Nukleino rūgštys, ypač DNR, yra gana gerai žinomos moksle. Tai paaiškinama tuo, kad tai ląstelės medžiagos, nuo kurių priklauso jos paveldimos informacijos saugojimas ir perdavimas. DNR, kurią dar 1868 metais atrado F. Miescheris, yra molekulė, turinti ryškias rūgštines savybes. Mokslininkas išskyrė jį iš leukocitų branduolių – imuninės sistemos ląstelių. Per ateinančius 50 metų nukleorūgščių tyrimai buvo atliekami retkarčiais, nes dauguma biochemikų b altymus laikė pagrindinėmis organinėmis medžiagomis, kurios, be kita ko, yra atsakingos už paveldimus požymius.
1953 m., kai Watsonas ir Crickas iššifravo DNR struktūrą, prasidėjo rimti tyrimai, kurių metu buvo nustatyta, kad dezoksiribonukleorūgštis yra polimeras, o nukleotidai tarnauja kaip DNR monomerai. Šiame darbe mes išnagrinėsime jų tipus ir struktūrą.
Nukleotidai kaip paveldimos informacijos struktūriniai vienetai
Viena iš pagrindinių gyvosios medžiagos savybių yra informacijos apie ląstelės ir viso organizmo struktūrą ir funkcijas išsaugojimas ir perdavimas.apskritai. Šį vaidmenį atlieka dezoksiribonukleino rūgštis, o DNR monomerai – nukleotidai yra savotiškos „plytos“, iš kurių sukonstruota unikali paveldimumo substancijos struktūra. Panagrinėkime, kokiais ženklais laukinė gamta vadovavosi kurdama nukleorūgščių superspiralę.
Kaip susidaro nukleotidai
Norėdami atsakyti į šį klausimą, mums reikia šiek tiek organinės chemijos žinių. Visų pirma primename, kad gamtoje yra azoto turinčių heterociklinių glikozidų grupė, sujungta su monosacharidais - pentoze (dezoksiriboze arba riboze). Jie vadinami nukleozidais. Pavyzdžiui, adenozino ir kitų tipų nukleozidų yra ląstelės citozolyje. Jie patenka į esterinimo reakciją su ortofosforo rūgšties molekulėmis. Šio proceso produktai bus nukleotidai. Kiekvienas DNR monomeras (yra keturių tipų) turi pavadinimą, pvz., guanino, timino ir citozino nukleotidai.
DNR purino monomerai
Biochemijoje taikoma klasifikacija, pagal kurią DNR monomerai ir jų struktūra skirstomi į dvi grupes: pavyzdžiui, adenino ir guanino nukleotidai yra purinai. Juose yra purino darinių, organinės medžiagos, kurios formulė C5H4N44. DNR monomeras, guanino nukleotidas, taip pat turi purino azoto bazę, sujungtą su dezoksiriboze N-glikozidine jungtimi beta konfigūracija.
Pirimidino nukleotidai
Azoto bazės,vadinami citidinu ir timidinu, yra organinės medžiagos pirimidino dariniai. Jo formulė yra C4H4N2. Molekulė yra šešių narių plokščias heterociklas, turintis du azoto atomus. Yra žinoma, kad vietoj timino nukleotido ribonukleino rūgšties molekulėse, tokiose kaip rRNR, tRNR ir mRNR, yra uracilo monomeras. Transkripcijos metu, perduodant informaciją iš DNR geno į mRNR molekulę, susintetintoje iRNR grandinėje timino nukleotidas pakeičiamas adeninu, o adenino nukleotidas – uracilas. Tai reiškia, kad šis įrašas bus teisingas: A - U, T - A.
