Nukleiinhapped salvestavad ja edastavad geneetilist teavet, mille oleme pärinud oma esivanematelt. Kui teil on lapsi, kombineeritakse teie geneetiline teave nende genoomis ja kombineeritakse teie partneri geneetilise teabega. Teie enda genoom dubleeritakse iga kord, kui iga rakk jaguneb. Lisaks sisaldavad nukleiinhapped teatud segmente, mida nimetatakse geenideks, mis vastutavad rakkudes kõigi valkude sünteesi eest. Geenide omadused juhivad teie keha bioloogilisi omadusi.
Üldine teave
Nukleiinhappeid on kahte klassi: desoksüribonukleiinhape (tuntud paremini kui DNA) ja ribonukleiinhape (tuntud paremini kui RNA).
DNA on niidilaadne geeniahel, mis on vajalik kõigi teadaolevate elusorganismide ja enamiku viiruste kasvuks, arenguks, eluks ja paljunemiseks.
Muutused mitmerakuliste organismide DNA-s toovad kaasa muutusi järgmistes põlvkondades.
DNA on biogeneetiline substraat,leidub kõigis olemasolevates elusolendites, alates kõige lihtsamatest elusorganismidest kuni hästi organiseeritud imetajateni.
Paljud viirusosakesed (virionid) sisaldavad tuumas geneetilise materjalina RNA-d. Siiski tuleb mainida, et viirused asuvad elava ja elutu looduse piiril, kuna ilma peremeesorganismi rakulise aparaadita jäävad nad passiivseks.
Ajalooline taust
Aastal 1869 eraldas Friedrich Miescher valgetest verelibledest tuumad ja leidis, et need sisaldavad fosforirikast ainet, mida ta nimetas nukleiiniks.
Hermann Fischer avastas 1880. aastatel nukleiinhapetes puriini- ja pürimidiinialused.
Aastal 1884 väitis R. Hertwig, et nukleiinid vastutavad pärilike tunnuste edasikandumise eest.
Aastal 1899 võttis Richard Altmann kasutusele termini "südamikhape".
Ja hiljem, 20. sajandi 40ndatel, avastasid teadlased Kaspersson ja Brachet seose nukleiinhapete ja valgusünteesi vahel.
Nukleotiidid
Polünukleotiidid koosnevad paljudest nukleotiididest – monomeeridest, mis on omavahel ahelateks ühendatud.
Nukleiinhapete struktuuris eraldatakse nukleotiidid, millest igaüks sisaldab:
- Lämmastikalus.
- Pentoossuhkur.
- Fosfaadirühm.
Iga nukleotiid sisaldab lämmastikku sisaldavat aromaatset alust, mis on seotud pentoosi (viie süsinikuga) sahhariidiga, mis omakorda on seotud fosforhappejäägiga. Sellised monomeerid moodustavad omavahel kombineerituna polümeeriketid. Neid ühendavad kovalentsed vesiniksidemed, mis tekivad ühe ahela fosforijäägi ja teise ahela pentoossuhkru vahel. Neid sidemeid nimetatakse fosfodiestersidemeteks. Fosfodiestersidemed moodustavad nii DNA kui ka RNA fosfaat-süsivesiku karkassi (skeleti).
desoksüribonukleotiid
Vaatleme tuumas paiknevate nukleiinhapete omadusi. DNA moodustab meie rakkude tuuma kromosoomiaparaadi. DNA sisaldab "tarkvarajuhiseid" raku normaalseks toimimiseks. Kui rakk reprodutseerib oma tüüpi, edastatakse need juhised uuele rakule mitoosi ajal. DNA näeb välja nagu kaheahelaline makromolekul, mis on keerdunud topeltspiraalseks niidiks.
Nukleiinhape sisaldab fosfaat-desoksüriboossahhariidi karkassi ja nelja lämmastiku alust: adeniini (A), guaniini (G), tsütosiini (C) ja tümiini (T). Kaheahelalises heeliksis paaristub adeniin tümiiniga (A-T), guaniin paaristub tsütosiiniga (G-C).
Aastal 1953 James D. Watson ja Francis H. K. Crick pakkus välja DNA kolmemõõtmelise struktuuri, mis põhineb madala eraldusvõimega röntgenkristallograafilistel andmetel. Nad viitasid ka bioloog Erwin Chargaffi järeldustele, et DNA-s on tümiini kogus võrdne adeniini kogusega ja guaniini kogus tsütosiini kogusega. Watson ja Crick, kes pälvisid 1962. aastal Nobeli preemia oma panuse eest teadusesse, oletasid, et kaks polünukleotiidi ahelat moodustavad topeltheeliksi. Keermed, kuigi need on identsed, keerduvad vastassuundades.juhised. Fosfaat-süsinik ahelad asuvad spiraali välisküljel, samas kui alused asuvad sees, kus nad seostuvad kovalentsete sidemete kaudu teise ahela alustega.
