Nukleinsäuren

Allgemeinheit

Nukleinsäuren sind große biologische Moleküle DNA und RNA, deren Vorhandensein und Funktion, innerhalb von lebenden Zellen, sind entscheidend für das Überleben des letzteren.
Eine generische Nukleinsäure stammt aus der Vereinigung einer großen Anzahl von Nukleotiden in linearen Ketten.

DNA

Abbildung: DNA-Molekül.

Nukleotide sind kleine Moleküle, an denen drei Elemente beteiligt sind: eine Phosphatgruppe, eine stickstoffhaltige Base und ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen.

Nukleinsäuren sind entscheidend für das Überleben des Organismus, wie bei der Synthese von Proteinen, Molekülen wesentlich für die richtige Durchführung der zellulären Mechanismen zusammenwirken.
DNA und RNA unterscheiden sich in einigen Aspekten untereinander.
Zum Beispiel hat die DNA zwei antiparallele Nukleotidketten und hat wie 5-Kohlenstoff-Zucker Desoxyribose. RNA dagegen hat normalerweise eine einzelne Nukleotidkette und Ribose als 5-Kohlenstoff-Zucker.

Was sind Nukleinsäuren?

Nukleinsäuren sind biologische Makromoleküle DNA und RNA, die Anwesenheit von denen in den Zellen von Lebewesen, ist es wesentlich für das Überleben und die richtige Entwicklung des letzteren.
Gemäß einer anderen Definition liegen die Nukleinsäuren Biopolymere aus der Vereinigung ergeben, in langen linearen Ketten, eine große Anzahl von Nukleotiden.
Ein Biopolymer oder natürliches Polymer ist eine große biologische Verbindung, die aus den gleichen molekularen Einheiten besteht, die als Monomere bezeichnet werden.

NUKLEINSÄUREN: WER IST IM BESITZ?

Nukleinsäuren liegen nicht nur in den Zellen von eukaryotischen und prokaryotischen Organismen, sondern auch in zellfreien Lebensformen, wie Viren und Zellorganellen, wie Mitochondrien und Chloroplasten.

Allgemeine Struktur

Auf der Basis der vorhergehenden Definitionen sind die Nukleotide die molekularen Einheiten, aus denen die Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen.
Daher werden sie das Hauptthema dieses Kapitels sein, das der Struktur von Nukleinsäuren gewidmet ist.

STRUKTUR EINES GENERISCHEN NUKLEOTIDS

Ein generisches Nukleotid ist eine Verbindung organischer Natur, das Ergebnis der Vereinigung von drei Elementen:

  • Eine Phosphatgruppe, die ein Derivat der Phosphorsäure ist;
  • Eine Pentose, das ist ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen;
  • Eine stickstoffhaltige Base, die ein aromatisches heterocyclisches Molekül ist.

Die Pentose stellt das zentrale Element der Nukleotide dar, da für sie die Phosphatgruppe und die Stickstoffbase gebunden sind.

Nucleotid

Abbildung: Elemente, die ein generisches Nukleotid einer Nukleinsäure darstellen. Wie zu sehen ist, sind die Phosphatgruppe und die stickstoffhaltige Base an den Zucker gebunden.

Die chemische Bindung, die die Pentose und die Phosphatgruppe zusammenhält, ist eine Phosphodiesterverbindung, während die chemische Bindung, die die Pentose und die Stickstoffbase verbindet, eine N-glycosidische Bindung ist.

WIE TEILT DIE PENTOSIE AN DEN VERSCHIEDENEN BONDS MIT DEN ANDEREN ELEMENTEN?

Premise: Chemiker haben gedacht, um die Kohlenstoffatome der Numerierung, die die organischen Moleküle in einer solchen Weise bilden, wie das Studium und die Beschreibung zu vereinfachen. Hier ist also, dass eine 5-Kohlenstoff-Pentose werden: Carbon 1, Carbon 2, 3 Kohlenstoff, Kohlenstoff-4 und C-5.

