Nukleinsäuren, insbesondere DNA, sind in der Wissenschaft ziemlich bekannt. Dies erklärt sich dadurch, dass es sich um die Substanzen der Zelle handelt, von denen die Speicherung und Weitergabe ihrer Erbinformationen abhängt. DNA, bereits 1868 von F. Miescher entdeckt, ist ein Molekül mit ausgeprägten sauren Eigenschaften. Der Wissenschaftler isolierte es aus den Kernen von Leukozyten - Zellen des Immunsystems. In den nächsten 50 Jahren wurden sporadisch Studien zu Nukleinsäuren durchgeführt, da die meisten Biochemiker Proteine als die wichtigsten organischen Substanzen ansahen, die unter anderem für Erbanlagen verantwortlich waren.
Seit der Entschlüsselung der DNA-Struktur durch Watson und Crick im Jahr 1953 begannen ernsthafte Forschungen, die herausfanden, dass Desoxyribonukleinsäure ein Polymer ist und Nukleotide als DNA-Monomere dienen. Ihre Arten und Strukturen werden von uns in dieser Arbeit untersucht.
Nukleotide als Struktureinheiten der Erbinformation
Eine der grundlegenden Eigenschaften lebender Materie ist die Erh altung und Weitergabe von Informationen über die Struktur und Funktion sowohl der Zelle als auch des gesamten Organismusim Allgemeinen. Diese Rolle spielen Desoxyribonukleinsäure und DNA-Monomere - Nukleotide sind eine Art "Ziegel", aus denen die einzigartige Struktur der Erbsubstanz aufgebaut ist. Lassen Sie uns überlegen, von welchen Zeichen sich Wildtiere leiten ließen, als sie eine Nukleinsäure-Superspule erstellten.
Wie Nukleotide entstehen
Um diese Frage zu beantworten, brauchen wir einige Kenntnisse der organischen Chemie. Insbesondere erinnern wir daran, dass es in der Natur eine Gruppe stickstoffh altiger heterocyclischer Glykoside gibt, die mit Monosacchariden kombiniert sind - Pentosen (Desoxyribose oder Ribose). Sie werden Nukleoside genannt. Beispielsweise sind Adenosin und andere Arten von Nukleosiden im Zytosol einer Zelle vorhanden. Sie gehen mit Orthophosphorsäuremolekülen eine Veresterungsreaktion ein. Die Produkte dieses Prozesses sind Nukleotide. Jedes DNA-Monomer, und es gibt vier Typen, hat einen Namen, wie z. B. Guanin-, Thymin- und Cytosin-Nukleotide.
Purin-Monomere der DNA
In der Biochemie wird eine Klassifikation angenommen, die DNA-Monomere und ihre Struktur in zwei Gruppen unterteilt: Beispielsweise sind Adenin- und Guanin-Nukleotide Purine. Sie enth alten Derivate von Purin, einer organischen Substanz mit der Formel C5H4N44. Das DNA-Monomer, ein Guaninnukleotid, enthält auch eine Stickstoffbase aus Purin, die durch eine N-glykosidische Bindung in der Beta-Konfiguration mit Desoxyribose verbunden ist.
Pyrimidinnukleotide
Stickstoffh altige Basen,genannt Cytidin und Thymidin, sind Derivate der organischen Substanz Pyrimidin. Seine Formel ist C4H4N2. Das Molekül ist ein sechsgliedriger planarer Heterocyclus, der zwei Stickstoffatome enthält. Es ist bekannt, dass Ribonukleinsäuremoleküle wie rRNA, tRNA und mRNA anstelle eines Thyminnukleotids ein Uracil-Monomer enth alten. Während der Transkription, während der Informationsübertragung vom DNA-Gen zum mRNA-Molekül, wird in der synthetisierten mRNA-Kette das Thymin-Nukleotid durch Adenin und das Adenin-Nukleotid durch Uracil ersetzt. Das heißt, der folgende Rekord ist fair: A - U, T - A.
