A nukleinsavak, különösen a DNS, meglehetősen jól ismertek a tudományban. Ez azzal magyarázható, hogy ezek a sejt anyagai, amelyektől az örökletes információ tárolása és továbbítása függ. A DNS, amelyet F. Miescher fedezett fel 1868-ban, markáns savas tulajdonságokkal rendelkező molekula. A tudós izolálta a leukociták - az immunrendszer sejtjei - magjából. A következő 50 évben szórványosan végeztek nukleinsav-vizsgálatokat, mivel a legtöbb biokémikus a fehérjéket tartotta a fő szerves anyagoknak, amelyek többek között az örökletes tulajdonságokért felelősek.
A DNS szerkezetének Watson és Crick által 1953-ban történt megfejtése óta komoly kutatások kezdődtek, amelyek megállapították, hogy a dezoxiribonukleinsav polimer, és a nukleotidok DNS monomerként szolgálnak. Típusukat és szerkezetüket tanulmányozzuk ebben a munkában.
Nukleotidok mint az örökletes információ szerkezeti egységei
Az élő anyag egyik alapvető tulajdonsága a sejt és az egész szervezet szerkezetére és működésére vonatkozó információk megőrzése és továbbítása.általában. Ezt a szerepet a dezoxiribonukleinsav játssza, a DNS monomerek - nukleotidok pedig egyfajta "téglák", amelyekből az öröklődés anyagának egyedi szerkezete épül fel. Nézzük meg, milyen jelek alapján vezérelték a vadon élő állatokat a nukleinsav szuperspirál létrehozása során.
Hogyan keletkeznek a nukleotidok
A kérdés megválaszolásához szükségünk van némi szerves kémiai ismeretre. Különösen emlékeztetünk arra, hogy a természetben van egy csoport nitrogéntartalmú heterociklusos glikozidok monoszacharidokkal - pentózokkal (dezoxiribóz vagy ribóz) kombinálva. Nukleozidoknak nevezik őket. Például adenozin és más típusú nukleozidok jelen vannak egy sejt citoszoljában. Az ortofoszforsav molekulákkal észterezési reakcióba lépnek. Ennek a folyamatnak a termékei nukleotidok lesznek. Minden DNS-monomernek, és négy típusuk van, van egy neve, például guanin, timin és citozin nukleotidok.
DNS purin monomerei
A biokémiában egy olyan osztályozást alkalmaznak, amely a DNS monomereket és szerkezetüket két csoportra osztja: például az adenin és a guanin nukleotidok purinok. Purin származékait tartalmazzák, egy szerves anyag, amelynek képlete C5H4N44. A DNS-monomer, egy guanin-nukleotid, egy purin-nitrogénbázist is tartalmaz, amely béta-konfigurációban N-glikozidos kötéssel kapcsolódik a dezoxiribózhoz.
Pirimidin-nukleotidok
Nitrogéntartalmú bázisok,A citidin és timidin a pirimidin szerves anyag származékai. Képlete: C4H4N2. A molekula egy hattagú sík heterociklus, amely két nitrogénatomot tartalmaz. Ismeretes, hogy a timin nukleotid helyett a ribonukleinsav molekulák, például az rRNS, a tRNS és az mRNS, uracil monomert tartalmaznak. A transzkripció során a DNS-génből az mRNS-molekulába történő információátvitel során a szintetizált mRNS-láncban a timin nukleotid helyére adenin, az adenin nukleotid helyére uracil kerül. Vagyis a következő rekord lesz tisztességes: A - U, T - A.
