biologie

Nucleïnezuren

algemeenheid

Nucleïnezuren zijn de grote biologische moleculen DNA en RNA, waarvan de aanwezigheid en het goede functioneren, in levende cellen, fundamenteel zijn voor het overleven van de laatste.

Een generiek nucleïnezuur is afkomstig van de vereniging, in lineaire ketens, van een hoog aantal nucleotiden.

Figuur: DNA-molecuul.

Nucleotiden zijn kleine moleculen, waarbij het om drie elementen gaat: een fosfaatgroep, een stikstofhoudende base en een suiker met 5 koolstofatomen.

Nucleïnezuren zijn essentieel voor de overleving van een organisme, omdat ze samenwerken in de synthese van eiwitten, essentiële moleculen voor de correcte realisatie van cellulaire mechanismen.

DNA en RNA verschillen in sommige opzichten.

DNA heeft bijvoorbeeld twee ketens van antiparallelle nucleotiden en heeft, zoals suiker met 5 koolstofatomen, deoxyribose. RNA, aan de andere kant, presenteert meestal een enkele keten van nucleotiden en bezit, zoals suiker met 5 koolstofatomen, ribose.

Wat zijn nucleïnezuren?

Nucleïnezuren zijn het biologische macromoleculen DNA en RNA, waarvan de aanwezigheid, in de cellen van levende wezens, fundamenteel is voor de overleving en de correcte ontwikkeling van de laatste.

Volgens een andere definitie zijn nucleïnezuren de biopolymeren die resulteren uit de vereniging, in lange lineaire ketens, van een hoog aantal nucleotiden .

Een biopolymeer of natuurlijk polymeer is een grote biologische verbinding die bestaat uit identieke moleculaire eenheden, die monomeren worden genoemd.

NUCLEÏNEZUREN: WIE IS IN HET BEZIT?

Nucleïnezuren bevinden zich niet alleen in de cellen van eukaryotische en prokaryote organismen, maar ook in acellulaire levensvormen, zoals virussen, en in cellulaire organellen, zoals mitochondriën en chloroplasten .

Algemene structuur

Op basis van de bovenstaande definities zijn nucleotiden de moleculaire eenheden die de nucleïnezuren DNA en RNA vormen.

Daarom zullen ze het hoofdonderwerp van dit hoofdstuk zijn, gewijd aan de structuur van nucleïnezuren.

STRUCTUUR VAN EEN GENERIC NUCLEOTIDE

Een generiek nucleotide is een verbinding van organische aard, het resultaat van de unie van drie elementen:

  • Een fosfaatgroep, een derivaat van fosforzuur;
  • Een pentose, dat is een suiker met 5 koolstofatomen ;
  • Een stikstofhoudende base, die een aromatische heterocyclische molecule is.

Het pentose is het centrale element van de nucleotiden, omdat de fosfaatgroep en de stikstofhoudende base eraan binden.

Afbeelding: elementen die een generiek nucleotide van een nucleïnezuur vormen. Zoals te zien is, zijn de fosfaatgroep en de stikstofbasis gebonden aan suiker.

De chemische binding die de pentose- en fosfaatgroep samenhoudt, is een fosfodiesterbinding, terwijl de chemische binding die de pentose en de stikstofbasis verbindt een N-glycosidische binding is .

HOE KOMT DE PENTOSO MEE MET DE VERSCHILLENDE OBLIGATIES MET ANDERE ELEMENTEN?

Uitgangspunt: chemici hebben gedacht aan het nummeren van de kolen die de organische moleculen vormen op een manier die hun studie en beschrijving vereenvoudigt. Hier, dan, dat de 5 kolen van een pentose worden: koolstof 1, koolstof 2, koolstof 3, koolstof 4 en koolstof 5.

Het criterium voor het toewijzen van getallen is vrij complex, daarom vinden we het gepast om de uitleg weg te laten.

Van de 5 kolen die de pentose van nucleotiden vormen, zijn die betrokken bij de bindingen met de stikstofbasis en de fosfaatgroep respectievelijk koolstof 1 en koolstof 5 .

  • Pentose koolstof 1 → N-glycosideband → stikstofbasis
  • Pentose carbon 5 → fosfodiesterbinding → fosfaatgroep

WELKE SOORT CHEMISCHE VERBONDEN NUCLEOTIDZUREN VAN NUCLEÏNEZUREN?

Figuur: Structuur van een pentose, nummering van de samenstellende koolstoffen en bindingen met stikstofhoudende base en fosfaatgroep.

Bij het samenstellen van nucleïnezuren organiseren nucleotiden zichzelf in lange lineaire ketens, beter bekend als filamenten .

Elk nucleotide dat deze lange strengen vormt, bindt aan het volgende nucleotide, door middel van een fosfodiesterbinding tussen het koolstofatoom 3 van zijn pentose en de fosfaatgroep van het onmiddellijk volgende nucleotide.

