5 Παραδείγματα νουκλεϊκών οξέων για την τάξη βιολογίας

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι μικρά βιολογικά μόρια που είναι απαραίτητα για όλες τις γνωστές μορφές ζωής. Τα διαφορετικά είδη νουκλεϊκών οξέων συνεργάζονται συλλογικά για να δημιουργήσουν, να κωδικοποιήσουν και να αποθηκεύσουν γενετικές πληροφορίες και να δημιουργήσουν πρωτεΐνες με βάση αυτές τις πληροφορίες. Το σύμπλεγμα νουκλεϊκών οξέων στο σώμα σας μοιάζει με μια ομάδα κατασκευής, όπου ορισμένα μέλη δίνουν οδηγίες και άλλα συνθέτουν τα υλικά.

Τα νουκλεϊκά οξέα διατίθενται σε δύο φυσικές ποικιλίες:DNA και RNA . Όλα τα ζωντανά κύτταρα περιέχουν τόσο DNA όσο και RNA. Κάθε είδος νουκλεϊκού οξέος διαδραματίζει ιδιαίτερο ρόλο στη γονιδιακή έκφραση. Τα μόρια του DNA κωδικοποιούν πληροφορίες για την κατασκευή πρωτεϊνών. είναι σαν το σχέδιο του κτιρίου στην κατασκευαστική μας αναλογία. Τα μόρια RNA λειτουργούν για να εξάγουν αυτές τις πληροφορίες από το DNA και να συναρμολογούν φυσικά τις πρωτεΐνες. Το RNA είναι σαν τους εργάτες που έφτιαξαν το κτίριο με βάση τις οδηγίες από το σχέδιο.

Υπάρχουν 4 διαφορετικά είδη RNA που παίζουν διαφορετικούς ρόλους στη συναρμολόγηση πρωτεϊνών, mRNA, tRNA, rRNA και snRNA. Όλα μαζί λοιπόν, υπάρχουν 5 κύρια είδη νουκλεϊκών οξέων. τα 5 είδη νουκλεϊκών οξέων και οι λειτουργίες τους είναι:

• DNA – περιέχει γενετικές πληροφορίες για την κατασκευή πρωτεϊνών
• mRNA – «αντιγράφει» πληροφορίες από το DNA
• rRNA – σχηματίζει το μεγαλύτερο μέρος των ριβοσωμικών υπομονάδων που «διαβάζουν» το mRNA
• tRNA – μεταφέρει τα αμινοξέα που ενώνονται μεταξύ τους σε μια πρωτεΐνη
• snRNA – επεξεργάζεται το pre-mRNA πριν από τη μετάφραση

Δομή νουκλεϊκών οξέων

Όλα τα νουκλεϊκά οξέα μοιράζονται μια κοινή χημική δομή του πυρήνα. Όλα τα νουκλεϊκά οξέα είναι γραμμικά πολυμερή νουκλεοτιδίων. Κάθε μεμονωμένο νουκλεοτίδιο αποτελείται από μια αζωτούχα βάση, ένα σάκχαρο 5 άνθρακα και μια φωσφορική ομάδα. Η χημική ταυτότητα κάθε νουκλεοτιδίου προσδιορίζεται από την αζωτούχα βάση του. Οι γενετικές πληροφορίες αποθηκεύονται στα νουκλεϊκά οξέα με τη μορφή μιας συγκεκριμένης αλληλουχίας βάσεων νουκλεοτιδίων.

Τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους μέσω χημικών δεσμών μεταξύ των ομάδων τους σακχάρου και φωσφορικών που σχηματίζουν μια ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού. Οι φωσφορικές ομάδες συνδέονται με τα σάκχαρα μέσω του άνθρακα 3' και του άνθρακα 5', γεγονός που δίνει στα νουκλεϊκά οξέα μια κατεύθυνση από το 3' άκρο στο άκρο 5'.

Το DNA και το RNA διαφέρουν ως προς τη δομή των ομάδων σακχάρου στα νουκλεοτίδια τους.—Το DNA έχει 2'-δεοξυριβόζη και το RNA έχει ριβόζη.

