Absztrakt nukleinsavak - absztrakt bankok, esszék, beszámolók, kurzusok és oklevelek
Nukleinsavak, biopolimerek, amelyek foszforsav, cukrok és nitrogénbázisok (purinok és pirimidinek) maradékaiból állnak. Alapvető biológiai jelentőséggel bírnak, mivel kódolt formában tartalmaznak minden élő szervezet, az embertől a baktériumokig és a vírusokig terjedő összes genetikai információt, amelyet egy nemzedékről a másikra továbbítanak.
Nukleinsavak először izolált emberi sejtek és genny lazacsperma svájci orvos és biokémikus F.Misherom közötti 1869 1871 A későbbiekben azt találták, hogy két típusú nukleinsavak: ribonukleinsav (RNS), és dezoxiribonukleinsav (DNS), azonban azok funkcióit maradnak hosszú ismeretlen.
1928-ban az angol bakteriológus F.Griffit találtuk, hogy megölte a kórokozó pneumococcus megváltoztathatja a genetikai tulajdonságait élő nem patogén pneumococcus átalakítja a múltat kórokozók. 1945-ben mikrobiológus O.Everi a Rockefeller Institute New Yorkban tett egy fontos felfedezés: azt mutatta, hogy a képességét, hogy a genetikai transzformáció miatt az átadás a DNS az egyik cellából a másikba, és ennek következtében, a genetikai anyag DNS. A 1940-1950 Dzh.Bidl és E.Teytum Stanford Egyetem (Calif.) Megállapították, hogy a fehérjék szintézisét, különösen az enzimek által vezérelt specifikus gének. 1942 T.Kasperson Zh.Brashe Svédországban és Belgiumban felfedezték, hogy a nukleinsavak különösen számos sejtekben aktivan szintetizáló fehérjéket. Mindezek az adatok arra utalnak, hogy a genetikai anyag - egy nukleinsav, és hogy valahogy részt vesz a fehérjék szintézisében. Azonban míg sokan úgy gondolták, hogy a nukleinsav molekulákat noha nagyobb hosszúságú túl egyszerű periodikusan ismétlődő szerkezetet hordoz elegendő információt és szolgálhat genetikai anyag. De a 1940-es években az Egyesült Államokban és E.Chargaff Dzh.Uayatt Kanadában, az elosztás módszere papírkromatográfiával azt mutatta, hogy a DNS szerkezetét nem olyan egyszerű, és ez a molekula hordozójaként működnek, a genetikai információt.
A DNS-szerkezetet 1953-ben alakult M.Uilkinsom, Dzh.Uotsonom és F.Krikom Angliában. Ez az alapvető felfedezés lehetővé tette annak megértését, hogy a nukleinsavak sokszorosodása (replikációja) bekövetkezik. Nem sokkal ezután, amerikai kutatók A.Dauns Dzh.Gamov, és azt javasolta, hogy a fehérje szerkezetét valahogy kódolva a nukleinsavak, és 1965-ben, ez a hipotézis beigazolódott sok kutató: F.Krikom Angliában és M.Nirenbergom S.Ochoa a USA, H. Korana Indiában. Mindezek a felfedezések, az eredmény egy évszázada tanulmány nukleinsavak, készített egy igazi forradalom a biológiában. Ezek lehetővé tette, hogy a jelenség az élet keretében közötti kölcsönhatás atomok és molekulák.
A baktériumok és a cianobaktériumok (kék-zöld algák) kromoszómák helyett egy vagy két nagy DNS-molekulát tartalmaznak kis mennyiségű fehérjéhez és gyakran kisebb plazmidoknak nevezett DNS-molekulákhoz. A plazmidok hasznos genetikai információt hordoznak, például antibiotikum rezisztencia géneket tartalmaznak, de ezek a sejt életciklusa szempontjából jelentéktelenek.
A sejtmagban bizonyos mennyiségű RNS található, fő tömege a citoplazmában - a sejt folyadéktartalma. Ennek nagy részét a riboszomális RNS (rRNS) alkotja. A riboszómák a legkisebb testek, amelyeken fehérjeszintézis történik. Kis mennyiségű RNS-t a szállítási RNS (tRNS) képvisel, amely szintén részt vesz a fehérjeszintézisben. Azonban mindkét RNS-osztály nem hordoz információt a fehérjék szerkezetéről - ez az információ a mátrixban vagy információban, az RNS-ben (mRNS) van jelen, amely csak a teljes sejtes RNS kis részét teszi ki.
