Nukleiinihappo ( deoksiribonukleiinihappo tai ribonukleiinihappo ) on kokoonpano makromolekyylien , joka on polymeeri , jonka perus- yksikkö, tai monomeeri , on nukleotidisekvenssi ja jonka nukleotidit ovat yhteydessä toisiinsa fosfodiesterisidoksilla .
Nämä nukleiinihapot ovat perustavanlaatuisia kaikissa elävissä olennoissa , koska ne tukevat niiden geneettistä tietoa .
Nukleiinihappoja on kahta tyyppiä: deoksiribonukleiinihappo (DNA) ja ribonukleiinihappo (RNA):
Nukleiinihapot absorboivat 260 nm : ssä typpipitoisten emästen aromaattisuuden vuoksi .
Absorbanssin suhdetta 260 ja 280 nm: ssä 260/280: een voidaan siksi käyttää proteiinien kontaminaation arvioimiseksi nukleiinihappoliuoksessa. Liuoksen puhtautta pidetään tyydyttävänä, kun tämä suhde on 1,8 - 2,0 DNA: lle ja 2,0 - 2,2 RNA: lle .
Raporttia A 260/280 voidaan puolestaan käyttää muiden epäpuhtauksien, kuten EDTA: n , urean , polyholosidien , fenolin ja guanidinium-isotiosyanaatin, läsnäolon arvioimiseen . Tämä osoittaa tyydyttävän puhtauden, kun se on välillä 2,0 - 2,2.
Nukleiinihappoja (DNA ja RNA) löytyy melkein jokaisen organismin soluista . Mikä tahansa eukaryoottinen tai prokaryoottinen solu , so. Eläinsolut , kasvisolut, bakteerit , sienet (tai sienet ) ja jopa mitokondriot ja kloroplastit sisältävät molempia nukleiinihappotyyppejä. Kuitenkin, virukset voivat sisältää DNA: ta tai RNA: ta, mutta ei molempia samanaikaisesti.
In eukaryoottien DNA löytyy solun tumassa , matriisissa mitokondrioiden ja stroomaan plastideihin . Se liittyy proteiineihin, kuten histoneihin (lukuun ottamatta mitokondrioiden DNA: ta → ei liity histoneihin). Tämä DNA: n ja proteiinien järjestely muodostaa kromatiinin, joka löytyy lineaarisista kromosomeista eukaryooteissa (selvästi näkyvissä mitoosin aikana ) ja yhtenä pyöreänä kromosomina prokaryooteissa .
RNA: ta puolestaan löytyy ytimestä ja sytosolista .
RNA on usein yksijuosteinen, kun taas DNA muodostuu kahden ketjun kelaamisesta muodostamaan kaksinkertainen kierre = kaksi säiettä.
Nukleiinihapot koostuvat nukleotidiketjusta, joka on kytketty fosfodiesterisidoksilla. Nukleotidit koostuvat aina kolmesta peruselementistä:
Seuraavassa taulukossa verrataan RNA: ta DNA: han niiden rakenteen ja koostumuksen mukaan:
RNA | DNA | |
---|---|---|
Polynukleotidiketjujen määrä nukleiinihapossa | 1 | 2 |
Nukleiinihapon muoto | Lanka | Kaksi säikettä haavoitettu kierteeseen |
Nukleotidien muodostava nukleiinihappo | Ribonukleotidit : AMP , GMP , CMP , UMP | Deoksiribonukleotidit : dAMP , dGMP , dCMP , TMP |
Nukleosidi muodostamalla nukleotidi | Ribonukleosidit : adenosiini , guanosiini , sytidiini , uridiini | Deoksiribonukleosidit : deoksiadenosiini , deoksiguanosiini , deoksisytidiini , tymidiini |
Nukleosidia muodostava pentoosi | Riboosi | Deoksiriboosi |
Nukleosidit muodostavat nukleiiniemäkset | Purkiitit ( adeniini ja guaniini ) ja pyrimidit ( sytosiini ja urasiili ) | Purkiitit (adeniini ja guaniini) ja pyrimidit (sytosiini ja tymiini ) |
Nukleiinihapoista löytyy erityyppisiä sidoksia: vahvat sidokset mahdollistavat molekyylin vakauden, kun taas heikot sidokset tarjoavat joustavuuden soluprosesseihin, kuten replikaatioon , transkriptioon tai translaatioon .
