Nukleinske kiseline pohranjuju i prenose genetske informacije koje nasljeđujemo od naših predaka. Ako imate djecu, vaše genetske informacije u njihovom genomu će se rekombinovati i kombinirati s genetskim informacijama vašeg partnera. Vaš vlastiti genom se duplira svaki put kada se svaka ćelija podijeli. Osim toga, nukleinske kiseline sadrže određene segmente zvane geni koji su odgovorni za sintezu svih proteina u stanicama. Osobine gena kontrolišu biološke karakteristike vašeg tela.
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 višećelijskih organizama će dovesti do promjena u narednim generacijama.
DNK je biogenetski supstrat,nalazi se u svim postojećim živim bićima, od najjednostavnijih živih organizama do visoko organiziranih sisara.
Mnoge virusne čestice (virioni) sadrže RNK u jezgru kao genetski materijal. Međutim, treba napomenuti da virusi leže na granici žive i nežive prirode, jer bez ćelijskog aparata domaćina ostaju neaktivni.
Historijska pozadina
Godine 1869. Friedrich Miescher je izolovao jezgra iz bijelih krvnih zrnaca i otkrio da sadrže supstancu bogatu fosforom koju je nazvao nuklein.
Hermann Fischer je otkrio 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 je skovao izraz "core acid".
A kasnije, 40-ih godina 20. veka, naučnici Kaspersson i Brachet su otkrili vezu između nukleinskih kiselina i sinteze proteina.
Nukleotidi
Polinukleotidi su izgrađeni od mnogo nukleotida - monomera povezanih u lance.
U strukturi nukleinskih kiselina izdvojeni su nukleotidi od kojih svaki sadrži:
- Azotna baza.
- Pentoza šećer.
- fosfatna grupa.
Svaki nukleotid sadrži aromatičnu bazu koja sadrži azot, vezanu za pentozni (petougljični) saharid, koji je zauzvrat vezan za ostatak fosforne kiseline. Takvi monomeri, kada se kombinuju jedan s drugim, formiraju polimerlancima. Oni su povezani kovalentnim vodikovim vezama koje se javljaju između ostatka fosfora jednog lanca i pentoznog šećera drugog lanca. Ove veze se nazivaju fosfodiestarske veze. Fosfodiesterske veze formiraju fosfatno-ugljikohidratnu kičmu (skelet) i DNK i RNK.
Deoksiribonukleotid
Razmotrimo svojstva nukleinskih kiselina koje se nalaze u jezgru. DNK formira hromozomski aparat jezgra naših ćelija. DNK sadrži "softverske instrukcije" za normalno funkcionisanje ćelije. Kada ćelija reprodukuje svoju vrstu, ove instrukcije se prenose na novu ćeliju tokom mitoze. DNK ima izgled dvolančane makromolekule uvijene u dvostruku spiralnu nit.
Nukleinska kiselina sadrži fosfat-deoksiriboza saharidni skelet i četiri azotne baze: adenin (A), gvanin (G), citozin (C) i timin (T). U dvolančanom heliksu, adenin se uparuje sa timinom (A-T), gvanin u paru sa citozinom (G-C).
Godine 1953., James D. Watson i Francis H. K. Crick je predložio trodimenzionalnu strukturu DNK zasnovanu na kristalografskim podacima rendgenskih zraka niske rezolucije. 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 nauci, pretpostavili su da dva lanca polinukleotida formiraju dvostruku spiralu. Niti se, iako su identični, uvijaju u suprotnim smjerovima.uputstva. Fosfatno-ugljični lanci nalaze se na vanjskoj strani spirale, dok baze leže iznutra, gdje se vezuju za baze na drugom lancu preko kovalentnih veza.
Ribonukleotidi
Molekul RNK postoji kao jednolančana spiralna nit. Struktura RNK sadrži fosfatno-ribozni ugljikohidratni skelet i nitratne baze: adenin, gvanin, citozin i uracil (U). Kada se RNK stvori na DNK šablonu tokom transkripcije, gvanin se uparuje sa citozinom (G-C) i adenin sa 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, oni pomažu DNK služeći kao posrednici koji prenose potrebne nasljedne informacije do bezbrojnih ribozoma u našem tijelu. Druga glavna funkcija RNK je isporuka ispravne aminokiseline koja je potrebna svakom ribosomu za stvaranje novog proteina. Postoji nekoliko različitih klasa RNK.
RNK za razmenu poruka (mRNA, ili mRNA - šablon) je kopija osnovne sekvence segmenta DNK dobijene kao rezultat transkripcije. Messenger RNA služi kao posrednik između DNK i ribozoma - ćelijskih organela koje prihvataju aminokiseline iz transferne RNK i koriste ih za izgradnju polipeptidnog lanca.
Transfer RNA (tRNA) aktivira čitanje nasljednih podataka iz glasničke RNA, što rezultira procesom prevođenjaribonukleinska kiselina - sinteza proteina. Takođe prenosi prave aminokiseline do mesta gde se protein sintetiše.
Ribozomalna RNA (rRNA) je glavni građevinski blok ribozoma. On veže šablonski ribonukleotid na određeno mjesto gdje je moguće pročitati njegove informacije, čime započinje proces prevođenja.
MiRNA su male RNK molekule koje djeluju kao regulatori mnogih gena.
Funkcije nukleinskih kiselina su izuzetno važne za život općenito i za svaku ćeliju posebno. Gotovo sve funkcije koje stanica obavlja regulirane su proteinima sintetiziranim pomoću RNK i DNK. Enzimi, proteinski proizvodi, katalizuju 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. Pohranjivanje 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 benzenova prstena. Citozin i timin, pak, pripadaju pirimidinima i imaju jedan benzenski prsten. RNK 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, svoj vlastiti skup funkcionalnih grupa povezanih s benzenskim prstenom.
U molekularnoj biologiji, posebne jednoslovne skraćenice se koriste za označavanje azotnih baza: A, T, G, C ili U.
Pentoza šećer
Pored različitog skupa azotnih baza, DNK i RNK monomeri se razlikuju po svom pentoznom šećeru. Ugljikohidrat od pet atoma u DNK je dezoksiriboza, dok je u RNK riboza. Gotovo su identične strukture, sa samo jednom razlikom: riboza dodaje hidroksilnu grupu, dok je u dezoksiribozi zamijenjena atomom vodika.
Zaključci
U evoluciji bioloških vrsta i kontinuitetu života, uloga nukleinskih kiselina ne može se precijeniti. Kao sastavni dio svih jezgara živih stanica, one su odgovorne za aktivaciju svih vitalnih procesa koji se odvijaju u stanicama.
