Nukleinsyroregenskaper, funktioner, struktur

De nukleinsyror De är stora biomolekyler som bildas av enheter eller monomerer som kallas nukleotider. De ansvarar för lagring och överföring av genetisk information. De deltar också i vart och ett av stegen i proteinsyntesen.

Strukturellt bildas varje nukleotid av en fosfatgrupp, ett fem -kolsocker och en heterocyklisk kvävebas (A, T, C, G och U). Ett fysiologiskt pH, nukleinsyror är negativt laddade, de är lösliga i vatten, de bildar viskösa lösningar och är ganska stabila.

Källa: Pixabay.com

Det finns två huvudtyper av nukleinsyror: DNA och RNA. Sammansättningen av båda nukleinsyrorna liknar: i båda hittar vi en serie nukleotider förenade av fosfodiésterbindningar. Men i DNA hittar vi Timina (T) och i RNA Uracil (U).

DNA är längre och är i en dubbel propellkonformation och RNA bildas av en enda sträng. Dessa molekyler finns i alla levande organismer, från virus till stora däggdjur.

[TOC]

Historiskt perspektiv

Upptäckt av nukleinsyror

Upptäckten av nukleinsyror går tillbaka till 1869 när Friedrich Miescher identifierade kromatin. I sina experiment gjorde Miescher extraktionen av ett gelatinöst konsistensmaterial från kärnan och upptäckte att detta ämne var rik på fosfor.

Ursprungligen utsågs det mystiska materialet som "nuclein". Efterföljande experiment på nuklein drog slutsatsen att detta inte bara är rikt på fosfor, utan också på kolhydrater och organiska baser.

Phoebus Levene fann att nuklein var en linjär polymer. Även om de grundläggande kemiska egenskaperna hos nukleinsyror var kända, ansågs det inte att det fanns en relation mellan denna polymer och det ärftliga materialet av levande varelser.

DNA -funktionsupptäckt

I mitten av -40 -talet var det lite övertygande för biologer från det ögonblick som den molekyl som ansvarar för överföring och lagring av informationen om en organisme var bosatt i en molekyl med en konformation så enkel som DNA - sammansatt av fyra monomerer (nukleotider) mycket mycket Liknande varandra.

Proteiner, polymerer som består av 20 typer av aminosyror, verkade för tiden mer troliga kandidater vara arvsmolekylen.

Denna vision förändrades 1928, då forskaren Fred Griffith misstänkte att nukleinet var involverat i arvet. Slutligen, 1944, lyckades Oswald Avery dra slutsatsen med robust bevis på att DNA innehöll genetisk information.

Således gick DNA från att vara en tråkig och monoton molekyl, bestående av endast fyra strukturella block, till en molekyl som tillåter lagring av ett enormt antal information, och som kan hålla det och överföra det på ett exakt, exakt och effektivt sätt.

DNA -strukturupptäckt

Året 1953 var en revolutionär för biologiska vetenskaper, eftersom forskarna James Watson och Francis Crick klargjorde den korrekta strukturen för DNA.

Baserat på analysen av X -Ray -reflektionsmönster föreslog resultaten från Watson och Crick att molekylen är en dubbel spiral, där fosfatgrupper bildar ett yttre skelett och baserna projiceras.

Analogin med en stege används vanligtvis, där ledstängerna motsvarar fosfaterna och steg till baserna.

DNA -sekvenseringsupptäckt

Under de senaste två decennierna har extraordinära framsteg inom biologi inträffat, ledd av DNA -sekvensering. Tack vare tekniska framsteg har vi idag i den nödvändiga tekniken för att med en ganska hög precision med DNA: s sekvens - med "sekvens" menar vi basens ordning.

Ursprungligen var att belysa sekvensen en dyr händelse och krävde mycket tid att slutföra. För närvarande är det inte ett problem att känna till hela genomens sekvens.

Egenskaper

Belastning och löslighet

Som namnet antyder är naturen hos nukleinsyror sur och är molekyler med hög vattenlöslighet; det vill säga de är hydrofilisk. Vid fysiologiskt pH är molekylen negativt laddad av närvaron av fosfatgrupper.

