Asid nukleik, terutamanya DNA, cukup terkenal dalam sains. Ini dijelaskan oleh fakta bahawa mereka adalah bahan sel, di mana penyimpanan dan penghantaran maklumat keturunannya bergantung. DNA, yang ditemui pada tahun 1868 oleh F. Miescher, adalah molekul dengan sifat berasid yang jelas. Ahli sains mengasingkannya daripada nukleus leukosit - sel sistem imun. Sepanjang 50 tahun akan datang, kajian tentang asid nukleik dijalankan secara sporadis, memandangkan kebanyakan ahli biokimia menganggap protein sebagai bahan organik utama yang bertanggungjawab, antara lain, untuk sifat keturunan.
Sejak pentafsiran struktur DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953, penyelidikan serius bermula, yang mendapati bahawa asid deoksiribonukleik adalah polimer, dan nukleotida berfungsi sebagai monomer DNA. Jenis dan strukturnya akan kami pelajari dalam karya ini.
Nukleotida sebagai unit struktur maklumat keturunan
Salah satu sifat asas bahan hidup ialah pemeliharaan dan penghantaran maklumat tentang struktur dan fungsi kedua-dua sel dan keseluruhan organismasecara amnya. Peranan ini dimainkan oleh asid deoksiribonukleik, dan monomer DNA - nukleotida adalah sejenis "bata" dari mana struktur unik bahan keturunan dibina. Mari kita pertimbangkan apakah tanda-tanda hidupan liar yang dipandu semasa mencipta supergegelung asid nukleik.
Cara nukleotida terbentuk
Untuk menjawab soalan ini, kami memerlukan sedikit pengetahuan tentang kimia organik. Khususnya, kita ingat bahawa secara semula jadi terdapat sekumpulan glikosida heterosiklik yang mengandungi nitrogen digabungkan dengan monosakarida - pentosa (deoksiribosa atau ribosa). Mereka dipanggil nukleosida. Sebagai contoh, adenosin dan jenis nukleosida lain terdapat dalam sitosol sel. Mereka memasuki tindak balas pengesteran dengan molekul asid ortofosforik. Hasil daripada proses ini akan menjadi nukleotida. Setiap monomer DNA, dan terdapat empat jenis, mempunyai nama, seperti guanin, timin dan nukleotida sitosin.
monomer purin DNA
Dalam biokimia, klasifikasi diterima pakai yang membahagikan monomer DNA dan strukturnya kepada dua kumpulan: contohnya, nukleotida adenine dan guanin ialah purin. Ia mengandungi derivatif purin, bahan organik dengan formula C5H4N44. Monomer DNA, nukleotida guanin, juga mengandungi bes nitrogen purin yang disambungkan kepada deoksiribosa oleh ikatan N-glikosidik dalam konfigurasi beta.
Nukleotida pirimidin
Bes nitrogen,dipanggil cytidine dan thymidine, adalah derivatif bahan organik pirimidin. Formulanya ialah C4H4N2. Molekul ialah heterokitar planar enam anggota yang mengandungi dua atom nitrogen. Adalah diketahui bahawa bukannya nukleotida timin, molekul asid ribonukleik, seperti rRNA, tRNA, dan mRNA, mengandungi monomer urasil. Semasa transkripsi, semasa pemindahan maklumat daripada gen DNA kepada molekul mRNA, nukleotida timin digantikan oleh adenin, dan nukleotida adenin digantikan oleh urasil dalam rantai mRNA yang disintesis. Iaitu, rekod berikut akan adil: A - U, T - A.
