Algemeenheid
Nucleïnezuren zijn de grote biologische moleculen DNA en RNA, waarvan de aanwezigheid en het goed functioneren in levende cellen essentieel zijn voor het voortbestaan van deze laatste.
Een generiek nucleïnezuur is afgeleid van de vereniging, in lineaire ketens, van een groot aantal nucleotiden.
Figuur: DNA-molecuul.
Nucleotiden zijn kleine moleculen, waarvan drie elementen deelnemen: een fosfaatgroep, een stikstofhoudende base en een 5-koolstofsuiker.
Nucleïnezuren zijn van vitaal belang voor het overleven van een organisme, omdat ze samenwerken bij de synthese van eiwitten, moleculen die essentieel zijn voor de juiste implementatie van cellulaire mechanismen.
DNA en RNA verschillen in sommige opzichten van elkaar.
DNA heeft bijvoorbeeld twee antiparallelle nucleotideketens en heeft deoxyribose als een 5-koolstofsuiker. RNA daarentegen heeft meestal een enkele keten van nucleotiden en bezit ribose als een suiker met 5 koolstofatomen.
Wat zijn nucleïnezuren?
Nucleïnezuren zijn de biologische macromoleculen DNA en RNA, waarvan de aanwezigheid in de cellen van levende wezens essentieel is voor het overleven en de juiste ontwikkeling van deze laatste.
Volgens een andere definitie zijn nucleïnezuren biopolymeren die het resultaat zijn van de vereniging, in lange lineaire ketens, van een groot aantal nucleotiden.
Een biopolymeer, of natuurlijk polymeer, is een grote biologische verbinding die bestaat uit moleculaire eenheden die allemaal hetzelfde zijn, die monomeren worden genoemd.
NUCLEICNEZUREN: WIE IS IN BEZIT?
Nucleïnezuren bevinden zich niet alleen in de cellen van eukaryote en prokaryotische 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 waaruit de nucleïnezuren DNA en RNA bestaan.
Daarom vormen ze het hoofdonderwerp van dit hoofdstuk, gewijd aan de structuur van nucleïnezuren.
STRUCTUUR VAN EEN ALGEMENE NUCLEOTIDE
Een generiek nucleotide is een verbinding van organische aard, het resultaat van de vereniging van drie elementen:
- Een fosfaatgroep, een derivaat van fosforzuur;
- Een pentose, dat wil zeggen een suiker met 5 koolstofatomen;
- Een stikstofhoudende base, een aromatisch heterocyclisch molecuul.
De pentose vertegenwoordigt het centrale element van de nucleotiden, aangezien de fosfaatgroep en de stikstofbase eraan binden.
Figuur: Elementen waaruit een generiek nucleotide van een nucleïnezuur bestaat. Zoals te zien is, binden de fosfaatgroep en de stikstofbase aan de suiker.
De chemische binding die de pentose en de fosfaatgroep bij elkaar houdt, is een fosfodiesterbinding, terwijl de chemische binding die de pentose en de stikstofbase bindt een N-glycosidische binding is.
HOE DEELT DE PENTOSE AAN DE VERSCHILLENDE VERBINDINGEN MET DE ANDERE ELEMENTEN?
Stelling: scheikundigen hebben bedacht om de koolstoffen waaruit organische moleculen zijn opgebouwd zo te nummeren dat ze hun studie en beschrijving vereenvoudigen. Hier worden dan de 5 koolstofatomen van een pentose: koolstof 1, koolstof 2, koolstof 3, koolstof 4 en koolstof 5.
Het cijfertoekenningscriterium is vrij complex, daarom achten wij het passend om de toelichting achterwege te laten.
Van de 5 koolstoffen die de pentose van de nucleotiden vormen, zijn die betrokken bij de bindingen met de stikstofbase en de fosfaatgroep respectievelijk koolstof 1 en koolstof 5.
- Pentose koolstof 1 → N-glycosidebinding → stikstofbase
- Pentose koolstof 5 → fosfodiesterbinding → fosfaatgroep
WAT VOOR SOORT CHEMISCHE BINDING BINDT DE NUCLEOTIDEN VAN NUCLEIZUREN?
