Mikä on nukleiinihappo?

Nukleiinihappo on elintärkeä kaikille elämänmuodoille, ja sitä on kaikissa soluissa. Nukleiinihappoa on kahdessa luonnollisessa muodossa, joita kutsutaan deoksiribonukleiinihapoksi (DNA) ja ribonukleiinihapoksi (RNA).

Image Credit: Christoph Burgstedt/.com

Nukleiinihapot koostuvat biopolymeereistä, jotka ovat luonnossa esiintyviä, toistuvia monomeerikokonaisuuksia (jotka muodostavat polymeerejä), jotka sitten luovat nukleotideja, joista muodostuu nukleiinihappoja.

Nukleiinihapon rakenteen ymmärtämiseksi on tärkeää ymmärtää nukleotidien rakenne, joista nukleiinihappo muodostuu.

Nukleiinihapon rakenne

Nukleotidi koostuu kolmesta osasta, jotka ovat liittyneet toisiinsa sidoksilla. Nämä kolme osaa ovat fosfaattiryhmä, 5-hiilisokeri ja typpiemäs.

Fosfaattiryhmä

Fosfaattiryhmä koostuu fosforiatomista, johon on kiinnittynyt neljä negatiivisesti varautunutta happiatomia.

5-hiilisokeri

Viisi hiilihapposokeria (ns. pentoosia) ovat muun muassa nukleiinihapossa esiintyvät riboosi ja deoksiriboosi. Sekä riboosissa että deoksiriboosissa on viisi hiiliatomia ja yksi happiatomi. Hiiliatomeihin on kiinnittynyt vetyatomeja ja hydroksyyliryhmiä.

Riboosisokerissa toiseen ja kolmanteen hiiliatomiin on kiinnittynyt hydroksyyliryhmiä. Deoksiriboosisokerissa kolmanteen hiiliatomiin on kiinnittynyt hydroksyyliryhmä, mutta toiseen hiiliatomiin on kiinnittynyt vain vetyatomi.

Typpi-emäs

Typpimolekyyli toimii nukleiinihapossa emäksenä, koska se voi luovuttaa elektroneja toisille molekyyleille ja synnyttää tätä kautta uusia molekyylejä. Se voi sitoutua hiili-, vety- ja happimolekyyleihin luodakseen rengasrakenteita.

Rengasrakenteita on yksirenkaisia (pyrimidiinit) ja kaksirenkaisia (puriinit). Pyrimidiinit sisältävät tymiinin, sytosiinin ja urasiilin. Puriineihin kuuluvat adeniini ja guaniini. Puriinit ovat suurempia kuin pyrimidiinit, ja niiden kokoerot auttavat määrittämään niiden pariliitokset DNA-juosteissa.

Nukleiinihapon sidokset

Fosfori-, sokeri- ja typpimolekyylejä yhteen pitäviä sidoksia kutsutaan glykosidisiksi sidoksiksi ja esterisidoksiksi.

Glykosidiset sidokset muodostuvat viisihiilisen sokerin ensimmäisestä hiiliatomista typpiemäksessä yhdeksänteen typpiatomiin.

Esterisidokset syntyvät 5-hiilisokerin viidennen hiiliatomin ja fosfaattiryhmän välille.

Nämä sidokset eivät pidä koossa ainoastaan yksittäistä nukleotidia, vaan ne pitävät koossa myös nukleotidiketjuja, jotka muodostavat polynukleotideja, jotka muodostavat deoksiribonukleiinihapon (DNA) ja ribonukleiinihapon (RNA).

Tällaisten ketjujen luomiseksi fosfaattiryhmä, joka on sitoutunut 5-hiilisokerin viidenteen hiiliatomiin, sitoutuu seuraavan 5-hiilisokerin kolmanteen hiiliatomiin. Tämä toistuu luodakseen ketjun, jota sokeri-fosfaattirunko pitää koossa.

Jos tämän ketjun sokeri on riboosisokeri, syntyy RNA-juoste.

DNA:n luomiseksi RNA-juoste sitoutuu polynukleotidiin, jolla on samankaltainen, mutta antiparalleelirakenne sidoksilla, joita kutsutaan vetysidoksiksi. Nämä vetysidokset yhdistävät typpiemäksissä olevat pyrimidiinit ja puriinit toisiinsa. Komplementaariseksi emäspaariksi kutsutussa prosessissa guaniini sitoutuu sytosiiniin ja adeniini tymiiniin. Tämä parantaa emäsparien energiatehokkuutta, ja ne esiintyvät aina tässä kuviossa.

