Nukleové kyseliny uchovávajú a prenášajú genetické informácie, ktoré zdedíme od našich predkov. Ak máte deti, vaša genetická informácia v ich genóme sa rekombinuje a spojí s genetickou informáciou vášho partnera. Váš vlastný genóm je duplikovaný zakaždým, keď sa každá bunka delí. Okrem toho obsahujú nukleové kyseliny určité segmenty nazývané gény, ktoré sú zodpovedné za syntézu všetkých proteínov v bunkách. Vlastnosti génov riadia biologické charakteristiky vášho tela.
Všeobecné informácie
Existujú dve triedy nukleových kyselín: kyselina deoxyribonukleová (známejšia ako DNA) a kyselina ribonukleová (známejšia ako RNA).
DNA je vláknitý reťazec génov, ktorý je nevyhnutný pre rast, vývoj, život a reprodukciu všetkých známych živých organizmov a väčšiny vírusov.
Zmeny v DNA mnohobunkových organizmov povedú k zmenám v nasledujúcich generáciách.
DNA je biogenetický substrát,nachádza sa vo všetkých existujúcich živých veciach, od najjednoduchších živých organizmov až po vysoko organizované cicavce.
Mnohé vírusové častice (virióny) obsahujú RNA v jadre ako genetický materiál. Treba však spomenúť, že vírusy ležia na hranici živej a neživej prírody, keďže bez bunkového aparátu hostiteľa zostávajú neaktívne.
Historické pozadie
V roku 1869 Friedrich Miescher izoloval jadrá z bielych krviniek a zistil, že obsahujú látku bohatú na fosfor, ktorú nazval nukleín.
Hermann Fischer objavil purínové a pyrimidínové bázy v nukleových kyselinách v 80. rokoch 19. storočia.
V roku 1884 R. Hertwig navrhol, že za prenos dedičných vlastností sú zodpovedné nukleíny.
V roku 1899 Richard Altmann vymyslel termín „jadrová kyselina“.
A neskôr, v 40. rokoch 20. storočia vedci Kaspersson a Brachet objavili spojenie medzi nukleovými kyselinami a syntézou bielkovín.
Nukleotidy
Polynukleotidy sa skladajú z mnohých nukleotidov – monomérov spojených do reťazcov.
V štruktúre nukleových kyselín sú izolované nukleotidy, z ktorých každý obsahuje:
- Dusíková báza.
- Pentózový cukor.
- Phosphate group.
Každý nukleotid obsahuje aromatickú bázu obsahujúcu dusík pripojenú k pentózovému (päťuhlíkovému) sacharidu, ktorý je zase pripojený k zvyšku kyseliny fosforečnej. Takéto monoméry, keď sa navzájom kombinujú, tvoria polyméryreťaze. Sú spojené kovalentnými vodíkovými väzbami, ktoré sa vyskytujú medzi fosforovým zvyškom jedného reťazca a pentózovým cukrom druhého reťazca. Tieto väzby sa nazývajú fosfodiesterové väzby. Fosfodiesterové väzby tvoria fosfát-sacharidový hlavný reťazec (kostru) DNA aj RNA.
Deoxyribonukleotid
Uvažujme o vlastnostiach nukleových kyselín nachádzajúcich sa v jadre. DNA tvorí chromozómový aparát jadra našich buniek. DNA obsahuje "softvérové inštrukcie" pre normálne fungovanie bunky. Keď bunka reprodukuje svoj vlastný druh, tieto inštrukcie sa počas mitózy prenesú na novú bunku. DNA má vzhľad dvojvláknovej makromolekuly skrútenej do dvojitého špirálového vlákna.
Nukleová kyselina obsahuje fosfát-deoxyribózový sacharidový skelet a štyri dusíkaté bázy: adenín (A), guanín (G), cytozín (C) a tymín (T). V dvojvláknovej špirále sa adenín páruje s tymínom (A-T), guanín sa páruje s cytozínom (G-C).
V roku 1953 James D. Watson a Francis H. K. Crick navrhol trojrozmernú štruktúru DNA založenú na röntgenových kryštalografických údajoch s nízkym rozlíšením. Odvolávali sa tiež na zistenia biológa Erwina Chargaffa, že v DNA je množstvo tymínu ekvivalentné množstvu adenínu a množstvo guanínu je ekvivalentné množstvu cytozínu. Watson a Crick, ktorí v roku 1962 získali Nobelovu cenu za prínos pre vedu, predpokladali, že dve vlákna polynukleotidov tvoria dvojitú špirálu. Vlákna, hoci sú totožné, sa krútia v opačných smeroch.pokyny. Fosfátovo-uhlíkové reťazce sú umiestnené na vonkajšej strane špirály, zatiaľ čo bázy ležia vo vnútri, kde sa viažu na bázy na druhom reťazci kovalentnými väzbami.