Teherviselési szabály
Az előző részben már részben érintettük a DNS-láncokban és a gén-mRNS komplexben lévő monomerek közötti megfelelés elveit. A híres biokémikus, E. Chargaff megállapította a dezoxiribonukleinsavmolekulák egy teljesen egyedi tulajdonságát, nevezetesen, hogy a benne lévő adenin nukleotidok száma mindig megegyezik a timinnel, a guanin pedig a citozinnal. Chargaff elveinek fő elméleti alapja Watson és Crick kutatása volt, akik megállapították, hogy mely monomerek alkotják a DNS-molekulát, és milyen térbeli szerveződéssel rendelkeznek. Egy másik, Chargaff által levezetett és a komplementaritás elvének nevezett minta jelzi a purin és pirimidin bázisok kémiai kapcsolatát, valamint azt a képességét, hogy egymással kölcsönhatásba lépve hidrogénkötéseket képeznek. Ez azt jelenti, hogy a monomerek elrendeződése mindkét DNS-szálban szigorúan meghatározott: például az első DNS-szál A-val ellentétes része lehet.csak T különbözik és két hidrogénkötés jön létre közöttük. A guanin nukleotiddal szemben csak a citozin lokalizálható. Ebben az esetben a nitrogéntartalmú bázisok között három hidrogénkötés jön létre.
A nukleotidok szerepe a genetikai kódban
A riboszómákban előforduló fehérjebioszintézis reakciójának végrehajtásához létezik egy olyan mechanizmus, amely a peptid aminosavösszetételére vonatkozó információkat az mRNS nukleotid szekvenciából az aminosavszekvenciába továbbítja. Kiderült, hogy három szomszédos monomer hordoz információt a 20 lehetséges aminosav egyikéről. Ezt a jelenséget genetikai kódnak nevezik. A molekuláris biológiai problémák megoldása során mind a peptid aminosav-összetételének meghatározására, mind a kérdés tisztázására szolgál: mely monomerek alkotnak DNS-molekulát, vagyis milyen összetételű a megfelelő gén. Például a génben lévő AAA triplett (kodon) a fehérjemolekulában lévő fenilalanin aminosavat kódolja, a genetikai kódban pedig az mRNS-lánc UUU triplettjének felel meg.
Nukleotidok kölcsönhatása a DNS-reduplikáció folyamatában
Mint korábban kiderült, a szerkezeti egységek, a DNS monomerek nukleotidok. A láncokban lévő specifikus szekvenciájuk a templát a dezoxiribonukleinsav leánymolekula szintézisének folyamatához. Ez a jelenség a sejtinterfázis S-stádiumában fordul elő. Egy új DNS-molekula nukleotidszekvenciája a DNS-polimeráz enzim hatására a szülői láncokon épül fel, figyelembe véve az elvet.komplementaritás (A - T, D - C). A replikáció a mátrixszintézis reakcióira utal. Ez azt jelenti, hogy a DNS-monomerek és azok szerkezete a szülőláncokban szolgál alapul, azaz a mátrix a gyermekmásolat számára.
Megváltozhat-e egy nukleotid szerkezete
Amúgy, tegyük fel, hogy a dezoxiribonukleinsav a sejtmag nagyon konzervatív szerkezete. Ennek logikus magyarázata van: a mag kromatinjában tárolt örökletes információnak változatlannak kell lennie, és torzítás nélkül másolnia kell. Nos, a sejtgenom folyamatosan a környezeti tényezők „fegyvere alatt” van. Például olyan agresszív kémiai vegyületek, mint az alkohol, a gyógyszerek, a radioaktív sugárzás. Mindegyik úgynevezett mutagén, amelyek hatására bármely DNS-monomer megváltoztathatja kémiai szerkezetét. Az ilyen torzulást a biokémiában pontmutációnak nevezzük. A sejtgenomban való előfordulásuk gyakorisága meglehetősen magas. A mutációkat a sejtjavító rendszer jól működő munkája korrigálja, amely egy sor enzimet tartalmaz.
Néhány közülük például restrisztázok, „kivágják” a sérült nukleotidokat, a polimerázok biztosítják a normál monomerek szintézisét, a ligázok „varrják” a gén helyreállított szakaszait. Ha valamilyen oknál fogva a fent leírt mechanizmus nem működik a sejtben, és a hibás DNS-monomer a molekulában marad, a mutációt a mátrix szintézis folyamatai veszik fel, és fenotípusosan olyan fehérjék formájában jelentkezik, amelyek károsodott tulajdonságokkal rendelkeznek. nem tudják ellátni a bennük rejlő szükséges funkciókatsejtanyagcsere. Ez egy súlyos negatív tényező, amely csökkenti a sejt életképességét és lerövidíti élettartamát.
