В природе существует два вида нуклеиновых кислот — рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). Основанием каждой из них является азотистое основание, остаток фосфорной кислоты и пятиуглеродный сахар.
В состав ДНК входит четыре разновидности нуклеотидов, отличие которых заключается в азотистом соединении:
Что касается РНК, то они тоже имеют несколько видов в зависимости от азотистого основания:
Поговорим и о физических свойствах нуклеотидов. Они легко растворяются в воде, но при этом практически нерастворимы в растворителях, имеющих органическое происхождение. Очень восприимчивы к температурным перепадам, а также критическим показателям значения уровня рН.
Молекулы ДНК обладают весомой молекулярной массой, благодаря чему могут фрагментироваться в результате механического воздействия.
Нуклеиновые кислоты и их строение
Прежде всего необходимо узнать, что нуклеотидами являются мономеры нуклеиновых кислот. Они соединены между собой линейно, формируя длинные молекулярные соединения нуклеиновых кислот. Самыми длинными полимерами являются цепочки молекул ДНК. Как правило, длина молекул РНК значительно меньше, но при этом может отличаться (зависит от типа).
При формировании полинуклеотидного соединения остатки фосфорной кислоты взаимодействуют с трехатомным углеродом пентозы. Аналогичная связь формируется между фосфорной кислотой и пятиатомным углеродом сахара непосредственно в нуклеиновой кислоте.
Исходя из этого, индивидуальная характеристика нуклеиновой кислоты — это последовательность пентозы с мостиками фосфорных кислот. Азотистые основания отделяются по сторонам.
Стоит добавить, что молекулы ДНК не только длиннее в сравнении с РНК, но и состоят из нескольких цепей, которые соединены между собой химически водородными связями. Такие структурные связи формируются по принципу комплементарности: гуанин комплементарен цитозину, а аденин — тимину.
Нуклеотиды содержат в себе такие вещества:
Образоваться такие связи могут и в структурах РНК, но водородные связи формируются между нукленовыми кислотами одной цепи.
Функции нуклеотидов
Местонахождение в клетках аминокислот, белка и нуклеотидов поддерживает их жизнедеятельность, а также сохранение, передачу и верную реализацию генетической наследственности. Стоит в отдельности рассмотреть функции ДНК, РНК и их разновидностей в жизни живых организмов.
Значение ДНК
В клетках ДНК вся информация в основном сосредоточена в ядре клетки. Бактериальная среда, как правило, в формуле занимает одну кольцевую молекулу, находится в неправильной формы образовании в цитоплазме, именуемым нуклеотидом. Гены, входящие в состав наследственной информации генома, являются единицей передачи генетической наследственности. Признак частицы — открытая рама считывания.
Хранение и передача информации (генетической предрасположенности) осуществляется за счет биосинтеза белка посредством и-РНК, т-РНК.
Свойства РНК
В природе различают три разновидности РНК, каждая из которых предназначена для выполнения особой роли в осуществлении синтеза белка.
История исследований
На протяжении десятилетий ведущие ученые мира занимались исследованием нуклеотидов. Рассмотрим более подробно историю изучения нуклеотидов.
Нуклеотиды — это неотъемлемая составляющая каждой клетки живого организма, обеспечивающая ее жизнедеятельность, а также хранение, транспортировку и реализацию наследственной (генетической) наследственности. Ученые посвятили годы изучению видов и строения молекул, что открывает перед человеком большие возможности.
Нуклеи́новые кисло́ты (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.
Содержание
История исследования
Способы выделения
Нуклеиновые кислоты легко деградируют под действием особого класса ферментов — нуклеаз. В связи с этим при их выделении важно обработать лабораторное оборудование и материалы соответствующими ингибиторами. Так, например, при выделении РНК широко используется такой ингибитор рибонуклеаз как DEPC.
Химические свойства
Нуклеиновые кислоты хорошо растворимы в воде, практически не растворимы в органических растворителях. Очень чувствительны к действию температуры и критических значений уровня pH. Молекулы ДНК с высокой молекулярной массой, выделенные из природных источников, способны фрагментироваться под действием механических сил, например при перемешивании раствора. Нуклеиновые кислоты фрагментируются ферментами — нуклеазами.
Строение
Полимерные формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами. Цепочки из нуклеотидов соединяются через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Поскольку в нуклеотидах существует только два типа гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).
Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке.