Ribonukleotidy
Molekula RNA existuje ako jednovláknové špirálové vlákno. Štruktúra RNA obsahuje fosfát-ribózový sacharidový skelet a nitrátové bázy: adenín, guanín, cytozín a uracil (U). Keď sa na templáte DNA počas transkripcie vytvorí RNA, guanín sa spáruje s cytozínom (G-C) a adenín s uracilom (A-U).
Fragmenty RNA sa používajú na reprodukciu bielkovín vo všetkých živých bunkách, čo zabezpečuje ich nepretržitý rast a delenie.
Nukleové kyseliny majú dve hlavné funkcie. Po prvé, pomáhajú DNA tým, že slúžia ako sprostredkovatelia, ktorí prenášajú potrebné dedičné informácie na nespočetné množstvo ribozómov v našom tele. Ďalšou hlavnou funkciou RNA je dodanie správnej aminokyseliny, ktorú každý ribozóm potrebuje na vytvorenie nového proteínu. Existuje niekoľko rôznych tried RNA.
Správa RNA (mRNA alebo mRNA - templát) je kópia základnej sekvencie segmentu DNA získaná ako výsledok transkripcie. Messenger RNA slúži ako sprostredkovateľ medzi DNA a ribozómami - bunkovými organelami, ktoré prijímajú aminokyseliny z transferovej RNA a používajú ich na vybudovanie polypeptidového reťazca.
Transfer RNA (tRNA) aktivuje čítanie dedičných údajov z messenger RNA, čo vedie k procesu translácieribonukleová kyselina - syntéza bielkovín. Tiež transportuje správne aminokyseliny tam, kde sa syntetizuje proteín.
Ribozomálna RNA (rRNA) je hlavným stavebným kameňom ribozómov. Viaže templátový ribonukleotid na určité miesto, kde je možné prečítať jeho informácie, čím sa spustí proces prekladu.
MiRNA sú malé molekuly RNA, ktoré fungujú ako regulátory mnohých génov.
Funkcie nukleových kyselín sú mimoriadne dôležité pre život vo všeobecnosti a pre každú bunku zvlášť. Takmer všetky funkcie, ktoré bunka vykonáva, sú regulované proteínmi syntetizovanými pomocou RNA a DNA. Enzýmy, bielkovinové produkty, katalyzujú všetky životne dôležité procesy: dýchanie, trávenie, všetky typy metabolizmu.
Rozdiely medzi štruktúrou nukleových kyselín
| Dezoskiribonukleotid | Ribonukleotid | |
| Funkcia | Dlhodobé uchovávanie a prenos dedičných údajov | Transformácia informácií uložených v DNA na proteíny; transport aminokyselín. Ukladanie dedičných údajov niektorých vírusov. |
| Monosacharid | Deoxyribóza | Ribose |
| Štruktúra | Dvojvláknový špirálovitý tvar | Jednovláknový špirálovitý tvar |
| Nitrátové zásady | T, C, A, G | U, C, G, A |
Výrazné vlastnosti báz nukleových kyselín
Adenín a guanín byich vlastnosti sú puríny. To znamená, že ich molekulárna štruktúra zahŕňa dva kondenzované benzénové kruhy. Cytozín a tymín zase patria k pyrimidínom a majú jeden benzénový kruh. Monoméry RNA budujú svoje reťazce pomocou báz adenínu, guanínu a cytozínu a namiesto tymínu pridávajú uracil (U). Každá z pyrimidínových a purínových báz má svoju vlastnú jedinečnú štruktúru a vlastnosti, vlastný súbor funkčných skupín spojených s benzénovým kruhom.
V molekulárnej biológii sa na označenie dusíkatých báz používajú špeciálne jednopísmenové skratky: A, T, G, C alebo U.
Pentózový cukor
Okrem odlišného súboru dusíkatých báz sa monoméry DNA a RNA líšia svojim pentózovým cukrom. Päťatómový sacharid v DNA je deoxyribóza, zatiaľ čo v RNA je to ribóza. Majú takmer identickú štruktúru, len s jedným rozdielom: ribóza pridáva hydroxylovú skupinu, zatiaľ čo v deoxyribóze je nahradená atómom vodíka.
Závery
V evolúcii biologických druhov a kontinuite života nemožno preceňovať úlohu nukleových kyselín. Ako neoddeliteľná súčasť všetkých jadier živých buniek sú zodpovedné za aktiváciu všetkých životne dôležitých procesov prebiehajúcich v bunkách.
