Nukleinske kiseline pohranjuju i prenose genetske informacije koje nasljeđujemo od naših predaka. Ako imate djecu, vaše će genetske informacije u njihovom genomu biti rekombinirane i kombinirane s genetskim informacijama vašeg partnera. Vaš vlastiti genom se duplicira svaki put kada se svaka stanica podijeli. Osim toga, nukleinske kiseline sadrže određene segmente zvane geni koji su odgovorni za sintezu svih proteina u stanicama. Svojstva gena kontroliraju biološke karakteristike vašeg tijela.
Opće informacije
Postoje dvije klase nukleinskih kiselina: deoksiribonukleinska kiselina (poznatija kao DNK) i ribonukleinska kiselina (poznatija kao RNA).
DNK je lanac gena u obliku niti koji je neophodan za rast, razvoj, život i reprodukciju svih poznatih živih organizama i većine virusa.
Promjene u DNK višestaničnih organizama dovest će do promjena u sljedećim generacijama.
DNK je biogenetski supstrat,nalazi se u svim postojećim živim bićima, od najjednostavnijih živih organizama do visoko organiziranih sisavaca.
Mnoge virusne čestice (virioni) sadrže RNA u jezgri kao genetski materijal. Međutim, treba napomenuti da virusi leže na granici žive i nežive prirode, budući da bez staničnog aparata domaćina ostaju neaktivni.
Povijesna pozadina
Godine 1869. Friedrich Miescher je izolirao jezgre iz bijelih krvnih stanica i otkrio da sadrže tvar bogatu fosforom koju je nazvao nuklein.
Hermann Fischer otkrio je purinske i pirimidinske baze u nukleinskim kiselinama 1880-ih.
Godine 1884. R. Hertwig je sugerirao da su nukleini odgovorni za prijenos nasljednih osobina.
Godine 1899. Richard Altmann skovao je izraz "core acid".
A kasnije, 40-ih godina 20. stoljeća, znanstvenici Kaspersson i Brachet otkrili su vezu između nukleinskih kiselina i sinteze proteina.
Nukleotidi
Polinukleotidi su građeni od mnogo nukleotida - monomera povezanih u lance.
U strukturi nukleinskih kiselina izolirani su nukleotidi od kojih svaki sadrži:
- Dušikova baza.
- Pentoza šećer.
- fosfatna grupa.
Svaki nukleotid sadrži aromatsku bazu koja sadrži dušik, spojenu na pentozu (pet ugljika) saharid, koji je, pak, vezan za ostatak fosforne kiseline. Takvi monomeri, kada se međusobno kombiniraju, tvore polimerlanci. Povezani su kovalentnim vodikovim vezama koje nastaju između ostatka fosfora jednog lanca i pentoznog šećera drugog lanca. Te se veze nazivaju fosfodiesterske veze. Fosfodiesterske veze čine fosfatno-ugljikohidratnu okosnicu (kostur) i DNK i RNA.
Deoksiribonukleotid
Razmotrimo svojstva nukleinskih kiselina smještenih u jezgri. DNK tvori kromosomski aparat jezgre naših stanica. DNK sadrži "softverske upute" za normalno funkcioniranje stanice. Kada stanica reproducira svoju vlastitu vrstu, ove upute se prenose novoj stanici tijekom mitoze. DNK ima izgled dvolančane makromolekule uvijene u dvostruku spiralnu nit.
Nukleinska kiselina sadrži fosfat-deoksiriboza saharidni kostur i četiri dušične baze: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T). U dvolančanom helixu, adenin se uparuje s timinom (A-T), gvanin se uparuje s citozinom (G-C).
Godine 1953. James D. Watson i Francis H. K. Crick je predložio trodimenzionalnu strukturu DNK na temelju kristalografskih podataka rendgenskih zraka niske razlučivosti. Također su se pozvali na nalaze biologa Erwina Chargaffa da je u DNK količina timina ekvivalentna količini adenina, a količina gvanina ekvivalentna količini citozina. Watson i Crick, koji su 1962. dobili Nobelovu nagradu za svoj doprinos znanosti, postulirali su da dva lanca polinukleotida tvore dvostruku spiralu. Niti se, iako su identični, uvijaju u suprotnim smjerovima.smjerovima. Fosfatno-ugljični lanci nalaze se na vanjskoj strani spirale, dok baze leže s unutarnje strane, gdje se vežu za baze na drugom lancu preko kovalentnih veza.
ribonukleotidi
Molekula RNA postoji kao jednolančana spiralna nit. Struktura RNA sadrži fosfatno-ribozni ugljikohidratni kostur i nitratne baze: adenin, gvanin, citozin i uracil (U). Kada se RNA stvori na DNK predlošku tijekom transkripcije, gvanin se uparuje s citozinom (G-C) i adenin s uracilom (A-U).