Figuur: Structuur van een pentose, nummering van de samenstellende koolstoffen en bindingen met stikstofbase 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 de koolstof 3 van zijn pentose en de fosfaatgroep van het onmiddellijk volgende nucleotide.
DE UITERST
Nucleotidestrengen (of polynucleotidestrengen), die nucleïnezuren vormen, hebben twee uiteinden, bekend als 5 "uiteinde (lees" vijf prime ") en 3"uiteinde (lees "drie prime"). Volgens afspraak hebben biologen en genetici vastgesteld dat "eind 5" de kop van een streng voorstelt die een nucleïnezuur vormt, terwijl "eind 3" de staart voorstelt.
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 hydroxyl (OH) groep op koolstof 3 van het laatste nucleotide.
Op basis van deze organisatie worden in de boeken over genetica en moleculaire biologie de nucleotidestrengen van een nucleïnezuur als volgt beschreven: P-5 "→ 3" -OH.
* Let op: de letter P geeft het fosforatoom van de fosfaatgroep aan.
Door de concepten van 5 "uiteinde en 3"-uiteinde toe te passen op een enkele nucleotide, is het "5-uiteinde" van de laatste de fosfaatgroep gebonden aan koolstof 5, terwijl het 3 "uiteinde de hydroxylgroep is verbonden met koolstof 3.
In beide gevallen nodigt s "de lezer uit om aandacht te besteden aan de numerieke herhaling: end 5" - fosfaatgroep op koolstof 5 en end 3 "- hydroxylgroep op koolstof 3.
Algemene functie
Nucleïnezuren bevatten, transporteren, ontcijferen en brengen genetische informatie in eiwitten tot expressie.
Eiwitten, opgebouwd uit aminozuren, zijn biologische macromoleculen die een fundamentele rol spelen bij het reguleren van de cellulaire mechanismen van een levend organisme.
De genetische informatie hangt af van de volgorde van de nucleotiden, die de strengen van nucleïnezuren vormen.
Hints uit de geschiedenis
De eer voor de ontdekking van nucleïnezuren, die plaatsvond in 1869, gaat naar de Zwitserse arts en bioloog Friedrich Miescher.
Miescher deed zijn bevindingen terwijl hij de celkern van leukocyten bestudeerde, met de bedoeling hun interne samenstelling beter te begrijpen.
Miescher's experimenten vormden een keerpunt op het gebied van moleculaire biologie en genetica, aangezien ze een reeks studies op gang brachten die leidden tot de identificatie van de structuur van DNA (Watson en Crick, in 1953) en van RNA, tot de kennis van mechanismen van genetische overerving en de identificatie van de precieze processen van eiwitsynthese.
OORSPRONG 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 (afgeleide van fosforzuur - zuren).
DNA
Van de bekende nucleïnezuren is DNA de meest bekende, omdat het de opslagplaats van genetische informatie (of genen) vertegenwoordigt die dienen om de ontwikkeling en groei van de cellen van een levend organisme te sturen.
De afkorting DNA betekent deoxyribonucleïnezuur of deoxyribonucleïnezuur.
DUBBELE HELIX
Om de structuur van het "nucleïnezuur-DNA" te verklaren, stelden de biologen James Watson en Francis Crick in 1953 het model voor - dat later correct bleek te zijn - van de zogenaamde "dubbele helix".
Volgens het "dubbele helix" -model is DNA een groot molecuul, het resultaat van de vereniging van twee lange strengen antiparallelle nucleotiden en in elkaar gewikkeld.
De term "antiparallel" geeft aan dat de twee filamenten een tegengestelde oriëntatie hebben, dat wil zeggen: de kop en de staart van het ene filament werken respectievelijk samen met de staart en de kop van het andere filament.
Volgens een ander belangrijk punt van het "dubbele helix"-model hebben de nucleotiden van het DNA-nucleïnezuur een zodanige rangschikking dat de stikstofbasen zijn gericht naar de centrale as van elke spiraal, terwijl de pentosen en fosfaatgroepen de steiger vormen. het laatste.
WAT IS DE PENTOSE VAN DNA?
De pentose die de nucleotiden van het DNA-nucleïnezuur vormt, is deoxyribose.
