Acizi nucleici: structura și funcția. Rolul biologic al acizilor nucleici

Acizii nucleici stochează și transmit informații genetice pe care le moștenim de la strămoșii noștri. Dacă aveți copii, informațiile dvs. genetice din genomul lor vor fi recombinate și combinate cu informațiile genetice ale partenerului dumneavoastră. Genomul propriu este duplicat ori de câte ori fiecare dintre celule este divizat. În plus, acizii nucleici conțin anumite segmente, numite gene, care sunt responsabile pentru sinteza tuturor proteinelor din celule. Proprietățile genelor controlează caracteristicile biologice ale corpului.

Informații generale

Există două clase acizi nucleici: acid deoxiribonucleic (cunoscut mai bine ca ADN) și acidul ribonucleic (mai bine cunoscut sub numele de ARN).

ADN-ul este un lanț filamentar de gene care este necesar pentru creșterea, dezvoltarea, activitatea vitală și reproducerea tuturor organismelor vii cunoscute și a majorității virușilor.

Schimbările în ADN-ul organismelor multicelulare vor duce la schimbări în generațiile ulterioare.

ADN-ul este un substrat biogenetic găsit în toate ființele vii existente, de la cele mai simple organisme vii la mamifere foarte organizate.

Multe particule virale (virionii) conțin ARN în nucleu ca material genetic. Cu toate acestea, trebuie menționat că virușii se află la granița naturii animate și neînsuflețite, deoarece fără aparatul celular al gazdei acestea rămân inactive.

Istoricul istoric

În 1869, Friedrich Mischer a izolat nucleele de leucocite și a constatat că acestea conțin o substanță bogată în fosfor, numită nuclein.

Hermann Fisher în anii 1880 a descoperit baze purinice și pirimidine în acizi nucleici.

În 1884, R. Hertwig a sugerat că nukleina responsabil pentru transmiterea trăsăturilor ereditare.

În 1899, Richard Altman a introdus termenul "acid principal".

Și chiar mai târziu, în anii 40 ai secolului XX, oamenii de știință Kasperson și Brashe au descoperit o legătură între acizii nucleici și sinteza proteinelor.

nucleotide

Polinucleotidele sunt construite dintr-un set de nucleotide - monomeri, conectați împreună în lanțuri.

În structura acizilor nucleici, sunt izolate nucleotidele, fiecare având următoarea structură:

• Bază de azot.
• Zahăr pentozomic.
• Grupa fosfat.

Fiecare nucleotidă conține o bază aromatică conținând azot atașată la o zaharidă de pentoză (cinci atomi de carbon), care la rândul ei este atașată la un rest de acid fosforic. Astfel de monomeri, care se conectează unul cu celălalt, formează lanțuri de polimeri. Ele sunt legate prin legături covalente de hidrogen care apar între o porțiune de fosfor și un zahăr de pentoză dintr-un alt lanț. Aceste legături se numesc fosfodiesteri. Legăturile fosfodiesterite formează cadrul fosfat-carbohidrat (schelet) al ADN-ului și al ARN-ului.

Deoxiribonucleotida

Luați în considerare proprietățile acizilor nucleici din nucleu. ADN-ul formează aparatul cromozomial al nucleului celulelor noastre. ADN conține "instrucțiuni de program" pentru funcționarea normală a celulei. Atunci când o celulă reproduce una similară, aceste instrucțiuni sunt transferate în noua celulă în timpul mitozei. ADN-ul are forma unei macromolecule dublu-catenate răsucite într-un fir dublu elicoidal.

Acidul nucleic conține un schelet de zaharidă fosfat-deoxiriboză și patru baze azotate: adenina (A), guanina (D), citozina (C) și timina (T). Într-o spirală dublu catenară, adenina formează o pereche cu timină (A-T), guanină - cu citozină (G-C).

