Mi az a nukleinsav?

A nukleinsav az élet minden formája számára elengedhetetlen, és minden sejtben megtalálható. A nukleinsavnak két természetes formája van, a dezoxiribonukleinsav (DNS) és a ribonukleinsav (RNS).

Image Credit: Christoph Burgstedt/.com

A nukleinsavak biopolimerekből állnak, amelyek a természetben előforduló, ismétlődő monomercsoportok (polimereket alkotnak), amelyekből aztán nukleotidok jönnek létre, amelyekből nukleinsavak keletkeznek.

A nukleinsav szerkezetének megértéséhez fontos megérteni a nukleinsavat alkotó nukleotidok szerkezetét.

A nukleinsav szerkezete

A nukleotid három részből áll, amelyek kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz. A három rész egy foszfátcsoport, egy 5 szénatomos cukor és egy nitrogénbázis.

Foszfátcsoport

A foszfátcsoportot egy foszforatom alkotja, amelyhez négy negatív töltésű oxigénatom kapcsolódik.

5 szénatomos cukor

Az 5 szénatomos cukor (úgynevezett pentóz) a ribóz és a dezoxiribóz, amelyek a nukleinsavban is jelen vannak. Mind a ribóz, mind a dezoxiribóz öt szénatomból és egy oxigénatomból áll. A szénatomokhoz hidrogénatomok és hidroxilcsoportok kapcsolódnak.

A ribózcukorban a második és harmadik szénatomhoz hidroxilcsoportok kapcsolódnak. A dezoxiribózcukorban a harmadik szénatomhoz egy hidroxilcsoport kapcsolódik, de a második szénatomhoz csak egy hidrogénatom kapcsolódik.

Nitrogénbázis

A nitrogénmolekula bázisként működik a nukleinsavban, mert képes elektronokat adni más molekuláknak, és ezen keresztül új molekulákat létrehozni. Szén-, hidrogén- és oxigénmolekulákhoz tud kötődni, hogy gyűrűs szerkezeteket hozzon létre.

A gyűrűs szerkezetek egygyűrűsek (pirimidinek) és kettősgyűrűsek (purinok) lehetnek. A pirimidinek közé tartozik a timin, a citozin és az uracil. A purinok közé tartozik az adenin és a guanin. A purinok nagyobbak, mint a pirimidinek, és méretkülönbségük segít meghatározni párosításukat a DNS-szálakban.

Nukleinsavkötések

A foszfor-, cukor- és nitrogénmolekulákat összetartó kötéseket glikozidos kötéseknek és észterkötéseknek nevezzük.

A glikozidos kötések egy 5 szénatomos cukor első szénatomja és egy nitrogénbázis kilencedik nitrogénatomja között jönnek létre.

Eszterkötések az 5 szénatomos cukor ötödik szénatomja és a foszfátcsoport között jönnek létre.

Ezek a kötések nemcsak egyetlen nukleotidot tartanak össze, hanem nukleotidok láncait is, amelyek a dezoxiribonukleinsavat (DNS) és a ribonukleinsavat (RNS) alkotó polinukleotidokat alkotják.

Ezek a láncok létrehozásához az 5 szénatomos cukor ötödik szénatomjához kötött foszfátcsoport a következő 5 szénatomos cukor harmadik szénatomjához kötődik. Ez megismétlődik, hogy egy cukor-foszfát gerinc által összetartott láncot hozzon létre.

Ha a cukor ebben a láncban ribózcukor, akkor egy RNS-szál jön létre.

A DNS létrehozásához az RNS-szál egy hasonló, de antiparaleláris szerkezetű polinukleotidhoz kötődik hidrogénkötésnek nevezett kötésekkel. Ezek a hidrogénkötések kötik össze a nitrogénbázisokban lévő pirimidineket és purinokat. A komplementer bázispárosodásnak nevezett folyamat során a guanin a citozinhoz, az adenin pedig a timinhez kötődik. Ez növeli a bázispárosítások energiahatékonyságát, és mindig ebben a mintázatban találhatók meg.

