Типы нуклеиновых кислот
Есть два типа нуклеиновая кислота : дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Оба играют центральную роль в каждой функции каждого живого организм, Нуклеиновые кислоты имеют сходные основные структуры с важными отличиями. Они состоят из мономер нуклеотиды, связанные как звенья в цепи, чтобы сформировать полимеры нуклеиновой кислоты. Нуклеотиды состоят из нуклеозида (комбинация пентозы моносахарид молекула и азотистая основа ) и фосфатная группа, Разница между РНК и ДНК заключается в одном азотистом основании и одном атоме кислорода в молекуле сахара.
ДНК
ДНК – это генетический проект живого организма, в котором хранится вся информация и из которого может быть передана вся информация. Имеет отличительный двойная спираль Форма – две отдельные нити, которые сплетаются друг с другом. Нить ДНК намного длиннее, чем у единственной нити РНК. Это потому, что каждая нить ДНК в каждом клетка содержит план для всего организма. Дезоксирибонуклеиновая кислота находится в основном в ядре. Тем не менее, ДНК в гораздо более короткой версии также можно найти в митохондрии (мтДНК), где он поставляет гены, необходимые для производства аденозинтрифосфата, наиболее важного источника клеточной энергии.
Любая клетка с ядром содержит нуклеиновую кислоту в форме ДНК. Существуют различные исключения из правила. Некоторые клетки теряют свое ядро и ДНК в процессе старения, такие как зрелый красный кровь клетки, корнеоциты и кератиноциты. Тромбоциты крови иногда упоминаются как не содержащие ни ядра, ни ДНК; однако тромбоциты представляют собой фрагменты мегакариоцитов и не считаются действительными клетками. Одноклеточные организмы (прокариоты), такие как бактерии не имеют ядра, но содержат свободные нити ДНК в цитоплазма, как показано ниже.
Структура нуклеиновой кислоты ДНК
Структура ДНК, всемирно признанной двойной спирали, основана на двух нитях сахарофосфатного остова, удерживаемых вместе азотистыми базовыми веретенами. ДНК содержит четыре азотистых основания или нуклеиновых основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Это природные соединения, которые дают каждому нуклеотид Его название и подразделяются на две группы – пиримидины и пурины. В то время как пиримидиновые цитозин, тимин и урацил (см. РНК) представляют собой небольшие конструкции с одним кольцом, аденин и гуанин имеют более крупные и двойные кольца. Это различие в форме и размерах и последующее различие в электрическом заряде является важным, поскольку оно допускает только конкретные дополнительные пары между различными типами групп; в ДНК аденин будет связываться только с тимином, а цитозин будет связываться только с гуанином. Это создает азотистые базовые шпиндели одинаковой длины и зеркальное отображение на противоположной нити.
Форма двойной спирали ДНК обусловлена формой нуклеотидов мономера. Когда асимметричные молекулы сложены одна поверх другой, часто получается спираль. В ДНК каждая нить идет параллельно друг другу или в противоположных направлениях.
Нуклеотидный мономер, который составляет единственное звено цепи полимера ДНК, образован из нуклеиновой основы, фосфатной группы и пятиуглеродного (пентозного) сахара, называемого 2-дезоксирибоза, «Дезокси» относится к потере атома кислорода по отношению к другой форме пентозного сахара, известной как рибоза (см. РНК). Этот недостаток атома кислорода также играет роль в спиральной структуре ДНК. На следующем изображении показана разница в химической структуре этих двух пентозных сахаров. Обратите внимание на отсутствие красной молекулы кислорода на втором углероде дезоксирибозы слева.
Дезоксирибоза ковалентно связывается с фосфатной группой. Это производит цепь, известную как сахарно-фосфатный остов. Эта структура оставляет каждое нуклеотидное основание открытым и свободным для связи с правильным нуклеотидным основанием на противоположной цепи.
РНК
РНК находится в каждом типе клеток. Это важно для производства белков посредством репликации генетической информации. Используя ДНК-схему, РНК в различных формах копирует и передает закодированные генетические данные в клеточные рибосомы. В свою очередь, рибосомы переводят эти данные в форму белков. РНК не связана с двухспиральной структурой ДНК. Тем не менее, он обладает способностью формировать эту структуру на временный период и существует в отдельных нитях различной длины. Даже в двуядерных эритроцитах РНК продолжает осуществлять процесс транскрипция, Это потому, что биосинтез белка необходим для каждой реакции в живом организме.
