Нуклеинске киселине

Нуклеинске киселине су крупни и сложени органски молекули значајни за ћелију и одговорни за најзначајније процесе, као што су наслеђивање, синтеза протеина, у њој. Постоје два типа нуклеинских киселина: дезоксирибонуклеинска киселина и рибонуклеинска киселина. ДНК је носилац наследних информација у ћелији, док РНК учествују у преношењу тих информација и њиховом превођењу у протеине. Нуклеинске киселине су макромолекули чију јединицу грађе представљају нуклеотиди. Њих образује један пентозни шећер за који је везана фосфатна група и једна азотна, пуринска или пиримидинска база. Нуклеотиди међусобно повезују и на тај начин, захваљујући вези која се успоставља између фосфата и шећера, формирају ланац. Осим у вирусима, који садрже једну или другу нуклеинску киселину (никада обе), ДНК и РНК се налазе у свим врстама организама. Нуклеинске киселине се највише налазе у једру (lat. nucleus) па су по томе и добиле назив. Први их је изоловао Фридрих Мишер 1872. године. Нешто касније установљено је да се, осим у једру, налазе и у цитоплазми. Према данашњим подацима познато је да засебне нуклеинске киселине садрже и неке од ћелијских органела, какве су нпр. митохондрије и хлоропласти. Према грађи су полимери изграђени од мономера - нуклеотида.

У изградњи нуклеотида, који формирају ДНК учесвују:

пентозни шећер дезоксирибоза,
пуринске (деривати пурина) базе аденин и гуанин, или приримидинске(деривати пиримидин) базе цитозин и тимин
киселински остатак фосфорне киселине.

У изградњи нуклеотида РНК учесвују:

пентозни шећер рибоза,
пуринске (деривати пурина) базе аденин и гуанин, или приримидинске(деривати пиримидина) базе цитозин и урацили
киселински остатак фосфорне киселине.

Нуклеинске киселине су природна хемијска једињења која служе као примарни молекули који преносе информација у ћелијама и чине генетски материјал. Нуклеинских киселина има у изобиљу у свим живим бићима, где се стварају, кодирају, а затим чувају информације о свакој живој ћелији сваког облика живота на Земљи. Оне функционишу тако што преносе и изражавају те информације унутар и изван ћелијског језгра у унутрашњим операцијама ћелије и ултиматно у следећој генерацији сваког живог организма. Кодиране информације су садржане и преносе се путем секвенци нуклеинских киселина, што обезбеђује унутар молекула РНК и ДНК. Нуклеинске киселине играју посебно важну улогу у усмеравању синтезе протеина.

Нити нуклеотида су повезане да би формирале основу у виду хеликсне завојнице - обично једну за РНК, две за ДНК - и склопљене су у ланце парова база изабраних од пет примарних, односно канонских нуклеобаза, а то су: аденин, цитозин, гванин, тимин, и урацил. Тимин се јавља само у ДНК, а урацил само у РНК. Користећи аминокиселине и поступак познат као синтеза протеина,^[1] специфично секвенцирање у ДНК ових парова нуклеобазе омогућава чување и пренос кодираних упутстава као гена. У РНК, секвенцирање базних парова омогућава производњу нових протеина који одређују оквире и делове и већину хемијских процеса свих облика живота.

Историја

Нуклеин је открио Фридрих Мишер 1869. године на Универзитету у Тибингену, Немачка.^[3]
Почетком 1880-их Албрехт Косел је даље пречистио супстанцу и открио њена високо кисела својства. Касније је такође идентификовао нуклеобазе.
Године 1889, Ричард Олтман ствара појам нуклеинска киселина
Године 1938, Астбури и Бел су објавили први образац дифракције рендгенских зрака за ДНК.^[4]
Године 1944, експеримент Еверија, Маклеода и Макартија показао је да је ДНК носилац генетичких информација.
Године 1953, Вотсон и Крик су представили структуру ДНК.^[5]

