Нуклеинске киселине

Поређење две главне нуклеинске киселине: РНК (лево) и ДНК (десно)
Шематски приказ структуре ДНК: жути кругови представљају фосфате, зелени дезоксирибозу, а црвени азотне базе;пуном цртом представљена је ковалентна веза, а испрекиданом водонична

Нуклеинске киселине су крупни и сложени органски молекули значајни за ћелију и одговорни за најзначајније процесе, као што су наслеђивање, синтеза протеина, у њој. Постоје два типа нуклеинских киселина: дезоксирибонуклеинска киселина и рибонуклеинска киселина. ДНК је носилац наследних информација у ћелији, док РНК учествују у преношењу тих информација и њиховом превођењу у протеине. Нуклеинске киселине су макромолекули чију јединицу грађе представљају нуклеотиди. Њих образује један пентозни шећер за који је везана фосфатна група и једна азотна, пуринска или пиримидинска база. Нуклеотиди међусобно повезују и на тај начин, захваљујући вези која се успоставља између фосфата и шећера, формирају ланац. Осим у вирусима, који садрже једну или другу нуклеинску киселину (никада обе), ДНК и РНК се налазе у свим врстама организама. Нуклеинске киселине се највише налазе у једру (lat. nucleus) па су по томе и добиле назив. Први их је изоловао Фридрих Мишер 1872. године. Нешто касније установљено је да се, осим у једру, налазе и у цитоплазми. Према данашњим подацима познато је да засебне нуклеинске киселине садрже и неке од ћелијских органела, какве су нпр. митохондрије и хлоропласти. Према грађи су полимери изграђени од мономера - нуклеотида.

У изградњи нуклеотида, који формирају ДНК учествују:

У изградњи нуклеотида РНК учествују:

  • пентозни шећер рибоза,
  • пуринске (деривати пурина) базе аденин и гуанин, или приримидинске(деривати пиримидина) базе цитозин и урацили
  • киселински остатак фосфорне киселине.

Нуклеинске киселине су природна хемијска једињења која служе као примарни молекули који преносе информација у ћелијама и чине генетски материјал. Нуклеинских киселина има у изобиљу у свим живим бићима, где се стварају, кодирају, а затим чувају информације о свакој живој ћелији сваког облика живота на Земљи. Оне функционишу тако што преносе и изражавају те информације унутар и изван ћелијског језгра у унутрашњим операцијама ћелије и ултиматно у следећој генерацији сваког живог организма. Кодиране информације су садржане и преносе се путем секвенци нуклеинских киселина, што обезбеђује унутар молекула РНК и ДНК. Нуклеинске киселине играју посебно важну улогу у усмеравању синтезе протеина.

Нити нуклеотида су повезане да би формирале основу у виду хеликсне завојнице - обично једну за РНК, две за ДНК - и склопљене су у ланце парова база изабраних од пет примарних, односно канонских нуклеобаза, а то су: аденин, цитозин, гуанин, тимин, и урацил. Тимин се јавља само у ДНК, а урацил само у РНК. Користећи аминокиселине и поступак познат као синтеза протеина,[1] специфично секвенцирање у ДНК ових парова нуклеобазе омогућава чување и пренос кодираних упутстава као гена. У РНК, секвенцирање базних парова омогућава производњу нових протеина који одређују оквире и делове и већину хемијских процеса свих облика живота.

Историја

Швајцарски научник Фридрих Мишер је октрио нуклеинске киселине (ДНК) 1868. године.[notes 1] Он је касније изнео идеју да оне могу да буду повезане са наслеђивањем.[2]

Експерименталне студије нуклеинских киселина чине главни део савремених биолошких и медицинских истраживања и чине основу за геном и форензичку науку, као и за биотехнолошку и фармацеутску индустрију.[6][7][8]

Појава и номенклатура

Термин нуклеинска киселина је свеукупан назив за ДНК и РНК, чланове породице биополимера,[9] и синоним је за полинуклеотид. Нуклеинске киселине су назване због свог почетног открића унутар једгра и због присуства фосфатних група (сродних фосфорној киселини).[10] Иако су први пут откривене у једгру еукариотских ћелија, сада је познато да се нуклеинске киселине могу наћи у свим облицима живота, укључујући бактерије, археје, митохондрије, хлоропласте и вирусе (постоји расправа да ли су вируси живи или неживи). Све живе ћелије садрже и ДНК и РНК (осим неких ћелија као што су зрела црвена крвна зрнца), док вируси садрже ДНК или РНК, али обично не обе.[11] Основна компонента биолошких нуклеинских киселина је нуклеотид, од којих сваки садржи пентозни шећер (рибозу или дезоксирибозу), фосфатну групу и нуклеобазу.[12] Нуклеинске киселине се такође генеришу у лабораторији, употребом ензима[13] (ДНК и РНК полимеразе) и хемијском синтезом у чврстој фази. Хемијске методе такође омогућавају стварање измењених нуклеинских киселина којих нема у природи,[14] на пример пептидних нуклеинских киселина.

