3.5: Nukleinsavak

admin

DNS és RNS

A nukleinsavak két fő típusa a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS). A DNS a genetikai anyag, amely minden élő szervezetben megtalálható, az egysejtű baktériumoktól kezdve a többsejtű emlősökig. Az eukarióták sejtmagjában, valamint az organellákban, a kloroplasztiszokban és a mitokondriumokban található. A prokariótákban a DNS-t nem zárja be membránburok.

A sejt teljes genetikai tartalmát genomnak nevezzük, és a genomok tanulmányozása a genomika. Az eukarióta sejtekben, de a prokariótákban nem, a DNS komplexet alkot a hisztonfehérjékkel, így képezve a kromatint, az eukarióta kromoszómák anyagát. Egy kromoszóma több tízezer gént tartalmazhat. Sok gén fehérjetermékek előállításához szükséges információt tartalmaz; más gének RNS-termékeket kódolnak. A DNS a gének “be-” vagy “kikapcsolásával” irányítja az összes sejtszintű tevékenységet.”

A másik típusú nukleinsav, az RNS leginkább a fehérjeszintézisben vesz részt. A DNS-molekulák soha nem hagyják el a sejtmagot, hanem egy közvetítő segítségével kommunikálnak a sejt többi részével. Ez a közvetítő a hírvivő RNS (mRNS). Az RNS más típusai – mint az rRNS, a tRNS és a mikroRNS – a fehérjeszintézisben és annak szabályozásában vesznek részt.

A DNS és az RNS nukleotidoknak nevezett monomerekből épül fel. A nukleotidok egymással egyesülve polinukleotidot, DNS-t vagy RNS-t alkotnak. Minden nukleotid három összetevőből áll: egy nitrogén bázisból, egy pentóz (öt szénatomos) cukorból és egy foszfátcsoportból (\(\PageIndex{1}\) ábra). A nukleotid minden egyes nitrogénbázisa egy cukormolekulához kapcsolódik, amely egy vagy több foszfátcsoporthoz kapcsolódik.

A nukleotid molekulaszerkezete látható. A nukleotid magja egy pentóz, amelynek szénmaradványai egy prímtől öt prímig vannak számozva. A bázis az egy prím szénatomhoz, a foszfát pedig az öt prím szénatomhoz kapcsolódik. A nukleotidokban kétféle pentóz található: ribóz és dezoxiribóz. A dezoxiribózban a két prímhelyzetben OH helyett H van. A nukleotidokban ötféle bázis található. Ezek közül kettő, az adenin és a guanin, purin bázisok, amelyeknek két gyűrűje összeolvadt. A másik három, a citozin, a timin és az uracil egy hattagú gyűrűvel rendelkezik.
Ábra \(\PageIndex{1}\): Egy nukleotid három összetevőből áll: egy nitrogénbázisból, egy pentózcukorból és egy vagy több foszfátcsoportból. A pentózban lévő szénmaradványokat 1′-től 5′-ig számozzuk (a prímszám különbözteti meg ezeket a maradékokat a bázisban lévő maradékoktól, amelyeket prímszámozás nélkül számozunk). A bázis a ribóz 1′ pozíciójához, a foszfát pedig az 5′ pozícióhoz kapcsolódik. Amikor egy polinukleotid keletkezik, a beérkező nukleotid 5′ foszfátja a növekvő lánc végén lévő 3′ hidroxilcsoporthoz kapcsolódik. A nukleotidokban kétféle pentóz található, a dezoxiribóz (a DNS-ben található) és a ribóz (az RNS-ben található). A dezoxiribóz hasonló szerkezetű, mint a ribóz, de a 2′ pozícióban OH helyett egy H van. A bázisok két kategóriába sorolhatók: purinok és pirimidinek. A purinok kettős gyűrűs szerkezetűek, a pirimidinek pedig egygyűrűsek.

A nitrogéntartalmú bázisok, a nukleotidok fontos alkotórészei, szerves molekulák, és azért kapták ezt a nevüket, mert szenet és nitrogént tartalmaznak. Azért bázisok, mert tartalmaznak egy aminocsoportot, amely képes egy plusz hidrogén megkötésére, és így csökkenti a környezetében lévő hidrogénion-koncentrációt, így bázikusabbá válik. A DNS minden egyes nukleotidja a négy lehetséges nitrogénbázis egyikét tartalmazza: adenin (A), guanin (G) citozin (C) és timin (T).

Adenint és guanint a purinok közé soroljuk. A purin elsődleges szerkezete két szén-nitrogén gyűrű. A citozin, a timin és az uracil a pirimidinek közé tartoznak, amelyek elsődleges szerkezete egy szén-nitrogén gyűrű (\(\PageIndex{1}\) ábra). Mindegyik szén-nitrogén alapgyűrűhöz különböző funkciós csoportok kapcsolódnak. A molekuláris biológia rövidírásában a nitrogénbázisokat egyszerűen az A, T, G, C és U szimbólumokkal jelöljük. A DNS A, T, G és C, míg az RNS A, U, G és C-t tartalmaz.

A DNS-ben a pentózcukor a dezoxiribóz, az RNS-ben pedig a ribóz (\(\(\PageIndex{1}\) ábra). A cukrok közötti különbség a ribóz második szénatomján lévő hidroxilcsoport és a dezoxiribóz második szénatomján lévő hidrogén jelenléte. A cukormolekula szénatomjainak számozása 1′, 2′, 3′, 4′ és 5′ (az 1′ jelentése “egy prím”). A foszfátmaradék az egyik cukor 5′ szénatomjának hidroxilcsoportjához és a következő nukleotid cukor 3′ szénatomjának hidroxilcsoportjához kapcsolódik, ami 5′-3′ foszfodiészterkötést képez. A foszfodiészterkötés nem egyszerű dehidratációs reakcióval jön létre, mint a makromolekulák monomerjeit összekötő más kötések: kialakulásához két foszfátcsoport eltávolítása szükséges. Egy polinukleotid több ezer ilyen foszfodiészterkötéssel rendelkezhet.