3.5: Nucleïnezuren

admin

DNA en RNA

De twee belangrijkste soorten nucleïnezuren zijn desoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA). DNA is het genetisch materiaal dat in alle levende organismen voorkomt, van eencellige bacteriën tot meercellige zoogdieren. Het wordt aangetroffen in de kern van eukaryoten en in de organellen, chloroplasten en mitochondriën. Bij prokaryoten is het DNA niet omgeven door een membraanvormig omhulsel.

De volledige genetische inhoud van een cel staat bekend als zijn genoom, en de studie van genomen is genomics. In eukaryote cellen, maar niet in prokaryoten, vormt DNA een complex met histon-eiwitten om chromatine te vormen, de substantie van eukaryote chromosomen. Een chromosoom kan tienduizenden genen bevatten. Veel genen bevatten de informatie om eiwitproducten te maken; andere genen coderen voor RNA-producten. DNA controleert alle cellulaire activiteiten door de genen “aan” of “uit” te zetten.

Het andere type nucleïnezuur, RNA, is vooral betrokken bij de eiwitsynthese. De DNA-moleculen verlaten de celkern nooit, maar gebruiken een tussenpersoon om met de rest van de cel te communiceren. Dit intermediair is het boodschapper-RNA (mRNA). Andere typen RNA, zoals rRNA, tRNA en microRNA, zijn betrokken bij de eiwitsynthese en de regulering daarvan.

DNA en RNA zijn opgebouwd uit monomeren die nucleotiden worden genoemd. De nucleotiden combineren zich met elkaar tot een polynucleotide, DNA of RNA. Elke nucleotide bestaat uit drie componenten: een stikstofhoudende base, een pentose (vijf-koolstof) suiker, en een fosfaatgroep (figuur). Elke stikstofhoudende base in een nucleotide zit vast aan een suikermolecuul, dat weer vastzit aan een of meer fosfaatgroepen.

De moleculaire structuur van een nucleotide is weergegeven. De kern van de nucleotide is een pentose waarvan de koolstofresiduen zijn genummerd van één priem tot en met vijf priem. De base is verbonden aan de koolstof met het eerste nummer, en het fosfaat is verbonden aan de koolstof met het vijfde nummer. In nucleotiden komen twee soorten pentose voor: ribose en desoxyribose. Deoxyribose heeft een H in plaats van OH op de twee primaire positie. In nucleotiden komen vijf basen voor. Twee daarvan, adenine en guanine, zijn purine basen met twee ringen die met elkaar versmolten zijn. De andere drie, cytosine, thymine en uracil, hebben één ring met zes leden.
Figuur (\PageIndex{1}): Een nucleotide bestaat uit drie componenten: een stikstofhoudende basis, een pentose suiker, en een of meer fosfaatgroepen. Koolstofresidu’s in de pentose zijn genummerd van 1′ tot en met 5′ (het priemgetal onderscheidt deze residu’s van die in de base, die genummerd zijn zonder gebruik te maken van een priemnotatie). De base zit vast aan de 1′-positie van de ribose, en het fosfaat zit vast aan de 5′-positie. Wanneer een polynucleotide wordt gevormd, hecht het 5′-fosfaat van het inkomende nucleotide zich aan de 3′-hydroxylgroep aan het eind van de groeiende keten. In nucleotiden worden twee soorten pentose aangetroffen, deoxyribose (in DNA) en ribose (in RNA). Deoxyribose is qua structuur vergelijkbaar met ribose, maar het heeft een H in plaats van een OH op de 2′-positie. Basen kunnen worden verdeeld in twee categorieën: purines en pyrimidines. Purines hebben een dubbele ringstructuur, en pyrimidines hebben een enkele ring.

De stikstofhoudende basen, belangrijke componenten van nucleotiden, zijn organische moleculen en worden zo genoemd omdat ze koolstof en stikstof bevatten. Het zijn basen omdat ze een aminogroep bevatten die een extra waterstof kan binden en zo de waterstofionconcentratie in zijn omgeving verlaagt, waardoor hij basischer wordt. Elke nucleotide in DNA bevat een van de vier mogelijke stikstofbasen: adenine (A), guanine (G) cytosine (C), en thymine (T).

Adenine en guanine worden geclassificeerd als purines. De primaire structuur van een purine bestaat uit twee koolstof-stikstofringen. Cytosine, thymine en uracil worden geclassificeerd als pyrimidines, die een enkele koolstof-stikstofring als hun primaire structuur hebben (Figuur 1). Aan elk van deze elementaire koolstof-stikstofringen zijn verschillende functionele groepen verbonden. In de moleculaire biologie zijn de stikstofbasen eenvoudig bekend onder de symbolen A, T, G, C en U. DNA bevat A, T, G en C, terwijl RNA A, U, G en C bevat.

De pentose suiker in DNA is deoxyribose, en in RNA is de suiker ribose (figuur \(\PageIndex{1}\)). Het verschil tussen de suikers is de aanwezigheid van de hydroxylgroep op de tweede koolstof van de ribose en waterstof op de tweede koolstof van de deoxyribose. De koolstofatomen van het suikermolecuul zijn genummerd als 1′, 2′, 3′, 4′ en 5′ (1′ wordt gelezen als “een priem”). Het fosfaatresidu is gebonden aan de hydroxylgroep van het 5′-koolstofatoom van de ene suiker en de hydroxylgroep van het 3′-koolstofatoom van de suiker van de volgende nucleotide, waardoor een 5′-3′ fosfodiesterbinding wordt gevormd. De fosfodiësterbinding wordt niet gevormd door een eenvoudige dehydratatiereactie zoals de andere bindingen die monomeren in macromoleculen verbinden: voor de vorming ervan moeten twee fosfaatgroepen worden verwijderd. Een polynucleotide kan duizenden van dergelijke fosfodiesterbindingen hebben.