Определение
Нуклеиновая кислота – это цепь нуклеотидов, которая хранит генетическую информацию в биологических системах. Он создает ДНК и РНК, которые хранят информацию, необходимую клеткам для создания белков. Эта информация хранится в нескольких наборах из трех нуклеотидов, известных как кодоны.
Как работают нуклеиновые кислоты
Название происходит от того факта, что эти молекулы являются кислотами, то есть они хорошо переносят протоны и принимают электронные пары в химических реакциях, и тем фактом, что они были впервые обнаружены в ядрах наших клеток.
Как правило, нуклеиновая кислота большая молекула состоит из строки или «полимера» из единиц, называемых «нуклеотиды «. Вся жизнь на Земле использует нуклеиновые кислоты в качестве среды для записи наследственной информации, то есть нуклеиновые кислоты – это жесткие диски, содержащие необходимый план или «исходный код» для создания клеток.
В течение многих лет ученые задавались вопросом, как живые существа «знают», как производить все сложные материалы, которые им необходимы для роста и выживания, и как они передают свои черты потомству.
Ученые в конце концов нашли ответ в виде ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – молекула, расположенная в ядре клеток, которая передается от родительских клеток к «дочерним» клеткам.
Когда ДНК была повреждена или передана неправильно, ученые обнаружили, что клетки не работают должным образом. Повреждение ДНК может привести к неправильному развитию клеток и организмов или к настолько сильному повреждению, что они просто погибнут.
Более поздние эксперименты показали, что другой тип нуклеиновой кислоты – РНК или рибонуклеиновая кислота – действовал какпосыльный », Которые могут нести копии инструкций, найденных в ДНК. Рибонуклеиновая кислота также использовалась для передачи инструкций от поколения к поколению некоторыми вирусами.
Функция нуклеиновых кислот
Информация о магазине нуклеиновых кислот, как компьютерный код
Безусловно, наиболее важной функцией нуклеиновых кислот для живых организмов является их роль носителя информации.
Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть созданы с четырьмя «основаниями» и поскольку «правила спаривания оснований» позволяют «копировать» информацию, используя одну цепь нуклеиновых кислот в качестве шаблона для создания другой, эти молекулы способны как содержать, так и копировать информацию.
Чтобы понять этот процесс, может быть полезно сравнить код ДНК с двоичным кодом, используемым компьютерами. Два кода очень разные по своей специфике, но принцип один и тот же. Так же, как ваш компьютер может создавать целые виртуальные реальности, просто считывая строки 1 и 0, клетки могут создавать целые живые организмы, считывая строки из четырех пар оснований ДНК.
Как вы можете себе представить, без бинарного кода у вас не было бы компьютера и компьютерных программ. Точно так же живые организмы нуждаются в неповрежденных копиях своего «исходного кода» ДНК, чтобы функционировать.
Параллели между генетический код и двоичный код даже побудил некоторых ученых предложить создание «генетических компьютеров», которые могли бы хранить информацию гораздо более эффективно, чем жесткие диски на основе кремния. Однако, поскольку наша способность записывать информацию о кремнии возросла, мало внимания уделялось исследованиям «генетических компьютеров».
Защита информации
Поскольку исходный код ДНК так же важен для клетка поскольку ваша операционная система находится на вашем компьютере, ДНК должна быть защищена от возможного повреждения. Чтобы транспортировать инструкции ДНК в другие части клетки, копии ее информации делаются с использованием другого типа нуклеиновой кислоты – РНК.
Это РНК-копии генетической информации, которые отправляются из ядра и вокруг клетки для использования в качестве инструкций клеточным механизмом.
Клетки также используют нуклеиновые кислоты для других целей. Рибосомы – клеточные машины, которые производят белок – и некоторые ферменты сделаны из РНК.
ДНК использует РНК как своего рода защитный механизм, отделяющий ДНК от хаотической среды цитоплазма, Внутри ядра ДНК защищена. За пределами ядра движения органелл, везикул и других клеточных компонентов могут легко повредить длинные и сложные нити ДНК.
Тот факт, что РНК может действовать как в качестве наследственного материала, так и в качестве фермента, подтверждает идею о том, что самой первой жизнью могла быть самореплицирующаяся, самокатализирующаяся молекула РНК.
Примеры нуклеиновых кислот
Наиболее распространенными нуклеиновыми кислотами в природе являются ДНК и РНК. Эти молекулы составляют основу для большей части жизни на Земле, и они хранят информацию, необходимую для создания белков, которые, в свою очередь, выполняют функции, необходимые для выживания и размножения клеток. Однако ДНК и РНК не единственные нуклеиновые кислоты. Тем не менее, искусственные нуклеиновые кислоты также были созданы. Эти молекулы функционируют так же, как природные нуклеиновые кислоты, но они могут выполнять аналогичную функцию. На самом деле, ученые используют эти молекулы для создания основы «искусственной формы жизни», которая может поддерживать искусственную нуклеиновую кислоту и извлекать из нее информацию для создания новых белков и выживания.
Вообще говоря, сами нуклеиновые кислоты различаются в каждом организм на основе последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте. Эта последовательность «читается» клеточным аппаратом для подключения аминокислоты в правильной последовательности, построение сложных белковых молекул со специфическими функциями.
