Sisu
- DNA üldised omadused
- RNA üldised omadused
- Lämmastiku alused
- Transkriptsioon ja tõlge
- DNA ahelatest kromosoomideni
- Tuumahapped ja elu tekkimine
- Meditsiinilised ravimeetodid
Looduses oluliste nukleiinhapete hulka kuuluvad desoksüribonukleiinhape ehk DNA ja ribonukleiinhape ehk RNA. Neid nimetatakse hapeteks, kuna nad on prootonite (s.o vesiniku aatomi) doonorid ja seetõttu kannavad nad negatiivset laengu.
Keemiliselt on DNA ja RNA polümeerid, mis tähendab, et need koosnevad korduvatest üksustest, sageli väga suurest arvust neist. Neid üksusi nimetatakse nukleotiidid. Kõik nukleotiidid sisaldavad omakorda kolme eraldiseisvat keemilist osa: pentoossuhkur, fosfaatrühm ja lämmastikalus.
DNA erineb RNA-st kolmel peamisel viisil. Üks on see, et suhkur, mis moodustab nukleiinhappemolekuli strukturaalse "selgroo", on desoksüboos, samas kui RNA-s on see riboos. Kui olete keemilise nomenklatuuriga üldse kursis, saate aru, et see on väike erinevus üldises struktuuriskeemis; riboosil on neli hüdroksüülrühma (-OH), desoksüribroosil aga kolm.
Teine erinevus seisneb selles, et kuigi üks neljast DNA-s leiduvast lämmastikalusest on tümiin, on vastav alus RNA-s uratsiil. Nukleiinhapete lämmastikalused alused määravad nende molekulide lõplikud omadused, kuna fosfaadi ja suhkru osad ei erine sama tüüpi molekulides ega nende vahel.
Lõpuks on DNA kaheahelaline, mis tähendab, et see koosneb kahest pikast nukleotiidi ahelast, mis on keemiliselt seotud kahe lämmastiku alusega. DNA keritakse "kahekordse spiraali" kujuga, nagu mõlemas otsas vastassuunas keeratud painduv redel.
DNA üldised omadused
Deoksüribioos koosneb viiest aatomist koosnevast ringist, neljast süsinikust ja hapnikust, mis on pesapalli viisnurga või võib-olla koduplaadi kujul. Kuna süsinik moodustab neli sidet ja kaks hapnikku, jätab see neljal süsinikuaatomil kaheksa sidumissaiti, kaks süsiniku kohta, üks tsükli kohal ja teine all. Neist kolmest kohast hõivavad hüdroksüül (-OH) rühmad ja viit tähistavad vesiniku aatomid.
See suhkru molekul võib seostuda ühega neljast lämmastikalusest: adeniin, tsütosiin, guaniin ja tümiin. Adeniin (A) ja guaniin (G) on puriinid, tsütosiin (C) ja tümiin (T) on pürimidiinid. Puriinid on suuremad molekulid kui pürimidiinid; kuna mis tahes täieliku DNA molekuli kaks ahelat on keskelt seotud lämmastiku alustega, peavad need sidemed moodustuma ühe puriini ja ühe pürimidiini vahel, et hoida kahe aluse kogu suurus molekulis umbes konstantsena. (See aitab lugemisel viidata ükskõik millisele nukleiinhapete diagrammile, nagu näiteks viidetes sisalduvatele diagrammidele.) Nagu juhtub, seob A DNA-s eranditult T-ga, C aga ainult G-ga.
Lämmastiku alusega seotud desoksüboosi nimetatakse a-ks nukleosiid. Kui desoksüriboosile lisatakse fosfaatrühma süsiniku juures kahest kohast, kus alus on kinnitatud, moodustub täielik nukleotiid. Nukleotiidide erinevate aatomite vastavate elektrokeemiliste laengute iseärasused põhjustavad kaheahelalist DNA-d, mis moodustavad looduslikult spiraalse kuju, ja molekuli kahte DNA ahelat nimetatakse täiendavad ahelad.
RNA üldised omadused
RNA-s sisaldav pentoosisuhkur on pigem desoksüribroos kui riboos. Riboos on identne desoksüboosiga, välja arvatud see, et tsükli struktuur on seotud vastavalt kolme ja viie asemel nelja hüdroksüül- (-OH) rühmaga ja nelja vesinikuaatomiga. Nukleotiidi riboosne osa on seotud fosfaatrühma ja lämmastiku alusega nagu DNA, vahelduvate fosfaatide ja suhkrutega, mis moodustavad RNA "selgroo". Alused, nagu eespool märgitud, hõlmavad A, C ja G, kuid RNA teine pürimidiin on u-uratsiil (U), mitte T.