Ribonukleotiidid
RNA molekul eksisteerib üheahelalise spiraalse niidina. RNA struktuur sisaldab fosfaat-riboosi süsivesikute karkassi ja nitraataluseid: adeniini, guaniini, tsütosiini ja uratsiili (U). Kui DNA matriitsile luuakse transkriptsiooni ajal RNA, paaristub guaniin tsütosiiniga (G-C) ja adeniin uratsiiliga (A-U).
RNA fragmente kasutatakse valkude reprodutseerimiseks kõigis elusrakkudes, mis tagab nende pideva kasvu ja jagunemise.
Nukleiinhapetel on kaks peamist funktsiooni. Esiteks aitavad nad DNA-d, olles vahendajad, kes edastavad vajalikku pärilikku teavet meie keha lugematutele ribosoomidele. RNA teine põhifunktsioon on õige aminohappe kohaletoimetamine, mida iga ribosoom vajab uue valgu valmistamiseks. RNA-l on mitu erinevat klassi.
Sõnumi edastav RNA (mRNA või mRNA – matriit) on transkriptsiooni tulemusena saadud DNA segmendi põhijärjestuse koopia. Messenger RNA toimib vahendajana DNA ja ribosoomide vahel – rakuorganellid, mis võtavad vastu ülekande-RNA-st aminohappeid ja kasutavad neid polüpeptiidahela ehitamiseks.
Transfer RNA (tRNA) aktiveerib pärilike andmete lugemise messenger-RNA-st, mille tulemuseks on translatsiooniprotsessribonukleiinhape - valkude süntees. Samuti transpordib see õiged aminohapped sinna, kus sünteesitakse valke.
Ribosomaalne RNA (rRNA) on ribosoomide peamine ehitusplokk. See seob matriitsi ribonukleotiidi kindlas kohas, kus on võimalik selle teavet lugeda, käivitades seeläbi tõlkeprotsessi.
MiRNA-d on väikesed RNA molekulid, mis toimivad paljude geenide regulaatoritena.
Nukleiinhapete funktsioonid on elu jaoks üldiselt ja iga raku jaoks eriti olulised. Peaaegu kõiki raku funktsioone reguleerivad RNA ja DNA abil sünteesitud valgud. Ensüümid, valguproduktid katalüüsivad kõiki elutähtsaid protsesse: hingamist, seedimist, igat tüüpi ainevahetust.
Nukleiinhapete struktuuri erinevused
| Desoskiribonukleotiid | Ribonukleotiid | |
| Funktsioon | Pärimisandmete pikaajaline säilitamine ja edastamine | DNA-sse salvestatud teabe muutmine valkudeks; aminohapete transport. Mõnede viiruste pärilike andmete salvestamine. |
| monosahhariid | desoksüriboos | Riboos |
| Struktuur | Kaheahelaline spiraal | Üheahelaline spiraalne kuju |
| Nitraadialused | T, C, A, G | U, C, G, A |
Nukleiinhappealuste eristavad omadused
Adeniini ja guaniini pooltnende omadused on puriinid. See tähendab, et nende molekulaarstruktuur sisaldab kahte sulatatud benseenitsüklit. Tsütosiin ja tümiin kuuluvad omakorda pürimidiinide hulka ja neil on üks benseenitsükkel. RNA monomeerid ehitavad oma ahelaid adeniini, guaniini ja tsütosiini aluste abil ning tümiini asemel lisavad nad uratsiili (U). Igal pürimidiini- ja puriinialusel on oma ainulaadne struktuur ja omadused, oma funktsionaalrühmade komplekt, mis on seotud benseenitsükliga.
Molekulaarbioloogias kasutatakse lämmastikualuste tähistamiseks spetsiaalseid ühetähelisi lühendeid: A, T, G, C või U.
Pentoossuhkur
Lisaks erinevatele lämmastikaluste komplektidele erinevad DNA ja RNA monomeerid oma pentoossuhkru poolest. Viiest aatomist koosnev süsivesik DNA-s on desoksüriboos, RNA-s aga riboos. Need on struktuurilt peaaegu identsed, ainult ühe erinevusega: riboos lisab hüdroksüülrühma, desoksüriboosis aga asendatakse see vesinikuaatomiga.
Järeldused
Bioloogiliste liikide evolutsioonis ja elu järjepidevuses ei saa nukleiinhapete rolli üle hinnata. Elusrakkude kõigi tuumade lahutamatu osana vastutavad nad kõigi rakkudes toimuvate elutähtsate protsesside aktiveerimise eest.
