Nukleové kyseliny uchovávají a přenášejí genetické informace, které zdědíme od našich předků. Pokud máte děti, vaše genetická informace v jejich genomu bude rekombinována a kombinována s genetickou informací vašeho partnera. Váš vlastní genom je duplikován pokaždé, když se každá buňka dělí. Nukleové kyseliny navíc obsahují určité segmenty zvané geny, které jsou zodpovědné za syntézu všech proteinů v buňkách. Vlastnosti genů řídí biologické vlastnosti vašeho těla.
Obecné informace
Existují dvě třídy nukleových kyselin: kyselina deoxyribonukleová (známější jako DNA) a kyselina ribonukleová (známější jako RNA).
DNA je vláknitý řetězec genů, který je nezbytný pro růst, vývoj, život a reprodukci všech známých živých organismů a většiny virů.
Změny v DNA mnohobuněčných organismů povedou ke změnám v následujících generacích.
DNA je biogenetický substrát,nachází se ve všech existujících živých věcech, od nejjednodušších živých organismů po vysoce organizované savce.
Mnoho virových částic (virionů) obsahuje RNA v jádře jako genetický materiál. Je však třeba zmínit, že viry leží na hranici živé a neživé přírody, jelikož bez buněčného aparátu hostitele zůstávají neaktivní.
Historické pozadí
V roce 1869 Friedrich Miescher izoloval jádra z bílých krvinek a zjistil, že obsahují látku bohatou na fosfor, kterou nazval nuklein.
Hermann Fischer objevil purinové a pyrimidinové báze v nukleových kyselinách v 80. letech 19. století.
V roce 1884 R. Hertwig navrhl, že nukleiny jsou zodpovědné za přenos dědičných vlastností.
V roce 1899 vymyslel Richard Altmann termín „jádrová kyselina“.
A později, ve 40. letech 20. století, vědci Kaspersson a Brachet objevili spojení mezi nukleovými kyselinami a syntézou proteinů.
Nukleotidy
Polynukleotidy se skládají z mnoha nukleotidů – monomerů spojených dohromady v řetězcích.
Ve struktuře nukleových kyselin jsou izolovány nukleotidy, z nichž každý obsahuje:
- Dusíková báze.
- Pentózový cukr.
- Phosphate group.
Každý nukleotid obsahuje aromatickou bázi obsahující dusík připojenou k pentózovému (pěti-uhlíkovému) sacharidu, který je naopak připojen ke zbytku kyseliny fosforečné. Takové monomery, když jsou vzájemně kombinovány, tvoří polymerřetězy. Jsou spojeny kovalentními vodíkovými vazbami, které se vyskytují mezi fosforovým zbytkem jednoho řetězce a pentózovým cukrem druhého řetězce. Tyto vazby se nazývají fosfodiesterové vazby. Fosfodiesterové vazby tvoří fosfát-sacharidovou páteř (kostru) DNA i RNA.
Deoxyribonukleotid
Uvažujme vlastnosti nukleových kyselin umístěných v jádře. DNA tvoří chromozomový aparát jádra našich buněk. DNA obsahuje „softwarové instrukce“pro normální fungování buňky. Když buňka reprodukuje svůj vlastní druh, jsou tyto instrukce předány nové buňce během mitózy. DNA má vzhled dvouřetězcové makromolekuly stočené do dvojitého šroubovicového vlákna.
Nukleová kyselina obsahuje fosfát-deoxyribózový sacharidový skelet a čtyři dusíkaté báze: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) a thymin (T). Ve dvouvláknové šroubovici se adenin páruje s thyminem (A-T), guanin se páruje s cytosinem (G-C).
V roce 1953 James D. Watson a Francis H. K. Crick navrhl trojrozměrnou strukturu DNA založenou na rentgenových krystalografických datech s nízkým rozlišením. Odvolávali se také na zjištění biologa Erwina Chargaffa, že v DNA je množství thyminu ekvivalentní množství adeninu a množství guaninu je ekvivalentní množství cytosinu. Watson a Crick, kteří v roce 1962 získali Nobelovu cenu za přínos vědě, předpokládali, že dva řetězce polynukleotidů tvoří dvojitou šroubovici. Vlákna, i když jsou totožná, se stáčejí v opačných směrech. Pokyny. Fosfátovo-uhlíkové řetězce jsou umístěny na vnější straně šroubovice, zatímco báze leží uvnitř, kde se vážou k bázím na druhém řetězci prostřednictvím kovalentních vazeb.