HET EINDE

Nucleotide-filamenten (of polynucleotide-filamenten ), die nucleïnezuren vormen, hebben twee uiteinden, bekend als het 5'-uiteinde (lees "tip vijf eerst") en einde 3 ' (lees "eerst punt drie"). Volgens afspraak hebben biologen en genetici vastgesteld dat het 5' - uiteinde de kop vertegenwoordigt van een gloeidraad die een nucleïnezuur vormt, terwijl het 3'-uiteinde de staart vertegenwoordigt.

Vanuit chemisch oogpunt valt het 5'-uiteinde van de nucleïnezuren samen met de fosfaatgroep van het eerste nucleotide van de keten, terwijl het 3'-uiteinde van de nucleïnezuren samenvalt met de hydroxylgroep (OH) die op de koolstof 3 van het laatste nucleotide is geplaatst .

Het is op basis van deze organisatie dat in de boeken van genetica en moleculaire biologie de nucleotidestrengen van een nucleïnezuur als volgt worden beschreven: P-5 '-> 3'-OH.

* NB: de letter P geeft het fosforatoom van de fosfaatgroep aan.

Door de concepten van 5'-uiteinden en 3'-uiteinden toe te passen op een enkele nucleotide, is het 5'-uiteinde van de laatste de fosfaatgroep gebonden aan koolstof 5, terwijl zijn 3'-uiteinde de hydroxylgroep is gecombineerd met koolstof 3.

In beide gevallen wordt de lezer verzocht aandacht te schenken aan het numerieke recidief: 5'-uiteinde - fosfaatgroep op koolstof 5 en 3'-uiteinde - hydroxylgroep op koolstof 3.

Algemene functie

Nucleïnezuren bevatten, transporteren, ontcijferen en brengen de genetische informatie in eiwitten tot expressie.

De eiwitten bestaan ​​uit aminozuren en zijn biologische macromoleculen, die een fundamentele rol spelen bij het reguleren van de cellulaire mechanismen van een levend organisme.

Genetische informatie is afhankelijk van de sequentie van nucleotiden, die de strengen nucleïnezuren vormen.

Hints van de geschiedenis

De verdienste van de ontdekking van nucleïnezuren, die plaatsvond in 1869, behoort toe aan de Zwitserse arts en bioloog Friedrich Miescher .

Miescher maakte zijn bevindingen terwijl hij de celkern van leukocyten bestudeerde, met de bedoeling om de interne samenstelling beter te begrijpen.

De experimenten van Miescher vormden een keerpunt op het gebied van moleculaire biologie en genetica, toen zij een reeks onderzoeken startten die leidden tot de identificatie van de DNA-structuur (Watson en Crick, in 1953) en van het RNA, tot op de hoogte van de kennis mechanismen van genetische overerving en de identificatie van precieze processen van eiwitsynthese.

HERKOMST VAN DE NAAM

Nucleïnezuren hebben deze naam, omdat Miescher ze identificeerde in de kern van leukocyten (nucleus - nucleïnezuur) en ontdekte dat ze de fosfaatgroep bevatten, een derivaat van fosforzuur (derivaat van fosforzuur - zuren).

DNA

Van de bekende nucleïnezuren is DNA de meest bekende omdat het de opslagplaats van genetische informatie (of genen ) vertegenwoordigt die dient om de ontwikkeling en groei van cellen in een levend organisme te sturen.

Het afkorting-DNA betekent deoxyribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur .

DUBBELE PROPELLER

In 1953, om de structuur van nucleïnezuur DNA te verklaren, stelden de biologen James Watson en Francis Crick het model voor - dat later correct bleek te zijn - van de zogenaamde " dubbele helix ".

Gebaseerd op het "dubbele helix" model, is DNA een groot molecuul, resulterend uit de vereniging van twee lange strengen van antiparallelle nucleotiden en opgerold in elkaar.

De term "antiparallel" geeft aan dat de twee filamenten een tegenovergestelde oriëntatie hebben, dat wil zeggen: de kop en de staart van een filament staan ​​respectievelijk in wisselwerking met de staart en het uiteinde van de andere gloeidraad.

Volgens een ander belangrijk punt van het "dubbele helix" -model bezitten de nucleotiden van het nucleïnezuur-DNA een zodanige opstelling dat de stikstofhoudende basen zijn georiënteerd naar de centrale as van elke spiraal, terwijl de pentosen en fosfaatgroepen de scaffold vormen extern van de laatste.

WAT IS HET DNA PENTOSO?

De pentose die de nucleotiden van het DNA-nucleïnezuur vormt, is deoxyribose .

Deze suiker met 5 koolstofatomen dankt zijn naam aan het ontbreken van zuurstofatomen op koolstof 2. Bovendien betekent deoxyribose "zuurstofvrij".