Смотреть что такое «Нуклеиновые кислоты» в других словарях:
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — полинуклеотиды, фосфорсодержащие биополимеры, имеющие универсальное распространение в живой природе. Впервые обнаружены Ф. Мишером в 1868 в клетках, богатых ядерным материалом (лейкоцитах, сперматозоидах лосося). Термин «Н. к.» предложен в 1889.… … Биологический энциклопедический словарь
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… … Современная энциклопедия
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — (полинуклеотиды) высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… … Большой Энциклопедический словарь
Нуклеиновые кислоты — (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты – дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, соединения, состоящие из остатков фосфорной кислоты, пуриновых и пиримидиновых оснований и углевода. Входят в качестве простетической (небелковой) группы в состав т. н. нуклео протеидов (см.), участвуя в построении клеточного … Большая медицинская энциклопедия
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ, химические макромолекулы, присутствующие во всех живых организмах и в вирусах. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая) хранит ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД, который является системой записи наследственной… … Научно-технический энциклопедический словарь
нуклеиновые кислоты — – высокомолекулярные соединения, мономерами которых служат нуклеотиды … Краткий словарь биохимических терминов
нуклеиновые кислоты — (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и… … Энциклопедический словарь
НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — биополимеры, состоящие из остатков фосфорной кислоты, сахаров и азотистых оснований (пуринов и пиримидинов). Имеют фундаментальное биологическое значение, поскольку содержат в закодированном виде всю генетическую информацию любого живого… … Энциклопедия Кольера
Нуклеиновые кислоты — они же полинуклеотиды, они же биополемеры, построенные из большого числа остатков нуклеотидов; постоянная и необходимая составная часть всех живых систем, которым принадлежит ведущая роль в биосинтезе белка и передаче наследственных признаков… … Начала современного естествознания
Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые являются важнейшими компонентами биохимических процессов, протекающих в организме человека, играют роль в хранении и передачи наследственной информации.
Строение нуклеиновых кислот.
Строение нуклеиновых кислот может объяснить гидролиз. При полном гидролизе образуется смесь пиримидиновых и пуриновых оснований, моносахарид и фосфорная кислота.
В качестве моносахарида выступает одно из этих соединений:
При частичном гидролизе продуктом реакции является смесь нуклеотидов, молекулы которых построены из остатков фосфорной кислоты, моносахарида и азотистого основания. Остаток фосфорной кислоты связан с 3-м или 5-ым атомом углерода, а остаток основания – с 1ым атомом углерода моносахарида. Общая формула нуклеотидов:
Где Х = ОН для рибонуклеотидов, построенных на основе рибозы или Х = Н – для дезаксирибонуклеотидов, построенных на основе дезоксирибозы. В зависимости от типа азотистого основания различают пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды.
Нуклеотид – основная структурная единица нуклеиновых кислот – мономер.
Если в состав входят рибонуклеотиды, то такую кислоту называют рибонуклеиновой (РНК), а если из дезоксирибонуклеотидов, то – дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).
В РНК входят: аденин, гуанин, цитозин и урацил.
В ДНК входят основания, содержащие аденин, гуанин, цитозин и тимин.
Свойства ДНК и РНК зависят от последовательности оснований в полинуклеотидной цепи и пространственным строением цепи. Именно последовательность несет в себе уникальный генетический код, а остатки моносахаридов и фосфорной кислоты играют структурную роль.
При частичном гидролизе отщепляется остаток фосфорной кислоты и образуются нуклеозиды, которые состоят из остатков пуринового или пиримидинового основания, связанного с остатком миносахарида:
В молекуле РНК и ДНК нуклеотиды связаны в единую полимерную цепь:
Пространственная структура полинуклеотидных цепей была определена рентгеноструктурным анализом. В 1953 года Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель трехмерной структуры ДНК, принципы которой заключались в следующем:
1. Молекула ДНК представляет собой двойную спираль с состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны.
2. Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфора и дезоксирибозы – снаружи.
3. На полный виток спираль приходится 10 нуклеотидов.
4. Две спирали связаны друг с другом водородными связями. Важное свойство ДНК – избирательность в образовании связей – комплементарность. Причем размеры оснований подобраны так, что тимин связывается только с аденином, а цитозин – с гуанином.
Две спирали в ДНК комплементарны друг другу. Последовательность оснований в одной цепи определяет последовательность в соседней.