DNA

Το DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) είναι νουκλεϊκά οξέα που περιέχουν 2'-δεοξυριβόζη στην ομάδα των σακχάρων τους. Ένα μακρομόριο DNA σχηματίζεται από δύο αλυσίδες νουκλεοτιδίων που περιστρέφονται η μία γύρω από την άλλη σε σχήμα διπλής έλικας που συνδέονται μεταξύ τους στο κέντρο με ζεύγη νουκλεοτιδίων. οι ράγες της σκάλας και τα ζεύγη νουκλεοτιδίων σχηματίζουν τα σκαλοπάτια.

Τα μόρια του DNA περιέχουν 4 είδη νουκλεοτιδίων, αδενίνη (Α) κυτοσίνη (C), γουανίνη (G) και θυμίνη (Τ). Η αδενίνη και η γουανίνη ταξινομούνται ως πουρίνες ενώ η κυτοσίνη και η θυμίνη ταξινομούνται ως πυριμιδίνες. Τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους μέσω συμπληρωματικής σύζευξης ζεύγους βάσεων. Κάθε νουκλεοτίδιο έχει ένα συμπληρωματικό ζεύγος με το οποίο σχηματίζει δεσμούς. Η κυτοσίνη και η γουανίνη είναι συμπληρωματικά ζεύγη βάσεων (C-G) και η αδενίνη και η θυμίνη (Α-Τ) είναι συμπληρωματικά. Οι διπλοί κλώνοι του DNA συνδέονται στη μέση με κάθε νουκλεοτιδικό δεσμό με τη συμπληρωματική βάση του. Η ιδιαίτερη γεωμετρική δομή του DNA εξηγεί γιατί οι νουκλεοτιδικές βάσεις του είναι πάντα σε συγκεκριμένες αναλογίες μεταξύ τους. Συγκεκριμένα, η ποσότητα της αδενίνης είναι περίπου ίση με την ποσότητα της θυμίνης και η ποσότητα της κυτοσίνης είναι περίπου ίση με τη γουανίνη.

Αυτή η εμπειρική γενίκευση ότι υπάρχει αναλογία πυριμιδινών και πουρινών στο DNA 1:1 ονομάζεται νόμος του Chargaff , που πήρε το όνομά του από τον αυστριακό-αμερικανό βιολόγο Erwin Chargaff, ο οποίος διατύπωσε για πρώτη φορά την αρχή στα τέλη της δεκαετίας του 1940. Μόνο τη δεκαετία του 1950, όταν οι Francis Crick &James Watson ανακάλυψαν την τρισδιάστατη γεωμετρική δομή του DNA, υπήρχε μια σωστή εξήγηση για το γιατί ο νόμος του Chargaff είναι αληθινός.

Το DNA λειτουργεί κυρίως για την αποθήκευση πληροφοριών που χρησιμοποιούνται για την κατασκευή πρωτεϊνών. Αυτή η πληροφορία κωδικοποιείται με τη μορφή αλληλουχιών νουκλεοτιδικών βάσεων. Αλληλουχίες βάσεων (A, C, G, T) ειδικές αλληλουχίες αμινοξέων, τα θεμελιώδη δομικά στοιχεία των πρωτεϊνών. Με απλούστερους όρους, το DNA περιέχει «οδηγίες» σχετικά με τον τρόπο κατασκευής πρωτεϊνών. Τα κυτταρικά μηχανήματα εξάγουν αυτές τις πληροφορίες από το DNA και κατασκευάζουν πρωτεΐνες σύμφωνα με τις οδηγίες.

RNA

Το άλλο κύριο είδος νουκλεϊκού οξέος είναι το RNA. Το RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) περιέχει ριβόζη στην ομάδα των σακχάρων του. Τυπικά, το RNA έρχεται μόνο σε μονούς κλώνους, αν και πολλαπλοί κλώνοι RNA μπορούν να σχηματίσουν μοριακά σύμπλοκα. Το RNA είναι χημικά παρόμοιο με το DNA στο ότι κάθε μόριο RNA περιέχει μια αλληλουχία βάσεων νουκλεοτιδίων. 3 από τα νουκλεοτίδια στο RNA είναι τα ίδια με το DNA, τα A, C και G. Ωστόσο, το RNA δεν περιέχει θυμίνη (Τ) και αντ' αυτού έχει ουρακίλη (U).

