3.5: Nukleinsyror

admin

DNA och RNA

De två huvudtyperna av nukleinsyror är desoxyribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). DNA är det genetiska materialet som finns i alla levande organismer, från encelliga bakterier till flercelliga däggdjur. Det finns i kärnan hos eukaryoter och i organellerna, kloroplaster och mitokondrier. I prokaryoter är DNA inte inneslutet i ett membranhölje.

Hela det genetiska innehållet i en cell kallas dess genom, och studiet av genomer är genomik. I eukaryota celler, men inte i prokaryoter, bildar DNA ett komplex med histonproteiner för att bilda kromatin, substansen i eukaryota kromosomer. En kromosom kan innehålla tiotusentals gener. Många gener innehåller information för att göra proteinprodukter, andra gener kodar för RNA-produkter. DNA kontrollerar all cellulär verksamhet genom att sätta på eller stänga av generna.

Den andra typen av nukleinsyra, RNA, är främst involverad i proteinsyntesen. DNA-molekylerna lämnar aldrig kärnan utan använder i stället ett mellanled för att kommunicera med resten av cellen. Denna mellanhand är messenger RNA (mRNA). Andra typer av RNA – som rRNA, tRNA och mikroRNA – är involverade i proteinsyntesen och dess reglering.

DNA och RNA består av monomerer som kallas nukleotider. Nukleotiderna kombineras med varandra för att bilda en polynukleotid, DNA eller RNA. Varje nukleotid består av tre komponenter: en kvävebas, ett pentosocker (fem kol) och en fosfatgrupp (figur \(\PageIndex{1}\)). Varje kvävebas i en nukleotid är knuten till en sockermolekyl, som är knuten till en eller flera fosfatgrupper.

Molekylstrukturen för en nukleotid visas. Kärnan i nukleoiden är en pentos vars kolrester är numrerade från ett till fem primtal. Basen är knuten till kolet i första ledet och fosfatet är knutet till kolet i femte ledet. Två typer av pentoser finns i nukleotider: ribose och deoxyribose. Deoxyribose har ett H i stället för OH i den två primära positionen. Fem typer av baser finns i nukleotider. Två av dessa, adenin och guanin, är purinbaser med två sammanfogade ringar. De andra tre, cytosin, tymin och uracil, har en sexdelad ring.
Figur \(\PageIndex{1}\): En nukleotid består av tre komponenter: en kvävebas, ett pentosocker och en eller flera fosfatgrupper. Kolresterna i pentosen är numrerade från 1′ till 5′ (primtalet skiljer dessa rester från dem i basen, som numreras utan primtalsnotation). Basen är knuten till 1′-positionen i ribosen och fosfatet är knutet till 5′-positionen. När en polynukleotid bildas fäster 5′-fosfatet i den inkommande nukleoiden vid 3′-hydroxylgruppen i slutet av den växande kedjan. Två typer av pentos finns i nukleotider, deoxyribose (finns i DNA) och ribose (finns i RNA). Deoxyribose har samma struktur som ribose, men den har ett H i stället för ett OH i 2′-positionen. Baser kan delas in i två kategorier: puriner och pyrimidiner. Puriner har en dubbel ringstruktur och pyrimidiner har en enkel ring.

Kvävebaserna, viktiga komponenter i nukleotider, är organiska molekyler och heter så eftersom de innehåller kol och kväve. De är baser eftersom de innehåller en aminogrupp som har potential att binda ett extra väte och därmed minskar vätejonkoncentrationen i sin omgivning, vilket gör den mer basisk. Varje nukleotid i DNA innehåller en av fyra möjliga kvävebaser: adenin (A), guanin (G) cytosin (C) och tymin (T).

Adenin och guanin klassificeras som puriner. Den primära strukturen hos ett purin är två kol-stickväte ringar. Cytosin, tymin och uracil klassificeras som pyrimidiner som har en enda kolväte-kväve-ring som primärstruktur (figur \(\PageIndex{1}\)). Var och en av dessa grundläggande kol-kväve-ringar har olika funktionella grupper knutna till sig. I molekylärbiologisk förkortning kallas kvävebaserna helt enkelt för symbolerna A, T, G, C och U. DNA innehåller A, T, G och C medan RNA innehåller A, U, G och C.

Den pentosiska sockret i DNA är deoxyribose, och i RNA är sockret ribose (figur \(\PageIndex{1}\)). Skillnaden mellan sockerarterna är att det finns en hydroxylgrupp på det andra kolet i ribose och väte på det andra kolet i deoxyribose. Kolatomerna i sockermolekylen är numrerade som 1′, 2′, 3′, 4′ och 5′ (1′ betyder ”ett primtal”). Fosfatresterna är bundna till hydroxylgruppen på 5′-kolvret i ett socker och hydroxylgruppen på 3′-kolvret i sockret i nästa nukleotid, vilket bildar en 5′-3′-fosfodiesterbindning. Fosfodiesterlänken bildas inte genom en enkel dehydreringsreaktion som andra länkar som förbinder monomerer i makromolekyler: för att den ska bildas måste två fosfatgrupper avlägsnas. En polynukleotid kan ha tusentals sådana fosfodiesterlänkar.