Nukleinsyre

Nukleinsyre (fra latin  nucleus  - nucleus) - en højmolekylær organisk forbindelse, en biopolymer (polynukleotid) dannet af nukleotidrester . Nukleinsyrer DNA og RNA er til stede i cellerne i alle levende organismer og udfører de vigtigste funktioner med at lagre, overføre og implementere arvelig information .

Forskningshistorie

• I 1847 blev et stof isoleret fra et ekstrakt af tyremuskel [1] , som blev kaldt " inosinsyre ". Denne forbindelse var det første nukleotid , der blev undersøgt . I løbet af de følgende årtier blev detaljerne i dens kemiske struktur etableret. Især har inosinsyre vist sig at være et 5'-phosphat-ribosid og indeholder en N-glykosidbinding.
• I 1868 opdagede den schweiziske kemiker Friedrich Miescher , mens han studerede nogle biologiske stoffer, et tidligere ukendt stof. Stoffet indeholdt fosfor og blev ikke nedbrudt af proteolytiske enzymer . Det havde også udtalte sure egenskaber. Stoffet fik navnet "nuklein". Forbindelsen blev tildelt den empiriske formel C29H49N9O22P3 . _ _ _
• Wilson henledte opmærksomheden på den praktiske identitet af den kemiske sammensætning af "nuklein" og " kromatin " opdaget kort før det, hovedbestanddelen af ​​kromosomer [2] . Der blev fremsat en antagelse om den særlige rolle "nuklein" spiller i transmissionen af ​​arvelig information.
• I 1889 opfandt Richard Altmann udtrykket "nukleinsyre" og udviklede også en bekvem metode til at opnå nukleinsyrer, der ikke indeholder proteinurenheder.
• Levin [en] og Jacob [en] , der studerede produkterne af alkalisk hydrolyse af nukleinsyrer, identificerede deres hovedkomponenter - nukleotider og nukleosider, og foreslog også strukturelle formler, der korrekt beskriver deres kemiske egenskaber.
• I 1921 fremsatte Lewin hypotesen om "tetranukleotidstrukturen af ​​DNA" [3] , som senere viste sig at være fejlagtig [4] .
• I 1935 udførte Klein og Thanhauser [de] en skånsom fragmentering af DNA ved hjælp af enzymet phosphatase, hvilket resulterede i, at fire DNA-dannende nukleotider blev opnået i krystallinsk tilstand [5] . Dette åbnede nye muligheder for at etablere strukturen af ​​disse forbindelser.
• I 1940'erne udførte en videnskabelig gruppe i Cambridge, ledet af Alexander Todd , omfattende syntetisk forskning i nukleotiders og nukleosiders kemi, som et resultat af hvilket detaljer om nukleotiders kemiske struktur og stereokemi blev etableret. For denne arbejdscyklus blev Alexander Todd tildelt Nobelprisen i kemi i 1957.
• I 1951 etablerede Chargaff en regelmæssighed i indholdet af forskellige typer nukleotider i nukleinsyrer, som senere blev kendt som Chargaff-reglen .
• I 1953 etablerede Watson og Crick den sekundære struktur af DNA, den dobbelte helix [6] .

Udvælgelsesmetoder

Talrige teknikker til isolering af nukleinsyrer fra naturlige kilder er blevet beskrevet. Hovedkravene til isoleringsmetoden er den effektive adskillelse af nukleinsyrer fra proteiner såvel som den minimale grad af fragmentering af de resulterende præparater. Den klassiske metode til DNA-ekstraktion blev beskrevet i 1952 og bruges i øjeblikket uden væsentlige ændringer [7] . Cellevæggene i det biologiske materiale, der undersøges, ødelægges ved en af ​​standardmetoderne og behandles derefter med et anionisk detergent . I dette tilfælde udfælder proteiner, og nukleinsyrer forbliver i en vandig opløsning. DNA kan geleres ved omhyggelig tilsætning af ethanol til dets saltopløsning. Koncentrationen af ​​den resulterende nukleinsyre såvel som tilstedeværelsen af ​​urenheder (proteiner, phenol) bestemmes sædvanligvis spektrofotometrisk ved absorption ved A 260 nm.

