биополимери нуклеинови киселини, състоящи се от остатъци на фосфорната киселина, на захари и азотни бази (пурини и пиримидини). Има основно биологично значение, тъй като те съдържат в кодирана форма на цялата генетична информация на всеки жив организъм на човека и на бактерии и вируси, предавани от поколение на поколение.
Нуклеинови киселини първо се изолират от човешки клетки и гной сперма на сьомга швейцарски лекар и биохимик F.Misherom между 1869 и 1871 г. впоследствие е установено, че има два вида на нуклеинови киселини: рибонуклеинова (РНК) и дезоксирибонуклеинова (ДНК), но техните функции остават дълги неизвестен.
През 1928 г. английският бактериолог F.Griffit установено, че е убил патогенен пневмококи може да промени генетичните качества на живите непатогенни пневмококи, трансформира в миналото патогени. През 1945 г. микробиолог O.Everi от Института Рокфелер в Ню Йорк той е направил важно откритие: той показва, че способността да се генетична трансформация се дължи на прехвърлянето на ДНК от една клетка в друга, и следователно, генетичният материал е ДНК. В 1940-1950 Dzh.Bidl и E.Teytum на Stanford University (Calif.), Намерено, че синтезът на протеини, по-специално ензими, контролирано от специфични гени. През 1942 г. T.Kasperson Zh.Brashe в Швеция и Белгия са открили, че нуклеиновите киселини са особено многобройни в клетките, синтезиращи активно протеини. Всички тези данни предполагат, че генетичния материал - нуклеинова киселина, и че по някакъв начин участва в синтеза на протеини. Въпреки това, докато много смята, че молекули на нуклеинови киселини, въпреки голямата си дължина са твърде прост периодично повтарящи структура да изпълнява достатъчно информация и служи като генетичен материал. Но в края на 1940 в САЩ и E.Chargaff Dzh.Uayatt в Канада, като се използва методът на разпределение на хартия хроматография показа, че структурата на ДНК не е толкова прост, и тази молекула може да служи като носител на генетичната информация.
ДНК структура е създадена през 1953 M.Uilkinsom, Dzh.Uotsonom и F.Krikom в Англия. Това основно откритие позволява да се разбере как удвояване (репликация) на нуклеинови киселини. Малко след това, американските изследователи A.Dauns Dzh.Gamov и предполага, че структурата на протеина е по някакъв начин кодирана в нуклеиновите киселини, а от 1965 г., тази хипотеза се потвърждава и от много изследователи: F.Krikom в Англия и M.Nirenbergom S.Ochoa в САЩ H.Koranoy в Индия. Всички тези открития, резултатът от век на изследване на нуклеинови киселини, произведени истинска революция в биологията. Те се оставя да се обясни феномена на живот в рамките на взаимодействието между атоми и молекули.
Бактериите и цианобактерии (синьо-зелени водорасли) вместо да съдържат един или два хромозоми големи ДНК молекули, свързани с малко количество на протеина, и често - малки ДНК молекули, наречени плазмиди. Плазмидите са полезни генетична информация, например, да съдържа гени за антибиотична резистентност, но те не са от съществено значение за живота на клетките.
Количество от РНК присъства в клетъчното ядро, основната маса е в цитоплазмата - течни клетъчно съдържание. Байта по-голяма част на рибозомна РНК (иРНК). Рибозом - малка теле, което е протеинов синтез. Малко количество РНК показано трансфер РНК (тРНК), който също участва в синтеза на протеини. Въпреки това, и двете от тези класове РНК не носи информация за структурата на протеин - такава информация се съдържа в матрицата, или информация, РНК (иРНК), което представлява само една малка част от общата клетъчна РНК необходимо.
Генетичният материал на вируси, представени или ДНК или РНК, но никога и двете едновременно.
Молекулите нуклеинова киселина включват множество отрицателно заредени фосфатни групи и образуват комплекси с метални йони; техните натриеви и калиеви соли са добре разтворими във вода. Концентрирани разтвори на нуклеинови киселини е много вискозни и леко опалесциращи, и в твърда форма, тези вещества са бели. Нуклеинови киселини силно поглъщат UV светлина, а този имот е в основата на определянето на тяхната концентрация. Със същия този имот, свързан и мутагенни ефекти на ултравиолетовата светлина.
Дълги ДНК молекули са крехки и лесно разделени, например при пробиване на разтвора през спринцовка. Следователно, работата с високо молекулно ДНК изисква специално внимание.
химичната структура. нуклеинови киселини # 61485; са дълги вериги, състоящи се от четири повтарящи се единици (нуклеотида). Тяхната структура е както следва:
Символ F представлява фосфатна група. Променливия захарни остатъци и фосфорна киселина за образуване на захар-фосфатен гръбнак на молекулата, всички в същата ДНК и тяхното огромно разнообразие се дължи на факта, че четири азотни бази могат да бъдат поставени по дължината на веригата в много различна последователност.