Nukleiinihapoissa eri nukleotidit sijoitetaan päästä päähän ja liitetään toisiinsa 5'-3 '-sidoksilla (lausutaan 5 prime - 3 prime) fosfodiesterillä (PO4): nämä luvut antavat sidoksen suunnan: 5' - Nukleotidi 1 - PO4 - nukleotidi 2 - PO4 - ... - 3 '.
Fosfaatti sitoutuu hiileen 3 sokerin ensimmäisen nukleotidisekvenssin ja hiilen 5 sokerin seuraavan nukleotidisekvenssin; kaikki tämä kahden esterisidoksen kautta. Fosfodiesterisidokset ovat kovalenttisia sidoksia . Fosfaatti on siten yhteys jokaisen sokerin välillä.
Nukleiiniemäkset kiinnittyvät sokerien 1'-hiileen kovalenttisilla sidoksilla.
Runkosokerit kytketään fosfodiesterisidoksilla. Nämä ovat kovalenttisia esterisidoksia sokerin (5'-OH tai 3'-OH) alkoholifunktion ja fosforihapon välillä.
Fosfaattien ja sokerien vuorottelu tuottaa nukleiinihapporungon, johon nukleiiniemäkset kiinnittyvät . Muodostunutta polymeeriä kutsutaan säikeeksi ja sen kaavamainen ulkonäkö on "köysi".
Runko on suhteellisen jäykkä osa, koska se koostuu kovalenttisista sidoksista, erittäin vahvista kemiallisista sidoksista.
DNA: n tapauksessa nämä kaksi säiettä on järjestetty siten, että kaikki nukleiiniemäkset löytyvät rakenteen keskeltä. Tätä niin kutsuttua kaksoiskierre-rakennetta ylläpitävät vetysidokset, jotka muodostuvat komplementaaristen nukleiiniemästen väliin, heikot sidokset, jotka solu voi helposti kumota.
Kaksi säiettä (useammin DNA: ssa, harvinainen RNA: ssa) ovat kaksoiskierteen (kierukkarakenteen) muotoja . Tämä joustava rakenne on ihanteellinen sallimaan proteiinien , kuten polymeraasien , primaasien ja ligaasien , kopioida DNA.
Yhteen, DNA ja RNA on keskeinen rooli: ne ovat kantavan geneettisen informaation .
DNA on geneettisen tiedon kantaja ja määrittää organismin (kasvin, sammakon tai ihmisen) biologisen identiteetin. Tämän geneettisen tiedon säilyttäminen tapahtuu DNA-molekyylien kopioinnin kautta ennen mitoosia (kahden identtisen tytärsolun luominen).
RNA: lla on monia rooleja. RNA-tyyppejä on erilaisia, ja jokaisella niistä on erityinen rooli.
Lähetti-RNA (mRNA) Se on pre-messenger RNA: n (mRNA) kypsymisen tuote , joka on DNA: lle suoritetun transkription tuote . MRNA: iden kypsyminen koostuu sekvenssin erilaisista modifikaatioista, kuten muokkaamisesta tai silmukoinnista. MRNA-silmukoituminen sisältää intronien poistamisen ja eksonien yhdistämisen peräkkäin. Tämä eksoniketju muodostaa sitten "lopputuotteen" lähettimen RNA: n. Toisin kuin messenger-edeltävä RNA, messenger-RNA poistuu ytimestä ja muuttuu lopulta peptidiksi sytosolissa tai jopa endoplasmisessa verkkokalvossa . MRNA on proteiinin "rakennuspalikka" . Prokaryooteissa ei ole silmukointia, joissa transkriptiolla tuotettu RNA on suoraan mRNA (näillä organismeilla ei todellakaan ole ydintä ja ribosomit kiinnittyvät RNA-molekyyliin, kun se syntetisoidaan). Eukaryoottien tapauksessa. Ydinsyöttö premessager- RNA: ta voidaan kutsua myös heterogeeniseksi ydin-RNA: ksi (nhRNA), koska se löytyy tiukasti ytimestä ja koostuu introneista ja eksoneista . Siirtäjä-RNA (tRNA) Se on mukana käännös ja lähetti-RNA osaksi peptidi . Se on vastuussa oikeiden aminohappojen tarjoamisesta salaamalla koodonien muodostama kieli ja kääntämällä ne aminohapposekvensseiksi . Kodoni koostuu kolmesta vierekkäisestä nukleotidista. Kodoni