutków, od śmiertelnych (nieżywotnych) do ledwo zauważalnych.

W rzadkich, wyjątkowych przypadkach przypadkowe awarie mogą również prowadzić do lepszego przystosowania się osobnika do warunków środowiskowych i odpowiednio prowadzić do pozytywnych skutków. Replikacja DNA może prowadzić do spontanicznych zmian (mutacji) w poszczególnych genach (mutacja genów) lub może wystąpić błąd w rozmieszczeniu chromosomów w komórkach (mutacja genomu). Dobrze znanym przykładem mutacji genomu jest trisomia 21 - znana również jako zespół Downa.

Niekorzystne warunki środowiskowe w postaci diety niskoenzymatycznej, uporczywe sytuacje stresowe, nadmierna ekspozycja na promieniowanie UV sprzyjają uszkodzeniom DNA, co może prowadzić do osłabienia układu odpornościowego i sprzyjać tworzeniu się komórek nowotworowych. Substancje toksyczne mogą również osłabiać różnorodne funkcje RNA i prowadzić do znacznych upośledzeń.