A vírusok genetikai anyagát DNS vagy RNS képviseli, de soha nem mindkettő egyszerre.
A nukleinsavmolekulák sok negatív töltésű foszfátcsoportot tartalmaznak és fémionokkal komplexeket képeznek; a kálium- és nátriumsók vízben könnyen oldódnak. A nukleinsavak koncentrált oldata nagyon viszkózus és kissé opálos, és szilárd formában ezek az anyagok fehérek. A nukleinsavak erősen felszívják az ultraibolya fényt, és ez a tulajdonság a koncentrációjuk meghatározásának alapját képezi. Ugyanaz a tulajdonság járult hozzá és az ultraibolya sugárzás mutagén hatása.
A hosszú DNS-molekulák törékenyek és könnyedén eltörnek, például amikor az oldatot egy fecskendőn keresztül préselik. Ezért a nagy molekuláris DNS-vel végzett munka különös gondosságot igényel.
Kémiai szerkezet. Nukleinsavak # 61485; Ezek hosszú láncok, amelyek négy egymást ismétlődő egységből (nukleotidokból) állnak. Szerkezetük a következőképpen ábrázolható:
A Φ szimbólum foszfátcsoportot jelent. Váltakozó cukorcsoportok és foszforsavat képezve cukor-foszfát gerincét a molekula, mind ugyanabban az DNS, valamint azok óriási sokféleségének annak a ténynek köszönhető, hogy a négy nitrogéntartalmú bázisok lehet helyezni a lánc mentén nagyon eltérő szekvenciával.
A nukleinsavakban lévő cukrok a pentóz; négy öt szénatomja egy oxigénatom együtt egy gyűrűt képez. A pentóz szénatomjai 1-től 61602-ig számozottak; legfeljebb 5 # 61602; Az RNS-ben a cukor a ribóz és a DNS # 61485; dezoxiribóz, kevesebb oxigénatomot tartalmaz. A DNS és az RNS polinukleotidláncainak fragmenseit az ábrán mutatjuk be.
Mivel a foszfátcsoportok aszimmetrikusan kapcsolódnak a cukorhoz, a 3 # 61602 pozícióban; és 5 # 61602; a nukleinsavmolekula bizonyos irányban van. A komplex észterkötések a nukleinsavak monomer egységei között érzékenyek a hidrolitikus hasításra (enzimatikus vagy kémiai), ami kis molekulák formájában kiszerel egyes komponenseket.
A nitrogénbázisok sík heterociklusos vegyületek. A pentózgyűrűhöz az 1. pozícióban # 61602; A nagyobb bázisok két gyűrűt tartalmaznak, és purineket neveznek: adenin (A) és guanin (D). A kisebb méretű bázisok egy gyűrűvel rendelkeznek és pirimidinek nevezik: ezek a citozin (C), a timin (T) és az uracil (Y). A DNS tartalmazza az A, G, T és C bázisokat, R jelen van RNS-ben T. Ez utóbbi különbözik a timintól, mivel nincs metilcsoport (CH3). Az uracil néhány vírus DNS-ben található, ahol ugyanazt a funkciót végzi, mint a timin.
Háromdimenziós szerkezet. A nukleinsavak egyik fontos jellemzője az alkotó atomok térbeli elrendezésének szabályossága, melyet a röntgendiffrakciós módszer határoz meg. A DNS-molekula két ellentétesen irányított láncból áll (amelyek néha millió nukleotidokat tartalmaznak), amelyeket hidrogénkötések tartanak egymással a bázisok között:
Mindkét DNS-szál spirálisan csavart a képzeletbeli tengelyhez képest, mintha egy hengeren feltekerhetnék. Ezt a szerkezetet kettős hélixnek nevezik. A spirál seben tíz alappár van.
A komplementaritás szabálya. Watson és Crick azt mutatta, hogy a hidrogén kötések kialakulását, és egy szabályos kettős spirál csak akkor lehetséges, amikor egy nagy purin bázis adenin (A), egy áramkör, mint a partner a másik lánc még kisebb pirimidin bázis timin (T), és guanin (G) a citozinnal (C) kapcsolatos. Ez a minta a következőképpen ábrázolható:
Az RNS szerkezet kevésbé rendezett. Ez általában egyszálú molekula, bár egyes vírusok RNS-je két láncból áll. De még egy ilyen RNS is rugalmasabb, mint a DNS. Az RNS molekula egyes szakasza kölcsönösen komplementer, és amikor a lánc hajlik, párosítja a kétszálú struktúrákat (hajszálerek). Ez elsősorban a közlekedési RNS-re (tRNS) vonatkozik. Néhány bázis a tRNS-ben módosul a molekula szintézise után. Például néha csatlakoznak a metilcsoportokhoz.