Chargaff-Regel
Im vorigen Abschnitt haben wir bereits teilweise die Prinzipien der Entsprechung zwischen Monomeren in DNA-Ketten und im Gen-mRNA-Komplex angesprochen. Der berühmte Biochemiker E. Chargaff stellte eine völlig einzigartige Eigenschaft von Desoxyribonukleinsäuremolekülen fest, nämlich, dass die Anzahl der darin enth altenen Adeninnukleotide immer gleich Thymin und Guanin - Cytosin ist. Die wichtigste theoretische Grundlage für Chargaffs Prinzipien war die Forschung von Watson und Crick, die feststellten, welche Monomere das DNA-Molekül bilden und welche räumliche Organisation sie haben. Ein weiteres von Chargaff abgeleitetes und als Prinzip der Komplementarität bezeichnetes Muster zeigt die chemische Beziehung von Purin- und Pyrimidinbasen und ihre Fähigkeit, Wasserstoffbrückenbindungen zu bilden, wenn sie miteinander interagieren. Das bedeutet, dass die Anordnung der Monomere in beiden DNA-Strängen streng festgelegt ist: A kann beispielsweise gegenüber dem ersten DNA-Strang liegennur T ist unterschiedlich und zwischen ihnen entstehen zwei Wasserstoffbrückenbindungen. Gegenüber dem Nukleotid Guanin kann nur Cytosin lokalisiert werden. In diesem Fall bilden sich zwischen den stickstoffh altigen Basen drei Wasserstoffbrückenbindungen.
Die Rolle der Nukleotide im genetischen Code
Um die in Ribosomen stattfindende Reaktion der Proteinbiosynthese durchzuführen, gibt es einen Mechanismus, um Informationen über die Aminosäurezusammensetzung des Peptids von der mRNA-Nukleotidsequenz in die Aminosäuresequenz zu übertragen. Es stellte sich heraus, dass drei benachbarte Monomere Informationen über eine der 20 möglichen Aminosäuren tragen. Dieses Phänomen wird als genetischer Code bezeichnet. Bei der Lösung molekularbiologischer Probleme wird damit sowohl die Aminosäurezusammensetzung eines Peptids bestimmt als auch die Frage geklärt, aus welchen Monomeren ein DNA-Molekül besteht, also wie das entsprechende Gen zusammengesetzt ist. Beispielsweise codiert das AAA-Triplett (Codon) im Gen die Aminosäure Phenylalanin im Proteinmolekül, und im genetischen Code entspricht es dem UUU-Triplett in der mRNA-Kette.
Wechselwirkung von Nukleotiden im Prozess der DNA-Reduktion
Wie früher herausgefunden wurde, sind Struktureinheiten, DNA-Monomere Nukleotide. Ihre spezifische Abfolge in den Ketten ist die Vorlage für den Syntheseprozess des Tochtermoleküls der Desoxyribonukleinsäure. Dieses Phänomen tritt im S-Stadium der Zellinterphase auf. Die Nukleotidsequenz eines neuen DNA-Moleküls wird unter der Wirkung des DNA-Polymerase-Enzyms unter Berücksichtigung des Prinzips an den Elternketten zusammengesetztKomplementarität (A - T, D - C). Replikation bezieht sich auf die Reaktionen der Matrixsynthese. Das bedeutet, dass die DNA-Monomere und ihre Struktur in den Elternketten als Basis, also als Matrix für ihre Kindkopie dienen.
Kann sich die Struktur eines Nukleotids ändern
Übrigens, sagen wir mal, Desoxyribonukleinsäure ist eine sehr konservative Struktur des Zellkerns. Dafür gibt es eine logische Erklärung: Die im Chromatin des Zellkerns gespeicherte Erbinformation muss unverändert und ohne Verzerrung kopiert werden. Nun, das zelluläre Genom steht ständig unter dem Druck von Umweltfaktoren. Zum Beispiel aggressive chemische Verbindungen wie Alkohol, Drogen, radioaktive Strahlung. Sie alle sind sogenannte Mutagene, unter deren Einfluss jedes DNA-Monomer seine chemische Struktur verändern kann. Eine solche Verzerrung in der Biochemie wird als Punktmutation bezeichnet. Die Häufigkeit ihres Vorkommens im Zellgenom ist recht hoch. Mutationen werden durch die gut funktionierende Arbeit des zellulären Reparatursystems korrigiert, das eine Reihe von Enzymen umfasst.
Einige von ihnen, zum Beispiel Restriktasen, "schneiden" beschädigte Nukleotide "heraus", Polymerasen sorgen für die Synthese normaler Monomere, Ligasen "nähen" die wiederhergestellten Abschnitte des Gens. Wenn aus irgendeinem Grund der oben beschriebene Mechanismus in der Zelle nicht funktioniert und das defekte DNA-Monomer in ihrem Molekül verbleibt, wird die Mutation von den Prozessen der Matrixsynthese aufgegriffen und manifestiert sich phänotypisch in Form von Proteinen mit beeinträchtigten Eigenschaften nicht in der Lage sind, die ihnen innewohnenden notwendigen Funktionen auszuführenZellmetabolismus. Dies ist ein schwerwiegender negativer Faktor, der die Lebensfähigkeit der Zelle verringert und ihre Lebensdauer verkürzt.
