Kwasy nukleinowe: historia badań, opis

W żywym organizmie istnieją trzy główne makrocząsteczki: białka i kwasy nukleinowe dwóch typów. Dzięki nim zachowana zostaje żywotna aktywność i prawidłowe funkcjonowanie całego organizmu. Co to jest kwas nukleinowy? Do czego one służą? O tym - w dalszej części artykułu.

Informacje ogólne

Kwas nukleinowy to biopolimer, związek organiczny o dużej molekularności, którą tworzą reszty nukleotydowe. Przeniesienie z generacji na generację wszystkich informacji genetycznych jest głównym zadaniem, które spełniają kwasy nukleinowe. Przedstawiona poniżej prezentacja ujawni tę koncepcję bardziej szczegółowo.

Historia badań

Pierwszy badany nukleotyd został wyizolowany z mięśni byka w 1847 roku i nazwany "kwasem inozynowym". W wyniku badania struktury chemicznej okazało się, że jest to rybosid 5'-fosforanowy i przechowuje w nim wiązanie N-glikozydowe. W 1868 r. Odkryto substancję zwaną "nukleiną". Został otwarty przez szwajcarskiego chemika Friedricha Mieschera podczas badań niektórych substancji biologicznych. Skład tej substancji był fosfor. Związek ma właściwości kwasowe i nie ulega rozkładowi pod wpływem enzymy proteolityczne. Substancja ma formułę C29H49N9O22P3. Założenie o udziale nukleiny w procesie przekazywania informacji dziedzicznej zostało wysunięte w wyniku odkrycia podobieństwa jego składu chemicznego z chromatyną. Ten pierwiastek jest głównym składnikiem chromosomów. Termin "kwas nukleinowy" został po raz pierwszy wprowadzony w 1889 r. Przez Richarda Altmanna. Był autorem metody otrzymywania tych substancji bez zanieczyszczeń białkowych. Podczas badań nad alkaliczną hydrolizą kwasów nukleinowych, Levin i Jacob ujawnili główne składniki produktów tego procesu. Były nukleotydami i nukleozydami. W 1921 roku Levin zasugerował, że DNA ma strukturę tetranukleotydową. Jednak ta hipoteza nie została potwierdzona i okazała się błędna. W rezultacie istnieje nowa możliwość badania struktury związków. W 1940 roku Alexander Todd wraz ze swoją grupą naukową rozpoczął szeroko zakrojone badania właściwości chemicznych, struktury nukleotydów i nukleozydów, w wyniku czego w 1957 roku otrzymał nagrodę Nobla. A amerykański biochemik Erwin Chargaff ustalił, że kwasy nukleinowe zawierają różne typy nukleotydów w określonym wzorze. W przyszłości zjawisko to zostało nazwane "Regułą Chargaffa".

Klasyfikacja

Kwasy nukleinowe są dwojakiego rodzaju: DNA i RNA. Ich obecność jest wykrywana w komórkach wszystkich żywych organizmów. DNA znajduje się głównie w jądrze komórkowym. RNA znajduje się w cytoplazmie. W 1935 r. W wyniku fragmentacji miękkiego DNA otrzymano 4 nukleotydy tworzące DNA. Składniki te są reprezentowane w stanie kryształów. W 1953 roku Watston i Creek ustalili, że DNA ma podwójną helisę.

