Nukleinsavak

Nukleinsavak egyedi nukleotidok sorozatából állnak, amelyek makromolekulákat képeznek, és mivel a sejtmagokban a gének fő alkotóeleme, a genetikai információ hordozói, és sok biokémiai reakciót katalizálnak.

Az egyes nukleotidok mindegyike foszfátból és nukleo-bázis-komponensből, valamint a pentóz gyűrű molekula ribózból vagy dezoxiribózból áll. A nukleinsavak biokémiai hatékonysága nem csak kémiai összetételükön, hanem másodlagos szerkezetükön és háromdimenziós elrendezésükön is alapul.

Mik a nukleinsavak?

A nukleinsavak építőkövei különálló nukleotidok, amelyek mindegyike foszfátmaradékból, monoszacharid riózból vagy dezoxiribózból áll, mindegyikben gyűrűben 5 szénatom van elhelyezve, és öt lehetséges nukleáris bázis közül az egyik van. Az öt lehetséges nukleáris bázis az adenin (A), guanin (G), citozin (C), timin (T) és uracil (U).

A dezoxiribózt, mint cukorkomponenst tartalmazó nukleotidok sorakoznak, hogy dezoxiribonukleinsavakat (DNS) képezzenek, és a ribóz, mint cukorkomponens nukleotidjait ribonukleinsavakká (RNS) építjük fel. Az uracil, mint nuklein bázis kizárólag az RNS-ben fordul elő. Az uracil helyettesíti a timint, amely csak a DNS-ben található. Ez azt jelenti, hogy csak 4 különböző nukleotid áll rendelkezésre a DNS és az RNS szerkezetéhez.

Az angol és a nemzetközi nyelven, valamint a német műszaki cikkekben a DNS (dezoxiribonukleinsav) rövidítéseket inkább a DNS, az RNS (ribonukleinsav) helyett az RNS helyett használják. A természetben előforduló DNS vagy RNS formájában levő nukleinsavak mellett a kémiában szintetikus nukleinsavakat is fejlesztünk, amelyek katalizátorként lehetővé teszik bizonyos kémiai folyamatokat.

Anatómia és felépítés

A nukleinsavak hatalmas számú nukleotid láncából állnak. A nukleotid mindig gyűrű alakú monoszukor dezoxiribózból áll, DNS esetén, vagy ribózból, RNS esetén, valamint foszfátmaradékból és nukleáris bázisból. A ribóz és a dezoxiribóz csak abban különbözik egymástól, hogy a dezoxiribózban az OH csoport redukcióval, azaz egy elektron hozzáadásával H-ionvá alakul át, és így kémiailag stabilabbá válik.

A gyűrű formájában jelenlévő ribózból vagy dezoxiribózból kiindulva, mindegyik 5 szénatomot tartalmaz, a nukleo-báziscsoport minden nukleotid esetében ugyanazon szénatomhoz kapcsolódik N-glikozid-kötés útján. Az N-glikozidos azt jelenti, hogy a cukor megfelelő szénatomja kapcsolódik a nukleobázis NH2 csoportjához. Ha a C-atomot a glikozidkötéssel 1-nek nevezzük, akkor - az óramutató járásával megegyező irányban tekintve - a 3. számú C-atom egy foszfodiészter-kötésen keresztül kapcsolódik a következő nukleotid foszfátcsoportjához, a C-atom pedig No-val. 5 „saját” foszfátcsoportjával észterezett. Mind a nukleinsavak, mind a DNS, mind az RNS tiszta nukleotidokból állnak.

Ez azt jelenti, hogy a DNS-nukleotidok központi cukormolekulái mindig dezoxiribózból állnak, az RNS molekulái pedig mindig ribózból állnak. Egy bizonyos nukleinsav nukleotidjai csak a négy lehetséges nukleinbázis sorrendjében különböznek egymástól. A DNS vékony szalagoknak tekinthető, amelyeket egy komplementer pár megcsavar és kitölt, így a DNS általában kettős spirál formájában van jelen. Az adenin és a timin bázispárok, valamint a guanin és a citozin mindig egymással szemben vannak.

Funkció és feladatok

A DNS és az RNS különböző feladatokat és funkciókat hajt végre. Noha a DNS nem vállal semmiféle funkcionális feladatot, az RNS a különféle anyagcsere folyamatokba beavatkozik. A DNS minden genetikai információ központi tárolóhelyeként szolgál minden sejtben. Tartalmazza a teljes szervezet építési útmutatásait, és szükség esetén hozzáférhetővé teszi azokat.

Az összes fehérje szerkezete a DNS-ben aminosav-szekvenciák formájában tárolódik. A gyakorlati megvalósítás során a DNS kódolt információit először „átmásolják” a transzkripció folyamata révén, és a megfelelő aminosav-szekvenciába transzlálják (átírják). Az összes szükséges komplex munkafunkciót speciális ribonukleinsavak hajtják végre. Az RNS tehát vállalja egy komplementer egyszálú szál létrehozását a DNS-hez a sejtmagban, és riboszómális RNS-ként továbbítja a nukleáris pórusokon keresztül a sejtmagból a citoplazmába a riboszómákba, hogy egyes aminosavakat összegyűjtsenek és szintetizálhassanak a kívánt fehérjékbe.

A tRNS (transzfer RNS), amely viszonylag rövid láncokból áll, körülbelül 70-95 nukleotidból áll, fontos feladatot lát el. A tRNS lóhereszerű szerkezetű. Feladatuk az, hogy a DNS kódolása szerint biztosított aminosavakat felvegye és hozzáférhetővé tegye a riboszómákhoz proteinszintézis céljából. Egyes tRNS-ek bizonyos aminosavakra szakosodtak, de más tRNS-ek felelősek több aminosavért egyidejűleg.

betegségek

A sejtosztódással kapcsolatos összetett folyamatok, azaz a kromoszómák replikációja és a genetikai kód aminosav-szekvenciákká történő átalakítása számos hibás működést eredményezhetnek, amelyek a lehetséges hatások széles körében nyilvánulnak meg, a halálos (élettelen) és alig észrevehető jellegűek.

Ritka kivételes esetekben a véletlen meghibásodások az egyénnek a környezeti feltételekhez való jobb alkalmazkodásához is vezethetnek, és ennek megfelelően pozitív hatásokhoz vezethetnek. A DNS replikációja spontán változásokhoz (mutációk) vezethet az egyes génekben (génmutáció), vagy hibát okozhat a sejtek kromoszómáinak eloszlásában (genommutáció). A genommutáció közismert példája a 21. trisizomia - más néven Down-szindróma.

A kedvezőtlen környezeti feltételek alacsony enzimtartalmú étrend formájában, tartós stresszes helyzetek, az ultraibolya sugárzás túlzott kitettsége elősegítik a DNS károsodását, ami gyengítheti az immunrendszert és elősegítheti a rákos sejtek képződését. A mérgező anyagok szintén károsíthatják az RNS különféle funkcióit, és jelentős károsodásokhoz vezethetnek.