3.8: Что такое нуклеиновые кислоты?

Обзор

Нуклеиновые кислоты являются длинными цепями нуклеотидов, соединенных фосфодитерными связями. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, и рибонуклеиновая кислота, или РНК. Нуклеотиды как в ДНК, так и в РНК состоят из сахара, азотной основы и фосфатной молекулы.

Нуклеиновые кислоты являются генетическим материалом клетки

Наследственный материал клетки состоит из нуклеиновых кислот, которые позволяют живым организмам передавать генетическую информацию из поколения в поколение. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК и РНК очень незначительно отличаются по своему химическому составу, но играют совершенно разные биологические роли.

Нуклеиновые кислоты являются полимерами нуклеотидов

Химически нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами – цепями нуклеотидов. Нуклеотид состоит из трех компонентов: пентозного сахара, азотной базы и фосфатной группы. Сахар и основание вместе образуют нуклеозид. Таким образом, нуклеотид иногда называют нуклеозидным монофосфатом. Каждый из трех компонентов нуклеотида играет ключевую роль в общей сборке нуклеиновых кислот.

Как следует из названия, пентозный сахар имеет пять атомов углерода, которые помечены 1^o,2^o,3^o,4^oи 5^o. Пентозный сахар в РНК - рибоза, что означает, что 2^o углерод несет группу гидроксила. Сахар в ДНК - дезоксирибоза, то есть 2^o углерода прилагается к атому водорода. Сахар прикрепляется к азотной основе на 1^o углероде и молекуле фосфата при 5^{o углероде.}

Нуклеотиды связаны вместе фосфодиестерными связями

Молекула фосфата, прикрепленная к углероду 5^{o одного} нуклеотида, может образовывать ковалентную связь с^3-о гидроксиловой группой другого нуклеотида, связывая два нуклеотида вместе. Эта ковалентная связь называется фосфодитерной связью. Фосфатная связь между нуклеотидами создает чередующиеся сахар и фосфатный хребет в цепочке полинуклеотидов. Связывание^5-о конца одного нуклеотида с 3^{o концом} другого придает направленность цепочке полинуклеотидов, которая играет ключевую роль в репликации ДНК и синтезе РНК. На одном конце цепочки полинуклеотида, а именно 3^{o конце,} сахар имеет свободный 3^{o гидроксильную группу. На другом конце, 5o конце, сахар имеет свободную 5o фосфатную группу.}

Пиримидины и пурины являются двумя основными классами азотных оснований

Основания азота являются молекулами, содержащими одно или два кольца, состоящих из атомов углерода и азота. Эти молекулы называются "основания", потому что они являются химически основными, и могут связываться с ионами водорода. Существует два класса азотных оснований: пиримидины и пурины. Пиримидины имеют кольцевую структуру с шестью членами, в то время как пурины состоят из кольцевой структуры с шестью членами, присоединённой кольцевой структуре с пятью членами. Пиримидины включают цитозин (C), тимин (T) и uracil (U). Пурины включают аденин (A) и гуанин (G).

Цитозин, аденин и гуанин присутствуют как в ДНК, так и в РНК. Тем не менее, тимин специфичен для ДНК, и урацил находится только в РНК. Пурины и пиримидины могут образовывать водородные связи друг с другом по определенной схеме, основываясь на наличии дополнительных химических групп, которые аналогичны кусочкам головоломки. В нормальных клеточных условиях аденин образует водородные связи с тимином (в ДНК) или урацилом (в РНК), в то время как гуанин образует водородные связи с цитозином. Это дополнительное базовое спаривание имеет решающее значение для структуры и функции ДНК.

Структура ДНК и РНК

ДНК принимает двойную гелиалогическую структуру внутри клетки. Двойная спираль состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые вьются вокруг по спирали. Две цепи находятся в противоположных ориентациях, или являются "антипараллельными" друг к другу, то есть 5^o конец одной нити близок к 3^o концу другой. Две нити дополнительно связаны друг с другом (например, через цитозин с гуанином).

В двойной спирали ДНК, сахаро-фосфатный "позвоночник" присутствует на внешней стороне, в то время как водородные основы находятся на внутренней стороне. РНК в своей основе - одноцепочечная молекула. Единая нить РНК может образовывать локализованные вторичные структуры через внутренние дополнительные базовые соединения. Различные типы РНК вторичных структур имеют различные функции внутри клетки.

Нуклеиновые кислоты являются полимерами нуклеотидов, мономеров, состоящих из сахара пентозы, фосфатной группы и азотного основания. Внутри молекулы сахара пять атомов углерода пронумерованы от 1 до 5, и всевозможные обозначения указывают, какая группа присоединена к данным углеродам. Например, второй углерод, Или два-штрих, может быть присоединён к водороду, создавая сахар дезоксирибозу, как в дезоксирибонуклеиновой кислоте или ДНК.

Или, на этом месте может оказаться Гидроксильная группа, образуя сахар рибозу, как в рибонуклеиновой кислоте, или РНК. Чтобы сформировать чередование Сахаров и фосфатов в магистрали, углерод пять-штрих связан с фосфатной группой. Это соединяет его с углеродом три-штрих из следующего нуклеотида, создавая цепь с помощью фосфодиэфирной связки.

Это расположение диктует направленность, последовательности, в которой нуклеиновые кислоты читаются, от пять-штрих к три-штрих на одной цепочке. Последний важный углерод, один-штрих, связан с азотным основанием с одной из двумя кольцевыми структурами. Пиримидины, такие как цитозин, тимин и урацил, имеют одно органическое кольцо, тогда как пурины, аденин и гуанин, содержат двойные кольца.

Водород связывается между основаниями азота двух отдельных цепей, создавая двойную спираль ДНК. Гуанин всегда связывается с цитозином, а аденин с тимином. РНК содержит урацил, а не тимин, и остается одноцепочечной.