Η κύρια λειτουργία του RNA είναι η εξαγωγή γενετικών πληροφοριών από το DNA και η φυσική συναρμολόγηση πρωτεϊνών. Τα μόρια RNA κάνουν δύο βασικά πράγματα στη γονιδιακή έκφραση. «αντιγράφουν» πληροφορίες από το DNA και στη συνέχεια «διαβάζουν» αυτές τις πληροφορίες για να δημιουργήσουν πρωτεΐνες. Το RNA είναι πιο χημικά εύκαμπτο από το DNA, γεγονός που εξηγεί γιατί υπάρχουν περισσότερες λειτουργικές παραλλαγές του RNA από το DNA. Οι διάφοροι υποτύποι του RNA είναι εξειδικευμένοι και ο καθένας εκτελεί μια συγκεκριμένη λειτουργία στην κατασκευή πρωτεϊνών.

mRNA

Το mRNA (αγγελιοφόρος RNA) είναι ο υποτύπος του RNA που «αντιγράφει» τις πληροφορίες στο DNA σε ένα αναγνώσιμο. Η διαδικασία αντιγραφής πληροφοριών από το DNA σε RNA ονομάζεται μεταγραφή. Το mRNA μεταγράφεται από το DNA μέσω συμπληρωματικού ζεύγους βάσεων. Κατά τη μεταγραφή, ένα ειδικό ένζυμο που ονομάζεται RNA-πολυμεράση συνδέεται στο συγκεκριμένο τμήμα του DNA που πρόκειται να μεταγραφεί. Η RNA-πολυμεράση «ξετυλίγει» τον κλώνο και τον χωρίζει ακριβώς στη μέση, δημιουργώντας έναν κλώνο προτύπου και έναν κωδικοποιητικό κλώνο.

Ένας από τους δύο κλώνους χωρίζονται, η RNA-πολυμεράση συνδέεται με τον κλώνο του εκμαγείου και αρχίζει να "περπατά" κατά μήκος του κλώνου από το 5' έως το 3' άκρο. Καθώς προχωρά, η RNA-πολυμεράση «χτίζει» το mRNA προσθέτοντας συμπληρωματικά ζεύγη βάσεων. Το μεταγράφημα mRNA περιέχει τις ίδιες πληροφορίες με τον κωδικοποιητικό κλώνο, με τη διαφορά ότι όλες οι βάσεις Τ έχουν αντικατασταθεί με βάσεις U.

rRNA

Μόλις το mRNA μεταγραφεί, πρέπει να διαβαστεί. Η διαδικασία κατασκευής πρωτεϊνών με βάση τις πληροφορίες στο mRNA ονομάζεται μετάφραση. Τα ριβοσώματα είναι τα κυτταρικά σύμπλοκα όπου λαμβάνει χώρα η μετάφραση. Κατά τη μετάφραση, το mRNA τροφοδοτείται μέσω ριβοσωμάτων τα οποία διαβάζουν ακολουθίες βάσεων για την παραγωγή πρωτεϊνών.

Τα ριβοσώματα αποτελούνται κυρίως από πρωτεΐνες και rRNA (ριβοσωμικό RNA), μια ειδική μορφή RNA που είναι απαραίτητη για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Το rRNA σχηματίζει το κύριο σώμα των ριβοσωμικών υπομονάδων 40S και 60S, οι οποίες είναι η φυσική θέση στην οποία συνδέεται το mRNA όταν μεταφράζεται. Το ανθρώπινο DNA περιέχει περίπου 300-400 γονίδια που κωδικοποιούν το rRNA. Το rRNA συντίθεται μέσω μεταγραφής αυτών των ειδικών γονιδίων και καθοδηγείται από ένα ειδικό ένζυμο που ονομάζεται RNA-πολυμεράση Ι.

tRNA

Ωστόσο, το mRNA και το rRNA δεν είναι ολόκληρη η ιστορία. Τα μόρια tRNA (transfer RNA) είναι ειδικά νουκλεϊκά οξέα που χρησιμεύουν ως γέφυρα μεταξύ της αλληλουχίας mRNA των βάσεων και της ολοκληρωμένης πρωτεΐνης. Το tRNA είναι τα μόρια που πραγματικά συναρμολογούν την πρωτεΐνη ενώ υφίσταται επεξεργασία από τα ριβοσώματα.

