Обмін нуклеїнової кислоти

У складі Обмін нуклеїнової кислоти мова йде про побудову та розпад ДНК нуклеїнових кислот та РНК. Обидві молекули мають завдання зберігати генетичну інформацію. Порушення в синтезі ДНК можуть призвести до мутацій і, отже, до змін генетичної інформації.

Що таке обмін нуклеїнових кислот?

Метаболізм нуклеїнової кислоти забезпечує утворення та розпад дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК) та рибонуклеїнової кислоти (РНК). ДНК тривалий час зберігає всю генетичну інформацію в ядрі клітини. РНК, в свою чергу, відповідає за синтез білка і, таким чином, передає генетичну інформацію білкам.

І ДНК, і РНК складаються з нуклеобаз, цукру та фосфатного залишку. Молекула цукру з'єднується з фосфатним залишком за допомогою етерифікації і зв'язується з двома залишками фосфату. Утворюється ланцюг повторюваних фосфатно-цукрових сполук, до яких нуклеїнова основа глюкозидно пов'язана з цукром з кожної сторони.

Окрім фосфорної кислоти та цукру, для синтезу ДНК та РНК доступні п’ять різних нуклеобаз. Дві основи азоту аденин та гуанін належать до похідних пурину, а дві азотні основи цитозин та тимін належать до похідних піримідину.

У РНК тимін був обмінений на урацил, який характеризується додатковою групою СН3. Структурна одиниця азотної основи, залишок цукру та залишок фосфату називають нуклеотидом. У ДНК утворена подвійна спіральна структура з двома молекулами нуклеїнової кислоти, які з'єднані між собою водневими зв’язками, щоб утворити подвійну ланцюг. РНК складається лише з однієї ланцюга.

Функція та завдання

Обмін нуклеїнових кислот має велике значення для зберігання та передачі генетичного коду. Генетична інформація спочатку зберігається в ДНК через послідовність азотних основ. Генетична інформація для амінокислоти кодується за допомогою трьох послідовних нуклеотидів. Послідовні основні трійні зберігають інформацію про структуру певного білкового ланцюга. Початок і кінець ланцюга задаються сигналами, які не кодують амінокислоти.

Можливі комбінації нуклеобаз і отриманих амінокислот надзвичайно великі, так що за винятком однакових близнюків немає генетично однакових організмів.

З метою передачі генетичної інформації молекулам білка, який повинен синтезуватися, спочатку формуються молекули РНК. РНК діє як передавач генетичної інформації та стимулює синтез білків. Хімічна різниця між РНК і ДНК полягає в тому, що замість дезоксирибози цукровий рибоза пов'язаний у своїй молекулі. Крім того, тимін азоту на основі обміну на урацил.

Інший залишок цукру також викликає нижчу стабільність і одноланцюговий характер РНК. Подвійна нитка в ДНК захищає генетичну інформацію від змін. Дві молекули нуклеїнової кислоти з'єднані між собою через водневі зв’язки. Однак це можливо лише при комплементарних азотних основах. У ДНК можуть бути лише пари основ аденін / тимін або гуанін / цитозин.

Коли подвійна нитка розщеплюється, додаткова нитка утворюється знову і знову. Наприклад, якщо відбувається зміна нуклеїнової основи, певні ферменти, відповідальні за це, під час відновлення ДНК розпізнають, який дефект присутній на комплементарній основі. Змінену азотну основу зазвичай правильно замінюють. Так забезпечується генетичний код. Іноді помилка може бути передана в результаті мутації.

Крім ДНК та РНК, існують також важливі мононуклеотиди, які відіграють головну роль в енергетичному обміні. До них відносяться, наприклад, ATP і ADP. АТФ - аденозинтрифосфат. Він містить залишок аденіну, рибозу та залишок трифосфату. Молекула забезпечує енергію, і коли енергія вивільняється, вона перетворюється на аденозиндифосфат, завдяки чому залишок фосфату розщеплюється.

Хвороби та недуги

Якщо під час метаболізму нуклеїнових кислот виникають розлади, можуть виникнути захворювання. У побудові ДНК можуть виникнути помилки, і в цьому випадку використовується неправильна основа ядра. Мутація відбувається. Зміни азотних основ можуть відбуватися через хімічні реакції, такі як дезамінація. Тут групи NH2 замінюються O = групами.

Зазвичай код все ще зберігається в ДНК комплементарною ланцюгом, щоб механізми відновлення могли повернутися на комплементарну азотну основу для виправлення помилки. Однак у випадку великих хімічних та фізичних впливів може виникнути така кількість дефектів, що іноді можуть бути здійснені неправильні виправлення.

Здебільшого ці мутації відбуваються в менш релевантних місцях геному, так що ніяких наслідків не варто побоюватися. Однак якщо помилка трапиться у важливому регіоні, це може призвести до серйозних змін генетичного складу з величезними наслідками для здоров'я.

Соматичні мутації часто є причиною злоякісних пухлин. Так розвиваються ракові клітини щодня. Як правило, це негайно руйнується імунною системою. Однак якщо багато мутацій утворюються внаслідок сильних хімічних або фізичних впливів (наприклад, радіації) або несправного механізму відновлення, може розвинутися рак. Це ж стосується ослабленої імунної системи.

Однак в процесі обміну нуклеїнових кислот можуть розвиватися і зовсім різні захворювання. Коли нуклеїнові основи розщеплюються, з піримідинових основ утворюється повністю багаторазовий бета-аланін. Слаборозчинна сечова кислота утворюється з пуринових основ. Людям доводиться виводити сечу з сечею. Якщо ферментів для повторного використання сечової кислоти для накопичення пуринових основ не вистачає, концентрація сечової кислоти може зрости до такої міри, що кристали сечової кислоти опадають в суглобах і розвивається подагра.