Kui DNA tegeleb ainult teabe salvestamisega (geen on lihtsalt DNA ahel, mis kodeerib ühte valku), siis eri tüüpi RNA-l on erinevad funktsioonid. Messengeri RNA ehk mRNA valmistatakse DNA-st, kui tavaliselt kaheahelaline DNA jaguneb transkriptsiooni jaoks kaheks ahelaks. Saadud mRNA viib lõpuks nende rakkude osade poole, kus toimub valkude tootmine, kandes DNA-ga juhised selle protsessi kohta. Teist tüüpi RNA, ülekandev RNA (tRNA) osaleb valkude tootmises. See leiab aset rakuorganiidides, mida nimetatakse ribosoomideks, ja ribosoomid ise koosnevad peamiselt kolmandast tüüpi RNA-st, mida nimetatakse sobivalt ribosoomi RNA-ks (rRNA).
Lämmastiku alused
Viis lämmastikalust - adeniin (A), tsütosiin (C), guaniin (G) ja tümiin (T) DNA-s ja kolm esimest pluss uratsiil (U) RNA-s - on nukleiinhapete osad, mis vastutavad lõplikult geenitoodete mitmekesisus elusolendite vahel. Suhkru- ja fosfaadiosad on olulised, kuna need pakuvad struktuuri ja tellinguid, kuid koodid genereeritakse alustes. Kui arvate oma sülearvutit nukleiinhappena või vähemalt nukleotiidide jadana, on riistvara (nt kettadraivid, kuvari ekraan, mikroprotsessor) analoogne suhkrute ja fosfaatidega, samas kui mis tahes teie kasutatav tarkvara ja rakendused on sellised lämmastiku aluseid, sest ainulaadne valik programme, mille olete oma süsteemi laadinud, muudab teie arvuti tõhusalt ainulaadseks "organismiks".
Nagu varem kirjeldatud, klassifitseeritakse lämmastiku alused kas puriinide (A ja G) või pürimidiinide (C, T ja U) alla. Alati paaris DNA ahelas T-ga ja C alati paaris G.-ga. Kui DNA ahelat kasutatakse RNA sünteesi (transkriptsiooni) matriitsina, on kasvava RNA molekuli igas punktis moodustatud RNA nukleotiid "Alg" DNA nukleotiid hõlmab alust, mida "vanema" alus seob alati. Seda uuritakse järgmises osas.
Puriinid koosnevad kuueliikmelisest lämmastiku ja süsiniku ringist ja viieliikmelisest lämmastiku ja süsiniku ringist, nagu näiteks kuusnurk ja viisnurk, millel on külg. Puriini süntees hõlmab riboosisuhkru keemilist kohandamist, millele järgneb amino (-NH2) rühmad. Pürimidiinidel on sarnaselt puriinidega ka kuueliikmeline lämmastiku ja süsiniku tsükkel, kuid puuduvad puriinide viieliikmelised lämmastiku ja süsiniku tsüklid. Puriinidel on seetõttu suurem molekulmass kui pürimidiinidel.
Pürimidiine sisaldavate nukleotiidide ja puriine sisaldavate nukleotiidide süntees toimub ühes olulises etapis vastupidises järjekorras. Pürimidiinides pannakse esmalt kokku alusosa ja hiljem modifitseeritakse ülejäänud molekul nukleotiidiks. Puriinide puhul modifitseeritakse see osa, mis lõpuks muutub adeniiniks või guaniiniks, nukleotiidi moodustumise lõpu poole.
Transkriptsioon ja tõlge
Transkriptsioon on DNA matriitsist mRNA ahela loomine, millel on samad juhised (s.o geneetiline kood) konkreetse valgu valmistamiseks, kui matriitsil. Protsess toimub rakutuumas, kus asub DNA.Kui kaheahelaline DNA molekul eraldub üksikuteks ahelateks ja toimub transkriptsioon, on "lahti pakitud" DNA paari ühest ahelast genereeritud mRNA identne lahti pakkimata DNA teise ahela DNAga, välja arvatud see, et mRNA sisaldab U asemel T. (diagrammile viitamine on jällegi kasulik; vt viiteid.) Kui mRNA on valmis, lahkub tuum tuumamembraani pooride kaudu. Pärast mRNA lahkumist tuumast kinnitub see ribosoomi külge.
