Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты являются наиболее важными макромолекулами для непрерывности жизни. Они несут генетический план клетки и несут инструкции по ее функционированию.

ДНК и РНК

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК является генетическим материалом для всех живых организмов, начиная от одноклеточных бактерий и заканчивая многоклеточными млекопитающими. Он находится в ядре эукариот и в оргалах, хлоропластах и митохондрии. У прокариот ДНК не заключена в мембранозный конверт.

Генетическое содержание клетки – это ее геном, а исследование геномов – геномика. В эукариотических клетках, но не в прокариотах, ДНК образует комплекс с протеинами гистона, образующими хроматин, вещество эукариотических хромосом. Хромосома может содержать десятки тысяч генов. Многие гены содержат информацию о том, как создавать белки. Другие гены кода продуктов РНК. ДНК контролирует все клеточные действия, включая или выключая гены.

Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белков. Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника для связи с остальными элементами клетки. Этот посредник — мессенджер РНК (мРНК). Другие типы РНК, такие как рРНК, тРНК и микроРНК, участвуют в синтезе белков и его регулировании.

ДНК и РНК состоят из мономеров, называемых нуклеотидными. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: Нитрогенозный основание, пентозный (пятиугольный) сахар и группа фосфатов. Каждый нитрогенизный основание в нуклеотидном приливе прикрепляется к молекуле сахара, которая присоединена к одной или нескольким фосфатным группам. Нитрогеновые основания, важные компоненты нуклеотидов, являются органическими молекулами и называются так, потому что они содержат углерод и азот. Они являются основаниями, поскольку содержат аминогруппу, которая имеет потенциал связывания дополнительного водорода, и, таким образом, уменьшает концентрацию ионов водорода в окружающей среде, делая ее более базовой. Каждый нуклеотид в ДНК содержит одну из четырех возможных нитрогенозных основ: Аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (T). Аденин и гуанин классифицируются как пурины. Основная структура пурина состоит из двух колец с углеродным азотом. Цитозин, тимин и урацил классифицируются как пиримидин, которые имеют одно кольцо углерода-азота в качестве своей основной структуры. К каждому из этих базовых колец с углеродным азотом присоединены различные функциональные группы. В сокращениях молекулярной биологии мы знаем нитрогеновые основы по их символам A, T, G, C и U. ДНК содержит A, T, G и C; тогда как, РНК содержит A, U, G и C.

Пентозный сахар в ДНК дезоксирибозе, а в РНК сахар рибозе. Разница между сахарами заключается в наличии гидроксильной группы на втором углероде рибозы и водороде на втором углероде дезоксирибозы. Осадок фосфатов прикрепляется к гидроксильной группе углерода 5′ одного сахара и гидроксильной группе углерода 3′ сахара следующего нуклеотида, образующей связь фосфодиэфира 5′–3′.

Структура ДНАА Double-Helix

ДНК имеет двуспиральный состав. Сахар и фосфат лежат на внешней стороне геликоида, образуя костяк ДНК. В интерьере сложены нитрогенные основания, как пара лестничных ступеней. Водородные связи связывают пары друг с другом. Каждая пара основание в двойной спирали отделена от следующей пары основание на 0.34 нм. Две нити геликоида работают в противоположных направлениях, что означает, что угольный конец одной нити 5′ будет направлен в сторону углеродного конца соответствующей нити 3′. Допускается только некоторые типы сопряжения основание – СОЕДИНЕНИЕ CAN с T, и G может соединиться с C. это дополнительное правило основание. Другими словами, нити ДНК взаимно дополняют друг друга.

РНК

Рибонуклеиновая кислота, или РНК, в основном участвует в процессе синтеза белков под направлением ДНК. РНК обычно одноцепочечные и состоят из рибонуклеотидов, связанных фосфодиестными связями.

Существует четыре основных типа РНК: messenger RNA (mRNA), рибосомная РНК (rRNA), Transfer RNA (tRNA), и microRNA (miRNA). Первая, mRNA, передает сообщение от ДНК, которая контролирует все клеточные активности в клетке. Если клетке требуется определенный белок, то ген для него включается, и в ядре синтезируется посыльный РНК. Последовательность RNA основание дополняет последовательность кодирования ДНК, из которой она была скопирована. В цитоплазме мРНК взаимодействует с рибосомами и другими клеточными механизмами.

МРНК читается в наборах из трёх оснований, известных как кодоны. Каждый кодон кодирует одну аминокислоту. Таким образом, мРНК считывается и производится белковый продукт. Рибосомальная РНК (rRNA) является основным компонентом рибосом, на котором связывается мРНК. РНК обеспечивает надлежащее выравнивание мРНК и рибосом. РНК рибосомы также обладает энзиматической активностью (пептидилтрансферазы) и катализирует образование пептидной связи между двумя выровненными аминокислотами. РНК переноса (tRNA) — один из самых маленьких из четырех типов РНК, обычно 70–90 нуклеотидов длиной. Он переносит правильную аминокислоту на место синтеза белка. Это соединение основание между тРНК и мРНК, которое позволяет правильной аминокислоте вставлять себя в полипептидную цепь. МикроРНК являются самыми маленькими молекулами РНК, и их роль включает в себя регулирование экспрессии генов путем вмешательства в экспрессию определенных сообщений мРНК.

Несмотря на то, что РНК одноцепочечные, большинство типов РНК показывают обширное внутримолекулярное сопряжение основание между комплементарными последовательностями, создавая предсказуемую трехмерную структуру, необходимую для их функции.

Этот текст адаптирован из Openstax, Biology 2e, Глава 3.5: Нуклеиновые кислоты.