În 1953, James D. Watson și Francis H.K. Creek a propus o structură ADN tridimensională bazată pe date cristalografice cu raze X de rezoluție joasă. De asemenea, sa referit la constatările biolog Erwin Chargaff că, în cantitate de ADN echivalentă cu cantitatea de adenină și timină cantitate guanina echivalentă cu cantitatea de citozină. Watson și Crick, a câștigat Premiul Nobel în 1962 pentru contribuțiile sale la știință, postulat că două catenele polinucleotidice formează un dublu helix. Firele, deși sunt identice, dar se răsucesc în direcții opuse. Lanțurile fosfat-carbon sunt situate pe partea exterioară a spiralei, iar bazele se află în interior, unde se leagă la bazele unui alt lanț prin legături covalente.

ribonucleotide

Moleculă ARN există ca filament cu spirală mono-catenară. Structura ARN-ului este prezent riboză-fosfat coloana vertebrală de carbohidrați și de azotat de baze: adenină, guanină, citozină și uracil (U). Când mersul pe jos in transcriere ARN-ul este creat pe șablon ADN, produce guanina asociat cu citozina (G-C) și adenina cu uracil (A-U).

Fragmentele ARN sunt utilizate pentru a reproduce proteinele din toate celulele vii, ceea ce asigură creșterea și divizarea lor continuă.

Există două funcții principale ale acizilor nucleici. În primul rând, ei ajută ADN-ul servind ca intermediari care transmit ceea ce este necesar informații ereditare nenumărate ribozomi în corpul nostru. O altă funcție primară a ARN-ului este de a furniza aminoacizii corecte necesare de fiecare ribozom pentru crearea unei noi proteine. Există mai multe clase diferite de ARN.

ARN-ul mesager (ARNm sau ARNm - matrice) este o copie a regiunii de bază a secvenței ADN, transcrierea rezultată. ARN-ul de informații mediază între ADN și ribozomii - organele celulare, care iau aminoacizi din ARN de transport și le folosesc pentru a construi un lanț polipeptidic.

ARN de transport (ARNt) activează datele ereditare de citire dintr-un ARN mesager, care rezultă în procesul de traducere ruleaza acid ribonucleic - sinteza proteinelor. De asemenea, transferă aminoacizii doriți în locurile în care este sintetizată proteina.

ARN-ul ribozomal (rRNA) este principalul material de construcție al ribozomilor. El leagă ribonucleotida matricei într-un loc specific, unde este posibilă citirea informațiilor sale, declanșând astfel procesul de traducere.

MicroARN-urile sunt molecule mici de ARN care acționează ca regulatori ai mai multor gene.

Funcțiile acizilor nucleici sunt extrem de importante pentru viața în general și pentru fiecare celulă, în special. Aproape toate funcțiile pe care celulele le efectuează sunt reglate de proteinele sintetizate cu ARN și ADN. Enzime, produse proteice, catalizează toate procesele vitale: respirație, digestie, tot felul de metabolism.

Diferențele dintre structura acizilor nucleici

Proprietăți distinctive ale bazelor de acizi nucleici

Adenina și guanina sunt purine în proprietățile lor. Aceasta înseamnă că structura lor moleculară include două inele benzenice condensate. Citozina și timina, la rândul lor, se referă la pirimidine și au un inel benzenic. ARN monomeri își construiesc lanțurile folosind baze adenine, guanine și citozine și în loc de timină atașează uracilul (Y). Fiecare dintre bazele pirimidinice și purinice au structura lor unică și proprietăți, propriul set de grupări funcționale legate de inelul benzenic.

În biologia moleculară s-au adoptat abrevieri speciale de o literă pentru a desemna bazele azotate: A, T, T, C sau Y.

Zahăr pentozomic

În plus față de un set diferit de baze azotate de ADN si ARN monomeri difera care fac parte din zahărul pentoze. Carbohidratul cu cinci atomi din ADN este deoxiriboză, în timp ce în ARN este riboză. Ele sunt aproape identice in structura, cu o singură diferență: gruparea hidroxil riboza adaugă, în timp ce deoxiriboză este substituit cu un atom de hidrogen.

constatări

În evoluția speciilor biologice și continuitatea vieții, rolul acizilor nucleici nu poate fi supraevaluat. Ca parte integrantă a tuturor nucleelor ​​celulelor vii, ele sunt responsabile pentru activarea tuturor proceselor de viață care au loc în celule.