Metody selekcji

Opracowano różne sposoby uzyskiwania związków z naturalnych źródeł. Głównymi warunkami tych metod są skuteczne rozdzielanie kwasów nukleinowych i białek, najmniejsze rozdrobnienie substancji uzyskanych podczas procesu. Dzisiaj metoda klasyczna jest szeroko stosowana. Istota tej metody polega na niszczeniu ścian materiału biologicznego i ich dalszej obróbce za pomocą anionowego detergentu. Wynikiem jest osad białka, a kwasy nukleinowe pozostają w roztworze. Używana jest inna metoda. W tym przypadku kwasy nukleinowe można odkładać w stanie żelu, stosując etanol i sól fizjologiczną. Należy zachować ostrożność. W szczególności, etanol powinien być dodany z wielką ostrożnością do roztworu soli fizjologicznej, aby uzyskać osad żelu. W jakim stężeniu kwas nukleinowy został uwolniony, jakie zanieczyszczenia są w nim obecne, można określić metodą spektrofotometryczną. Kwasy nukleinowe są łatwo rozkładane przez nukleazę, która jest specjalną klasą enzymów. Przy takim wyborze konieczne jest, aby sprzęt laboratoryjny podlegał obowiązkowemu leczeniu za pomocą inhibitorów. Należą do nich na przykład inhibitor DEPC, który jest stosowany do izolacji RNA.

Właściwości fizyczne

Kwasy nukleinowe mają dobrą rozpuszczalność w wodzie, a w związkach organicznych prawie się nie rozpuszczają. Ponadto są one szczególnie wrażliwe na temperaturę i poziom pH. Cząsteczki kwasu nukleinowego o wysokiej masie cząsteczkowej mogą być fragmentowane przez nukleazę pod wpływem sił mechanicznych. Obejmują one mieszanie roztworu, mieszanie go.

Kwasy nukleinowe. Struktura i funkcja

Postacie polimeryczne i monomeryczne rozważanych związków znajdują się w komórkach. Formy polimeryczne nazywane są polinukleotydami. W tej formie łańcuchy nukleotydów wiążą resztę kwas fosforowy. Ze względu na zawartość dwóch rodzajów cząsteczek heterocyklicznych, zwanych rybozą i deoksoribozą, kwasy te są odpowiednio rybonukleinowe i dezoksyrybonukleinowe. Za ich pomocą odbywa się przechowywanie, transmisja i wdrażanie informacji dziedzicznych. Spośród monomerycznych form kwasów nukleinowych, najpopularniejszy kwas trifosforanowy adenozyny. Zajmuje się transmisją sygnału i magazynowaniem energii w komórce.

DNA

Kwas dezoksyrybonukleinowy jest makrocząsteczką. Z jego pomocą proces transferu i wdrażania informacji genetycznej. Informacja ta jest niezbędna dla programu rozwoju i funkcjonowania żywego organizmu. U zwierząt, roślin i grzybów DNA jest częścią chromosomów znajdujących się w jądrze komórki, a także w mitochondriach i plastydach. W bakteriach i archeonach przylega cząsteczka kwasu dezoksyrybonukleinowego błona komórkowa od środka. W takich organizmach występują głównie pierścienie Cząsteczki DNA. Nazywa się je "plazmidami". Zgodnie ze strukturą chemiczną kwas dezoksyrybonukleinowy jest cząsteczką polimeru składającą się z nukleotydów. Te składniki z kolei składają się z azotowej zasady, cukru i grupy fosforanowej. To przez ostatnie dwa elementy powstaje połączenie między nukleotydami, tworząc łańcuchy. Ogólnie rzecz biorąc, makrocząsteczka DNA jest reprezentowana jako dwułańcuchowa helisa.

RNA

Kwas rybonukleinowy to długi łańcuch składający się z nukleotydów. Zawierają bazę azotową, cukier rybozy i grupę fosforanową. Informacja genetyczna jest kodowana przy użyciu sekwencji nukleotydów. RNA służy do programowania syntezy białek. Kwas rybonukleinowy powstaje podczas transkrypcji. Jest to proces syntezy RNA na matrycy DNA. Występuje przy udziale specjalnych enzymów. Nazywane są polimerazami RNA. Następnie w procesie translacji uczestniczą matrycowe kwasy rybonukleinowe. Podobnie jest z implementacją syntezy białek na matrycy RNA. Rybosomy biorą czynny udział w tym procesie. Pozostałe RNA ulegają przemianom chemicznym na końcu transkrypcji. W wyniku tych zmian powstają drugorzędowe i trzeciorzędowe struktury kwasu rybonukleinowego. Działają w zależności od rodzaju RNA.