Όταν το mRNA τροφοδοτείται μέσω ριβοσωμάτων, οι βάσεις του διαβάζονται σε ομάδες των 3. Κάθε ομάδα 3 βάσεων ονομάζεται κωδικόνιο. Κάθε κωδικόνιο προσδιορίζει ένα συγκεκριμένο αμινοξύ. Για παράδειγμα, το κωδικόνιο «GAC» προσδιορίζει το αμινοξύ γλουταμίνη. Καθώς διαβάζεται κάθε κωδικόνιο, ένα συγκεκριμένο μόριο tRNA που περιέχει ένα συμπληρωματικό αντικωδικόνιο στο ένα άκρο και το καθορισμένο αμινοξύ στο άλλο άκρο ασφαλίζει στο εκτεθειμένο κωδικόνιο. Μόλις συνδεθεί, ο κλώνος mRNA τραβιέται μέσα από το ριβόσωμα, εκθέτοντας ένα νέο κωδικόνιο στο οποίο συνδέεται ένα άλλο μόριο tRNA. Στη συνέχεια, τα δύο αμινοξέα ενώνονται μεταξύ τους με έναν πεπτιδικό δεσμό. αυτή η διαδικασία συνεχίζεται έως ότου το ριβόσωμα διαβάσει ένα «κωδικόνιο διακοπής», ειδικά κωδικόνια που δηλώνουν το τέλος ενός πολυπεπτιδικού κλώνου. Όταν διαβάζεται ένα κωδικόνιο λήξης, παράγοντες απελευθέρωσης αποσυνδέουν την ολοκληρωμένη πρωτεΐνη από το ριβόσωμα.

snRNA

Το snRNA (μικρό νουκλεϊκό RNA) είναι ένα ειδικό είδος μορίου RNA που βρίσκεται μόνο στους ευκαρυώτες. Τα snRNA το λειτουργούν κυρίως για την επεξεργασία μεταγραφής προ-mRNA. Στους ευκαρυώτες, το mRNA δεν μπορεί να μεταφραστεί αμέσως μετά τη μεταγραφή του. Πρέπει πρώτα να περάσει από ορισμένες τροποποιήσεις μετά τη μεταγραφή. Το snRNA συνδέεται με το μεταγράφημα προ-mRNA και αποκόπτει τμήματα μη κωδικοποιητικών αλληλουχιών που ονομάζονται εσώνια σε μια διαδικασία που ονομάζεται μάτισμα RNA. Οι υπόλοιπες αλληλουχίες, που ονομάζονται εξόνια, είναι οι αλληλουχίες που πραγματικά διαβάζονται και μεταφράζονται σε πρωτεΐνες.

Δεν είναι πολλά γνωστά για την εξελικτική προέλευση των ιντρονίων στους ευκαρυώτες, αλλά εξυπηρετούν ορισμένες λειτουργίες. αλληλουχίες mRNA που ματίζονται μπορούν να γίνουν micro RNA που συνεχίζουν να βοηθούν σε άλλους μηχανισμούς μετά τη μεταγραφή και μετά τη μετάφραση. Τα ιντρόνια επιτρέπουν επίσης εναλλακτικό μάτισμα, ώστε να μπορείτε να λάβετε περισσότερα από ένα προϊόντα από το ίδιο σύνολο νουκλεοτιδίων.

Συνοψίζοντας, υπάρχουν 2 κύρια είδη νουκλεϊκών οξέων:το DNA και το RNA. Το DNA περιέχει τη γενετική πληροφορία που χρησιμοποιείται για την κατασκευή πρωτεϊνών, ενώ οι υποτύποι του RNA χρησιμεύουν για την εξαγωγή αυτών των πληροφοριών και την κατασκευή των πρωτεϊνών. Υπάρχουν 4 κύρια είδη RNA, mRNA, rRNA, tRNA και snRNA. Έτσι, υπάρχουν 5 κύρια είδη νουκλεϊκών οξέων που βρίσκονται στο ανθρώπινο σώμα. DNA, mRNA, rRNA, tRNA και snRNA.