Seejärel kinnituvad ensüümid ribosoomi kompleksi ja aitavad tõlkimisel. Translatsioon on mRNA-de juhiste muundamine valkudeks. See juhtub siis, kui aminohapped, valkude alaühikud, genereeritakse mRNA ahela kolme nukleotiidi "koodonitest". Protsess hõlmab ka rRNA (kuna translatsioon toimub ribosoomidel) ja tRNA (mis aitab aminohappeid kokku panna).
DNA ahelatest kromosoomideni
Seotud tegurite ühinemise tõttu kogunevad DNA ahelad kahekordseks spiraaliks. Üks neist on vesiniksidemed, mis langevad loomulikult molekuli eri osadesse. Kui spiraal moodustub, on lämmastiku aluste sidumispaarid risti kogu topeltheeliksi teljega. Iga täispööre sisaldab kokku umbes 10 aluspõhjaga ühendatud paari. Seda, mida võis nimetada DNA "külgedeks", kui see oli "redel", nimetatakse nüüd kahekordse spiraali "ahelateks". Need koosnevad peaaegu täielikult nukleotiidide riboosi ja fosfaadi osadest, alused asuvad sees. Helixil on väidetavalt nii suured kui ka väikesed sooned, mis määravad selle lõplikult stabiilse kuju.
Kuigi kromosoome võib kirjeldada kui väga pikkade DNA ahelatega, on see jäme lihtsustus. On tõsi, et antud kromosoom võiks teoreetiliselt lahti kerkida, et paljastada üksik katkematu DNA molekul, kuid see ei viita keerukale kerimisele, keerdumisele ja rühmitamisele, mida DNA kulgeb kromosoomi moodustamiseks. Ühes kromosoomis paiknevad miljonid DNA aluspaarid ja kui kogu DNA sirutuks ilma spiraali purustamata, ulatuks selle pikkus mõnest millimeetrist kuni üle sentimeetri. Tegelikult on DNA palju kondenseeritum. Valgud, mida nimetatakse histoonideks, moodustuvad neljast subühiku valkude paarist (kokku kaheksa subühikut). See oktaameer on omamoodi pool, mille abil DNA topeltheeliks mähiseb kaks korda ümber niidi. Seda struktuuri, oktaamerit ja selle ümber mähitud DNA-d nimetatakse nukleosoomiks. Kui kromosoom on osaliselt lahti keeratud ahelaks, mida nimetatakse kromatiidiks, siis paistavad need nukleosoomid mikroskoopiliselt stringi helmestena. Kuid nukleosoomide tasemest kõrgemal toimub geneetilise materjali edasine kokkusurumine, ehkki täpne mehhanism on endiselt vaevaline.
Tuumahapped ja elu tekkimine
Arvesse võetakse DNA, RNA ja valke biopolümeerid kuna need on korduvad teabe ja aminohapete jadad, mis on seotud elusate asjadega ("bio" tähendab "elu"). Molekulaarbioloogid tunnistavad tänapäeval, et DNA ja RNA mingil kujul eelnevad Maal elu tekkimisele, kuid 2018. aasta seisuga polnud keegi veel välja mõelnud teed varasetest biopolümeeridest lihtsate elusate asjadeni. Mõni on teoretiseerinud, et RNA oli mingil kujul kõigi nende asjade, sealhulgas DNA, algne allikas. See on "RNA maailma hüpotees". See kujutab aga bioloogidele omamoodi kana-muna stsenaariumi, sest näiliselt poleks piisavalt suured RNA molekulid võinud tekkida muul viisil kui transkriptsioon. Igal juhul uurivad teadlased üha innukamalt RNA-d esimese isereplitseeruva molekuli sihtmärgina.
Meditsiinilised ravimeetodid
Nukleiinhapete koostisosi jäljendavaid kemikaale kasutatakse tänapäeval ravimitena, mille edasiarendamine selles valdkonnas on käimas. Näiteks käärsoole kartsinoomi raviks on aastakümneid kasutatud uratsiili pisut modifitseeritud vormi, 5-fluorouratsiili (5-FU). See teeb seda imiteerides tõelist lämmastiku alust piisavalt tihedalt, nii et see sisestatakse vastvalminud DNA-sse. See viib lõpuks valkude sünteesi lagunemiseni.
Nukleosiidide imitaatoreid (mis, võite meenutada, on riboosisuhkur ja lämmastiku alus) on kasutatud antibakteriaalses ja viirusevastases ravis. Mõnikord modifitseeritakse nukleosiidi põhiosa, muul ajal on ravim suunatud suhkruosale.