Захарта е пентоза нуклеинови киселини; Четири от пет от въглеродните си атоми с един кислороден атом да образуват пръстен. Пентоза въглеродни атома означават числата 1 # 61602; 5 # 61602. РНК съдържа рибозата на захарта, и в ДНК # 61485; деоксирибоза, съдържащ поне един кислороден атом. Фрагменти от ДНК и РНК полинуклеотидни вериги са показани на Фиг.
Тъй фосфатната група, прикрепена към захарта асиметрично в позиции 3 # 61602; 5 и # 61602;, молекулата нуклеинова киселина има определена посока. Естерни връзки между мономерните звена на нуклеинови киселини, податливи на хидролитично разграждане (ензимно или химично), което води до освобождаване на отделните компоненти под формата на малки молекули.
Азотни основи - плосък хетероциклено съединение. Те са прикрепени към пентоза пръстен в позиция 1 # 61602. По-голяма база има два пръстена и са наречени пурини: аденин (А) и гуанин (G). Основи, по-малки по размер, имат единичен пръстен пиримидини и нарича: цитозина (С), тимин (Т) и урацил (U). ДНК включва основа A, G, Т и U по РНК T присъства вместо W. Последните се различава от тимин в които липсва метилова група (СН3). Урацил е намерена в ДНК на някои вируси, където изпълнява същата функция като тази на тимин.
Триизмерната структура. Важна особеност на нуклеинови киселини е редовността на пространственото подреждане на атомите съставните монтирани метод рентгенова дифракция. ДНК молекулата се състои от два противоположно насочени вериги (понякога съдържащ милиони нуклеотиди), държани заедно чрез водородни връзки между базите:
двете ДНК вериги са усукани в спирала по отношение на въображаемата ос, както ако те са навити върху цилиндъра. Тази структура се нарича двойна спирала. На всяка страна на спиралата десет базови двойки.
Върховенство на допълване. Watson и Crick показва, че образуването на водородни връзки, и редовно двойна спирала е възможно само, когато голям пурин база аденин (А) в една верига има за партньор в другата верига дори по-малък пиримидинова база тимин (Т), и гуанин (G) свързана с цитозин (с). Този модел може да бъде представен, както следва:
РНК структура е по-опростена. Обикновено това е едноверижна молекула, въпреки че някои РНК вируси се състои от две вериги. Но дори и тази РНК е по-гъвкав от ДНК. Някои сайтове в молекулата на РНК са взаимно допълващи се и чифтосани когато се наведе верига, образуваща двойно-верижна структура (фиби). Това се отнася предимно за транспортната РНК (тРНК). Някои бази в тРНК се модифицират след синтез на молекулата. Например, понякога е присъединяването на метилови групи.
Функцията на нуклеинови киселини
Репликация и транскрипция. От химическа гледна точка, синтезата на нуклеинова киселина - на полимеризация, т.е. последователно добавяне на градивни елементи. Тези блокове са нуклеозидни трифосфати; реакцията може да бъде представена както следва:
Необходимата за синтез енергия се освобождава при разцепване на пирофосфат и катализира специфични ензими - ДНК полимераза.
В резултат на този синтетичен метод, ще се получи полимер с произволна последователност от бази. Въпреки това, повечето полимерази работи само в присъствието на съществуваща нуклеинова киселина матрица диктува точно който се присъедини края на веригата нуклеотид. Този нуклеотид трябва да бъде комплементарна на съответния нуклеотид на матрицата, така че една нова верига е комплементарна на оригинала. След това с помощта на допълнителна нишка като шаблон, ние ще се свържем точно копие на оригинала.
ДНК се състои от две взаимно допълващи вериги. По време на репликация, те се различават, и всеки един от тях служи като матрица за синтез на нова верига:
По този начин формира две нови двойни спирали с една и съща базова последователност като тази на оригиналната ДНК. Понякога в процеса на репликация е "провал", а има и мутации.
В клетъчна РНК (иРНК, рРНК и тРНК) са оформени чрез транскрипция на ДНК:
Те са комплементарни на един ДНК верига и е копие на друга верига, с изключение на факта, че мястото на тимин в тях е урацил. По този начин е възможно да се получи множеството от РНК копия на един от ДНК вериги.
При нормална клетъчната информация се предава само в ДНК посока # 61614; ДНК и ДНК # 61614; РНК. Въпреки това, в клетки, инфектирани с вирус, може да има други процеси: РНК # 61614; РНК и РНК # 61614; ДНК. Генетичният материал на много вируси, представени на РНК молекула, обикновено едноверижна. Проникване в клетката гостоприемник, това РНК се реплицира до образуване на комплементарна молекула, която от своя страна се синтезира множество копия на оригиналната вирусна РНК:
Вирусна РНК може да се транскрибира от ензима # 61485; обратна транскриптаза # 61485; ДНК, която понякога се включват в хромозомната ДНК на клетката гостоприемник. Сега това ДНК носи вирусните гени и вирусна РНК може да се появи след транскрипция в клетката. По този начин, след като дълго време, по време на които не е намерен никакъв вирус в клетка, тя отново ще бъде не повторна инфекция. Вирусите, генетичен материал, който е включен в хромозомата на клетката гостоприемник, често са причина за рак.
