Acizi nucleici

Acizi nucleici sunt compuse dintr-o serie de nucleotide individuale pentru a forma macromolecule și, ca principală componentă a genelor din nucleele celulare, sunt purtătorii informațiilor genetice și catalizează multe reacții biochimice.

Nucleotidele individuale constau fiecare dintr-un fosfat și o componentă nucleobază, precum și molecula ribozică sau dezoxiriboza. Eficacitatea biochimică a acizilor nucleici se bazează nu numai pe compoziția lor chimică, ci și pe structura lor secundară, pe dispunerea lor tridimensională.

Ce sunt acizii nucleici?

Blocurile de formare ale acizilor nucleici sunt nucleotide individuale, fiecare compus dintr-un reziduu de fosfat, riboza monosacharidă sau dezoxiriboză, fiecare cu atomi de 5 C dispuse într-un inel și una dintre cele cinci nucleobaze posibile. Cele cinci nucleobaze posibile sunt adenina (A), guanina (G), citozina (C), timina (T) și uracilul (U).

Nucleotidele care conțin dezoxiriboză ca componentă a zahărului sunt strânse împreună pentru a forma acizi dezoxiribonucleice (ADN) și nucleotide cu riboza ca componentă de zahăr sunt construite în acizi ribonucleici (ARN). Uracilul ca bază nucleică apare exclusiv în ARN. Uracil înlocuiește timina acolo, care se găsește doar în ADN. Aceasta înseamnă că doar 4 nucleotide diferite sunt disponibile pentru structura ADN-ului și ARN-ului.

În utilizarea engleză și internațională, precum și în articolele tehnice germane, abrevierile ADN (acid desoxiribonucleic) sunt utilizate de obicei în loc de DNS și ARN (acid ribonucleic) în loc de ARN. În plus față de acizii nucleici care apar în mod natural sub formă de ADN sau ARN, în chimie sunt dezvoltați acizi nucleici sintetici care, ca catalizatori, permit anumite procese chimice.

Anatomie și structură

Acizii nucleici constau dintr-un lanț dintr-un număr uriaș de nucleotide. O nucleotidă este întotdeauna compusă din monosugar dezoxiriboză în formă de inel în cazul ADN-ului sau a ribozei în cazul ARN, precum și a unui reziduu de fosfat și a unei părți de nucleobază. Riboza și dezoxiriboza diferă doar prin aceea că, în dezoxiriboză, o grupă OH este transformată într-un ion H prin reducere, adică prin adăugarea unui electron, ceea ce o face mai stabilă din punct de vedere chimic.

Pornind de la riboza sau dezoxiriboza prezentă sub formă de inel, fiecare cu 5 atomi de carbon, gruparea nucleobazei este conectată la același atom de carbon pentru fiecare nucleotidă printr-o legătură N-glicozidică. N-glicozidic înseamnă că atomul de carbon corespunzător al zahărului este conectat la gruparea NH2 a nucleobazei. Dacă desemnați atomul C cu legătura glicozidică drept numărul 1, atunci - privind în sensul acelor de ceasornic - atomul C cu nr. 3 este conectat la gruparea fosfaților a următoarei nucleotide printr-o legătură fosfodiester, iar atomul C cu nr. 5 Esterificat cu grupul său propriu de fosfați. Ambii acizi nucleici, ADN-ul și ARN sunt alcătuiți din nucleotide pure.

Aceasta înseamnă că moleculele centrale de zahăr ale nucleotidelor ADN constau întotdeauna din dezoxiriboză, iar cele ale ARN constau întotdeauna din riboză. Nucleotidele unui anumit acid nucleic diferă numai în ordinea celor 4 baze nucleice posibile. ADN-ul poate fi gândit ca niște benzi subțiri care sunt răsucite și completate de un omolog complementar, astfel încât ADN-ul este de obicei prezent ca o dublă helixă. Perechile de bază adenină și timină, precum și guanină și citozină sunt întotdeauna opuse una de cealaltă.

Funcție și sarcini

DNS și RNS au sarcini și funcții diferite. În timp ce ADN-ul nu își asumă nicio sarcină funcțională, ARN-ul intervine în diferite procese metabolice. ADN-ul servește ca locație centrală de stocare a informațiilor genetice în fiecare celulă. Conține instrucțiunile de construcție pentru întregul organism și le pune la dispoziție, dacă este necesar.

Structura tuturor proteinelor este păstrată în ADN sub formă de secvențe de aminoacizi. În implementarea practică, informațiile codate ale ADN-ului sunt „copiate” mai întâi prin intermediul procesului de transcriere și traduse în secvența de aminoacizi corespunzătoare (transcrisă). Toate aceste funcții de lucru complexe necesare sunt îndeplinite de acizi ribonucleici speciali. ARN-ul își asumă astfel sarcina de a forma o singură catenă complementară ADN-ului în nucleul celular și de a-l transporta ca ARN ribozomal prin porii nucleari din nucleul celular în citoplasmă către ribozomi, pentru a asambla și sintetiza anumiți aminoacizi în proteinele dorite.

ARNt (ARN de transfer), care constă din lanțuri relativ scurte de aproximativ 70 până la 95 de nucleotide, are un rol important. ARNt are o structură asemănătoare trifoiului. Sarcina lor este să preia aminoacizii furnizați conform codificării de către ADN și să îi pună la dispoziția ribozomilor pentru sinteza proteinelor. Unii ARNt se specializează în anumiți aminoacizi, dar alți ARNt sunt responsabili pentru mai mulți aminoacizi în același timp.

boli

Procesele complexe în legătură cu diviziunea celulară, adică replicarea cromozomilor și traducerea codului genetic în secvențe de aminoacizi, pot duce la o serie de defecțiuni, care se manifestă într-o gamă largă de efecte posibile de la letal (non-viabil) la abia observabile.

În rare cazuri excepționale, defecțiuni aleatorii pot duce, de asemenea, la o adaptare îmbunătățită a individului la condițiile de mediu și, în consecință, pot duce la efecte pozitive. Replicarea ADN-ului poate duce la modificări spontane (mutații) la genele individuale (mutația genelor) sau poate exista o eroare în distribuția cromozomilor pe celule (mutația genomului). Un exemplu binecunoscut de mutație a genomului este trisomia 21 - cunoscută și sub denumirea de sindrom Down.

Condițiile de mediu nefavorabile sub forma unei diete cu conținut scăzut de enzime, situații stresante persistente, expunerea excesivă la radiațiile UV facilitează deteriorarea ADN-ului, ceea ce poate duce la slăbirea sistemului imunitar și promovează formarea celulelor canceroase. Substanțele toxice pot, de asemenea, să afecteze diferitele funcții ale ARN și pot duce la deteriorări considerabile.