Atlyginimo taisyklė
Ankstesnėje dalyje jau iš dalies palietėme monomerų atitikimo principus DNR grandinėse ir geno-mRNR komplekse. Garsus biochemikas E. Chargaffas nustatė visiškai unikalią dezoksiribonukleino rūgšties molekulių savybę, būtent, kad joje esančių adenino nukleotidų skaičius visada lygus timinui, o guanino – citozinui. Pagrindinis Chargaffo principų teorinis pagrindas buvo Watsono ir Cricko tyrimai, kurie nustatė, kurie monomerai sudaro DNR molekulę ir kokią erdvinę struktūrą jie turi. Kitas modelis, sukurtas Chargaff ir vadinamas komplementarumo principu, rodo cheminį purino ir pirimidino bazių ryšį ir jų gebėjimą sudaryti vandenilinius ryšius, kai jie sąveikauja tarpusavyje. Tai reiškia, kad monomerų išsidėstymas abiejose DNR grandinėse yra griežtai nustatytas: pavyzdžiui, priešinga pirmosios DNR grandinės A gali būtiskiriasi tik T ir tarp jų susidaro du vandeniliniai ryšiai. Priešais guanino nukleotidą galima rasti tik citoziną. Šiuo atveju tarp azoto bazių susidaro trys vandenilio ryšiai.
Nukleotidų vaidmuo genetiniame kode
Norint atlikti b altymų biosintezės, vykstančios ribosomose, reakciją, yra mechanizmas, kuriuo informacija apie peptido aminorūgščių sudėtį perduodama iš mRNR nukleotidų sekos į aminorūgščių seką. Paaiškėjo, kad trys gretimi monomerai turi informaciją apie vieną iš 20 galimų aminorūgščių. Šis reiškinys vadinamas genetiniu kodu. Sprendžiant molekulinės biologijos uždavinius, jis naudojamas nustatant tiek peptido aminorūgščių sudėtį, tiek išsiaiškinti klausimą: iš kokių monomerų susidaro DNR molekulė, kitaip tariant, kokia yra atitinkamo geno sudėtis. Pavyzdžiui, geno AAA tripletas (kodonas) koduoja b altymo molekulėje esančią aminorūgštį fenilalaniną, o genetiniame kode jis atitiks UUU tripletą mRNR grandinėje.
Nukleotidų sąveika DNR reduplikacijos procese
Kaip buvo išsiaiškinta anksčiau, struktūriniai vienetai, DNR monomerai yra nukleotidai. Jų specifinė seka grandinėse yra dukterinės dezoksiribonukleino rūgšties molekulės sintezės proceso šablonas. Šis reiškinys atsiranda ląstelių interfazės S stadijoje. Naujos DNR molekulės nukleotidų seka surenkama pirminėse grandinėse, veikiant DNR polimerazės fermentui, atsižvelgiant į principą.komplementarumas (A - T, D - C). Replikacija reiškia matricos sintezės reakcijas. Tai reiškia, kad DNR monomerai ir jų struktūra pirminėse grandinėse yra pagrindas, ty antrinės kopijos matrica.
Ar gali pasikeisti nukleotido struktūra
Beje, tarkime, kad dezoksiribonukleorūgštis yra labai konservatyvi ląstelės branduolio struktūra. Tam yra logiškas paaiškinimas: branduolio chromatine saugoma paveldima informacija turi būti nepakitusi ir kopijuojama be iškraipymų. Na, o ląstelių genomas nuolat yra „po ginklu“aplinkos veiksnių. Pavyzdžiui, tokie agresyvūs cheminiai junginiai kaip alkoholis, narkotikai, radioaktyvioji spinduliuotė. Visi jie yra vadinamieji mutagenai, kurių įtakoje bet kuris DNR monomeras gali pakeisti savo cheminę struktūrą. Toks biochemijos iškraipymas vadinamas taškine mutacija. Jų atsiradimo dažnis ląstelės genome yra gana didelis. Mutacijos koreguojamos gerai veikiant ląstelių atkūrimo sistemai, kuri apima fermentų rinkinį.
Kai kurios iš jų, pavyzdžiui, restriktazės, „išpjauna“pažeistus nukleotidus, polimerazės užtikrina normalių monomerų sintezę, ligazės „siuva“atkurtas geno dalis. Jei dėl kokių nors priežasčių aukščiau aprašytas mechanizmas ląstelėje neveikia ir jos molekulėje lieka defektinis DNR monomeras, mutacija paimama matricos sintezės procesų ir fenotipiškai pasireiškia b altymų, kurių savybės yra sutrikusios, pavidalu. negali atlikti jiems būdingų būtinų funkcijųląstelių metabolizmas. Tai rimtas neigiamas veiksnys, mažinantis ląstelės gyvybingumą ir trumpinantis jos gyvenimo trukmę.