Das Kriterium für die Zuweisung von Nummern ist ziemlich komplex, daher halten wir es für angebracht, die Erklärung wegzulassen.
Von den 5 Kohlenstoffatomen, die Pentose der Nukleotide bilden, sind solche, beteiligt in Verbindungen mit der stickstoffhaltigen Base und der Phosphatgruppe bzw. der Kohlenstoff 1 und Kohlenstoff 5.

  • Kohlenstoff 1 von Pentose → N-glykosidische Bindung → Stickstoffbase
  • Kohlenstoff 5 von Pentose → Phosphodiesterbindung → Phosphatgruppe

WELCHE ART VON CHEMISCHEN LINK KOMBINIERT NUKLEINSÄURE-Nukleotide?

Nucleotid

Abbildung: Struktur einer Pentose, Nummerierung ihrer Kohlenbestandteile und Bindungen mit Stickstoffbasen und Phosphatgruppen.

Beim Zusammensetzen von Nukleinsäuren sind Nukleotide in langen linearen Ketten organisiert, besser bekannt als Filamente.
Jedes Nukleotid, das diese langen Stränge bildet, bindet an das nächste Nukleotid mittels einer Phosphodiesterbindung zwischen dem Kohlenstoff 3 seiner Pentose und der Phosphatgruppe des unmittelbar folgenden Nukleotids.

EXTREMITÄTEN

Die Nukleotide Filamenten (Filamente oder Polynukleotid), welche die Nukleinsäuren dar, haben zwei Enden, conosciutecome 5'-Ende (read ‚five erstes Ende‘ bezeichnet) und das 3'-Ende (read „endet drei ersten“). Durch Konvention haben Biologen und Genetiker festgestellt, dass das 5'-Ende den Kopf eines Nukleinsäure bildenden Stranges darstellt, während das 3'-Ende seinen Schwanz darstellt.
Vom chemischen Standpunkt aus, ‚zusammenfällt Ende von Nukleinsäuren mit der Phosphatgruppe des ersten Nukleotid der Kette, während der 3‘ die 5'-Ende von Nukleinsäuren mit der Hydroxylgruppe übereinstimmt (OH) am Kohlenstoff 3 des letzten Nucleotids.
Es wird nach dieser Organisation, die, in den Büchern der Genetik und Molekularbiologie, die Filamente von Nukleotiden einer Nukleinsäure, werden wie folgt beschrieben: P-5 ‚→ 3'-OH.

* Hinweis: Der Buchstabe P steht für das Phosphoratom der Phosphatgruppe.


Die Anwendung der Konzepte des Endes 5 'und 3'-Ende zu einem einzigen Nucleotid, die 5'-Ende des letzteren ist die an Kohlenstoff gebunden Phosphatgruppe 5, während seines 3'-Ende die Hydroxylgruppe an C-3 verbunden ist.
In beiden Fällen wird der Leser eingeladen, auf die numerische Wiederholung zu zahlen: Ende 5 ‚- Phosphat-Gruppe auf Kohlenstoff 5 und Enden 3‘ - Hydroxylgruppe am Kohlenstoff 3.

Allgemeine Funktion

Nukleinsäuren enthalten, transportieren, entschlüsseln und exprimieren genetische Informationen in Proteinen.
Hergestellt aus Aminosäuren, Proteinen ​​sind biologische Makromoleküle, die bei der Regulierung der zellulären Mechanismen eines lebenden Organismus eine wichtige Rolle spielen.
Die genetische Information hängt von der Nukleotidsequenz ab, aus der die Filamente der Nukleinsäuren bestehen.

