Nukleīnskābes uzglabā un pārraida ģenētisko informāciju, ko esam mantojuši no saviem senčiem. Ja jums ir bērni, jūsu ģenētiskā informācija viņu genomā tiks rekombinēta un apvienota ar jūsu partnera ģenētisko informāciju. Jūsu paša genoms tiek dublēts katru reizi, kad katra šūna dalās. Turklāt nukleīnskābes satur noteiktus segmentus, ko sauc par gēniem, kas ir atbildīgi par visu olb altumvielu sintēzi šūnās. Gēnu īpašības kontrolē jūsu ķermeņa bioloģiskās īpašības.
Vispārīga informācija
Ir divas nukleīnskābju klases: dezoksiribonukleīnskābe (labāk pazīstama kā DNS) un ribonukleīnskābe (labāk pazīstama kā RNS).
DNS ir pavedienveida gēnu ķēde, kas nepieciešama visu zināmo dzīvo organismu un lielākās daļas vīrusu augšanai, attīstībai, dzīvībai un vairošanai.
Izmaiņas daudzšūnu organismu DNS izraisīs izmaiņas nākamajās paaudzēs.
DNS ir bioģenētisks substrāts,atrodams visās dzīvajās būtnēs, sākot no vienkāršākajiem dzīviem organismiem līdz augsti organizētiem zīdītājiem.
Daudzas vīrusu daļiņas (virioni) satur RNS kodolā kā ģenētisku materiālu. Tomēr jāpiemin, ka vīrusi atrodas uz dzīvās un nedzīvās dabas robežas, jo bez saimnieka šūnu aparāta tie paliek neaktīvi.
Vēstures fons
1869. gadā Frīdrihs Mišers izolēja b alto asins šūnu kodolus un atklāja, ka tie satur ar fosforu bagātu vielu, ko viņš sauca par nukleīnu.
Hermanis Fišers 1880. gados atklāja purīna un pirimidīna bāzes nukleīnskābēs.
1884. gadā R. Hertvigs ierosināja, ka nukleīni ir atbildīgi par iedzimto īpašību pārnešanu.
1899. gadā Ričards Altmans izdomāja terminu "kodola skābe".
Un vēlāk, 20. gadsimta 40. gados, zinātnieki Kaspersons un Brašē atklāja saikni starp nukleīnskābēm un proteīnu sintēzi.
Nukleotīdi
Polinukleotīdi ir veidoti no daudziem nukleotīdiem - monomēriem, kas savienoti kopā ķēdēs.
Nukleīnskābju struktūrā ir izolēti nukleotīdi, no kuriem katrs satur:
- Slāpekļa bāze.
- Pentozes cukurs.
- Fosfātu grupa.
Katrs nukleotīds satur slāpekli saturošu aromātisku bāzi, kas pievienota pentozes (piecu oglekļa) saharīdam, kas savukārt ir pievienots fosforskābes atlikumam. Šādi monomēri, ja tie ir savienoti viens ar otru, veido polimēruķēdes. Tos savieno kovalentās ūdeņraža saites, kas rodas starp vienas ķēdes fosfora atlikumu un otras ķēdes pentozes cukuru. Šīs saites sauc par fosfodiestera saitēm. Fosfodiestera saites veido gan DNS, gan RNS fosfātu-ogļhidrātu mugurkaulu (skeletu).
Dezoksiribonukleotīds
Apskatīsim kodolā esošo nukleīnskābju īpašības. DNS veido mūsu šūnu kodola hromosomu aparātu. DNS satur "programmatūras instrukcijas" normālai šūnas darbībai. Kad šūna reproducē savu veidu, šie norādījumi tiek nodoti jaunajai šūnai mitozes laikā. DNS izskatās kā divpavedienu makromolekula, kas savīta dubultā spirālveida pavedienā.
Nukleīnskābe satur fosfāta-dezoksiribozes saharīda karkasu un četras slāpekļa bāzes: adenīnu (A), guanīnu (G), citozīnu (C) un timīnu (T). Divpavedienu spirālē adenīns savienojas ar timīnu (A-T), guanīns savienojas ar citozīnu (G-C).
1953. gadā Džeimss D. Vatsons un Frensiss H. K. Kriks ierosināja trīsdimensiju DNS struktūru, kuras pamatā ir zemas izšķirtspējas rentgenstaru kristalogrāfiskie dati. Viņi arī atsaucās uz biologa Ervina Šargafa atklājumiem, ka DNS timīna daudzums ir līdzvērtīgs adenīna daudzumam, bet guanīna daudzums ir līdzvērtīgs citozīna daudzumam. Vatsons un Kriks, kurš 1962. gadā saņēma Nobela prēmiju par ieguldījumu zinātnē, apgalvoja, ka divi polinukleotīdu pavedieni veido dubulto spirāli. Diegi, lai gan tie ir identiski, griežas pretējos virzienos.norādes. Fosfāta-oglekļa ķēdes atrodas spirāles ārpusē, savukārt pamatnes atrodas iekšpusē, kur tās ar kovalento saišu palīdzību saistās ar bāzēm otrā ķēdē.