Експерименталне студије нуклеинских киселина чине главни део савремених биолошких и медицинских истраживања и чине основу за геном и форензичку науку, као и за биотехнолошку и фармацеутску индустрију.^[6]^[7]^[8]

Појава и номенклатура

Термин нуклеинска киселина је свеукупан назив за ДНК и РНК, чланове породице биополимера,^[9] и синоним је за полинуклеотид. Нуклеинске киселине су назване због свог почетног открића унутар једгра и због присуства фосфатних група (сродних фосфорној киселини).^[10] Иако су први пут откривене у једгру еукариотских ћелија, сада је познато да се нуклеинске киселине могу наћи у свим облицима живота, укључујући бактерије, археје, митохондрије, хлоропласте и вирусе (постоји расправа да ли су вируси живи или неживи). Све живе ћелије садрже и ДНК и РНК (осим неких ћелија као што су зрела црвена крвна зрнца), док вируси садрже ДНК или РНК, али обично не обе.^[11] Основна компонента биолошких нуклеинских киселина је нуклеотид, од којих сваки садржи пентозни шећер (рибозу или дезоксирибозу), фосфатну групу и нуклеобазу.^[12] Нуклеинске киселине се такође генеришу у лабораторији, употребом ензима^[13] (ДНК и РНК полимеразе) и хемијском синтезом у чврстој фази. Хемијске методе такође омогућавају стварање измењених нуклеинских киселина којих нема у природи,^[14] на пример пептидних нуклеинских киселина.

Молекуларни састав и величина

Нуклеинске киселине су углавном веома велики молекули. Молекули ДНК су вероватно највећи познати индивидуални молекули. Добро проучени молекули биолошке нуклеинске киселине варирају у величини од 21 нуклеотида (мала интерферирајућа РНК) до великих хромозома (људски хромозом 1 је један молекул који садржи 247 милиона базних парова^[15]).

У већини случајева молекули ДНК у природи су дволанчани, а молекули РНК једноланчани.^[16] Постоје бројни изузеци - неки вируси имају геном направљен од дволанчане РНК, а други вируси имају једноланчане ДНК геноме,^[17] и, у неким околностима, могу се формирати структуре нуклеинске киселине са три или четири ланца.^[18]

Нуклеинске киселине су линеарни полимери (ланци) нуклеотида. Сваки нуклеотид се састоји од три компоненте: пуринске или пиримидинске нуклеобазе (понекад назване азотном базом или једноставно базом), пентозног шећера и фосфатне групе која молекул чини киселим. Подструктура која се састоји од нуклеобазе и шећера назива се нуклеозид. Типови нуклеинске киселине се разликују у структури шећера у својим нуклеотидима - ДНК садржи 2'-дезоксирибозу, док РНК садржи рибозу (где је једина разлика присуство хидроксилне групе). Такође, нуклеобазе пронађене у два типа нуклеинске киселине су различите: аденин, цитозин и гванин налазе се у РНК и у ДНК, док се тимин јавља у ДНК, а урацил у РНК.

Шећери и фосфати у нуклеинским киселинама повезани су међусобно у наизменичном ланцу (основа од шећера и фосфата) преко фосфодиестерских веза.^[19] У конвенционалној номенклатури, угљеници за које се вежу фосфатне групе су 3'-крај а 5'-крај угљеник је на шећеру. Ово даје усмереност нуклеинским киселинама, и крајеви молекула нуклеинске киселине називају се 5'-крај и 3'-крај. Нуклеобазе су повезане са шећерима преко N-гликозидне везе која укључује нуклеобазни прстен азота (N-1 за пиримидине и N-9 за пурине) и 1' угљеник у прстену пентозног шећера.

Нестандардни нуклеозиди су такође присутни у РНК и у ДНК и обично настају модификовањем стандардних нуклеозида унутар молекула ДНК или примарног (почетног) транскрипта РНК. Молекули транспортне РНК (тРНК) садрже нарочито велики број модификованих нуклеозида.^[20]

Напомене

Референце

Литература

Спољашње везе

[1]

[notes 1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

Search