Deze 5-koolstofsuiker dankt zijn naam aan het gebrek aan zuurstof op koolstof 2. Deoxyribose betekent immers "zuurstofvrij".
Figuur: deoxyribose.
Door de aanwezigheid van deoxyribose worden de nucleotiden van het DNA-nucleïnezuur deoxyribonucleotiden genoemd.
SOORTEN NUCLEOTIDEN EN STIKSTOFBASEN
DNA-nucleïnezuur heeft 4 verschillende soorten deoxyribonucleotiden.
Om de 4 verschillende soorten deoxyribonucleotiden te onderscheiden is alleen de stikstofbase, gekoppeld aan de pentose-fosfaatgroepvorming (die in tegenstelling tot de stikstofbase nooit varieert).
Om voor de hand liggende redenen zijn daarom de stikstofbasen van DNA 4, in het bijzonder: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T).
Adenine en guanine behoren tot de klasse van purines, aromatische heterocyclische verbindingen met dubbele ring.
Cytosine en thymine vallen daarentegen in de categorie van pyrimidinen, aromatische heterocyclische verbindingen met een enkele ring.
Met het "dubbele helix" -model legden Watson en Crick ook uit wat de organisatie is van de stikstofbasen in het DNA:
- Elke stikstofhoudende base van een filament verbindt, door middel van waterstofbruggen, een stikstofhoudende base die aanwezig is op het antiparallelle filament, en vormt zo effectief een paar, een paar basen.
- De koppeling tussen de stikstofbasen van de twee filamenten is zeer specifiek: adenine bindt in feite alleen aan thymine, terwijl cytosine alleen aan guanine bindt.
Deze belangrijke ontdekking bracht moleculair biologen en genetici ertoe om de termen "complementariteit tussen stikstofbasen" en "complementaire koppeling tussen stikstofbasen" te gebruiken om de uniciteit van binding van adenine met thymine en cytosine met guanine aan te geven. .
WAAR HEEFT HET BINNEN DE LEVENDE CELLEN?
In eukaryote organismen (dieren, planten, schimmels en protisten) bevindt het DNA-nucleïnezuur zich in de kern van alle cellen met deze celstructuur.
In prokaryotische organismen (bacteriën en archaea) bevindt het DNA-nucleïnezuur zich echter in het cytoplasma, omdat prokaryotische cellen de kern missen.
RNA
Tussen de twee nucleïnezuren die in de natuur voorkomen, vertegenwoordigt RNA het biologische macromolecuul dat de DNA-nucleotiden vertaalt in de aminozuren die de eiwitten vormen (eiwitsyntheseproces).
In feite is nucleïnezuur-RNA vergelijkbaar met een woordenboek met genetische informatie, gerapporteerd over nucleïnezuur-DNA.
De afkorting RNA betekent ribonucleïnezuur.
VERSCHILLEN DIE HET ONDERSCHEIDEN VAN DNA
Nucleïnezuur-RNA heeft verschillende verschillen in vergelijking met DNA:
- RNA is een kleiner biologisch molecuul dan DNA, meestal opgebouwd uit een enkele streng nucleotiden.
- De pentose die de nucleotiden van ribonucleïnezuur vormt, is ribose.In tegenstelling tot deoxyribose heeft ribose een zuurstofatoom op koolstof 2.
Het is vanwege de aanwezigheid van de ribosesuiker dat biologen en chemici de naam ribonucleïnezuur aan RNA hebben toegekend. - RNA-nucleotiden zijn ook bekend als ribonucleotiden.
- Nucleïnezuur-RNA deelt slechts 3 van de 4 stikstofbasen met DNA.In feite heeft het in plaats van thymine de stikstofbase uracil.
- 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 RNA-overdracht of tRNA), boodschapper-RNA (of RNA-boodschapper of mRNA), ribosomaal RNA (of ribosomaal RNA of rRNA) en het kleine nucleaire RNA (o klein nucleair RNA of snRNA).
Hoewel ze verschillende specifieke rollen spelen, werken de vier bovengenoemde vormen van RNA samen voor een gemeenschappelijk doel: de synthese van eiwitten, 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".
Van de kunstmatige nucleïnezuren verdienen een bijzondere vermelding: de TNA, de PNA, de LNA en de GNA.
