Нуклеїнові кислоти складаються з ряду окремих нуклеотидів для утворення макромолекул і, як основний компонент генів в ядрах клітин, є носіями генетичної інформації і вони каталізують багато біохімічних реакцій.
Кожні окремі нуклеотиди складаються з фосфату та компонента нуклеобази, а також молекули рибози або дезоксирибози пентозного кільця. Біохімічна ефективність нуклеїнових кислот ґрунтується не тільки на їх хімічному складі, а й на їх вторинній структурі, на їх тривимірному розташуванні.
Що таке нуклеїнові кислоти?
Складовими елементами нуклеїнових кислот є окремі нуклеотиди, кожен з яких складається з фосфатного залишку, моносахаридної рибози або дезоксирибози, кожен з 5 атомів С, розташованих у кільці та однієї з п'яти можливих нуклеобаз. П'ять можливих нуклеобаз - аденін (A), гуанін (G), цитозин (C), тимін (T) та урацил (U).
Нуклеотиди, що містять дезоксирибозу як цукровий компонент, з’єднуються разом для утворення дезоксирибонуклеїнових кислот (ДНК), а нуклеотиди з рибозою як компонента цукру вбудовуються в рибонуклеїнові кислоти (РНК). Урацил як нуклеїнова основа зустрічається виключно в РНК. Урацил замінює там тимін, який знаходиться лише в ДНК. Це означає, що для структури ДНК та РНК доступні лише 4 різних нуклеотидів.
В англійському та міжнародному вжитку, а також у німецьких технічних статтях абревіатури ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) зазвичай використовуються замість ДНК та РНК (рибонуклеїнова кислота) замість РНК. Окрім нуклеїнових кислот, що зустрічаються в природі у формі ДНК або РНК, в хімії розробляються синтетичні нуклеїнові кислоти, які як каталізатори дають змогу здійснювати певні хімічні процеси.
Анатомія та структура
Нуклеїнові кислоти складаються з ланцюга величезної кількості нуклеотидів. Нуклеотид завжди складається з кільцеподібної моносухарної дезоксирибози у випадку ДНК або рибози у випадку РНК, а також фосфатного залишку та частини нуклеобази. Рибоза та дезоксирибоза відрізняються лише тим, що в дезоксирибозі група OH перетворюється в іон Н шляхом відновлення, тобто додаванням електрона, і, таким чином, стає більш хімічно стійкою.
Починаючи з рибози або дезоксирибози, присутньої у формі кільця, кожне з 5 атомами вуглецю, група нуклеобаз пов'язана з одним і тим же атомом вуглецю для кожного нуклеотиду за допомогою N-глікозидної зв'язку. N-глікозидний означає, що відповідний атом вуглецю цукру з'єднаний з групою NH2 нуклеобази. Якщо ви позначаєте атом С з глікозидною зв'язком як № 1, то, дивлячись за годинниковою стрілкою, - атом С з № 3 з'єднується з фосфатною групою наступного нуклеотиду через фосфодіефірний зв’язок, а атом С - з Ні. 5 Етерифіковано власною фосфатною групою. Обидві нуклеїнові кислоти, ДНК і РНК складаються з чистих нуклеотидів.
Це означає, що центральні молекули цукру нуклеотиди ДНК завжди складаються з дезоксирибози, а РНК завжди складаються з рибози. Нуклеотиди певної нуклеїнової кислоти відрізняються лише в порядку 4 можливих нуклеїнових основ. ДНК можна розглядати як тонкі смуги, які скручені навколо і завершені додатковим аналогом, так що ДНК зазвичай присутня як подвійна спіраль. Базові пари аденін і тимін, а також гуанін і цитозин завжди є один проти одного.
Функція та завдання
DNS і RNS мають різні завдання та функції. Поки ДНК не приймає жодних функціональних завдань, РНК втручається в різні обмінні процеси. ДНК служить центральним місцем зберігання генетичної інформації у кожній клітині. Він містить інструкції щодо побудови для всього організму і при необхідності робить їх доступними.
Структура всіх білків зберігається в ДНК у вигляді амінокислотних послідовностей. У практичній реалізації кодована інформація ДНК спочатку "копіюється" в процесі транскрипції та переводиться у відповідну послідовність амінокислот (транскрибується). Усі ці необхідні складні робочі функції виконуються спеціальними рибонуклеїновими кислотами. Таким чином, РНК бере на себе завдання сформувати комплементарну одиночну ланцюг до ДНК всередині ядра клітини і транспортувати її як рибосомальну РНК через ядерні пори з ядра клітини в цитоплазму до рибосом, щоб зібрати і синтезувати певні амінокислоти в призначених білках.
Важливу роль відіграє тРНК (переносна РНК), яка складається з відносно коротких ланцюгів приблизно від 70 до 95 нуклеотидів. ТРНК має структуру, що нагадує конюшину. Їх завдання полягає в тому, щоб взяти амінокислоти, надані відповідно до кодування ДНК, і зробити їх доступними рибосомам для синтезу білка. Деякі тРНК спеціалізуються на певних амінокислотах, але інші тРНК відповідають за кілька амінокислот одночасно.
Хвороби
Складні процеси, пов'язані з поділом клітин, тобто реплікація хромосом і переклад генетичного коду в амінокислотні послідовності, можуть призвести до ряду несправностей, які проявляються в широкому діапазоні можливих ефектів від летальних (нежиттєздатних) до ледь помітних.
У рідкісних виняткових випадках випадкові несправності також можуть призвести до поліпшення адаптації особистості до умов навколишнього середовища і відповідно призводити до позитивних наслідків. Реплікація ДНК може призвести до спонтанних змін (мутацій) в окремих генах (мутація генів) або може виникнути помилка в розподілі хромосом в клітинах (мутація геному). Відомий приклад мутації геному - трисомія 21 - також відомий як синдром Дауна.
Несприятливі умови навколишнього середовища у вигляді дієти з низьким вмістом ферментів, стійкі стресові ситуації, надмірне вплив УФ-випромінювання сприяють пошкодженню ДНК, що може призвести до ослаблення імунної системи та сприяти утворенню ракових клітин. Токсичні речовини також можуть погіршити різноманітні функції РНК і призвести до значних порушень.