Figuur: deoxyribose.

Vanwege de aanwezigheid van deoxyribose worden de nucleotiden van het DNA-nucleïnezuur deoxyribonucleotiden genoemd .

SOORTEN NUCLEOTIDEN EN STIKSTOFBASISEN

Het nucleïnezuur-DNA heeft 4 verschillende soorten deoxyribonucleotiden .

Om de 4 verschillende soorten deoxyribonucleotiden te onderscheiden is alleen de stikstofhoudende base gekoppeld aan de pentose-fosfaatgroepsformatie (die in tegenstelling tot de stikstofhoudende base nooit varieert).

Om voor de hand liggende redenen zijn er daarom 4 stikstofhoudende DNA-basen, met name: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T).

Adenine en guanine behoren tot de klasse van purines, aromatische heterocyclische verbindingen met dubbele ringen.

Cytosine en thymine daarentegen vallen in de categorie van pyrimidines, aromatische heterocyclische verbindingen met een enkele ring.

Met het model "dubbele helix" legden Watson en Crick ook de organisatie van de stikstofhoudende basen in het DNA uit:

  • Elke stikstofhoudende basis van een filament verbindt zich, door middel van waterstofbruggen, met een stikstofhoudende base die aanwezig is op het antiparallel filament, en vormt effectief een paar, een paring, van basen.
  • De koppeling tussen de stikstofhoudende basen van de twee strengen is zeer specifiek. In feite voegt adenine alleen thymine samen, terwijl cytosine alleen aan guanine bindt.

    Deze belangrijke ontdekking leidde ertoe dat moleculair biologen en genetici de termen " complementariteit tussen stikstofhoudende basen " en " complementaire paring tussen stikstofhoudende basen " verkochten om de eenduidige binding van adenine aan thymine en van cytosine met guanine aan te duiden. .

WAAR WOONT IN DE LIVING CELLS?

In eukaryote organismen (dieren, planten, schimmels en protisten) bevindt het nucleïnezuur-DNA zich in de kern van alle cellen met deze cellulaire structuur.

In prokaryotische organismen (bacteriën en archaebacteriën) bevindt het nucleïnezuur-DNA zich daarentegen in het cytoplasma, omdat de prokaryote cellen de kern missen.

RNA

Van de twee natuurlijk voorkomende nucleïnezuren, vertegenwoordigt RNA het biologische macromolecuul dat DNA-nucleotiden omzet in de aminozuren die eiwitten vormen ( eiwitsyntheseproces ).

In feite is het RNA-nucleïnezuur vergelijkbaar met een genetisch informatiewoordenboek, gerapporteerd over het nucleïnezuur-DNA.

Het acroniem RNA betekent ribonucleïnezuur .

VERSCHILLEN DIE HET VAN DNA VERDELEN

Het RNA-nucleïnezuur heeft verschillende verschillen in vergelijking met DNA:

  • RNA is een kleiner biologisch molecuul dan DNA, gewoonlijk gevormd uit een enkele streng nucleotiden .
  • Het pentose dat de nucleotiden van ribonucleïnezuur vormt, is ribose . In tegenstelling tot deoxyribose heeft ribose een zuurstofatoom op koolstof 2.

    Het is te wijten aan de aanwezigheid van ribosesuiker dat biologen en chemici de naam van ribonucleïnezuur hebben toegewezen aan RNA.

  • Nucleïnezuur-RNA-nucleotiden zijn ook bekend als ribonucleotiden .
  • RNA-nucleïnezuur deelt slechts 3 van de 4 stikstofbasen met DNA. In plaats van thymine presenteert het in feite de uracil stikstofhoudende base.
  • RNA kan zich in verschillende compartimenten van de cel bevinden, van de kern tot het cytoplasma.

SOORTEN RNA

Figuur: ribose.

Binnen levende cellen bestaat nucleïnezuur-RNA in vier hoofdvormen: transport-RNA (of transfer-RNA of tRNA ), boodschapper-RNA (of RNA-boodschapper of mRNA ), ribosomaal RNA (of ribosomaal RNA ) RNA of rRNA ) en klein nucleair RNA (of klein nucleair RNA of snRNA ).

Hoewel ze verschillende specifieke rollen omvatten, werken de vier bovengenoemde vormen van RNA samen voor een gemeenschappelijk doel: eiwitsynthese, uitgaande van de nucleotidesequenties die in het DNA aanwezig zijn.

Kunstmatige modellen

In de afgelopen decennia hebben moleculair biologen in het laboratorium verschillende nucleïnezuren gesynthetiseerd, geïdentificeerd met het adjectief "kunstmatig".

Onder de kunstmatige nucleïnezuren zijn de volgende vermeldenswaard: TNA, PNA, LNA en GNA.