Co je to nukleová kyselina?

Nukleová kyselina je nezbytná pro všechny formy života a nachází se ve všech buňkách. Nukleová kyselina se vyskytuje ve dvou přírodních formách, které se nazývají deoxyribonukleová kyselina (DNA) a ribonukleová kyselina (RNA).

Obrázek: Christoph Burgstedt/.com

Nukleové kyseliny se skládají z biopolymerů, což jsou v přírodě se vyskytující, opakující se soubory monomerů (tvořící polymery), které pak vytvářejí nukleotidy, z nichž vznikají nukleové kyseliny.

Pro pochopení struktury nukleové kyseliny je důležité porozumět struktuře nukleotidů, které nukleovou kyselinu tvoří.

Struktura nukleové kyseliny

Nukleotid se skládá ze tří částí, které jsou spojeny vazbami. Těmito třemi částmi jsou fosfátová skupina, pětiuhlíkatý cukr a dusíkatá báze.

Fosfátová skupina

Fosfátová skupina je tvořena atomem fosforu, ke kterému jsou připojeny čtyři záporně nabité atomy kyslíku.

Pětiuhlíkatý cukr

Pětiuhlíkatý cukr (tzv. pentóza) zahrnuje ribózu a deoxyribózu, které jsou přítomny v nukleové kyselině. Riboza i deoxyribóza mají pět atomů uhlíku a jeden atom kyslíku. K atomům uhlíku jsou připojeny atomy vodíku a hydroxylové skupiny.

U cukru ribóza jsou k druhému a třetímu atomu uhlíku připojeny hydroxylové skupiny. V deoxyribózovém cukru je ke třetímu atomu uhlíku připojena hydroxylová skupina, ale k druhému atomu uhlíku je připojen pouze atom vodíku.

Dusíková báze

Molekula dusíku působí v nukleové kyselině jako báze, protože může předávat elektrony jiným molekulám a tímto procesem vytvářet nové molekuly. Může se vázat na molekuly uhlíku, vodíku a kyslíku a vytvářet tak kruhové struktury.

Kruhové struktury jsou jednoduché (pyrimidiny) a dvojité (puriny). Mezi pyrimidiny patří thymin, cytosin a uracil. Mezi puriny patří adenin a guanin. Puriny jsou větší než pyrimidiny a rozdíly ve velikosti pomáhají určovat jejich párování ve vláknech DNA.

Vazby v nukleových kyselinách

Vazby, které drží pohromadě molekuly fosforu, cukru a dusíku, se nazývají glykosidické a esterové vazby.

Glykosidické vazby se vytvářejí mezi prvním atomem uhlíku v pětiuhlíkatém cukru a devátým atomem dusíku v dusíkaté bázi.

Esterové vazby se vytvářejí mezi pátým atomem uhlíku v 5uhlíkatém cukru a fosfátovou skupinou.

Tyto vazby drží pohromadě nejen jeden nukleotid, ale také řetězce nukleotidů, které vytvářejí polynukleotidy tvořící deoxyribonukleovou kyselinu (DNA) a ribonukleovou kyselinu (RNA).

Pro vytvoření těchto řetězců se fosfátová skupina, která je vázána na pátý atom uhlíku v pětiuhlíkatém cukru, naváže na třetí atom uhlíku v dalším pětiuhlíkatém cukru. To se bude opakovat a vytvoří se řetězec, který drží pohromadě cukr-fosfátová páteř.

Pokud je cukr v tomto řetězci ribózový cukr, vytvoří se vlákno RNA.

Pro vytvoření DNA se vlákno RNA spojí s polynukleotidem, který má podobnou, ale antiparalelní strukturu pomocí vazeb zvaných vodíkové vazby. Tyto vodíkové vazby spojují pyrimidiny a puriny v dusíkatých bázích dohromady. V procesu zvaném komplementární párování bází se guanin váže na cytosin a adenin na tymin. Tím se zvyšuje energetická účinnost párování bází a ty se budou vždy nacházet v tomto vzorci.

Obrázek: Billion Photos/.com

Funkce nukleových kyselin

Každý typ nukleové kyseliny plní v buňkách všech živých organismů jinou funkci.

DNA

DNA je odpovědná za ukládání a kódování genetické informace v těle. Struktura DNA umožňuje, aby děti dědily genetickou informaci po svých rodičích.

Jelikož se nukleotidy adenin, thymin, guanin a cytosin v DNA párují pouze v určitém pořadí (adenin s thyminem a guanin s cytosinem), může buňka při každé duplikaci vlákna DNA určit pořadí, v jakém se mají nukleotidy kopírovat. Díky tomu lze vytvářet přesné kopie DNA a předávat je z generace na generaci.

Uvnitř DNA jsou uloženy instrukce pro všechny bílkoviny, které bude organismus vytvářet.

RNA

RNA hraje důležitou roli při syntéze bílkovin a reguluje expresi informací uložených v DNA pro tvorbu těchto bílkovin. Je také způsobem, jakým se genetická informace přenáší v některých virech.

• Různé funkce RNA zahrnují:
• Vytváření nových buněk v těle
• Překládání DNA na bílkoviny
• Působí jako posel mezi DNA a ribozomy
• Pomáhá ribozomům vybrat správné aminokyseliny pro vytvoření nových bílkovin v těle.

Tyto funkce vykonává RNA s různými názvy. Mezi tyto názvy patří:

• Transferová RNA (tRNA)
• Ribosomální RNA (rRNA)
• Messengerová RNA (mRNA).

ATP

Ne všechny nukleové kyseliny se však podílejí na zpracování informací uložených v buňkách. Nukleová kyselina adenosintrifosfát (ATP), tvořená dusíkatou bází adeninem, pětiuhlíkatým cukrem ribózou a třemi fosfátovými skupinami, se podílí na výrobě energie pro buněčné procesy.

Vazby mezi třemi fosfátovými skupinami jsou vysoce energetické vazby a dodávají buňce energii. Všechny živé buňky využívají ATP jako zdroj energie, který jim umožňuje vykonávat jejich funkce.

Pro dodání energie se poslední fosfátová skupina v řetězci odstraní, čímž se uvolní energie. Tímto procesem se ATP mění na adenosindifosfát (ADP). Odstraněním dvou fosfátových skupin z ATP vzniká energie potřebná k vytvoření adenosinmonofosfátu (AMP).

ATP může být znovu vytvořen recyklačním procesem v mitochondriích, při kterém se fosfátové skupiny znovu nabijí a přidají zpět do řetězce.

ATP se podílí na transportu proteinů a lipidů do buněk a z buněk, známém jako endocytóza, resp. exocytóza. ATP je také důležitý při udržování celkové struktury buňky, protože pomáhá budovat cytoskeletální vlastnosti buňky.

Z hlediska specifických tělesných funkcí je ATP důležitý při svalové kontrakci. To zahrnuje stahy prováděné srdcem při jeho tlukotu i pohyby větších svalových skupin.

Shrnutí

Kyselina nukleová je nezbytnou součástí všech živých organismů a je stavebním kamenem DNA i RNA. Nachází se ve všech buňkách a také v některých virech. Nukleové kyseliny mají velmi rozmanité funkce, jako je tvorba buněk, uchovávání a zpracování genetické informace, stavba bílkovin a tvorba energie buněk.

Ačkoli se jejich funkce mohou lišit, struktury DNA a RNA jsou si velmi podobné a odlišuje je jen několik zásadních rozdílů v jejich molekulární struktuře.

Citace

.