Молекуларни састав и величина

Нуклеинске киселине су углавном веома велики молекули. Молекули ДНК су вероватно највећи познати индивидуални молекули. Добро проучени молекули биолошке нуклеинске киселине варирају у величини од 21 нуклеотида (мала интерферирајућа РНК) до великих хромозома (људски хромозом 1 је један молекул који садржи 247 милиона базних парова[15]).

У већини случајева молекули ДНК у природи су дволанчани, а молекули РНК једноланчани.[16] Постоје бројни изузеци - неки вируси имају геном направљен од дволанчане РНК, а други вируси имају једноланчане ДНК геноме,[17] и, у неким околностима, могу се формирати структуре нуклеинске киселине са три или четири ланца.[18]

Нуклеинске киселине су линеарни полимери (ланци) нуклеотида. Сваки нуклеотид се састоји од три компоненте: пуринске или пиримидинске нуклеобазе (понекад назване азотном базом или једноставно базом), пентозног шећера и фосфатне групе која молекул чини киселим. Подструктура која се састоји од нуклеобазе и шећера назива се нуклеозид. Типови нуклеинске киселине се разликују у структури шећера у својим нуклеотидима - ДНК садржи 2'-дезоксирибозу, док РНК садржи рибозу (где је једина разлика присуство хидроксилне групе). Такође, нуклеобазе пронађене у два типа нуклеинске киселине су различите: аденин, цитозин и гуанин налазе се у РНК и у ДНК, док се тимин јавља у ДНК, а урацил у РНК.

Шећери и фосфати у нуклеинским киселинама повезани су међусобно у наизменичном ланцу (основа од шећера и фосфата) преко фосфодиестерских веза.[19] У конвенционалној номенклатури, угљеници за које се вежу фосфатне групе су 3'-крај а 5'-крај угљеник је на шећеру. Ово даје усмереност нуклеинским киселинама, и крајеви молекула нуклеинске киселине називају се 5'-крај и 3'-крај. Нуклеобазе су повезане са шећерима преко N-гликозидне везе која укључује нуклеобазни прстен азота (N-1 за пиримидине и N-9 за пурине) и 1' угљеник у прстену пентозног шећера.

Нестандардни нуклеозиди су такође присутни у РНК и у ДНК и обично настају модификовањем стандардних нуклеозида унутар молекула ДНК или примарног (почетног) транскрипта РНК. Молекули транспортне РНК (тРНК) садрже нарочито велики број модификованих нуклеозида.[20]

Напомене

  1. ^ Он их је звао нуклеин.

