A nukleinsavak olyan genetikai információkat tárolnak és továbbítanak, amelyeket őseinktől örököltünk. Ha gyermekei vannak, az ő genomjukban lévő genetikai információit rekombináljuk és kombináljuk partnere genetikai információival. A saját genom minden egyes sejtosztódáskor megkettőződik. Ezenkívül a nukleinsavak bizonyos géneknek nevezett szegmenseket tartalmaznak, amelyek felelősek a sejtekben lévő összes fehérje szintéziséért. A gének tulajdonságai szabályozzák tested biológiai jellemzőit.
Általános információ
A nukleinsavaknak két osztálya van: dezoxiribonukleinsav (ismertebb nevén DNS) és ribonukleinsav (ismertebb nevén RNS).
A DNS egy gének fonalszerű lánca, amely szükséges az összes ismert élő szervezet és a legtöbb vírus növekedéséhez, fejlődéséhez, életéhez és szaporodásához.
A többsejtű szervezetek DNS-ében bekövetkező változások változásokhoz vezetnek a következő generációkban.
A DNS egy biogenetikai szubsztrát,minden létező élőlényben megtalálható, a legegyszerűbb élő szervezetektől a jól szervezett emlősökig.
Sok vírusrészecske (virion) tartalmaz RNS-t a sejtmagban genetikai anyagként. Meg kell azonban említeni, hogy a vírusok az élő és élettelen természet határán helyezkednek el, mivel a gazdaszervezet sejtes apparátusa nélkül inaktívak maradnak.
Történelmi háttér
1869-ben Friedrich Miescher sejtmagokat izolált a fehérvérsejtekből, és megállapította, hogy azok egy foszforban gazdag anyagot tartalmaznak, amelyet nukleinnek nevezett.
Hermann Fischer az 1880-as években fedezte fel a purin- és pirimidinbázisokat a nukleinsavakban.
1884-ben R. Hertwig azt javasolta, hogy a nukleinok felelősek az örökletes tulajdonságok átviteléért.
1899-ben Richard Altmann megalkotta a "magsav" kifejezést.
Később, a 20. század 40-es éveiben Kaspersson és Brachet tudósok felfedezték a kapcsolatot a nukleinsavak és a fehérjeszintézis között.
Nukleotidok
A polinukleotidok sok nukleotidból épülnek fel – láncokba kapcsolt monomerekből.
A nukleinsavak szerkezetében nukleotidokat izolálnak, amelyek mindegyike a következőket tartalmazza:
- Nitrogénbázis.
- Pentózcukor.
- Foszfátcsoport.
Minden nukleotid tartalmaz egy nitrogéntartalmú aromás bázist, amely egy pentóz (öt szénatomos) szacharidhoz kapcsolódik, amely viszont egy foszforsav-maradékhoz kapcsolódik. Az ilyen monomerek egymással kombinálva polimereket képeznekláncok. Ezeket kovalens hidrogénkötésekkel kötik össze, amelyek az egyik lánc foszformaradéka és a másik lánc pentózcukra között fordulnak elő. Ezeket a kötéseket foszfodiészter kötéseknek nevezzük. A foszfodiészter kötések alkotják a DNS és az RNS foszfát-szénhidrát gerincét (vázát).
Dezoxiribonukleotid
Vegyük figyelembe a sejtmagban található nukleinsavak tulajdonságait. A DNS alkotja sejtjeink magjának kromoszóma-apparátusát. A DNS tartalmazza a "szoftver utasításokat" a sejt normál működéséhez. Amikor egy sejt reprodukálja a saját fajtáját, ezek az utasítások a mitózis során továbbadódnak az új sejtnek. A DNS úgy néz ki, mint egy kettős szálú makromolekula, amely kettős spirális fonalba csavarodott.
A nukleinsav egy foszfát-dezoxiribóz-szacharidvázat és négy nitrogénbázist tartalmaz: adenint (A), guanint (G), citozint (C) és timint (T). A kétszálú hélixben az adenin a timinnel (A-T), a guanin a citozinnal (G-C) párosul.
1953-ban James D. Watson és Francis H. K. Crick a DNS háromdimenziós szerkezetét javasolta alacsony felbontású röntgenkrisztallográfiai adatokon. Ut altak Erwin Chargaff biológus megállapításaira is, miszerint a DNS-ben a timin mennyisége az adenin mennyiségével, a guanin mennyisége pedig a citozin mennyiségével egyenértékű. Watson és Crick, akik 1962-ben Nobel-díjat kaptak a tudományhoz való hozzájárulásukért, azt feltételezték, hogy a polinukleotidok két szála kettős hélixet alkot. A szálak, bár azonosak, ellentétes irányba csavarodnak.irányokat. A foszfát-szén láncok a hélix külső oldalán, míg a bázisok a belsejében helyezkednek el, ahol kovalens kötésekkel kötődnek a másik lánc bázisaihoz.