RNA fragmenti se koriste za reprodukciju proteina unutar svih živih stanica, što osigurava njihov kontinuirani rast i diobu.
Postoje dvije glavne funkcije nukleinskih kiselina. Prvo, pomažu DNK služeći kao posrednici koji prenose potrebne nasljedne informacije nebrojenim ribosomima u našem tijelu. Druga glavna funkcija RNA je isporuka ispravne aminokiseline koja je potrebna svakom ribosomu za stvaranje novog proteina. Postoji nekoliko različitih klasa RNA.
Messaging RNA (mRNA, ili mRNA - template) je kopija osnovne sekvence segmenta DNA dobivene kao rezultat transkripcije. Messenger RNA služi kao posrednik između DNK i ribosoma - staničnih organela koje prihvaćaju aminokiseline iz prijenosne RNA i koriste ih za izgradnju polipeptidnog lanca.
Transfer RNA (tRNA) aktivira čitanje nasljednih podataka iz glasničke RNA, što rezultira procesom prevođenjaribonukleinska kiselina – sinteza proteina. Također prenosi prave aminokiseline do mjesta gdje se protein sintetizira.
Ribosomalna RNA (rRNA) je glavni građevni blok ribosoma. On veže predložak ribonukleotid na određeno mjesto gdje je moguće pročitati njegove informacije, čime započinje proces prevođenja.
MiRNA su male RNA molekule koje djeluju kao regulatori mnogih gena.
Funkcije nukleinskih kiselina iznimno su važne za život općenito i za svaku stanicu posebno. Gotovo sve funkcije koje stanica obavlja regulirane su proteinima sintetiziranim pomoću RNA i DNA. Enzimi, proteinski proizvodi, kataliziraju sve vitalne procese: disanje, probavu, sve vrste metabolizma.
Razlike između strukture nukleinskih kiselina
| Dezoskiribonukleotid | ribonukleotid | |
| Funkcija | Dugotrajno skladištenje i prijenos nasljednih podataka | Transformacija informacija pohranjenih u DNK u proteine; transport aminokiselina. Pohrana nasljednih podataka nekih virusa. |
| monosaharid | deoksiriboza | ribose |
| Struktura | dvolančani spiralni oblik | Jednostruki spiralni oblik |
| Nitratne baze | T, C, A, G | U, C, G, A |
Izrazita svojstva baza nukleinskih kiselina
Adenin i gvanin ponjihova svojstva su purini. To znači da njihova molekularna struktura uključuje dva spojena benzenska prstena. Citozin i timin, pak, pripadaju pirimidinima, i imaju jedan benzenski prsten. RNA monomeri grade svoje lance koristeći adenin, guanin i citozinske baze, a umjesto timina dodaju uracil (U). Svaka od pirimidinskih i purinskih baza ima svoju jedinstvenu strukturu i svojstva, vlastiti skup funkcionalnih skupina povezanih s benzenskim prstenom.
U molekularnoj biologiji, posebne jednoslovne kratice koriste se za označavanje dušičnih baza: A, T, G, C ili U.
Pentoza šećer
Pored različitog skupa dušičnih baza, DNA i RNA monomeri se razlikuju po svom pentoznom šećeru. Ugljikohidrat od pet atoma u DNK je deoksiriboza, dok je u RNK riboza. Gotovo su identične strukture, sa samo jednom razlikom: riboza dodaje hidroksilnu skupinu, dok je u deoksiribozi zamijenjena atomom vodika.
Zaključci
U evoluciji bioloških vrsta i kontinuitetu života, uloga nukleinskih kiselina ne može se precijeniti. Kao sastavni dio svih jezgri živih stanica, one su odgovorne za aktivaciju svih vitalnih procesa koji se odvijaju u stanicama.
