Co to jest kwas nukleinowy?

Kwas nukleinowy jest niezbędny dla wszystkich form życia i znajduje się we wszystkich komórkach. Kwas nukleinowy występuje w dwóch naturalnych formach zwanych kwasem dezoksyrybonukleinowym (DNA) i kwasem rybonukleinowym (RNA).

Image Credit: Christoph Burgstedt/.com

Kwasy nukleinowe są zbudowane z biopolimerów, które są naturalnie występującymi, powtarzającymi się zestawami monomerów (tworzących polimery), które następnie tworzą nukleotydy, które tworzą kwasy nukleinowe.

Aby zrozumieć strukturę kwasu nukleinowego, ważne jest zrozumienie struktury nukleotydów, które tworzą kwas nukleinowy.

Struktura kwasu nukleinowego

Nukleotyd składa się z trzech części, które są połączone wiązaniami. Te trzy części to grupa fosforanowa, cukier pięciowęglowy i zasada azotowa.

Grupa fosforanowa

Grupa fosforanowa składa się z atomu fosforu z czterema ujemnie naładowanymi atomami tlenu przyłączonymi do niego.

Cukier pięciowęglowy

Cukier pięciowęglowy (znany jako pentoza) obejmuje rybozę i deoksyrybozę, które są obecne w kwasie nukleinowym. Zarówno ryboza, jak i dezoksyryboza mają pięć atomów węgla i jeden atom tlenu. Do atomów węgla przyłączone są atomy wodoru i grupy hydroksylowe.

W cukrze rybozy do drugiego i trzeciego atomu węgla przyłączone są grupy hydroksylowe. W cukrze dezoksyrybozy do trzeciego atomu węgla dołączona jest grupa hydroksylowa, ale do drugiego atomu węgla dołączony jest tylko atom wodoru.

Zasada azotowa

Cząsteczka azotu pełni funkcję zasady w kwasie nukleinowym, ponieważ może oddawać elektrony innym cząsteczkom i tworzyć w tym procesie nowe cząsteczki. Może wiązać się z cząsteczkami węgla, wodoru i tlenu, tworząc struktury pierścieniowe.

Struktury pierścieniowe występują w postaci pojedynczych pierścieni (pirymidyny) i podwójnych pierścieni (puryny). Pirymidyny obejmują tyminę, cytozynę i uracyl. Puryny obejmują adeninę i guaninę. Puryny są większe niż pirymidyny, a różnice w ich wielkości pomagają określić ich pary w nici DNA.

Wiązania kwasu nukleinowego

Wiązania, które trzymają razem cząsteczki fosforu, cukru i azotu nazywane są wiązaniami glikozydowymi i estrowymi.

Wiązania glikozydowe są tworzone między pierwszym atomem węgla w pięciowęglowym cukrze i dziewiątym atomem azotu w zasadzie azotowej.

Wiązania estrowe są tworzone między piątym atomem węgla w cukrze pięciowęglowym a grupą fosforanową.

Wiązania te nie tylko utrzymują razem pojedynczy nukleotyd, ale również utrzymują razem łańcuchy nukleotydów, które tworzą polinukleotydy, które tworzą kwas dezoksyrybonukleinowy (DNA) i kwas rybonukleinowy (RNA).

Aby utworzyć te łańcuchy, grupa fosforanowa, która jest związana z piątym atomem węgla w cukrze 5-węglowym będzie wiązać się z trzecim atomem węgla w następnym cukrze 5-węglowym. To będzie się powtarzać, aby utworzyć łańcuch trzymany razem przez szkielet cukrowo-fosforanowy.

Jeśli cukier w tym łańcuchu jest cukrem rybozowym, powstanie nić RNA.

Aby utworzyć DNA, nić RNA wiąże się z polinukleotydem, który ma podobną, ale antyrównoległą strukturę z wiązaniami zwanymi wiązaniami wodorowymi. Te wiązania wodorowe łączą pirymidyny i puryny w bazach azotowych razem. W procesie zwanym komplementarnym parowaniem zasad, guanina łączy się z cytozyną, a adenina z tyminą. Zwiększa to wydajność energetyczną parowania zasad i zawsze będą one występować w tym układzie.