Peraturan Chargaff
Dalam bahagian sebelumnya, kita telah pun menyentuh sebahagian tentang prinsip korespondensi antara monomer dalam rantai DNA dan dalam kompleks gen-mRNA. Ahli biokimia terkenal E. Chargaff mewujudkan sifat unik molekul asid deoksiribonukleik, iaitu bilangan nukleotida adenin di dalamnya sentiasa sama dengan timin, dan guanin - kepada sitosin. Asas teori utama prinsip Chargaff ialah penyelidikan Watson dan Crick, yang menetapkan monomer mana yang membentuk molekul DNA dan apakah organisasi spatial yang mereka ada. Corak lain, yang diperolehi oleh Chargaff dan dipanggil prinsip saling melengkapi, menunjukkan hubungan kimia asas purin dan pirimidin dan keupayaan mereka untuk membentuk ikatan hidrogen apabila berinteraksi antara satu sama lain. Ini bermakna susunan monomer dalam kedua-dua helai DNA ditentukan dengan ketat: contohnya, bertentangan A daripada untaian DNA pertama bolehhanya T berbeza dan dua ikatan hidrogen timbul di antara mereka. Bertentangan dengan nukleotida guanin, hanya sitosin yang boleh ditemui. Dalam kes ini, tiga ikatan hidrogen terbentuk antara bes nitrogen.
Peranan nukleotida dalam kod genetik
Untuk menjalankan tindak balas biosintesis protein yang berlaku dalam ribosom, terdapat mekanisme untuk memindahkan maklumat tentang komposisi asid amino peptida daripada jujukan nukleotida mRNA ke dalam jujukan asid amino. Ternyata tiga monomer bersebelahan membawa maklumat tentang salah satu daripada 20 asid amino yang mungkin. Fenomena ini dipanggil kod genetik. Dalam menyelesaikan masalah dalam biologi molekul, ia digunakan untuk menentukan kedua-dua komposisi asid amino peptida dan untuk menjelaskan soalan: monomer mana yang membentuk molekul DNA, dengan kata lain, apakah komposisi gen yang sepadan. Contohnya, triplet AAA (kodon) dalam gen mengekodkan fenilalanin asid amino dalam molekul protein, dan dalam kod genetik ia akan sepadan dengan triplet UUU dalam rantai mRNA.
Interaksi nukleotida dalam proses reduplikasi DNA
Seperti yang telah diketahui sebelum ini, unit struktur, monomer DNA ialah nukleotida. Urutan khusus mereka dalam rantai adalah templat untuk proses sintesis molekul anak asid deoksiribonukleik. Fenomena ini berlaku dalam peringkat S interfasa sel. Urutan nukleotida molekul DNA baru dipasang pada rantai induk di bawah tindakan enzim polimerase DNA, dengan mengambil kira prinsipsaling melengkapi (A - T, D - C). Replikasi merujuk kepada tindak balas sintesis matriks. Ini bermakna monomer DNA dan strukturnya dalam rantai induk berfungsi sebagai asas, iaitu, matriks untuk salinan anaknya.
Bolehkah struktur nukleotida berubah
By the way, katakan asid deoksiribonukleik ialah struktur nukleus sel yang sangat konservatif. Terdapat penjelasan logik untuk ini: maklumat keturunan yang disimpan dalam kromatin nukleus mestilah tidak berubah dan disalin tanpa herotan. Nah, genom selular sentiasa "di bawah senjata" faktor persekitaran. Contohnya, sebatian kimia yang agresif seperti alkohol, dadah, sinaran radioaktif. Kesemua mereka adalah apa yang dipanggil mutagen, di bawah pengaruh mana-mana monomer DNA boleh mengubah struktur kimianya. Herotan sedemikian dalam biokimia dipanggil mutasi titik. Kekerapan kejadian mereka dalam genom sel agak tinggi. Mutasi diperbetulkan oleh kerja sistem pembaikan selular yang berfungsi dengan baik, yang merangkumi set enzim.
Sesetengah daripadanya, sebagai contoh, menyekat, "memotong" nukleotida yang rosak, polimerase menyediakan sintesis monomer biasa, ligase "menjahit" bahagian gen yang dipulihkan. Jika, atas sebab tertentu, mekanisme yang diterangkan di atas tidak berfungsi dalam sel dan monomer DNA yang rosak kekal dalam molekulnya, mutasi itu diambil oleh proses sintesis matriks dan secara fenotip menampakkan dirinya dalam bentuk protein dengan sifat terjejas yang tidak dapat melaksanakan fungsi yang diperlukan yang wujud di dalamnyametabolisme selular. Ini adalah faktor negatif yang serius yang mengurangkan daya maju sel dan memendekkan jangka hayatnya.