Image Credit: Billion Photos/.com

Nukleiinihapon tehtävä

Jokainen nukleiinihappotyyppi suorittaa erilaista tehtävää kaikkien elävien olentojen soluissa.

DNA

DNA vastaa geneettisen informaation tallentamisesta ja koodaamisesta elimistössä. DNA:n rakenteen ansiosta geneettinen informaatio periytyy lapsille vanhemmilta.

Koska DNA:n nukleotidit adeniini, tymiini, guaniini ja sytosiini parittuvat vain tietyssä järjestyksessä (adeniini tymiinin kanssa ja guaniini sytosiinin kanssa), joka kerta kun solu kopioi DNA:n säikeen, DNA:n säikeessä voidaan määritellä järjestys, jossa nukleotidit tulisi kopioida. Näin ollen DNA:sta voidaan tehdä tarkkoja kopioita, jotka periytyvät sukupolvelta toiselle.

DNA:n sisälle on tallennettu ohjeet kaikista proteiineista, joita organismi valmistaa.

RNA

RNA:lla on tärkeä rooli proteiinisynteesissä, ja se säätelee DNA:han tallennetun informaation ilmentymistä näiden proteiinien valmistamiseksi. Se on myös tapa, jolla geneettinen informaatio kulkee tietyissä viruksissa.

• RNA:n eri tehtäviä ovat:
• Kehon uusien solujen luominen
• DNA:n kääntäminen proteiineiksi
• Toimii viestinviejänä DNA:n ja ribosomien välillä
• Helppaa ribosomeja valitsemaan oikeat aminohapot, jotta ne voivat luoda elimistön uudet proteiinit.

Nämä toiminnot suorittaa RNA eri nimillä. Näitä nimiä ovat:

• Transfer RNA (tRNA)
• Ribosomaalinen RNA (rRNA)
• Messenger RNA (mRNA).

ATP

Kaikki nukleiinihapot eivät kuitenkaan osallistu soluihin tallennetun informaation käsittelyyn. Nukleiinihappo adenosiinitrifosfaatti (ATP), joka koostuu adeniinin typpiperäisestä emäksestä, 5-hiilisestä riboosisokerista ja kolmesta fosfaattiryhmästä, osallistuu energian tuottamiseen soluprosesseja varten.

Kolmen fosfaattiryhmän väliset sidokset ovat korkeaenergisiä sidoksia, ja ne toimittavat solulle energiaa. Kaikki elävät solut käyttävät ATP:tä energian saamiseksi, jotta ne voivat suorittaa toimintojaan.

Energian saamiseksi ketjun viimeinen fosfaattiryhmä poistetaan, jolloin energiaa vapautuu. Tämä prosessi muuttaa ATP:n adenosiinidifosfaatiksi (ADP). Kahden fosfaattiryhmän poistaminen ATP:stä tuottaa energiaa, jota tarvitaan adenosiinimonofosfaatin (AMP) luomiseen.

ATP:tä voidaan luoda uudelleen mitokondrioissa tapahtuvan kierrätysprosessin avulla, jossa fosfaattiryhmät ladataan ja lisätään takaisin ketjuun.

ATP osallistuu proteiinien ja lipidien kuljettamiseen soluihin sisälle ja ulos soluista, joita kutsutaan endosytoosiksi (endosytoosi) ja eksosytoosiksi (eksosytoosi). ATP on myös tärkeä solun yleisen rakenteen ylläpitämisessä, sillä se auttaa rakentamaan solun sytoskeletaalisia ominaisuuksia.

Kohtaisten ruumiillisten toimintojen osalta ATP on tärkeä lihassupistuksessa. Tähän kuuluvat sydämen tekemät supistukset sen lyödessä sekä suurempien lihasryhmien tekemät liikkeet.

Yhteenveto

Nukleiinihappo on olennainen osa kaikkia eläviä olentoja, ja se on sekä DNA:n että RNA:n rakennusaine. Sitä on kaikissa soluissa ja myös joissakin viruksissa. Nukleiinihapoilla on hyvin monenlaisia tehtäviä, kuten solujen luominen, geneettisen informaation varastointi ja käsittely, proteiinien rakentaminen ja energiasolujen tuottaminen.

Vaikka niiden toiminnot saattavat erota toisistaan, DNA:n ja RNA:n rakenteet ovat hyvin samankaltaisia, ja vain muutamat molekyylirakenteessa olevat perustavanlaatuiset erot erottavat ne toisistaan.

Sitaatit