Ribonukleotīdi
RNS molekula pastāv kā vienpavediena spirālveida pavediens. RNS struktūra satur fosfāta-ribozes ogļhidrātu skeletu un nitrātu bāzes: adenīnu, guanīnu, citozīnu un uracilu (U). Kad transkripcijas laikā DNS veidnē tiek izveidota RNS, guanīns savienojas ar citozīnu (G-C) un adenīns ar uracilu (A-U).
RNS fragmenti tiek izmantoti proteīnu reproducēšanai visās dzīvajās šūnās, kas nodrošina to nepārtrauktu augšanu un dalīšanos.
Ir divas galvenās nukleīnskābju funkcijas. Pirmkārt, tie palīdz DNS, kalpojot kā starpnieki, kas nosūta nepieciešamo iedzimtības informāciju neskaitāmajām ribosomām mūsu ķermenī. Otra galvenā RNS funkcija ir piegādāt pareizo aminoskābi, kas katrai ribosomai nepieciešama, lai izveidotu jaunu proteīnu. Ir vairākas dažādas RNS klases.
Ziņojumapmaiņas RNS (mRNS jeb mRNS - veidne) ir DNS segmenta pamatsekvences kopija, kas iegūta transkripcijas rezultātā. Messenger RNS kalpo kā starpnieks starp DNS un ribosomām - šūnu organellām, kas pieņem aminoskābes no pārneses RNS un izmanto tās, lai izveidotu polipeptīdu ķēdi.
Transfer RNS (tRNS) aktivizē iedzimto datu nolasīšanu no ziņojuma RNS, kā rezultātā notiek tulkošanas processribonukleīnskābe - proteīnu sintēze. Tas arī transportē pareizās aminoskābes uz vietu, kur tiek sintezēts proteīns.
Ribosomu RNS (rRNS) ir galvenais ribosomu būvmateriāls. Tas saista šablona ribonukleotīdu noteiktā vietā, kur ir iespējams nolasīt tā informāciju, tādējādi uzsākot tulkošanas procesu.
MiRNS ir mazas RNS molekulas, kas darbojas kā daudzu gēnu regulatori.
Nukleīnskābju funkcijas ir ārkārtīgi svarīgas dzīvībai kopumā un katrai šūnai jo īpaši. Gandrīz visas funkcijas, ko veic šūna, regulē proteīni, kas sintezēti, izmantojot RNS un DNS. Fermenti, olb altumvielu produkti katalizē visus dzīvībai svarīgos procesus: elpošanu, gremošanu, visa veida vielmaiņu.
Atšķirības starp nukleīnskābju struktūru
| Dezoskiribonucleotide | Ribonukleotīds | |
| Funkcija | Ilgtermiņa iedzimtības datu glabāšana un pārsūtīšana | DNS uzkrātās informācijas transformācija proteīnos; aminoskābju transportēšana. Dažu vīrusu iedzimtu datu glabāšana. |
| monosaharīds | dezoksiriboze | Ribose |
| Struktūra | Divpavedienu spirāles forma | Vienvirziena spirālveida forma |
| Nitrātu bāzes | T, C, A, G | U, C, G, A |
Nukleīnskābju bāzu atšķirīgās īpašības
Adenīns un guanīns līdzto īpašības ir purīni. Tas nozīmē, ka to molekulārajā struktūrā ietilpst divi kausēti benzola gredzeni. Citozīns un timīns savukārt pieder pie pirimidīniem, un tiem ir viens benzola gredzens. RNS monomēri veido savas ķēdes, izmantojot adenīna, guanīna un citozīna bāzes, un timīna vietā pievieno uracilu (U). Katrai pirimidīna un purīna bāzei ir sava unikāla struktūra un īpašības, savs funkcionālo grupu kopums, kas saistīts ar benzola gredzenu.
Molekulārajā bioloģijā slāpekļa bāzes apzīmēšanai izmanto īpašus viena burta saīsinājumus: A, T, G, C vai U.
Pentozes cukurs
Papildus atšķirīgai slāpekļa bāzu kopai DNS un RNS monomēri atšķiras ar to pentozes cukuru. Piecu atomu ogļhidrāts DNS ir dezoksiriboze, savukārt RNS tā ir riboze. Pēc struktūras tie ir gandrīz identiski, tikai ar vienu atšķirību: riboze pievieno hidroksilgrupu, bet dezoksiribozē to aizstāj ar ūdeņraža atomu.
Secinājumi
Bioloģisko sugu evolūcijā un dzīvības nepārtrauktībā nukleīnskābju lomu nevar pārvērtēt. Kā visu dzīvo šūnu kodolu neatņemama sastāvdaļa tie ir atbildīgi par visu šūnās notiekošo dzīvībai svarīgo procesu aktivizēšanu.