Nukleinsavak funkciója
Replikáció és transzkripció. Kémiai szempontból egy nukleinsav szintézise egy polimerizáció, azaz E. építőkövek egymás utáni rögzítése. Ilyen blokkok nukleozid-trifoszfátok; a reakció a következőképpen ábrázolható:
A szintézishez szükséges energia szabadul fel, amikor a pirofoszfát eliminálódik, és specifikus enzimek, DNS-polimerázok katalizálják a reakciót.
Egy ilyen szintetikus eljárás eredményeként polimert kapnánk véletlenszerű bázisszekvenciával. A legtöbb polimeráz azonban csak egy már létező nukleinsav-mátrix jelenlétében működik, amely meghatározza, hogy melyik nukleotid kapcsolódik a lánc végéhez. Ennek a nukleotidnak komplementernek kell lennie a templát megfelelő nukleotidjával, hogy az új lánc kiegészítse az eredeti láncot. A kiegészítő láncot mátrixként használva pontos másolatot kapunk az eredeti példányról.
A DNS két kölcsönösen komplementer láncból áll. A replikáció során eltérnek egymástól, és mindegyikük mátrixként szolgál egy új lánc szintéziséhez:
Így két új kettős hüvely alakul ki ugyanazzal a bázissal, mint az eredeti DNS. Néha előfordul a "replikáció" folyamata, és a mutációk előfordulnak.
A DNS transzkripciójának következtében sejtes RNS-ek (mRNS, rRNS és tRNS) keletkeznek:
Ezek kiegészítik a DNS egyik szálát, és más lánc egy példánya, kivéve, hogy a timin helyét az uracil foglalja el. Ily módon lehetséges több RNS-másolatot szerezni az egyik DNS-szálból.
Egy normál sejtben az információ csak a DNS irányába kerül # 61614; DNS és DNS # 61614; RNS-t. A vírussal fertőzött sejtekben azonban más folyamatok is lehetségesek: RNS # 61614; RNS és RNS # 61614; DNS-t. Számos vírus genetikai anyagát RNS-molekula képviseli, rendszerint egyszálú. Miután bejutott a gazdasejtbe, ez az RNS olyan komplementer molekulák kialakulásával reprodálódik, amelyek viszont az eredeti virális RNS sok másolatát szintetizálják:
A vírus RNS egy enzimmel átírható # 61485; reverz transzkriptáz # 61485; a DNS-ben, amely néha a gazdasejt kromoszómális DNS-jébe tartozik. Most ez a DNS hordozza a virális géneket, és a transzkripció után virális RNS jelenhet meg a sejtben. Így hosszú idő múlva, mely alatt nem találnak vírust a sejtben, újbóli fertőzés nélkül újra megjelenik benne. A vírusok, amelyeknek a genetikai anyaga a gazdasejt kromoszómájába tartozik, gyakran okoznak rákot.
Nukleinsavak transzformálása fehérjékké. A DNS nukleotidszekvenciájában kódolt genetikai információt nemcsak az RNS nukleotidszekvenciájának nyelvére fordítják, hanem az aminosavak nyelvére is - a fehérjék monomer egységére.
A fehérjemolekula egy aminosav-lánc. Mindegyik aminosav egy savas karboxilcsoportot tartalmaz, -COOH és egy bázikus aminocsoport
-NH2. Egy aminosav karboxilcsoportja kötődik a másik aminocsoportjához amidkötést képezve, és ez a folyamat addig folytatódik, amíg egy lánc, amely legfeljebb 1000 aminosavat tartalmaz.
A fehérjékben 20 különböző aminosav létezik, amelyek sorrendjében természetük és funkcióik függenek. Ezt a szekvenciát a megfelelő gén nukleotidszekvenciája határozza meg - a fehérjét kódoló DNS régiót. Azonban a DNS maga nem mátrix a fehérjeszintézisben. Először ez íródik át a sejtmagban olyan messenger RNS (mRNS), amely diffundál a citoplazmában, és a rajta templátként szintetizált fehérjét. A folyamat felgyorsul, mivel mindegyik mRNS-molekulán egyszerre számos fehérjemolekula szintetizálható.