Референце

  1. ^ „What is DNA”. What is DNA. Linda Clarks. Архивирано из оригинала 18. 01. 2019. г. Приступљено 6. 8. 2016. 
  2. ^ Bill Bryson (2015). A Short History of Nearly Everything. Broadway Books. стр. 500. 
  3. ^ Dahm R (јануар 2008). „Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research”. Human Genetics. 122 (6): 565—81. PMID 17901982. S2CID 915930. doi:10.1007/s00439-007-0433-0. 
  4. ^ Cox, Michael; Nelson, David (2008). Principles of Biochemistry. Susan Winslow. стр. 288. ISBN 9781464163074. 
  5. ^ „DNA Structure”. What is DNA. Linda Clarks. Архивирано из оригинала 24. 02. 2021. г. Приступљено 6. 8. 2016. 
  6. ^ Lander ES, Linton LM, Birren B, Nusbaum C, Zody MC, Baldwin J, et al. (фебруар 2001). „Initial sequencing and analysis of the human genome” (PDF). Nature. 409 (6822): 860—921. Bibcode:2001Natur.409..860L. PMID 11237011. doi:10.1038/35057062 Слободан приступ. 
  7. ^ Venter JC, Adams MD, Myers EW, Li PW, Mural RJ, Sutton GG, et al. (фебруар 2001). „The sequence of the human genome”. Science. 291 (5507): 1304—51. Bibcode:2001Sci...291.1304V. PMID 11181995. doi:10.1126/science.1058040 Слободан приступ. 
  8. ^ Budowle B, van Daal A (април 2009). „Extracting evidence from forensic DNA analyses: future molecular biology directions”. BioTechniques. 46 (5): 339—40, 342—50. PMID 19480629. doi:10.2144/000113136 Слободан приступ. 
  9. ^ Elson D (1965). „Metabolism of Nucleic Acids (Macromolecular DNA and RNA)”. Annual Review of Biochemistry. 34: 449—86. PMID 14321176. doi:10.1146/annurev.bi.34.070165.002313. 
  10. ^ Dahm R (јануар 2008). „Discovering DNA: Friedrich Miescher and the early years of nucleic acid research”. Human Genetics. nih.gov. 122 (6): 565—81. PMID 17901982. S2CID 915930. doi:10.1007/s00439-007-0433-0. 
  11. ^ Brock TD, Madigan MT (2009). Brock biology of microorganisms. Pearson / Benjamin Cummings. ISBN 978-0-321-53615-0. 
  12. ^ Hardinger, Steven; University of California, Los Angeles (2011). „Knowing Nucleic Acids” (PDF). ucla.edu. Архивирано из оригинала (PDF) 04. 03. 2016. г. Приступљено 14. 06. 2021. 
  13. ^ Mullis, Kary B. The Polymerase Chain Reaction (Nobel Lecture). 1993. (retrieved December 1, 2010) http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1993/mullis-lecture.html
  14. ^ Verma S, Eckstein F (1998). „Modified oligonucleotides: synthesis and strategy for users”. Annual Review of Biochemistry. 67: 99—134. PMID 9759484. doi:10.1146/annurev.biochem.67.1.99 Слободан приступ. 
  15. ^ Gregory SG, Barlow KF, McLay KE, Kaul R, Swarbreck D, Dunham A, et al. (мај 2006). „The DNA sequence and biological annotation of human chromosome 1”. Nature. 441 (7091): 315—21. Bibcode:2006Natur.441..315G. PMID 16710414. doi:10.1038/nature04727 Слободан приступ. 
  16. ^ Todorov TI, Morris MD (април 2002). National Institutes of Health. „Comparison of RNA, single-stranded DNA and double-stranded DNA behavior during capillary electrophoresis in semidilute polymer solutions”. Electrophoresis. nih.gov. 23 (7–8): 1033—44. PMID 11981850. doi:10.1002/1522-2683(200204)23:7/8<1033::AID-ELPS1033>3.0.CO;2-7. 
  17. ^ Margaret Hunt; University of South Carolina (2010). „RN Virus Replication Strategies”. sc.edu. 
  18. ^ McGlynn P, Lloyd RG (август 1999). „RecG helicase activity at three- and four-strand DNA structures”. Nucleic Acids Research. 27 (15): 3049—56. PMC 148529 Слободан приступ. PMID 10454599. doi:10.1093/nar/27.15.3049. 
  19. ^ Stryer, Lubert; Berg, Jeremy Mark; Tymoczko, John L. (2007). BiochemistryНеопходна слободна регистрација. San Francisco: W.H. Freeman. ISBN 978-0-7167-6766-4. 
  20. ^ Rich A, RajBhandary UL (1976). „Transfer RNA: molecular structure, sequence, and properties”. Annual Review of Biochemistry. 45: 805—60. PMID 60910. doi:10.1146/annurev.bi.45.070176.004105. 

Литература

  • Wolfram Saenger (1984). Principles of Nucleic Acid Structure. . Springer-Verlag New York Inc.
  • Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter (2007). Molecular Biology of the Cell. ISBN 978-0-8153-4105-5. . Fourth edition is available online through the NCBI Bookshelf: link
  • Jeremy M Berg, John L Tymoczko, and Lubert Stryer, Biochemistry 5th edition, 2002, W H Freeman. Available online through the NCBI Bookshelf: link
  • Astrid Sigel; Helmut Sigel; Roland K. O. Sigel, ур. (2012). Interplay between Metal Ions and Nucleic Acids. Metal Ions in Life Sciences. 10. Springer. ISBN 978-94-007-2171-5. doi:10.1007/978-94-007-2172-2. 
  • Palou-Mir, Joana; Barceló-Oliver, Miquel; Sigel, Roland K.O. (2017). „Chapter 12. The Role of Lead(II) in Nucleic Acids”. Ур.: Astrid, S.; Helmut, S.; Sigel, R. K. O. Lead: Its Effects on Environment and Health. Metal Ions in Life Sciences. 17. de Gruyter. стр. 403—434. PMID 28731305. doi:10.1515/9783110434330-012. 

Спољашње везе

Нуклеинске киселине на Викимедијиној остави.