Hinweise auf die Geschichte

Der Verdienst der Entdeckung von Nukleinsäuren, die 1869 auftrat, gehört dem Schweizer Arzt und Biologen Friedrich Miescher.
Miescher hat seine Befunde bei der Untersuchung des Zellkerns von Leukozyten gemacht, um die innere Zusammensetzung besser zu verstehen.
Die Miescher Experimente stellten einen Durchbruch auf dem Gebiet der Molekularbiologie und Genetik, weil es eine Reihe von Studien initiiert gab, die zur Identifizierung der Struktur der DNA (Watson und Crick 1953) geführt und RNA, zur Kenntnis Mechanismen der genetischen Vererbung und die Identifizierung der genauen Prozesse der Proteinsynthese.

Ursprung des Namens

Nukleinsäuren hat diesen Namen, weil sie Miescher im Kern von Leukozyten getupft (core - Nucleic) und entdeckte, dass die Phosphatgruppe enthalten ist, ein Derivat der Phosphorsäure (Phosphoratom - Säuren).

DNA

Unter den bekannten Nukleinsäuren ist die DNA am bekanntesten, da sie das Lagerhaus für genetische Information (oder Gene) darstellt, die dazu dienen, die Entwicklung und das Wachstum der Zellen eines lebenden Organismus zu steuern.
Das Akronym DNA bedeutet Desoxyribonukleinsäure oder Desoxyribonukleinsäure.

DOPPEL ELICA

Um die Struktur der Nukleinsäure-DNA zu erklären, schlugen die Biologen James Watson und Francis Crick 1953 das - später offenbarte - Modell der sogenannten "Doppelhelix" vor.
Basierend auf dem "Doppelhelix" -Modell ist die DNA ein großes Molekül, das aus der Vereinigung von zwei langen Strängen antiparalleler Nukleotide resultiert und spiralförmig miteinander verwunden ist.
Der Ausdruck "antiparallel" gibt an, dass die zwei Filamente eine entgegengesetzte Orientierung haben, das heißt: der Kopf und der Schwanz eines Filaments wechselwirken jeweils mit dem Schwanz und dem Kopf des anderen Filaments.


Gemäß einem weiteren wichtigen Punkt des „double helix“ -Modell, besitzen die Nukleotide der Nukleinsäure-DNA, eine Anordnung derart, daß die Stickstoffbasen in Richtung der Mittelachse jeder Spirale ausgerichtet sind, während die Pentose-Zucker und Phosphatgruppen bilden das Rückgrat von letzterem.

WAS IST DIE PENTOSE DER DNA?

Die Pentose, die die Nukleotide der Nukleinsäure-DNA ist, ist Desoxyribose.
Dieser Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen verdankt seinen Namen dem Fehlen von Sauerstoffatomen auf Kohlenstoff 2. Schließlich bedeutet Desoxyribose "sauerstofffrei".

Desoxyribose

Abbildung: Desoxyribose.

Aufgrund der Anwesenheit von Desoxyribose werden die Nukleinsäuren der Nukleinsäure DNA Desoxyribonukleotide genannt.

TYPEN VON Nukleotidbasen UND STICKSTOFF

DNA-Nukleinsäure hat 4 verschiedene Arten von Desoxyribonukleotiden.
Zur Unterscheidung der 4 verschiedenen Arten von Desoxyribonukleotiden ist nur die stickstoffhaltige Base, verbunden mit der Pentose-Phosphatgruppenbildung (welche im Gegensatz zur Stickstoffbase nie variiert).
Aus offensichtlichen Gründen daher sind die Stickstoffbasen des DNA 4, nämlich: Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T).
Das Adenin und Guanin gehören zu der Klasse von Purin, heterocyclischen aromatischen Verbindungen Doppelring.
Cytosin und Thymin fallen andererseits in die Kategorie von Pyrimidinen, einkernigen aromatischen heterocyclischen Verbindungen.
Mit dem "Doppelhelix" -Modell erklärten Watson und Crick auch, wie die stickstoffhaltigen Basen in der DNA organisiert sind:

