Nukleové kyseliny

Nukleové kyseliny sú zložené zo série jednotlivých nukleotidov za vzniku makromolekúl a ako hlavná zložka génov v bunkových jadrách sú nosičmi genetickej informácie a katalyzujú mnoho biochemických reakcií.

Jednotlivé nukleotidy pozostávajú z fosfátovej a nukleobázovej zložky, ako aj z molekuly pentózového kruhu ribózy alebo deoxyribózy. Biochemická účinnosť nukleových kyselín je založená nielen na ich chemickom zložení, ale aj na ich sekundárnej štruktúre, na ich trojrozmernom usporiadaní.

Čo sú nukleové kyseliny?

Stavebné bloky nukleových kyselín sú jednotlivé nukleotidy, z ktorých každý pozostáva z fosfátového zvyšku, monosacharidovej ribózy alebo deoxyribózy, z ktorých každý má 5 atómov uhlíka usporiadaných v kruhu a jednu z piatich možných nukleobáz. Päť možných nukleobáz je adenín (A), guanín (G), cytozín (C), tymín (T) a uracil (U).

Nukleotidy, ktoré obsahujú deoxyribózu ako zložku cukru, sú naviazané spolu za vzniku deoxyribonukleových kyselín (DNA) a nukleotidy s ribózou ako zložkou cukru sú zabudované do ribonukleových kyselín (RNA). Uracil ako nukleová báza sa vyskytuje výlučne v RNA. Uracil tam nahrádza tymín, ktorý sa nachádza iba v DNA. To znamená, že pre štruktúru DNA a RNA sú k dispozícii iba 4 rôzne nukleotidy.

V anglickom a medzinárodnom jazyku, ako aj v nemeckých technických článkoch sa skratky DNA (kyselina desoxyribonukleová) väčšinou používajú namiesto DNS a RNA (kyselina ribonukleová) namiesto RNA. Okrem prirodzene sa vyskytujúcich nukleových kyselín vo forme DNA alebo RNA sa v chémii vyvíjajú syntetické nukleové kyseliny, ktoré ako katalyzátory umožňujú určité chemické procesy.

Anatómia a štruktúra

Nukleové kyseliny pozostávajú z veľkého počtu nukleotidov, ktoré sú navzájom spojené. Nukleotid sa vždy skladá z kruhovej monosugar deoxyribózy v prípade DNA alebo ribózy v prípade RNA, ako aj z fosfátového zvyšku a časti nukleovej bázy. Ribóza a deoxyribóza sa líšia iba tým, že v deoxyribóze sa OH skupina prevedie na H ión redukciou, t. J. Pridaním elektrónu, a tak sa stáva chemicky stabilnejšou.

Vychádzajúc z ribózy alebo deoxyribózy prítomnej vo forme kruhu, z ktorých každý má 5 atómov uhlíka, je skupina nukleobázy spojená s rovnakým atómom uhlíka pre každý nukleotid prostredníctvom N-glykozidovej väzby. N-glykozidické znamená, že zodpovedajúci atóm uhlíka v cukre je pripojený k skupine NH2 nukleobázy. Ak označíte atóm C glykozidovou väzbou ako číslo 1, potom - pri pohľade v smere hodinových ručičiek - sa atóm C s číslom 3 spojí s fosfátovou skupinou nasledujúceho nukleotidu pomocou fosfodiesterovej väzby a atóm uhlíka s číslom No. 5. Esterifikovaná svojou „vlastnou“ fosfátovou skupinou. Nukleové kyseliny, DNA aj RNA sú každá zložená z čistokrvných nukleotidov.

To znamená, že centrálne molekuly cukru nukleotidov DNA vždy pozostávajú z deoxyribózy a molekuly RNA vždy z ribózy. Nukleotidy určitej nukleovej kyseliny sa líšia iba v poradí 4 možných nukleových báz.DNA sa dá považovať za tenké stuhy, ktoré sú skrútené a doplnené komplementárnym náprotivkom, takže DNA je zvyčajne prítomná ako dvojitá špirála. Páry báz adenín a tymín, ako aj guanín a cytozín sú vždy oproti sebe.

Funkcia a úlohy

DNS a RNS vykonávajú rôzne úlohy a funkcie. Zatiaľ čo DNA neprevezme žiadne funkčné úlohy, RNA zasahuje do rôznych metabolických procesov. DNA slúži ako centrálne úložisko pre genetické informácie v každej bunke. Obsahuje stavebné pokyny pre celý organizmus a podľa potreby ich sprístupňuje.

Štruktúra všetkých proteínov je uložená v DNA vo forme aminokyselinových sekvencií. V praxi sa kódovaná informácia v DNA najskôr „skopíruje“ procesom transkripcie a preloží (transkribuje) do zodpovedajúcej aminokyselinovej sekvencie. Všetky tieto potrebné komplexné pracovné funkcie vykonávajú špeciálne ribonukleové kyseliny. RNA tak preberá úlohu vytvorenia komplementárneho jednovlákna k DNA vo vnútri bunkového jadra a transportu ako ribozomálnej RNA cez nukleárne póry z bunkového jadra do cytoplazmy do ribozómov, aby sa zhromaždili a syntetizovali určité aminokyseliny do zamýšľaných proteínov.

TRNA (transferová RNA), ktorá pozostáva z relatívne krátkych reťazcov s približne 70 až 95 nukleotidmi, preberá dôležitú úlohu. TRNA má štruktúru podobnú ďateline. Ich úlohou je prijať aminokyseliny poskytnuté podľa kódovania DNA a sprístupniť ich ribozómom na syntézu proteínov. Niektoré tRNA sa špecializujú na určité aminokyseliny, ale iné tRNA sú zodpovedné za niekoľko aminokyselín súčasne.

choroby

Komplexné procesy spojené s delením buniek, t. J. Replikácia chromozómov a translácia genetického kódu do aminokyselinových sekvencií, môžu viesť k množstvu porúch, ktoré sa prejavujú v širokom rozsahu možných účinkov od letálnych (neživotaschopných) po ťažko viditeľné.

V zriedkavých výnimočných prípadoch môžu náhodné poruchy viesť k zlepšeniu adaptácie jednotlivca na podmienky prostredia a podľa toho viesť k pozitívnym účinkom. Replikácia DNA môže viesť k spontánnym zmenám (mutáciám) v jednotlivých génoch (génová mutácia) alebo môže dôjsť k chybe v distribúcii chromozómov v bunkách (mutácia genómu). Známym príkladom mutácie genómu je trizómia 21 - známa tiež ako Downov syndróm.

Nepriaznivé podmienky prostredia vo forme diéty s nízkym obsahom enzýmov, pretrvávajúce stresové situácie, nadmerné vystavenie UV žiareniu uľahčujú poškodenie DNA, čo môže oslabiť imunitný systém a podporiť tvorbu rakovinových buniek. Toxické látky môžu tiež zhoršiť rôzne funkcie RNA a viesť k značnému poškodeniu.