Типы РНК
РНК имеет четыре основные формы, названные в соответствии с ее конкретной ролью. Они известны как мессенджер РНК (мРНК ), перенос РНК (тРНК ), рибосомная РНК (рРНК) и некодирующая РНК (нкРНК). Три из них – мРНК, тРНК и рРНК – отвечают за выработку белков из одного аминокислоты в соответствии с планом ДНК. Некодирующая РНК – это широкая группа рибонуклеиновых кислот, которые не продуцируют белки посредством кодов ДНК. Исследования в этой группе все еще находятся в зачаточном состоянии, и многие из них относятся к категории, известной как «мусорная» РНК. Однако большие количества определенных типов РНК могут указывать функции в таких областях, как хромосома структура, гомеостаз и клетка физиология.
Структура нуклеиновой кислоты РНК
По структуре РНК очень похожа на ДНК. Основные отличия: отсутствие структуры с двойной спиралью, рибоза вместо дезоксирибозы и урацил вместо тимина.
РНК в основном обнаруживается в единичных или сложенных формах. Он имеет тенденцию образовывать двойную спираль только на временной основе. Пентозный сахар в форме рибозы, который является частью сахарофосфатного остова РНК, имеет дополнительный атом кислорода на втором атоме углерода, который образует гидроксильная группа, Нуклеиновая основа урацила, специфичная для РНК, заменяет тимин, обнаруженный в ДНК. Изображение ниже ясно показывает эти структурные и элементные различия.
Структура нуклеиновой кислоты
Нуклеиновые кислоты могут образовывать огромные полимеры, которые могут принимать различные формы. Таким образом, существует несколько способов обсуждения структуры нуклеиновой кислоты. «Структура нуклеиновой кислоты» может означать нечто такое простое, как последовательность нуклеотидов в куске ДНК. Или это может означать что-то настолько сложное, как то, как складывается молекула ДНК и как она взаимодействует с другими молекулами.
Вот немного о каждом уровне структуры нуклеиновой кислоты:
Первичная структура
Нуклеотиды – строительные блоки нуклеиновых кислот и «буквы» генетического «кода» – состоят из двух компонентов:
- Азотистое основание, такое как аденин, цитозин, гуанин и тимин или урацил. ДНК и РНК имеют четыре возможных азотистых основания; где ДНК использует тимин, или «Т», РНК использует урацил, или «U» вместо тимина. Каждое из этих четырех оснований обладает различными свойствами связывания, гарантируя, что клетка не «смешивает» одну букву с другой. Тимин и урацил имеют почти идентичные структуры и свойства, что позволяет им выполнять сходные роли в двух разных типах нуклеиновых кислот.
- Сахарофосфатный остов, который позволяет связывать азотистые основания. Сахар каждого нуклеотида может связываться с фосфатом другого нуклеотида, становясь единой молекулой. Когда многие нуклеотиды связаны вместе, угол этой связи фосфат-сахар чаще всего превращает нить в спираль. Вот почему ДНК, которая является двухцепочечной, естественно принимает форму двойная спираль, Первичная структура нуклеиновой кислоты относится к последовательности ее нуклеотидных оснований и тому, как они ковалентно связаны друг с другом. Следовательно, последовательность «букв» в цепи ДНК или РНК является частью ее первичной структуры, как и спиральная или двойная спиральная форма.
Вторичная структура
Вторичная структура относится к тому, как нуклеотидные основания образуют водородную связь друг с другом и какую форму это создает из их двух цепей. Водородные связи, которые образуются между комплементарными основаниями двух цепей нуклеиновой кислоты, весьма отличаются от Ковалентная связь который образуется между сестринскими мономерами в цепи нуклеиновой кислоты.
Связи между основаниями в одной цепи нуклеиновой кислоты являются ковалентными – они полностью разделяют свои электроны и связаны так, что их очень трудно разорвать. Атомы, связанные ковалентными связями, являются частью одной и той же молекулы. С другой стороны, водородные связи представляют собой слабые связи, возникающие из-за слабых временных притяжений между положительно заряженными ядрами водорода и электронами других атомов. Молекулы на самом деле не разделяют электроны, поэтому их можно довольно легко разделить. Изменения факторов окружающей среды, таких как кислотность, также могут нарушать водородные связи.