  • Jede Stickstoffbase eines Filaments verbindet sich mittels Wasserstoffbindungen mit einer stickstoffhaltigen Base, die an dem antiparallelen Filament vorhanden ist, und bildet tatsächlich ein Paar, eine Paarung von Basen.
  • Die Paarung zwischen den Stickstoffbase der beiden Stränge ist hochspezifisch. In der Tat verbindet Adenin nur Thymin, während Cytosin nur an das Guanin bindet.
    Diese wichtige Entdeckung führte Molekularbiologen und Genetiker, die die Begriffe „Komplementarität zwischen den Stickstoffbasen“ und „Paarungen zwischen komplementären Stickstoffbasen“ geprägt, um die Einzigartigkeit des Verbinden Adenin mit Thymin und Cytosin mit Guanin anzuzeigen. .

WO BEINHALT ES SICH INNERHALB DER LEBENSZELLEN?

In eukaryotischen Organismen (Tieren, Pflanzen, Pilzen und Protisten) befindet sich DNA-Nukleinsäure im Kern aller Zellen mit dieser zellulären Struktur.

In prokaryotischen Organismen (Bakterien und Archaeabakterien) hingegen liegt die Nukleinsäure-DNA im Zytoplasma, da den prokaryotischen Zellen der Kern fehlt.

Dna Stickstoffbasen

RNA

Unter den zwei natürlich vorkommenden Nukleinsäuren stellt RNA das biologische Makromolekül dar, das die Nukleotide der DNA in die Aminosäuren überführt, die die Proteine ​​bilden (Proteinsyntheseverfahren).
Tatsächlich ist die Nukleinsäure-RNA vergleichbar mit einem Wörterbuch der genetischen Information, über die Nukleinsäure-DNA berichtet wurde.
Das Akronym RNA bedeutet Ribonukleinsäure.

Unterschiede, die es von der DNA unterscheiden

Die Nukleinsäure-RNA weist im Vergleich zur DNA unterschiedliche Unterschiede auf:

  • RNA ist ein biologisches Molekül, das kleiner als die DNA ist und normalerweise aus einem einzelnen Nukleotidstrang gebildet wird.
  • Die Pentose die Nukleotide von Ribonukleinsäure ist Ribose. Anders als Desoxyribose hat Ribose ein Sauerstoffatom an Kohlenstoff 2.
    Aufgrund der Anwesenheit von Ribosezucker haben Biologen und Chemiker der RNA den Namen Ribonucleinsäure zugewiesen.
  • Die Nukleotide der Nukleinsäure RNA sind auch unter dem Namen von Ribonukleotiden bekannt.
  • Die RNA-Nukleinsäure-Anteile mit der DNA nur 3 von Stickstoffbasen 4. Anstelle von Thymin in der Tat stellt die stickstoffhaltige Base Uracil.
  • Die RNA kann in verschiedenen Kompartimenten der Zelle, aus dem Zellkern in das Zytoplasma befinden.

RNA-Typen

Desoxyribose

Abbildung: die Ribose.

Im Innern der lebenden zellulären, besteht die Nukleinsäure RNA in vier Hauptformen: der Transport RNA (oder Transfer-RNA oder tRNA), Boten-RNA (messenger RNA oder oder mRNA), Ribosomale RNA (ribosomale oder RNA oder rRNA) und die kleine nukleare RNA (oder kleine nukleare RNA oder snRNA).
Obwohl sie verschiedene spezifische Rollen abdecken, kooperieren die vier oben genannten Formen von RNA für ein gemeinsames Ziel: die Synthese von Proteinen ausgehend von den in der DNA vorhandenen Nukleotidsequenzen.

Künstliche Modelle

In den letzten Jahrzehnten haben Molekularbiologen im Labor verschiedene Nukleinsäuren synthetisiert, die mit dem Adjektiv "künstlich" identifiziert wurden.
Unter den künstlichen Nukleinsäuren verdienen eine besondere Erwähnung: TNA, PNA, LNA und GNA.