Ştiinţă

Caracteristicile acizilor nucleici

Posted on
Autor: Judy Howell
Data Creației: 2 Iulie 2021
Data Actualizării: 14 Noiembrie 2024
Anonim
Nucleic Acids
Video: Nucleic Acids

Conţinut

Acizii nucleici importanți din natură includ acidul dezoxiribonucleic, sau ADN, și acidul ribonucleic, sau ARN. Se numesc acizi deoarece sunt donatori de protoni (adică atom de hidrogen) și, prin urmare, au o încărcătură negativă.

Chimic, ADN-ul și ARN-ul sunt polimeri, ceea ce înseamnă că constau în unități repetate, adesea un număr foarte mare dintre ele. Aceste unități sunt numite nucleotide. La rândul lor, toate nucleotidele includ trei porțiuni chimice distincte: un zahăr pentoză, o grupare fosfat și o bază azotată.

ADN-ul diferă de ARN în trei moduri primare. Unul este că zahărul care formează „coloana vertebrală” structurală a moleculei de acid nucleic este dezoxiriboza, în timp ce în ARN este riboza. Dacă sunteți familiarizați cu nomenclatura chimică, veți recunoaște că aceasta este o mică diferență în schema structurală generală; riboza are patru grupări hidroxil (-OH), în timp ce dezoxiriboza are trei.

A doua diferență este că, în timp ce una dintre cele patru baze azotate găsite în ADN este timina, baza corespunzătoare în ARN este uracilul. Bazele azotate ale acizilor nucleici sunt cele care dictează caracteristicile finale ale acestor molecule, deoarece porțiunile de fosfat și zahăr nu variază în sau între molecule de același tip.

În cele din urmă, ADN-ul este dublu-catenar, ceea ce înseamnă că este format din două lanțuri lungi de nucleotide legate chimic de două baze azotate. ADN-ul este înfășurat într-o formă „dublă helix”, ca o scară flexibilă răsucită în direcții opuse la ambele capete.

Caracteristicile generale ale ADN-ului

Deoxirriboza este formată dintr-un inel cu cinci atomi, patru atomi de carbon și un oxigen, având forma unui pentagon sau poate o placă de acasă în baseball. Deoarece carbonul formează patru legături și oxigen două, acest lucru lasă opt site-uri de legare libere pe cei patru atomi de carbon, doi pe carbon, unul deasupra și unul sub inel. Trei dintre aceste locuri sunt ocupate de grupări hidroxil (-OH) și cinci sunt revendicate de atomii de hidrogen.

Această moleculă de zahăr se poate lega la una din cele patru baze azotate: adenină, citosină, guanină și timină. Adenina (A) și guanina (G) sunt purine, în timp ce citosina (C) și timina (T) sunt pirimidine. Purinele sunt molecule mai mari decât pirimidinele; deoarece cele două fire ale oricărei molecule complete de ADN sunt legate la mijloc de bazele lor azotate, aceste legături trebuie să se formeze între o purină și o pirimidină pentru a menține dimensiunea totală a celor două baze pe întreaga moleculă. (Ajută la referirea la orice diagramă a acizilor nucleici la citire, cum ar fi cele din Referințe.) Așa cum se întâmplă, A se leagă exclusiv la T în ADN, în timp ce C se leagă exclusiv la G.

Deoxirriboza legată de o bază azotată se numește a nucleozidic. Când o grupare fosfat este adăugată la dezoxiriboză la carbon la două puncte distanță de locul de atașare a bazei, se formează un nucleotid complet. Particularitățile sarcinilor electrochimice respective pe diverșii atomi din nucleotide sunt responsabile pentru ADN-ul dublu-catenar care formează în mod natural o formă elicoidală, iar cele două catene de ADN din moleculă sunt numite catene complementare.

Caracteristicile generale ale ARN

Zaharul pentoza din ARN este mai degrabă riboză decât dezoxiriboză. Riboza este identică cu dezoxiriboza, cu excepția faptului că structura inelară este legată de patru grupări hidroxil (-OH) și patru atomi de hidrogen în loc de trei și respectiv cinci. Porțiunea ribozică a unui nucleotid este legată de o grupare fosfați și de o bază azotată, ca și în cazul ADN-ului, cu fosfați și zaharuri alternanți care formează „coloana vertebrală” a ARN-ului. Bazele, după cum s-a menționat mai sus, includ A, C și G, dar a doua pirimidină din ARN este uracil (U) și nu T.