Képhitel: Billion Photos/.com

A nukleinsavak funkciója

Minden nukleinsavtípus más-más funkciót lát el minden élőlény sejtjében.

DNS

A DNS felelős a genetikai információk tárolásáért és kódolásáért a szervezetben. A DNS szerkezete lehetővé teszi, hogy a genetikai információt a gyermekek örököljék szüleiktől.

Mivel a DNS-ben lévő nukleotidok, az adenin, timin, guanin és citozin csak egy bizonyos sorrendben párosodnak (az adenin a timinnel, a guanin pedig a citozinnal), minden egyes alkalommal, amikor egy sejt megkettőződik, a DNS-szál meg tudja határozni, hogy a nukleotidok milyen sorrendben másolódjanak. Így a DNS-ről pontos másolatok készíthetők és öröklődhetnek generációról generációra.

A DNS-ben tárolódnak az utasítások az összes fehérjéhez, amelyet egy szervezet elő fog állítani.

RNS

Az RNS fontos szerepet játszik a fehérjeszintézisben, és szabályozza a DNS-ben tárolt információ kifejeződését, hogy ezek a fehérjék létrejöjjenek. Bizonyos vírusokban is így szállítják a genetikai információt.

• Az RNS különböző funkciói közé tartozik:
• Új sejtek létrehozása a szervezetben
• A DNS fehérjékké történő fordítása
• Hírvivőként működik a DNS és a riboszómák között
• Segíti a riboszómákat a megfelelő aminosavak kiválasztásában, hogy új fehérjéket hozzanak létre a szervezetben.

Ezeket a funkciókat az RNS különböző elnevezésekkel látja el. Ezek a nevek a következők:

• Transzfer RNS (tRNS)
• Riboszómális RNS (rRNS)
• Messenger RNS (mRNS).

ATP

Nem minden nukleinsav vesz részt azonban a sejtekben tárolt információk feldolgozásában. A nukleinsav adenozin-trifoszfát (ATP), amely egy adenin nitrogénbázisból, egy 5 szénatomos ribózcukorból és három foszfátcsoportból áll, részt vesz a sejtfolyamatok energiatermelésében.

A három foszfátcsoport közötti kötések nagy energiájú kötések, és energiával látják el a sejtet. Minden élő sejt az ATP-t használja fel energiaként, hogy elvégezhesse funkcióit.

Az energiaellátás érdekében a lánc utolsó foszfátcsoportját eltávolítják, ami energiát szabadít fel. Ez a folyamat az ATP-t adenozin-difoszfáttá (ADP) változtatja. Az ATP-ből két foszfátcsoport eltávolításával az adenozin-monofoszfát (AMP) létrehozásához szükséges energia keletkezik.

Az ATP-t a mitokondriumokban zajló újrahasznosítási folyamat révén lehet újra létrehozni, amely a foszfátcsoportokat újratölti és visszahelyezi a láncba.

Az ATP részt vesz a fehérjék és lipidek sejtbe és sejtből történő szállításában, amelyet endocitózisnak, illetve exocitózisnak nevezünk. Az ATP fontos a sejt általános szerkezetének fenntartásában is, mivel segít a sejt citoszkeletális tulajdonságainak kialakításában.

A konkrét testi funkciók tekintetében az ATP fontos az izomösszehúzódásban. Ide tartoznak a szív által a szívverés során végzett összehúzódások, valamint a nagyobb izomcsoportok által végzett mozgások.

Összefoglaló

A nukleinsav minden élőlény alapvető része, és a DNS és az RNS építőköve. Minden sejtben és egyes vírusokban is megtalálható. A nukleinsavaknak igen változatos funkciói vannak, például a sejtalkotás, a genetikai információ tárolása és feldolgozása, a fehérjeépítés és az energiasejtek előállítása.

Noha funkcióik különböznek, a DNS és az RNS szerkezete nagyon hasonló, csak néhány alapvető különbség különbözteti meg őket molekuláris felépítésükben.

Hivatkozások