Ribonukleotidok
Az RNS-molekula egyszálú spirálszálként létezik. Az RNS szerkezete foszfát-ribóz szénhidrátvázat és nitrátbázisokat tartalmaz: adenint, guanint, citozint és uracilt (U). Amikor a transzkripció során RNS jön létre a DNS-templáton, a guanin citozinnal (G-C), az adenin pedig uracillal (A-U) párosul.
RNS-fragmenseket használnak a fehérjék reprodukálására minden élő sejten belül, ami biztosítja azok folyamatos növekedését és osztódását.
A nukleinsavaknak két fő funkciója van. Először is segítik a DNS-t azáltal, hogy közvetítőként szolgálnak, és továbbítják a szükséges örökletes információkat testünk számtalan riboszómájához. Az RNS másik fő funkciója a megfelelő aminosav szállítása, amelyre minden riboszómának szüksége van egy új fehérje előállításához. Az RNS-nek több különböző osztálya van.
Az üzenetküldő RNS (mRNS vagy mRNS – templát) a transzkripció eredményeként kapott DNS-szakasz alapszekvenciájának másolata. A hírvivő RNS közvetítőként szolgál a DNS és a riboszómák között – olyan sejtszervecskék között, amelyek aminosavakat fogadnak el a transzfer RNS-ből, és polipeptidláncot építenek fel.
A transzfer RNS (tRNS) aktiválja az örökletes adatok kiolvasását a hírvivő RNS-ből, ami a transzlációs folyamatot eredményeziribonukleinsav - fehérjeszintézis. A megfelelő aminosavakat is eljuttatja oda, ahol a fehérje szintetizálódik.
A riboszómális RNS (rRNS) a riboszómák fő építőköve. Megköti a templát ribonukleotidot egy bizonyos helyen, ahol le lehet olvasni az információit, ezzel elindítja a fordítási folyamatot.
A MiRNS-ek kis RNS-molekulák, amelyek számos gén szabályozójaként működnek.
A nukleinsavak funkciói rendkívül fontosak általában az élet és minden egyes sejt számára. A sejt szinte minden funkcióját RNS és DNS segítségével szintetizált fehérjék szabályozzák. Az enzimek, fehérjetermékek katalizálják az összes létfontosságú folyamatot: a légzést, az emésztést, az anyagcsere minden típusát.
A nukleinsavak szerkezete közötti különbségek
| Dezoskiribonucleotide | Ribonukleotid | |
| Funkció | Örökletes adatok hosszú távú tárolása és továbbítása | A DNS-ben tárolt információk átalakítása fehérjékké; aminosavak szállítása. Egyes vírusok örökletes adatainak tárolása. |
| monoszacharid | Dezoxiribóz | Ribose |
| Struktúra | Kettős szálú spirálforma | Egyszálas spirális forma |
| Nitrát bázisok | T, C, A, G | U, C, G, A |
A nukleinsavbázisok megkülönböztető tulajdonságai
Adenin és guanin ált altulajdonságaik purinok. Ez azt jelenti, hogy molekulaszerkezetük két összeolvadt benzolgyűrűt tartalmaz. A citozin és a timin pedig a pirimidinekhez tartoznak, és egy benzolgyűrűjük van. Az RNS monomerek adenin, guanin és citozin bázisok felhasználásával építik fel láncaikat, és timin helyett uracilt (U) adnak hozzá. A pirimidin és purin bázisok mindegyikének megvan a maga egyedi szerkezete és tulajdonságai, saját funkciós csoportjai, amelyek a benzolgyűrűhöz kapcsolódnak.
A molekuláris biológiában speciális egybetűs rövidítéseket használnak a nitrogéntartalmú bázisok jelölésére: A, T, G, C vagy U.
Pentózcukor
A különböző nitrogénbázisok mellett a DNS- és RNS-monomerek pentózcukrukban is különböznek. Az ötatomos szénhidrát a DNS-ben dezoxiribóz, míg az RNS-ben ribóz. Felépítésükben szinte azonosak, egyetlen különbséggel: a ribóz hidroxilcsoportot ad, míg a dezoxiribózban hidrogénatom helyettesíti.
Következtetések
A biológiai fajok evolúciójában és az élet folytonosságában a nukleinsavak szerepét nem lehet túlbecsülni. Az élő sejtek összes magjának szerves részeként felelősek a sejtekben előforduló összes létfontosságú folyamat aktiválásáért.