Som en följd av detta är proteinerna med vilka DNA är associerade rika på aminosyrarester med positiva belastningar. Rätt DNA -förening är avgörande för förpackning i celler.

Gegga

Nukleinsyrans viskositet beror på om detta är dubbelt eller enkelt band. DNA med dubbla band bildar höga viskositetslösningar, eftersom dess struktur är styv och motsätter motstånd mot deformation. Dessutom är de extremt långa molekyler i förhållande till dess diameter.

Däremot finns det också nukleinsyralösningar i enkelt band, som kännetecknas av en reducerad viskositet.

Stabilitet

En annan egenskap hos nukleinsyror är deras stabilitet. Naturligtvis måste en molekyl med ett sådant oumbärligt arbete som arvslagring vara mycket stabil.

Jämförelsevis är DNA mer stabilt än RNA, eftersom det saknar en hydroxylgrupp.

Det är möjligt att denna kemiska egenskap hade en viktig roll i utvecklingen av nukleinsyror och i valet av DNA som ärftligt material.

Det kan tjäna dig: protokooperation

Enligt de hypotetiska övergångarna som tagits upp av vissa författare ersattes RNA av DNA i den evolutionära framtiden. Men idag finns det några virus som använder RNA som genetiskt material.

Ultraviolett ljusabsorption

Absorptionen av nukleinsyror beror också på om det är i dubbelband eller i enkelt band. Ringarnas absorptionstopp i dess struktur är 260 nanometrar (nm).

När DNA -strängen med dubbelband börjar separera ökar absorptionen till den nämnda våglängden, eftersom ringarna som utgör nukleotiderna utsätts.

Denna parameter är viktig för molekylära biologer i laboratoriet, eftersom de genom att mäta absorption kan uppskatta mängden DNA som finns i deras prover. I allmänhet bidrar kunskapen om DNA -egenskaper till dess rening och behandling i laboratorier.

Klassificering (typer)

De två huvudsakliga nukleinsyrorna är DNA och RNA. Båda är delar av alla levande varelser. DNA är förkortningen för deoxyribonukleinsyra och RNA för ribonukleinsyra. Båda molekylerna har en grundläggande roll i arv och proteinsyntes.

DNA är molekylen som lagrar all nödvändig information för utvecklingen av en organisme och är grupperad i funktionella enheter som kallas gener. RNA ansvarar för att ta denna information och översätter tillsammans med proteinkomplex informationen från en nukleotidkedja till en aminosyrakedja.

RNA -kedjor kan ha långa eller några tusen nukleotider, medan DNA -kedjor överskrider miljoner nukleotider och kan visualiseras under ljuset av ett optiskt mikroskop om de färgas med färgämnen.

De grundläggande strukturella skillnaderna mellan de två molekylerna kommer att beskriva dem i följande avsnitt.

RNA

I celler finns det olika typer av RNA som tillsammans fungerar för att orkestrera proteinsyntes. De tre huvudtyperna av RNA är messenger, ribosomal och överföringen.

RNA

Messenger RNA ansvarar för att kopiera meddelandet som finns i DNA och transporterar det till proteinsyntesen som sker i strukturer som kallas ribosomas.

Ribosomalt eller ribosomalt RNA

Ribosomal RNA är en del av detta väsentliga maskiner: ribosom. Del ribosoma, 60% bildas av ribosoma RNA och resten är ockuperade av nästan 80 olika proteiner.

Överföring av RNA

Överföring RNA är en slags molekylär adapter som transporterar aminosyror (de strukturella blocken av proteiner) till ribosom, som ska införlivas.

RNA liten

Utöver dessa tre grundtyper finns det en ytterligare serie RNA som har upptäckts nyligen och som har en väsentlig roll i proteinsyntes och i uttrycket av generna.

Små nukleära RNA: er, förkortade när snRNA deltar som katalytiska enheter i Skarp (Process som består av eliminering av introner) av messenger -RNA.

