3.5: Nukleové kyseliny

admin

DNA a RNA

Dva hlavní typy nukleových kyselin jsou kyselina deoxyribonukleová (DNA) a kyselina ribonukleová (RNA). DNA je genetický materiál, který se nachází ve všech živých organismech, od jednobuněčných bakterií až po mnohobuněčné savce. Nachází se v jádře eukaryot a v organelách, chloroplastech a mitochondriích. U prokaryot není DNA uzavřena v membránovém obalu.

Celý genetický obsah buňky se nazývá genom a studiem genomů se zabývá genomika. V eukaryotických buňkách, nikoli však v prokaryotech, tvoří DNA komplex s histonovými proteiny a vytváří chromatin, látku eukaryotických chromozomů. Jeden chromozom může obsahovat desítky tisíc genů. Mnoho genů obsahuje informace pro tvorbu proteinových produktů; jiné geny kódují produkty RNA. DNA řídí všechny buněčné činnosti tím, že geny „zapíná“ nebo „vypíná“

Druhý typ nukleové kyseliny, RNA, se většinou podílí na syntéze bílkovin. Molekuly DNA nikdy neopouštějí jádro, ale ke komunikaci se zbytkem buňky využívají prostředníka. Tímto prostředníkem je messengerová RNA (mRNA). Další typy RNA – jako rRNA, tRNA a mikroRNA – se podílejí na syntéze bílkovin a její regulaci.

DNA a RNA se skládají z monomerů známých jako nukleotidy. Nukleotidy se navzájem spojují a vytvářejí polynukleotid, DNA nebo RNA. Každý nukleotid se skládá ze tří složek: dusíkaté báze, pentózového (pětiuhlíkatého) cukru a fosfátové skupiny (obrázek \(\PageIndex{1}\)). Každá dusíkatá báze v nukleotidu je připojena k molekule cukru, která je připojena k jedné nebo více fosfátovým skupinám.

Zobrazena je molekulární struktura nukleotidu. Jádrem nukleotidu je pentóza, jejíž uhlíkové zbytky jsou očíslovány jedničkou až pětkou. Báze je navázána na prvočíselný uhlík jedna a fosfát je navázán na prvočíselný uhlík pět. V nukleotidech se vyskytují dva druhy pentóz: ribóza a deoxyribóza. Deoxyribóza má na dvou základních uhlících místo OH H. V nukleotidech se nachází pět druhů bází. Dvě z nich, adenin a guanin, jsou purinové báze se dvěma kruhy srostlými dohromady. Další tři, cytosin, tymin a uracil, mají jeden šestičlenný kruh.
Obrázek \(\PageIndex{1}\): Nukleotid se skládá ze tří složek: dusíkaté báze, pentózového cukru a jedné nebo více fosfátových skupin. Uhlíkové zbytky v pentóze jsou číslovány 1′ až 5′ (prvočíslo odlišuje tyto zbytky od zbytků v bázi, které jsou číslovány bez použití prvočísla). Báze je připojena na pozici 1′ ribózy a fosfát je připojen na pozici 5′. Při tvorbě polynukleotidu se 5′ fosfát příchozího nukleotidu připojí k 3′ hydroxylové skupině na konci rostoucího řetězce. V nukleotidech se vyskytují dva typy pentóz: deoxyribóza (vyskytuje se v DNA) a ribóza (vyskytuje se v RNA). Deoxyribóza má podobnou strukturu jako ribóza, ale na pozici 2′ má místo OH H. Báze lze rozdělit do dvou kategorií: puriny a pyrimidiny. Puriny mají strukturu dvojitého kruhu a pyrimidiny mají kruh jednoduchý.

Dusíkaté báze, důležité součásti nukleotidů, jsou organické molekuly a jmenují se tak proto, že obsahují uhlík a dusík. Jsou to báze, protože obsahují aminoskupinu, která má potenciál vázat další vodík, a tím snižuje koncentraci vodíkových iontů ve svém okolí, čímž se stává zásaditější. Každý nukleotid v DNA obsahuje jednu ze čtyř možných dusíkatých bází: adenin (A), guanin (G) cytosin (C) a thymin (T).

Adenin a guanin se řadí mezi puriny. Základní strukturou purinu jsou dva uhlíko-dušičkové kruhy. Cytosin, thymin a uracil jsou klasifikovány jako pyrimidiny, jejichž primární strukturou je jeden uhlíkovodíkový kruh (obrázek \(\PageIndex{1}\)). Ke každému z těchto základních uhlíko-dušičkových kruhů jsou připojeny různé funkční skupiny. V molekulární biologické zkratce se dusíkaté báze označují jednoduše A, T, G, C a U. DNA obsahuje A, T, G a C, zatímco RNA obsahuje A, U, G a C.

Pentózový cukr v DNA je deoxyribóza a v RNA je to ribóza (obrázek \(\PageIndex{1}\)). Rozdíl mezi těmito cukry spočívá v přítomnosti hydroxylové skupiny na druhém uhlíku ribózy a vodíku na druhém uhlíku deoxyribózy. Atomy uhlíku v molekule cukru jsou očíslovány jako 1′, 2′, 3′, 4′ a 5′ (1′ se čte jako „jednička“). Fosfátový zbytek je připojen k hydroxylové skupině na 5′ uhlíku jednoho cukru a k hydroxylové skupině na 3′ uhlíku cukru dalšího nukleotidu, čímž vzniká fosfodiesterová vazba 5′-3′. Fosfodiesterová vazba nevzniká jednoduchou dehydratační reakcí jako jiné vazby spojující monomery v makromolekulách: její vznik zahrnuje odstranění dvou fosfátových skupin. Polynukleotid může mít tisíce takových fosfodiesterových vazeb.