Nukleinsyror, särskilt DNA, är ganska välkända inom vetenskapen. Detta förklaras av det faktum att de är substanserna i cellen, på vilka lagringen och överföringen av dess ärftliga information beror på. DNA, upptäckt redan 1868 av F. Miescher, är en molekyl med uttalade sura egenskaper. Forskaren isolerade det från kärnorna av leukocyter - celler i immunsystemet. Under de kommande 50 åren genomfördes studier av nukleinsyror sporadiskt, eftersom de flesta biokemister ansåg proteiner vara de huvudsakliga organiska substanserna som bland annat ansvarar för ärftliga egenskaper.
Sedan Watson och Cricks dechiffrering av DNA-strukturen 1953 började seriös forskning, som upptäckte att deoxiribonukleinsyra är en polymer och nukleotider fungerar som DNA-monomerer. Deras typer och struktur kommer att studeras av oss i detta arbete.
Nukleotider som strukturella enheter av ärftlig information
En av de grundläggande egenskaperna hos levande materia är bevarande och överföring av information om strukturen och funktionerna hos både cellen och hela organismenrent generellt. Denna roll spelas av deoxiribonukleinsyra, och DNA-monomerer - nukleotider är ett slags "tegelstenar" från vilka den unika strukturen hos ärftlighetssubstansen är byggd. Låt oss överväga vilka tecken som vilda djur styrdes av när vi skapade en nukleinsyrasuperspiral.
Hur nukleotider bildas
För att svara på den här frågan behöver vi lite kunskap om organisk kemi. I synnerhet minns vi att det i naturen finns en grupp kväveh altiga heterocykliska glykosider i kombination med monosackarider - pentoser (deoxiribos eller ribos). De kallas nukleosider. Till exempel finns adenosin och andra typer av nukleosider i en cells cytosol. De går in i en förestringsreaktion med ortofosforsyramolekyler. Produkterna från denna process kommer att vara nukleotider. Varje DNA-monomer, och det finns fyra typer, har ett namn, som guanin-, tymin- och cytosinnukleotider.
Purinmonomerer av DNA
Inom biokemi antas en klassificering som delar upp DNA-monomerer och deras struktur i två grupper: till exempel är adenin- och guanin-nukleotider purin. De innehåller derivat av purin, ett organiskt ämne med formeln C5H4N44. DNA-monomeren, en guaninnukleotid, innehåller också en kväveh altig purinbas kopplad till deoxiribos genom en N-glykosidbindning i betakonfigurationen.
Pyrimidinnukleotider
Kväveh altiga baser,kallas cytidin och tymidin, är derivat av det organiska ämnet pyrimidin. Dess formel är C4H4N2. Molekylen är en sexledad plan heterocykel som innehåller två kväveatomer. Det är känt att istället för en tyminnukleotid innehåller ribonukleinsyramolekyler, såsom rRNA, tRNA och mRNA, en uracilmonomer. Under transkription, under överföringen av information från DNA-genen till mRNA-molekylen, ersätts tyminnukleotiden med adenin och adeninnukleotiden ersätts av uracil i den syntetiserade mRNA-kedjan. Det vill säga följande rekord kommer att vara rättvist: A - U, T - A.
Chargaff-regel
I föregående avsnitt har vi redan delvis berört principerna för överensstämmelse mellan monomerer i DNA-kedjor och i gen-mRNA-komplexet. Den berömda biokemisten E. Chargaff etablerade en helt unik egenskap hos deoxiribonukleinsyramolekyler, nämligen att antalet adeninnukleotider i den alltid är lika med tymin och guanin - med cytosin. Den huvudsakliga teoretiska grunden för Chargaffs principer var forskningen av Watson och Crick, som fastställde vilka monomerer som bildar DNA-molekylen och vilken rumslig organisation de har. Ett annat mönster, som härletts av Chargaff och kallas komplementaritetsprincipen, indikerar det kemiska förhållandet mellan purin- och pyrimidinbaser och deras förmåga att bilda vätebindningar när de interagerar med varandra. Detta innebär att arrangemanget av monomerer i båda DNA-strängarna är strikt bestämt: till exempel kan motsatt A av den första DNA-strängen varaendast T är annorlunda och två vätebindningar uppstår mellan dem. Mitt emot guaninukleotiden kan endast cytosin lokaliseras. I det här fallet bildas tre vätebindningar mellan kvävebaserna.
Nukleotidernas roll i den genetiska koden
För att utföra reaktionen av proteinbiosyntes som sker i ribosomer finns det en mekanism för att överföra information om aminosyrasammansättningen av peptiden från mRNA-nukleotidsekvensen till aminosyrasekvensen. Det visade sig att tre intilliggande monomerer bär information om en av de 20 möjliga aminosyrorna. Detta fenomen kallas den genetiska koden. För att lösa problem inom molekylärbiologi används den för att bestämma både aminosyrasammansättningen av en peptid och för att klargöra frågan: vilka monomerer bildar en DNA-molekyl, med andra ord, vad är sammansättningen av motsvarande gen. Till exempel kodar AAA-tripletten (kodonet) i genen för aminosyran fenylalanin i proteinmolekylen, och i den genetiska koden kommer den att motsvara UUU-tripletten i mRNA-kedjan.
Interaktion mellan nukleotider i processen för DNA-reduplicering
Som det upptäcktes tidigare är strukturella enheter, DNA-monomerer nukleotider. Deras specifika sekvens i kedjorna är mallen för processen för syntes av dottermolekylen av deoxiribonukleinsyra. Detta fenomen inträffar i S-stadiet av cellinterfas. Nukleotidsekvensen för en ny DNA-molekyl sätts ihop på moderkedjorna under verkan av DNA-polymerasenzymet, med hänsyn tagen till principenkomplementaritet (A - T, D - C). Replikation hänvisar till reaktionerna av matrissyntes. Detta innebär att DNA-monomererna och deras struktur i moderkedjorna fungerar som basen, det vill säga matrisen för dess underordnade kopia.
Kan strukturen hos en nukleotid förändras
Förresten, låt oss säga att deoxiribonukleinsyra är en mycket konservativ struktur i cellkärnan. Det finns en logisk förklaring till detta: den ärftliga informationen som lagras i kärnans kromatin måste vara oförändrad och kopieras utan förvrängning. Tja, cellgenomet är ständigt "under pistolen" av miljöfaktorer. Till exempel sådana aggressiva kemiska föreningar som alkohol, droger, radioaktiv strålning. Alla är så kallade mutagener, under påverkan av vilka alla DNA-monomerer kan ändra sin kemiska struktur. En sådan förvrängning inom biokemin kallas en punktmutation. Frekvensen av deras förekomst i cellgenomet är ganska hög. Mutationer korrigeras av det cellulära reparationssystemets välfungerande arbete, som inkluderar en uppsättning enzymer.
Några av dem, till exempel restriktaser, "klipper ut" skadade nukleotider, polymeraser tillhandahåller syntesen av normala monomerer, ligaser "syr" de återställda delarna av genen. Om den ovan beskrivna mekanismen av någon anledning inte fungerar i cellen och den defekta DNA-monomeren finns kvar i sin molekyl, plockas mutationen upp av processerna för matrissyntes och manifesterar sig fenotypiskt i form av proteiner med försämrade egenskaper som inte kan utföra de nödvändiga funktionerna som är inneboende i demcellulär metabolism. Detta är en allvarlig negativ faktor som minskar cellens livsduglighet och förkortar dess livslängd.