Små eller snoRNA-nukleolära RNA är involverade i bearbetningen av ribosomala pre-arn-transkript som kommer att vara en del av ribosomunderenheten. Detta inträffar i nukleolus.

Korta RNA: er av störningar och mikroarn är små RNA -sekvenser vars huvudroll är moduleringen av genuttryck. Microarn är kodade från DNA, men fortsätter inte sin proteinöversättning. De är monocatenarios och kan kompletteras till ett meddelande -RNA och hämma deras proteinöversättning.

Kemisk struktur och sammansättning

Nukleinsyror är långa kedjor av polymerer bildade av monomera enheter som kallas nukleotider. Var och en består av:

En fosfatgrupp

Det finns fyra typer av nukleotider och dessa har en gemensam struktur: en fosfatgrupp kopplad till en pentos genom en fosfodi -foliebindning. Närvaron av fosfater ger molekylen en sur karaktär. Fosfatgruppen är dissocierad till cellens pH, så den är negativt laddad.

Denna negativa belastning tillåter associering av nukleinsyror med molekyler vars belastning är positiv.

Inuti celler och även i extracellulära vätskor kan vi hitta små mängder nukleosider. Dessa är molekyler som bildas av alla komponenter i en nukleotid, men som saknar fosfatgrupper.

Enligt nomenklaturen är en nukleotid en nukleosid som har en, två eller tre fosfatgrupper som förståsar i hydroxylen belägen i kol 5 '. Nukleosider med tre fosfater är involverade i syntesen av nukleinsyror, även om de också uppfyller andra funktioner i cellen.

En pentos

En pentos är ett monomeriskt kolhydrat bildade fem kolatomer. I DNA är pentosen ett deoxyribos, som kännetecknas av förlusten av en hydroxylgrupp i kol 2 '. I RNA är pentosen ett ribos.

Det kan tjäna dig: neo -charchism

En kvävebas

Pantosa är i sin tur kopplad till en organisk bas. Nukleotidens identitet tillhandahålls av basens identitet. Det finns fem typer, förkortade av dess initiala: adenin (A), guanin (G), cytosin (C), Timina (T) och Uracil (U).

Det är vanligt att vi i litteraturen finner att de använder dessa fem bokstäver för att hänvisa till hela nukleotiden. Men strikt sett är dessa bara en del av nukleotiden.

De första tre, A, G och C är gemensamma för både DNA och RNA. Medan T är unikt för DNA och uracil är begränsad till RNA -molekylen.

Strukturellt sett är baserna heterocykliska kemiska föreningar, vars ringar består av kol- och kvävemolekyler. A och G bildas av ett par smälta ringar och tillhör Purinas -gruppen. De återstående baserna tillhör pyrimidinerna och deras struktur bildas av en enda ring.

Det är vanligt att vi i båda typer av nukleinsyror hittar en serie modifierade baser, till exempel en ytterligare metylgrupp.

När denna händelse inträffar säger vi att basen är metylerad. I prokaryoter finns metylerade adeniner vanligtvis och både i prokaryoter och i eukaryoter kan cytosinerna ha en ytterligare metod.

Hur är polymerisation?

Som vi nämnde är nukleinsyror långa kedjor som bildas av monomerer - nukleotider. För att bilda kedjorna är dessa länkade på ett visst sätt.

När nukleotiderna polymerizan bildar hydroxylgruppen (-OH) som finns i 3 'kol av sockret hos en av nukleotiderna en estertyp-koppling till fosfatgruppen från en annan nukleotidmolekyl. Under bildningen av denna länk inträffar eliminering av en vattenmolekyl.

Denna typ av reaktion kallas "kondensationsreaktion" och är mycket lik vad som inträffar när peptidlänkarna för proteiner mellan två aminosyravfallsform. Länkarna mellan varje par av nukleotider kallas fosfodiéster -länkar.