Nukleinsyrer nedbrydes let af en særlig klasse af enzymer kaldet nukleaser . I denne henseende, når de isoleres, er det vigtigt at behandle laboratorieudstyr og materialer med passende inhibitorer . Så for eksempel ved isolering af RNA er en sådan inhibitor af ribonukleaser som DEPC meget brugt .

Fysiske egenskaber

Nukleinsyrer er meget opløselige i vand , praktisk talt uopløselige i organiske opløsningsmidler. Meget følsom over for temperatur og kritiske pH- niveauer . DNA- molekyler med høj molekylvægt, isoleret fra naturlige kilder, er i stand til at fragmentere under påvirkning af mekaniske kræfter, for eksempel når opløsningen omrøres. Nukleinsyrer fragmenteres af enzymer kaldet nukleaser .

Bygning

De polymere former af nukleinsyrer kaldes polynukleotider. Der er fire niveauer af strukturel organisering af nukleinsyrer: primære, sekundære, tertiære og kvaternære strukturer. Den primære struktur er en kæde af nukleotider forbundet gennem en phosphorsyrerest (phosphodiesterbinding). Den sekundære struktur er to kæder af nukleinsyrer forbundet med hydrogenbindinger. Det er værd at bemærke, at kæderne er forbundet på en hoved-til-hale måde (3' til 5'), ifølge princippet om komplementaritet ( nukleobaser er placeret inde i denne struktur). Den tertiære struktur, eller helix, er dannet på grund af radikalerne af nitrogenholdige baser (der dannes yderligere hydrogenbindinger, som folder denne struktur og derved forårsager dens styrke). Og endelig er den kvaternære struktur komplekserne af histoner og kromatintråde .

Da der kun er to typer heterocykliske molekyler i nukleotider, ribose og deoxyribose, er der kun to typer nukleinsyrer - deoxyribonukleinsyre (DNA) og ribonukleinsyre (RNA).

Monomere former findes også i celler og spiller en vigtig rolle i signalerings- eller energilagringsprocesser. Den mest berømte RNA-monomer er ATP , adenosintriphosphorsyre, den vigtigste energiakkumulator i cellen.

DNA og RNA

• DNA ( deoxyribonukleinsyre ). Sukker - deoxyribose , nitrogenholdige baser: purin  - guanin (G), adenin (A), pyrimidin  - thymin (T) og cytosin (C). DNA består ofte af to polynukleotidstrenge rettet antiparallelt.

• RNA ( ribonukleinsyre ). Sukker - ribose , nitrogenholdige baser: purin - guanin (G), adenin (A), pyrimidin - uracil (U) og cytosin (C). Strukturen af ​​polynukleotidkæden ligner den af ​​DNA. På grund af riboses egenskaber har RNA-molekyler ofte forskellige sekundære og tertiære strukturer, der danner komplementære regioner mellem forskellige strenge.

Typer af RNA

Matrix ribonukleinsyre ( mRNA , synonym - messenger RNA, mRNA ) - RNA indeholdende information om den primære struktur (aminosyresekvens) af proteiner [8] . mRNA syntetiseres fra DNA under transkription , hvorefter det igen bruges under translation som en skabelon for proteinsyntese. Således spiller mRNA en vigtig rolle i "manifestation" ( ekspression ) af gener .

Ribosomale ribonukleinsyrer ( rRNA ) er flere RNA- molekyler , der danner grundlaget for ribosomet . Hovedfunktionen af ​​rRNA er implementeringen af ​​translationsprocessen  - læser information fra mRNA ved hjælp af adapter tRNA molekyler og katalyserer dannelsen af ​​peptidbindinger mellem aminosyrer knyttet til tRNA .

Overfør RNA, tRNA  - ribonukleinsyre , hvis funktion er at transportere aminosyrer til stedet for proteinsyntese . Den har en typisk længde på 73 til 93 nukleotider og en størrelse på omkring 5 nm. tRNA'er er også direkte involveret i væksten af ​​polypeptidkæden, idet de forbinder - er i et kompleks med en aminosyre - til mRNA -kodonet og giver den konformation af komplekset, der er nødvendig for dannelsen af ​​en ny peptidbinding .