În timp ce ADN-ul este preocupat doar de stocarea informațiilor (o genă este pur și simplu o catena de ADN care codifică o singură proteină), diferite tipuri de ARN își asumă funcții diferite. ARN-ul mesager, sau ARNm, este format din ADN atunci când, în mod obișnuit, ADN-ul dublu-catenar se împarte în două catenele unice în scopul transcrierii. ARNm-ul rezultat se îndreaptă în cele din urmă către părțile celulelor unde se produce fabricarea proteinelor, purtând instrucțiunile pentru acest proces livrate de ADN. Un al doilea tip de ARN, ARN de transfer (ARNt), participă la fabricarea proteinelor. Acest lucru se întâmplă pe organele celulare numite ribozomi, iar ribozomii înșiși constau în principal dintr-un al treilea tip de ARN numit, în mod adecvat, ARN ribozomal (ARNr).

Bazele azotate

Cele cinci baze azotate - adenina (A), citozina (C), guanina (G) și timina (T) în ADN și primele trei plus uracil (U) în ARN - sunt porțiunile de acizi nucleici care sunt responsabili în cele din urmă de diversitate de produse genetice de-a lungul ființelor vii Porțiunile de zahăr și fosfați sunt esențiale prin faptul că asigură structura și schela, dar bazele sunt unde sunt generate codurile. Dacă credeți că computerul laptop este un acid nucleic sau cel puțin un șir de nucelotide, hardware-ul (de exemplu, unități de disc, ecran de monitorizare, microprocesor) este analog zaharurilor și fosfaților, în timp ce orice software și aplicații pe care le executați sunt ca baze azotate, deoarece sortimentul unic de programe pe care le-ați încărcat în sistem face din computerul dvs. un „organism” unic.

După cum s-a descris anterior, bazele azotate sunt clasificate fie în purine (A și G), fie în pirimidine (C, T și U). O întotdeauna se împerechează într-o catena de ADN cu T, iar C se împerechează întotdeauna cu G. Este important, atunci când o catena de ADN este utilizată ca șablon pentru sinteza ARN (transcriere), în fiecare punct de-a lungul moleculei ARN în creștere, nucleotida ARN creată. din nucleotidul ADN „părinte” include baza care este cea la care se leagă întotdeauna baza „părinte”. Aceasta este analizată într-o altă secțiune.

Purinele constau dintr-un inel de azot și carbon cu șase membri și un inel de azot și carbon cu cinci membri, ca un hexagon și un pentagon care împart o parte. Sinteza purinei implică modificarea chimică a unui zahăr ribozic, urmată de adăugarea de amino (-NH)2) grupuri. Pirimidinele au, de asemenea, un inel de azot și carbon cu șase membri, precum purinele, dar le lipsește inelul de azot și carbonul cu cinci membri. Prin urmare, purinele au o masă moleculară mai mare decât cele ale pirimidinelor.

Sinteza nucleotidelor care conțin pirimidine și sinteza nucleotidelor care conțin purine apar în ordinea opusă într-o etapă crucială. La pirimidine, porțiunea de bază este asamblată mai întâi, iar restul moleculei este modificat ulterior într-un nucleotid. În purine, partea care devine în cele din urmă adenină sau guanină este modificată spre sfârșitul formării nucleotidelor.

Transcriere și traducere

Transcrierea este crearea unei catene de ARNm dintr-un șablon ADN, purtând aceleași instrucțiuni (adică cod genetic) pentru a face o anumită proteină așa cum face șablonul. Procesul are loc în nucleul celular, unde se află ADN-ul.Atunci când o moleculă de ADN cu două cateni se separă în catenele unice și procedeul de transcripție, mARNul generat de o linie a perechii de ADN „neobișnuit” este identic cu ADN-ul celuilalt fir de ADN neobișnuit, cu excepția faptului că ARNm conține U în loc de T. (Din nou, referirea la o diagramă este utilă; vezi Referințele.) ARNm, odată complet, părăsește nucleul prin porii membranei nucleare. După ce mRNA părăsește nucleul, se atașează de un ribozom.