Liksom i polypeptider har nukleinsyrakedjor två kemiska orienteringar i sina ändar: en är 5' -änden som innehåller en fri hydroxylgrupp eller en fosfatgrupp i det 5 'kolet av terminalsockret, medan vi i slutet 3' hittade en kolfri hydroxylgrupp 3 '.

Föreställ dig att varje DNA -block är ett block i LEGO -spelet, med ena änden som sätts in och med ett fritt hål där införandet av ett annat block kan inträffa. 5 -slutet med fosfat kommer att vara det extrema att infoga och 3 'är analogt med det fria hålet.

Andra nukleotider

I cellen hittar vi en annan typ av nukleotider med en struktur som skiljer sig från den som nämns ovan. Även om dessa inte kommer att ingå i nukleinsyror, spelar de mycket viktiga biologiska papper.

Bland de mest relevanta har vi mononukléido av riboflavina, känd som FMN, koenzymet A, bland annat dyukleotiden och nikotinamina.

RNA -struktur

Den linjära strukturen hos nukleinsyranpolymeren motsvarar primärstruktur av dessa molekyler. Polinukleotider har också förmågan att bilda arrangemang i tre dimensioner stabiliserade av icke -kovalenta krafter - liknande den vikning som vi hittar i proteiner.

Även om den primära sammansättningen av DNA och RNA är ganska lik (med undantag för de ovan nämnda skillnaderna) är bildningen av dess struktur markant annorlunda. Vi hittar vanligtvis RNA som en enda nukleotidkedja, även om det kan ta olika arrangemang.

Överför RNA är till exempel små molekyler som bildas av mindre än 100 nukleotider. Dess typiska sekundära struktur är i form av en klöver med tre armar. Det vill säga RNA -molekylen hittar kompletterande baser inuti och kan fälla sig själv.

Ribosomala RNA är större molekyler som tar komplexa tre dimensionella konformationer och har sekundär och tertiär struktur.

DNA -struktur

Dubbelpropeller

Till skillnad från linjärt RNA består DNA -arrangemang av två sammanflätade trådar. Denna strukturella skillnad är avgörande för att utföra sina specifika funktioner. RNA kan inte bilda denna typ av propeller på grund av ett steriskt hinder som införts av den ytterligare OH -gruppen som presenterar dess socker.

Baskomplementaritet

Bland baserna finns komplementaritet. Det vill säga, som en följd av dess storlek, form och kemisk sammansättning, puriner måste vara leriga med en pyrimidin med vätebindningar. Därför finner vi i naturligt DNA att A nästan alltid är parat med T och G med C och bildar vätebroar med sina följeslagare.

Basparen mellan G och C är kopplade av tre vätebroar, medan vridmomentet A och T är svagare och endast två vätebindningar håller dem tillsammans.

DNA -strängar kan separeras (detta inträffar både i cellen och i laboratorieprocedurer) och den nödvändiga värmen beror på mängden GC som molekylen har: ju högre det är, desto mer energi kommer det att behövas för att separera den.

Kan tjäna dig: Mendel -lagar

Strängorientering

Ett annat kännetecken för DNA är dess motsatta orientering: medan en sträng går i 5 ' - 3' riktning, är dess partner i 3' -5 'riktningen.

Naturliga konformationer och i laboratoriet

Strukturen eller konformationen som vi normalt finns i naturen kallas DNA B. Detta kännetecknas av att ha 10,4 nukleotider för varje varv, åtskilda med ett avstånd av 3,4. DNA B vänder till höger.

Detta rullande mönster resulterar i utseendet på två spår, en major och en mindre.

I nukleinsyror som bildas i laboratoriet (syntetiska) kan andra konformationer hittas, som också visas under mycket specifika förhållanden. Dessa är DNA A och DNA Z.

Variant A utför också höger sväng, även om den är kortare och något bredare än den naturliga. Molekylen får denna form när fukt minskar. Vänd varje 11 baspar.

Den sista varianten är Z, kännetecknad av att vara smal och genom att svänga vänster. Det bildas av en grupp hexanukleotider som grupperas i en duplex av antipaalla -kedjor.