Image Credit: Billion Photos/.com

Funkcja kwasów nukleinowych

Każdy rodzaj kwasu nukleinowego pełni inną funkcję w komórkach wszystkich istot żywych.

DNA

DNA jest odpowiedzialny za przechowywanie i kodowanie informacji genetycznej w organizmie. Struktura DNA pozwala na dziedziczenie informacji genetycznej przez dzieci od ich rodziców.

Jako nukleotydy adenina, tymina, guanina i cytozyna w DNA będą parować się tylko w określonej sekwencji (adenina z tyminą, a guanina z cytozyną), za każdym razem, gdy komórka powiela nić DNA może określić sekwencję, w której nukleotydy powinny być kopiowane. W ten sposób można tworzyć dokładne kopie DNA i przekazywać je z pokolenia na pokolenie.

Wewnątrz DNA przechowywane są instrukcje dotyczące wszystkich białek, które organizm będzie wytwarzał.

RNA

RNA odgrywa ważną rolę w syntezie białek i reguluje ekspresję informacji przechowywanych w DNA w celu wytworzenia tych białek. W ten sam sposób informacja genetyczna jest przenoszona w niektórych wirusach.

• Różne funkcje RNA obejmują:
• Tworzenie nowych komórek w organizmie
• Tłumaczenie DNA na białka
• Pełnienie funkcji posłańca między DNA a rybosomami
• Pomaga rybosom w wyborze właściwych aminokwasów do tworzenia nowych białek w organizmie.

Te funkcje są wykonywane przez RNA o różnych nazwach. Nazwy te obejmują:

• Transferowy RNA (tRNA)
• Ribosomalny RNA (rRNA)
• Messenger RNA (mRNA).

ATP

Jednakże nie wszystkie kwasy nukleinowe biorą udział w przetwarzaniu informacji przechowywanej w komórkach. Kwas nukleinowy adenozynotrójfosforan (ATP), składający się z zasady azotowej adeniny, 5-węglowego cukru rybozy i trzech grup fosforanowych, bierze udział w wytwarzaniu energii dla procesów komórkowych.

Wiązania między trzema grupami fosforanowymi są wiązaniami wysokoenergetycznymi i dostarczają komórce energii. Wszystkie żywe komórki wykorzystują ATP do pozyskiwania energii, aby umożliwić im wykonywanie swoich funkcji.

Aby dostarczyć energię, ostatnia grupa fosforanowa w łańcuchu jest usuwana, co powoduje uwolnienie energii. Proces ten zmienia ATP w difosforan adenozyny (ADP). Usunięcie dwóch grup fosforanowych z ATP generuje energię potrzebną do utworzenia monofosforanu adenozyny (AMP).

ATP może być ponownie wytworzony w procesie recyklingu w mitochondriach, który ładuje grupy fosforanowe i dodaje je z powrotem do łańcucha.

ATP bierze udział w transporcie białek i lipidów do i z komórek, znanym odpowiednio jako endocytoza i egzocytoza. ATP jest również ważne w utrzymaniu ogólnej struktury komórki, ponieważ pomaga budować właściwości cytoszkieletowe komórki.

W zakresie konkretnych funkcji organizmu, ATP jest ważne w skurczu mięśni. Obejmuje to skurcze wykonane przez serce, jak to bije, jak również ruchy wykonane przez większe grupy mięśni.

Podsumowanie

Kwas nukleinowy jest istotną częścią wszystkich żywych istot i jest budulcem zarówno DNA i RNA. Występuje we wszystkich komórkach, a także w niektórych wirusach. Kwasy nukleinowe mają bardzo zróżnicowany zestaw funkcji, takich jak tworzenie komórek, przechowywanie i przetwarzanie informacji genetycznej, budowa białek i wytwarzanie komórek energetycznych.

Mimo że ich funkcje mogą się różnić, struktury DNA i RNA są bardzo podobne, a różni je tylko kilka fundamentalnych różnic w ich budowie molekularnej.

Cytaty

.