Enzimele se atașează apoi de complexul ribozomal și ajută la procesul de traducere. Traducerea este conversia instrucțiunii ARNm în proteine. Acest lucru se produce atunci când aminoacizii, subunitățile de proteine, sunt generate din „codoni” cu trei nucleotide de pe catenele ARNm. Procesul implică, de asemenea, ARNr (deoarece traducerea are loc pe ribizomi) și ARNt (care ajută la asamblarea aminoacizilor).

De la catene de ADN la cromozomi

Șuvițele ADN se adună într-o dublă helix din cauza confluenței factorilor înrudiți. Una dintre acestea sunt legăturile de hidrogen care se încadrează în mod natural în diferite părți ale moleculei. Pe măsură ce se formează elica, perechile de legături ale bazelor azotate sunt perpendiculare pe axa dublei elice în ansamblu. Fiecare viraj complet include un total de aproximativ 10 perechi de bază-bază legată. Ceea ce s-ar putea numi „părțile” ADN-ului atunci când a fost prevăzut drept „scară” sunt acum numite „lanțurile” dublei elice. Acestea constau aproape în totalitate din porțiuni de nucleozide ribozice și fosfați, bazele fiind în interior. Se spune că helixul are caneluri majore și minore care determină forma sa în cele din urmă stabilă.

În timp ce cromozomii pot fi descriși ca catene foarte lungi de ADN, aceasta este o simplificare brută. Este adevărat că un anumit cromozom ar putea, teoretic, să nu dezvăluie o singură moleculă de ADN neîntreruptă, dar acest lucru nu reușește să indice înfășurarea, bobinarea și aglomerarea complexă pe care ADN-ul o face pentru a forma un cromozom. Un cromozom prezintă milioane de perechi de baze ADN și, dacă tot ADN-ul ar fi întins fără ruperea helixului, lungimea acestuia s-ar extinde de la câțiva milimetri la peste un centimetru. În realitate, ADN-ul este mult mai condensat. Proteinele numite histone se formează din patru perechi de proteine ​​subunitare (opt subunități în total). Acest octamer servește ca un fel de bobină pentru ca helixul dublu ADN să se înfășoare de două ori, ca firul. Această structură, octamer plus ADN-ul înfășurat în jurul ei, este numit nucleozom. Când un cromozom nu este parțial dezlănțuit într-o catena numită cromatidă, acești nucleozomi apar la microscop pentru a fi mărgele pe o sfoară. Dar peste nivelul nucleozomilor, apare o compresie suplimentară a materialului genetic, deși mecanismul precis rămâne evaziv.

Acizii nucleici și apariția vieții

ADN-ul, ARN-ul și proteinele sunt considerate biopolimeri deoarece sunt secvențe repetate de informații și aminoacizi care sunt asociați cu ființele vii („bio” înseamnă „viață”). Biologii moleculari recunosc astăzi că ADN-ul și ARN-ul sunt într-o formă anterioară apariției vieții pe Pământ, dar din 2018, nimeni nu și-a dat seama de calea de la biopolimeri timpurii la simple vieți. Unii au teoretizat că ARN-ul într-o formă a fost sursa originală a tuturor acestor lucruri, inclusiv ADN-ul. Aceasta este „ipoteza lumii ARN”. Totuși, acest lucru prezintă un soi de scenariu de pui și ouă pentru biologi, deoarece moleculele de ARN suficient de mari, aparent, nu ar fi putut apărea prin alte mijloace decât transcrierea. În orice caz, oamenii de știință investighează în prezent ARN ca țintă pentru prima moleculă de auto-replicare.

Terapii medicale

Produsele chimice care imită componentele acizilor nucleici sunt utilizate astăzi ca medicamente, în curs de dezvoltare în acest domeniu. De exemplu, o formă ușor modificată de uracil, 5-fluorouracil (5-FU), a fost utilizată de zeci de ani pentru a trata carcinomul colonului. Face acest lucru imitând o bază azotată adevărată suficient de strânsă pentru a deveni inserată în ADN-ul nou fabricat. Acest lucru duce în cele din urmă la o defalcare în sinteza proteinelor.

S-au utilizat imitatori de nucleozide (care, amintiți-vă, sunt un zahăr ribozic plus o bază azotată) au fost utilizate în terapiile antibacteriene și antivirale. Uneori, porțiunea de bază a nucleozidului este supusă unei modificări, iar alteori medicamentul țintește porțiunea de zahăr.