Нуклеиновые Кислоты и Генетика
Генетический код
Сегодня ученые знают, что исходный код для клеток в буквальном смысле написан на нуклеиновых кислотах. Генная инженерия изменяет свойства организмов, добавляя, удаляя или переписывая части их ДНК – и впоследствии изменяя то, какие «части» производят клетки.
Достаточно квалифицированный генетический «программист» может создать инструкции для живой клетки с нуля, используя код нуклеиновой кислоты. Ученые сделали именно это в 2010 году, используя искусственный синтезатор ДНК, чтобы «писать» геном с нуля, используя кусочки исходного кода, взятые из других клеток.
Все живые клетки на Земле «читают» и «пишут» свои исходные коды практически на одном и том же «языке», используя нуклеиновые кислоты. Наборы из трех нуклеотидов, называемые кодонами, могут кодировать любую данную аминокислоту или для остановки или начало белка производство.
Другие свойства нуклеиновых кислот могут влиять на экспрессию ДНК более тонкими способами, такими как слипание и затруднение для транскрипция ферменты для доступа к коду, который они хранят.
Тот факт, что все живые клетки на Земле «говорят» почти на одном и том же генетическом «языке», поддерживает идею универсального общего предка, то есть идею, что вся жизнь на Земле сегодня началась с одной первичной клетки, чьи потомки эволюционировали, чтобы породить для всей современной жизни вид.
С химической точки зрения, нуклеотиды, которые связаны вместе для создания нуклеиновых кислот, состоят из пятиуглеродного сахара, фосфатная группа и азотсодержащее основание. Изображение ниже показывает структурные чертежи четырех азотистых оснований ДНК и четырех РНК, используемых живыми существами на Земле в своих нуклеиновых кислотах.
Это также показывает, как сахарно-фосфатные «скелеты» связываются под углом, который создает спираль – или двойная спираль в случае ДНК – когда несколько нуклеиновых кислот связаны вместе в одну молекулу:
Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть получены естественным путем путем взаимодействия неорганических ингредиентов, и поскольку они, возможно, являются наиболее важным компонентом для жизни на Земле, некоторые ученые считают, что самая первая «жизнь» на Земле, возможно, была самовоспроизводящейся последовательностью аминокислот это было создано естественными химическими реакциями.
Нуклеиновые кислоты были обнаружены в метеоритах из космоса, доказывая, что эти сложные молекулы могут образовываться по естественным причинам даже в условиях, где нет жизни.
Некоторые ученые даже предположили, что такие метеориты, возможно, помогли создать первую самореплицирующуюся «жизнь» нуклеиновых кислот на Земле. Это кажется возможным, но нет никаких веских доказательств, чтобы сказать, правда ли это.
Структура нуклеиновой кислоты
Поскольку нуклеиновые кислоты могут образовывать огромные полимеры, которые могут принимать различные формы, существует несколько способов обсудить «структуру нуклеиновой кислоты». Это может означать нечто столь же простое, как последовательность нуклеотидов в куске ДНК, или что-то столь же сложное, как способ складывания молекулы ДНК и взаимодействие с другими молекулами. Нуклеиновые кислоты образуются в основном с элементами углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора.
Пожалуйста, обратитесь к нашему Структура нуклеиновой кислоты статья для получения дополнительной информации.
Мономер нуклеиновых кислот
Нуклеотиды являются отдельными мономерами нуклеиновой кислоты. Эти молекулы довольно сложные, состоящие из азотистая основа плюс сахарно-фосфатный «костяк». Есть четыре основных типа нуклеотидов, аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т).
Когда наши клетки соединяют нуклеотиды вместе, образуя полимеры, называемые нуклеиновыми кислотами, они связывают их, заменяя молекулу кислорода в 3 ‘сахаре одного нуклеотид Основа с молекулой кислорода 5′-сахара другого нуклеотида.
Это возможно, потому что химические свойства нуклеотидов позволяют 5′-углеродам связываться с несколькими фосфатами. Эти фосфаты являются привлекательными связывающими партнерами для 3′-молекулы кислорода 3′-кислорода другого нуклеотида, так что молекула кислорода сразу же связывается с фосфатами и заменяется кислородом 5′-сахара. Два нуклеотидных мономера затем полностью связаны с Ковалентная связь через эту молекулу кислорода, превращая их в одну молекулу.
Нуклеотиды – это мономеры нуклеиновых кислот, но так же, как нуклеиновые кислоты могут служить не только для передачи информации, но и для других целей, нуклеотиды могут.
Молекулы, несущие жизненную энергию, ATP и GTP, состоят из нуклеотидов – нуклеотидов «A» и «G», как вы могли догадаться.
В дополнение к переносу энергии, GTP также играет жизненно важную роль в G-белке клеточная сигнализация пути. Термин «G-белок» на самом деле происходит от «G» в «GTP» – того же самого G, который содержится в генетическом коде.
G-белки представляют собой особый тип белка, который может вызывать сигнальные каскады с важными и сложными последствиями в клетке. Когда GTP фосфорилируется, эти G-белки могут быть включены или выключены.