Funktioner

DNA: Arvmolekyl

DNA är en molekyl som kan lagra information. Livet, som vi känner det på vår planet, beror på förmågan att rädda och översätta sådan information.

För cellen är DNA en typ av bokhandel där alla nödvändiga instruktioner för tillverkning, utveckling och underhåll av en levande organisme hittas.

I DNA -molekylen hittar vi en organisation av diskreta funktionella enheter som kallas gener. Vissa av dem kommer att tas till proteiner, medan andra kommer att uppfylla regleringsfunktioner.

Strukturen för DNA som vi beskriver i föregående avsnitt är nyckeln till att utföra sina funktioner. Propellen måste kunna separera och gå med lätt - nyckelegenskaper för replikering och transkriptionshändelser.

DNA är beläget i prokaryoterna på en specifik plats för sin cytoplasma, medan det i eukaryoterna ligger i kärnan.

RNA: En multifunktionell molekyl

Papper i proteinsyntes

RNA är en nukleinsyra som vi hittar i olika stadier av proteinsyntes och i regleringen av genuttryck.

Proteinsyntes börjar med transkriptionen av meddelandet krypterat i DNA till en RNA -molekyl. Sedan måste budbäraren eliminera de delar som inte kommer att översättas, känd som introner.

För översättningen av RNA -meddelandet till aminosyrarester är två ytterligare komponenter nödvändiga: ribosomalt RNA som är en del av ribosomerna och överförings -RNA, som kommer att bära aminosyrorna och kommer att vara ansvarig för att infoga rätt Aminosyra i peptidkedjan i träning.

Med andra ord, varje huvudtyp av RNA har en grundläggande roll i denna process. Denna passage av DNA till en budbärare och detta slutligen till proteiner är vad biologer kallar "The Central Dogma of Biology".

Men eftersom vetenskapen inte kan baseras på dogmer, finns det olika fall där denna förutsättning inte uppfylls, till exempel retrovirus.

Regleringsroll

Det lilla RNA som nämns ovan deltar indirekt i syntesen, orkestrerar syntesen av messenger -RNA och deltar i regleringen av uttrycket.

Till exempel finns det i cellen olika budbärare som regleras av små RNA, som har en komplementär sekvens till detta. Om de små RNA -paren till meddelandet kan dela upp budbäraren och därmed förhindra dess översättning. Det finns flera processer som regleras på detta sätt.

Referenser

1. Alberts, b., Bray, D., Hopkin, K., Johnson, A. D., Lewis, J., Raff, m.,... & Walter, s. (2015). Essential Cell Biology. Kransvetenskap.
2. Berg, J.M., Tymoczko, j.L., Stryer, L. (2002). Biokemi. Femte upplagan. W h freeman.
3. Cooper, g. M., & Hausman, r. OCH. (2000). Cellen: närmar sig molekylär. Sinauer Associates.
4. Curtis, h., & Barnes, n. S. (1994). Inbjudan till biologi. Macmillan.
5. Fierro, A. (2001). Kort historia om upptäckten av DNA -struktur. Rev Clinic Medicine Las Condes, tjugo, 71-75.
6. FORTERRE, s., Filée, j. & Myllykallio, h. (2000-2013) Ursprung och utveckling av DNA- och DNA-replikationsmaskiner. I: Madame Curie Bioscience Database [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, G. (2009). Cell- och molekylärbiologi: begrepp och experiment. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, r., Margulis, l., & Guld, j. (1988). Den evolutionära övergången från RNA till DNA i tidiga celler. Journal of Molecular Evolution, 27(4), 283-290.
9. Lodish, h., Berk, A., Darnell, J. OCH., Kaiser, c. TILL., Krieger, m., Scott, m. P.,... & Matsudaira, s. (2008). Molekylärcellbiologi. Macmillan.
10. Voet, D., & Voet, J. G. (2006). Biokemi. Ed. Pan -amerikansk medicin.
11. Voet, D., Voet, j. G., & Pratt, c. W. (1999). Biokemi grundläggande. Ny York: John Willey och söner.