Наиболее распространенная вторичная структура, с которой мы знакомы, – это двойная спираль, которая образуется, когда две комплементарные нити водородной связи ДНК связаны друг с другом. Возможны и другие структуры, такие как «стволовая петля», которая возникает, когда отдельная молекула РНК сворачивается назад и образует водородные связи с самим собой, или четырехрукая структура, которая может возникать, когда четыре разные цепи водородной связи нуклеиновой кислоты с разными части друг друга. Считается, что некоторые из этих вторичных структурных возможностей используются, чтобы помочь контролировать ген выражение и выполнять другие биологические функции. В целом, ферменты транскрипции будут экспрессировать только те гены, к которым они имеют доступ. Если фрагмент гена или РНК «связан» в клубке нуклеиновых кислот, ферменты могут быть менее вероятно его достичь. Гены в более открытых, простых вторичных структурах, с другой стороны, могут с большей вероятностью быть экспрессированными.
Третичная структура
Третичная структура относится к положению атомов нуклеиновой кислоты в пространстве. Есть несколько общих измерений, которые обсуждаются, когда речь идет о третичной структуре нуклеиновой кислоты, в том числе:
- «Ручность» Асимметричные молекулы очень похожи на наши руки. Например, каждая из наших рук имеет одинаковую форму – одинаковые компоненты связаны друг с другом одинаково. Но наши руки явно не взаимозаменяемы. Это потому, что у одной из наших рук большой палец справа, а у другой большой палец слева. Вместо того чтобы быть идентичными взаимозаменяемыми структурами, наши руки являются зеркальным отражением друг друга. Точно так же асимметричные молекулы с одинаковыми частями и связностью могут быть идентичными или они могут быть зеркальными изображениями друг друга. Некоторые молекулы «правши», в то время как другие являются «левосторонними» их зеркальными изображениями. Когда речь идет о биологических молекулах, «решимость» может иметь решающее значение для определения воздействия химического вещества на организм. Для некоторых лекарств и ядов только один стереоизомер взаимодействует с ферментами нашего организма. Одна молекула может не повлиять на нас, в то время как ее зеркальное отображение может быть полезным или смертельным.
- Длина витка спирали.
Хотя любая асимметричная молекула может иметь стереоизомер, как вы можете догадаться, «длина поворота спирали» довольно уникальна для нуклеиновых кислот.
Угол связей между нуклеотидами заставляет большинство нуклеиновых кислот образовывать форму спирали. Но небольшие различия в форме спирали могут вызвать различия во взаимодействии спирали с нашими ферментами и другими молекулами. Так что детали этой формы спирали могут быть важны!
- Количество пар оснований за ход.
Это еще одна мера точной формы и свойств спирали нуклеиновой кислоты. Это может быть химически и биологически важным, поскольку оно определяет, какие ферменты и молекулы могут влиять на ДНК или РНК.
- Разница в размерах между основными и второстепенными канавками.
В двойной спирали нуклеиновой кислоты «основная канавка» – это более широкий путь, который открывается между двумя двумя цепями нуклеиновой кислоты. «Малая борозда» является более узкой. В некоторых случаях эти бороздки могут служить сайтами связывания для других молекул.
Размеры главных и второстепенных канавок могут варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включая химическую среду двойной спирали. Все, что влияет на прочность водородных связей, может повлиять на размер основных и второстепенных канавок.
Четвертичная структура
Четвертичная структура относится к большим формам и структурам, которые могут быть сделаны нуклеиновыми кислотами. Подобно аминокислотам и белкам, нуклеиновые кислоты могут образовывать большие структуры. Форма этих структур может быть важна для их функций.
Примеры четвертичных структур нуклеиновых кислот включают хроматиды – огромные молекулы ДНК, которые плотно упакованы для хранения и транспортировки во время деление клеток – и рибосомы, которые представляют собой органеллы, сделанные частично из РНК.
Некоторые рибозимы также выполняют свою работу частично благодаря использованию четвертичной структуры. Это позволяет им взаимодействовать со своими субстратами. Как и ферменты из белка, рибозимы должны точно соответствовать подложка чтобы катализировать его химические реакции.