Hver aminosyre har sit eget tRNA.

tRNA er et enkeltstrenget RNA , men i sin funktionelle form har det en "kløverblad"-konformation. Aminosyren er kovalent bundet til 3'-enden af ​​molekylet af enzymet aminoacyl-tRNA-syntetase , som er specifikt for hver type tRNA . Site C indeholder anticodonet svarende til aminosyren.

Ikke-kodende RNA (ikke-kodende RNA, ncRNA) er RNA- molekyler , der ikke oversættes til proteiner . Et tidligere brugt synonym , lille RNA (smRNA, lille RNA), bruges ikke i øjeblikket, da nogle ikke-kodende RNA'er kan være meget store, såsom Xist .

Den DNA-sekvens , hvorpå ikke-kodende RNA'er transskriberes, omtales ofte som RNA -genet .

Ikke-kodende RNA'er omfatter RNA-molekyler, der udfører meget vigtige funktioner i celleoverførsels- RNA ( tRNA ), ribosomalt RNA ( rRNA ), små RNA'er, såsom små nukleolære RNA (snoRNA), mikroRNA , siRNA , piRNA , såvel som lang ikke -kodende RNA'er. -kodende RNA  - Xist , Evf , Air , CTN , PINK , TUG1 .

Nyere transkriptomiske teknologier ( RNA-sekventering ) og DNA-mikroarray -teknikker tyder på tilstedeværelsen af ​​mere end 30.000 lange ikke-kodende RNA'er ( langt ncRNA ) .  Omtrent den samme mængde af små regulatoriske RNA'er er indeholdt i musegenomet.

Noter

1. ↑ J. Liebig. ??? (neopr.)  // Annalen. - 1847. - T. 62 . - S. 257 .
2. ↑ Edmund B. Wilson. Et atlas over æggets befrugtning og karyokinese . - N. Y .: Macmillan, 1895. - S. 4.
3. ↑ P.A. Levene. ???  (engelsk)  // J. Biol. Chem.  : journal. - 1921. - Bd. 48 . — S. 119 .
4. ↑ Under fremkomsten af ​​"tetranukleotidstrukturen" var kemikere kritiske over for selve muligheden for eksistensen af ​​makromolekyler, som et resultat af hvilke en struktur med lav molekylvægt blev tilskrevet DNA.
5. ↑ W. Klein, S. J. Thannhauser. ??? (neopr.)  // Z. physiol. Chem.. - 1935. - T. 231 . - S. 96 .
6. ↑ JD Watson, FHC Crick. Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid  (engelsk)  // Nature . - 1953. - Bd. 171 . - s. 737-738 . - doi : 10.1038/171737a0 .
7. ↑ Ernest RM Kay, Norman S. Simmons, Alexander L. An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate  //  J. Am. Chem. soc. : journal. - 1952. - Bd. 74 , nr. 7 . - S. 1724-1726 . doi : 10.1021 / ja01127a034 .
8. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. Cellens molekylære biologi. - 5. - Garland Science, 2008. - 1392 s. — ISBN 0815341059 .

Litteratur

• Barton D., Ollis W. D. Generel organisk kemi. - M .: Kemi, 1986. - T. 10. - S. 32-215. - 704 s.
• Frank-Kamenetsky M. D. Det vigtigste molekyle. — M .: Nauka, 1983. — 160 s.
• Appel B., Beneke I., Benson J., red. S. Muller. Nukleinsyrer fra A til Z. - M. : Binom, 2012. - 352 s. - ISBN 978-5-9963-0376-2 .

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk Fantastisk norsk Stor russer Brockhaus og Efron Brockhaus og Efron jorden rundt Litauisk universal Ny kroatisk Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
I bibliografiske kataloger BNF : 11980605w GND : 4172117-2 J9U : 987007538635505171 LCCN : sh85093144 NDL : 00564756 NKC : ph115470