Mindegyik tRNS tartalmaz egy három bázisból álló specifikus szekvenciát, egy antikodont, amely komplementer három bázisból álló csoport, kodon, mRNS-ben. Az antikodonok kölcsönhatásba lépnek a kodonokkal a komplementaritási szabály szerint, megközelítőleg ugyanúgy, ahogy két DNS-szál kölcsönhatásba lép. Így az mRNS-ben lévő bázisszekvencia meghatározza az aminosavakat hordozó tRNS-ek kötési sorrendjét. Az adatok DNS-ből fehérjéhez való szisztematikus átadása a következőképpen ábrázolható:
A bázisok sorrendjét a DNS meghatározza a sorrendben aminosavak a fehérje-szekvencia, például minden egyes aminosav kapcsolódik csak egy specifikus enzim bizonyos tRNS, és azok, viszont - csak bizonyos kodonokat mRNS. A tRNS-aminosav komplexek egyenként kapcsolódnak a mátrixhoz. A fehérjeszintézis főbb szakaszai az alábbiak (lásd még az ábrát).
1. Az aminoacil-tRNS-szintetáznak nevezett enzimek aminosavakat kapcsolnak a megfelelő tRNS-hez. Ilyen enzimek 20, egy aminosav.
2. Az mRNS molekula az első kodont egy kis részecskéhez kapcsolja, amelyet riboszómának neveznek. A riboszómák körülbelül azonos mennyiségű rRNS-t és fehérjét tartalmaznak. A riboszómák szerkezete és funkciói nagyon összetettek, de fő feladata az mRNS és a tRNS kölcsönhatásának megkönnyítése, valamint a különböző tRNS-ekhez kapcsolódó aminosavak polimerizációjának felgyorsítása.
3. Az aminosavval töltött tRNS kötődik a megfelelő mRNS kodonhoz, amely viszont a riboszómával érintkezik. Egy riboszóm-mRNS-tRNS-aminosav komplex képződik.
4. Az mRNS, mint egy szállítószalaggal ellátott szalag, a riboszóma mentén mozgatja az egyik kodont előre.
5. A következő, aminosavval töltött tRNS csatlakozik a második kodonhoz.
6. Az első és a második aminosav összekapcsolódik.
7. Az első tRNS leválik a komplexből, és most a második tRNS kettős aminosavat hordoz.
8. Az mRNS ismét elindul egy kodont, és minden esemény megismétlődik, és a növekvő aminosav láncot egy aminosavval meghosszabbítják. A folyamat addig folytatódik, amíg az utolsó "stop" kodont el nem éri, és az utolsó tRNS nem választ el a kész proteinlánctól. Baktériumsejtekben 100-200 aminosavból álló láncot gyűjtünk néhány másodperc alatt. Az állati sejtekben ez a folyamat körülbelül egy percet vesz igénybe.
A genetikai kód. Tehát a proteinben lévő aminosavakat közvetetten egy bizonyos kodon (3 bázisból álló csoport) határozza meg az mRNS-ben és végül a DNS-ben. Mivel nukleinsavak, négy féle bázisok, a számos lehetséges kodonok 4 # 61.620; # 61620 4 4 = 64. A levelezést kodonok között, és olyan aminosavakat, amelyek az általuk kódolt, az úgynevezett genetikai vagy biológiai forrásból. Ezt a megfelelést kísérleti úton hozták létre: ismert összetételű szintetikus polinukleotidokat adtak a megsemmisített sejtekhez, és megvizsgálták, mely aminosavakat tartalmaznak a fehérjékben. Később lehetővé vált, hogy közvetlenül összehasonlítsák az aminosavszekvenciákat a vírusfehérjékben és bázisokban a vírusos nukleinsavakban. Nagyon érdekes, hogy a genetikai kód ritka kivételekkel azonos az összes szervezetnél - a vírusoktól az emberektől. Az egyik ilyen kivétel a mitokondriumok által használt genetikai kód megváltozása. mitokondriumok # 61485; ezek a kisméretű, autonóm szubcelluláris részecskék (organellák) minden sejtben jelen vannak, kivéve a baktériumokat és az érett vörösvérsejteket. Feltételezzük, hogy