vastaa yhtä aminohappoa , mutta sama aminohappo voidaan määrittää eri kodoneilla. Katso geneettinen koodi aminohappojen assosiaatiosta kodoneihin.Ribosomaalista RNA: ta (rRNA) Se muodostaa ribosomin kypsymisen ja proteiinien kanssa yhdistämisen jälkeen . Ribosomit tehtaita proteiineja . Ribosomi assosioituu messenger RNA: n kanssa ja "lukee" siellä löydetyt kodonit . Sitten se hallitsee aminohappoja kuljettavien siirtorNA: iden sisäänpääsyä ja poistumista . Tätä seuraa peptidin syntyminen, joka muuttuu lopulta useiden kypsymis- ja kokoonpanovaiheiden jälkeen proteiiniksi . MikroRNA (miRNA) Victor Ambros löysi vuonna 1993 Caenorhabditis elegans -matossa , ja niillä on yksijuosteinen rakenne ja ne ovat 19-25 nukleotidia pitkiä. Niillä on rooli solujen aineenvaihduntaan estämällä käännös tiettyjen lähetti-RNA: iden osaksi peptidejä . Sitoutumalla messenger-RNA: hin, joiden ne ovat osittain komplementaarisia, mikroRNA: t aiheuttavat mRNA: n translaation estämisen ribosomeilla.MiRNA: t voivat säätää useiden geenien (ehkä sata joillekin niistä) ilmentymistä.
Pieni häiritseviä RNA: ita (siRNA: t) Ne ovat pieniä 21-22 nukleotidin RNA: ta, jotka täydentävät täydellisesti kohde-mRNA: itaan. Toisin kuin miRNA: t, pieniä häiritseviä RNA: ita ei koodaa isäntäsolun genomi, vaan pikemminkin mahdollinen hyökkääjä, kuten virukset, tuo ne sisään. Lisäksi niillä on kaksisäikeinen rakenne, ja niiden toiminta on hajottaa mRNA: ita. Se suoritetaan yhteistyössä RISC (RNA Induced Silencing Complex) -nimisten proteiinien kanssa. Jälkimmäiset sitoutuvat pienen häiritsevän RNA: n antisense-juosteeseen (komplementaarinen koodaavalle juosteelle) , sense-juoste hylätään ja näin muodostunut kompleksi (RISC + antisense-yksijuosteinen RNA) voi tunnistaa vastaavan mRNA-fragmentin ja tuhota sen siten estämään liittyvän geenin ilmentyminen. SiRNA: t ovat tarkempia kuin mikroRNA ne on suunniteltu tunnistamaan yhden geenin.Näistä lyhyistä RNA: ista on tullut molekyylibiologiassa laajalti käytetty työkalu geenien kytkemiseksi pois päältä yksi kerrallaan, joiden metabolinen rooli on määritettävä. Niiden toiminnan spesifisyys tekee pienistä häiritsevistä RNA: sta paljon tutkitun reitin taistelussa syöpää ja virussairauksia vastaan. Pieni ydin-RNA , pieni nukleolaarinen RNA , scaRNA ( pienet cajal-kappaleiden RNA ) Nämä ovat lyhyitä ribonukleotidiketjuja (esiintyvät yksinomaan ytimessä ja tarkemmin sanottuna ydinosastoissa, kuten snoRNA: iden ydin ja scaRNA: n Cajal-rungot . Nämä ei-koodaavat RNA: t assosioituvat proteiineihin muodostaen monimutkaisen pienen ytimen ribonukleoproteiinin (pRNPn), välttämätön prosessin aikana liitos on premessenger RNA aikana kypsymiseen rRNA ja tmRNASolu eukaryooteissa ja prokaryooteissa on sekä DNA: ta ja RNA: ta. Päinvastoin viruksissa on vain yksi nukleiinihappotyyppi: joko DNA tai RNA, joka voi olla yksijuosteinen tai kaksijuosteinen .
Virukset on jaettu useisiin luokkiin niiden geneettisen materiaalin muodon mukaan . Esimerkiksi HIV: n genomi on RNA: n muodossa.
molekyyli | Kaliumfosfaatti | Natriumhydroksidia | Suolahappo |
---|---|---|---|
kystosiini | 249 - 266 nm | 249 - 271 nm | 238 - 274 nm |
urasyyli | 228-259 nm | 242-284 nm | 228-258 nm |
sytidiini | 250-270 nm | 250-271 nm | 241 - 279 nm |