Ribonukleotidy
Molekula RNA existuje jako jednovláknové spirálovité vlákno. Struktura RNA obsahuje fosfát-ribózový sacharidový skelet a nitrátové báze: adenin, guanin, cytosin a uracil (U). Když se na templátu DNA během transkripce vytvoří RNA, guanin se spáruje s cytosinem (G-C) a adenin s uracilem (A-U).
Fragmenty RNA se používají k reprodukci proteinů ve všech živých buňkách, což zajišťuje jejich nepřetržitý růst a dělení.
Nukleové kyseliny mají dvě hlavní funkce. Za prvé pomáhají DNA tím, že slouží jako prostředníci, kteří přenášejí potřebné dědičné informace do bezpočtu ribozomů v našem těle. Další hlavní funkcí RNA je dodat správnou aminokyselinu, kterou každý ribozom potřebuje k vytvoření nového proteinu. Existuje několik různých tříd RNA.
Messaging RNA (mRNA, neboli mRNA – templát) je kopie základní sekvence segmentu DNA získaná jako výsledek transkripce. Messenger RNA slouží jako prostředník mezi DNA a ribozomy - buněčnými organelami, které přijímají aminokyseliny z transferové RNA a používají je k vybudování polypeptidového řetězce.
Transfer RNA (tRNA) aktivuje čtení dědičných dat z messenger RNA, což vede k procesu translaceribonukleová kyselina - syntéza bílkovin. Také transportuje správné aminokyseliny tam, kde se syntetizuje protein.
Ribozomální RNA (rRNA) je hlavním stavebním kamenem ribozomů. Naváže templátový ribonukleotid na určité místo, kde je možné číst jeho informace, čímž zahájí proces překladu.
MiRNA jsou malé molekuly RNA, které fungují jako regulátory mnoha genů.
Funkce nukleových kyselin jsou nesmírně důležité pro život obecně a pro každou buňku zvlášť. Téměř všechny funkce, které buňka vykonává, jsou regulovány proteiny syntetizovanými pomocí RNA a DNA. Enzymy, proteinové produkty, katalyzují všechny životně důležité procesy: dýchání, trávení, všechny typy metabolismu.
Rozdíly mezi strukturou nukleových kyselin
| Dezoskiribonukleotid | Ribonukleotid | |
| Funkce | Dlouhodobé uchovávání a přenos dědičných dat | Transformace informace uložené v DNA na proteiny; transport aminokyselin. Ukládání dědičných dat některých virů. |
| Monosacharid | Deoxyribóza | Ribose |
| Struktura | Dvouvláknový tvar spirály | Jednovláknový šroubovitý tvar |
| Nitrátové báze | T, C, A, G | U, C, G, A |
Výrazné vlastnosti bází nukleových kyselin
Adenin a guanin byjejich vlastnosti jsou puriny. To znamená, že jejich molekulární struktura zahrnuje dva kondenzované benzenové kruhy. Cytosin a thymin zase patří k pyrimidinům a mají jeden benzenový kruh. Monomery RNA budují své řetězce pomocí bází adeninu, guaninu a cytosinu a místo thyminu přidávají uracil (U). Každá z pyrimidinových a purinových bází má svou vlastní jedinečnou strukturu a vlastnosti, vlastní sadu funkčních skupin spojených s benzenovým kruhem.
V molekulární biologii se k označení dusíkatých bází používají speciální jednopísmenné zkratky: A, T, G, C nebo U.
Pentózový cukr
Kromě odlišné sady dusíkatých bází se monomery DNA a RNA liší svým pentózovým cukrem. Pětiatomový sacharid v DNA je deoxyribóza, zatímco v RNA je to ribóza. Mají téměř identickou strukturu, jen s jedním rozdílem: ribóza přidává hydroxylovou skupinu, zatímco v deoxyribóze je nahrazena atomem vodíku.
Závěry
V evoluci biologických druhů a kontinuitě života nelze úlohu nukleových kyselin přeceňovat. Jako nedílná součást všech jader živých buněk jsou zodpovědné za aktivaci všech životně důležitých procesů probíhajících v buňkách.