Превод на нуклеиновите киселини в протеини. Генетична информация се кодира в нуклеотидната последователност на ДНК се прехвърля не само на нуклеотидната последователност на РНК език, но също така и на езика на аминокиселини - мономерните звена на протеини.
Молекулата на протеин - верига от аминокиселини. Всяка аминокиселина има киселинна карбоксилна група -СООН и DOS амино vnuyu
-NH2. Карбоксилната група на една аминокиселина се свързва с друга амино група за образуване на амидна връзка, и този процес продължава до верига, съдържаща до 1000 аминокиселини.
В протеини, присъствието на 20 различни аминокиселини, последователността на които зависи от тяхното естество и функция. Тази последователност се определя от нуклеотидната последователност на съответния ген - ДНК регион, кодиращ протеина. Въпреки това, самата ДНК не е матрица с протеиновия синтез. Първо се транскрибира в ядрото, за да образуват информационна РНК (иРНК), който преминава в цитоплазмата, а върху него като шаблон синтезиран протеин. Процесът се ускорява благодарение на факта, че всяка молекула на тРНК може да се синтезира едновременно множество от протеинови молекули.
Всяка тРНК съдържа специфична последователност от три бази, антикодон, която е комплементарна на група от три базов кодон, на иРНК. Антикодони взаимодействат с кодони за допълване правило, почти същото като двете ДНК вериги взаимодействат. Така, последователността от бази в тРНК определя как да се присъедини към тРНК носещ аминокиселина. Схематично, прехвърлянето на информация от ДНК протеин може да бъде представена както следва:
Последователността на бази в ДНК определя реда на аминокиселини в протеиновата последователност, като всяка аминокиселина е свързана само към специфичен ензим определена тРНК, и тези, на свой ред - само някои кодони в иРНК. ТРНК-аминокиселинни комплекси се свързват към матрицата един в даден момент. Това са основните стъпки на синтеза на протеини (вж. Също фигура).
1. ензими, наречени аминоацил-тРНК синтетаза, аминокиселини, прикрепени към съответната тРНК. Такива ензими 20, по един за всяка аминокиселина.
2. тРНК молекула се присъединява към първата си кодон в малка частица нарича рибозом. Рибозомите се състоят от приблизително равни количества иРНК и протеин. Структурата и функцията на рибозоми са изключително сложни, но тяхната основна задача - да улесни взаимодействието на иРНК и тРНК и ускорява полимеризацията на аминокиселини, свързани с различни тРНК.
3. тРНК се зарежда с аминокиселина, свързана със съответния кодона на тРНК, което от своя страна в контакт с рибозомата. Комплексно рибозом-иРНК-тРНК-аминокиселина.
4. иРНК, като на транспортна лента, се движи през рибозомата от един кодон напред.
5. След тРНК натоварени с аминокиселини, прикрепен към втория кодон.
6. първите две аминокиселини, свързани заедно.
7. Първият тРНК е изключен от комплекса, а сега втората тРНК носи две аминокиселини, свързани заедно.
8. иРНК отново се движи напред от един кодон, и всички събития се повтарят, и отглеждане верига аминокиселина се удължава с една аминокиселина. Процесът продължава, докато стигнете до последния, "стоп", а последното -kodon тРНК се отделя от завършен протеин верига. В бактериални клетки верига от аминокиселини 100-200 става за няколко секунди. В животински клетки, този процес отнема около минута.
Генетичният код. По този начин, всяка аминокиселина в протеин косвено определя от специфичен кодон (група 3 бази) в иРНК и евентуално в ДНК. Тъй като нуклеинови киселини, има четири вида бази, броят на възможните кодони е 4 # 61620; # 61620 4 4 = 64. Съответствието между кодони и аминокиселини, които те кодират, наречен генетична или биологичен източник. Това съответствие е установена емпирично: разрушените клетки се прибавя към синтетични полинуклеотиди от известен състав и наблюдаваше всяка аминокиселина включена в протеини. По-късно, възможност за директно сравнение на последователност на аминокиселини в вирусните протеини и бази в вирусната нуклеинова киселина. Това е изключително интересно, че генетичния код, с малки изключения, е еднаква за всички организми - от вируси до хората. Един от тези изключения се направят промени в генетичния код, използван от митохондриите. митохондриите # 61485; Тя е малка субклетъчни частици самостоятелни (органели) присъстват във всички клетки, с изключение на зрели еритроцити и бактерии. Това предполага, че
Свързани статии