В каждой паре оснований, связанных друг с другом водородными связями, одно основания является пуриновым, в другом – пиримидиновым.
Двухспиральная молекула ДНК с комплементарными полинуклеотидными цепями обеспечивает возможность самоудвоения (репликация).
Перед удвоением водородные связи разрываются, и 2 цепи расходятся и раскручиваются. И после этого каждая цепь становится матрицей для образованием новой комплементарной цепи. Синтез новых цепей происходит при участии ДНК-полимеразы.
Молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи, которая не имеет строго определенной последовательности. Она может «складываться» сама на себя и образовывать отдельные двухцепочечные участки с водородными связями между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями:
Биологическая роль нуклеиновых кислот.
ДНК – главная молекула в живом организме. Она хранит генетическую информацию, которая передается из поколения в поколение. В ДНК закодирован состав всех белков организма.
В качестве посредника между ДНК и местом синтеза белка выступает РНК, где происходит 2 процесса:
Клетки содержат 3 типа РНК, которые выполняют различные функции:
1. Информационная или матричная РНК (мРНК) считывает и переносит генетическую информацию от ДРК к рибосомам, где происходит синтез определенной структуры белка. Молекула мРНК под действием РНК-полимеразы синтезируется на отдельном участке одной из 2х цепей ДНК, причем последовательность в РНК строго комплементарная последовательности в ДНК:
2. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам, где они соединяются пептидными связями в определенной последовательности.
3. Рибосомальная РНК (рРНК) участвует в синтезе белков в рибосомах.
Нуклеиновая кислота – определение, функции и примеры
Определение
Нуклеиновая кислота – это цепь нуклеотидов, которая хранит генетическую информацию в биологических системах. Он создает ДНК и РНК, которые хранят информацию, необходимую клеткам для создания белков. Эта информация хранится в нескольких наборах из трех нуклеотидов, известных как кодоны.
Как работают нуклеиновые кислоты
Название происходит от того факта, что эти молекулы являются кислотами, то есть они хорошо переносят протоны и принимают электронные пары в химических реакциях, и тем фактом, что они были впервые обнаружены в ядрах наших клеток.
Как правило, нуклеиновая кислота большая молекула состоит из строки или «полимера» из единиц, называемых «нуклеотиды «. Вся жизнь на Земле использует нуклеиновые кислоты в качестве среды для записи наследственной информации, то есть нуклеиновые кислоты – это жесткие диски, содержащие необходимый план или «исходный код» для создания клеток.
В течение многих лет ученые задавались вопросом, как живые существа «знают», как производить все сложные материалы, которые им необходимы для роста и выживания, и как они передают свои черты потомству.
Ученые в конце концов нашли ответ в виде ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – молекула, расположенная в ядре клеток, которая передается от родительских клеток к «дочерним» клеткам.
Когда ДНК была повреждена или передана неправильно, ученые обнаружили, что клетки не работают должным образом. Повреждение ДНК может привести к неправильному развитию клеток и организмов или к настолько сильному повреждению, что они просто погибнут.
Более поздние эксперименты показали, что другой тип нуклеиновой кислоты – РНК или рибонуклеиновая кислота – действовал какпосыльный », Которые могут нести копии инструкций, найденных в ДНК. Рибонуклеиновая кислота также использовалась для передачи инструкций от поколения к поколению некоторыми вирусами.
Функция нуклеиновых кислот
Информация о магазине нуклеиновых кислот, как компьютерный код
Безусловно, наиболее важной функцией нуклеиновых кислот для живых организмов является их роль носителя информации.
Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть созданы с четырьмя «основаниями» и поскольку «правила спаривания оснований» позволяют «копировать» информацию, используя одну цепь нуклеиновых кислот в качестве шаблона для создания другой, эти молекулы способны как содержать, так и копировать информацию.
Чтобы понять этот процесс, может быть полезно сравнить код ДНК с двоичным кодом, используемым компьютерами. Два кода очень разные по своей специфике, но принцип один и тот же. Так же, как ваш компьютер может создавать целые виртуальные реальности, просто считывая строки 1 и 0, клетки могут создавать целые живые организмы, считывая строки из четырех пар оснований ДНК.
Как вы можете себе представить, без бинарного кода у вас не было бы компьютера и компьютерных программ. Точно так же живые организмы нуждаются в неповрежденных копиях своего «исходного кода» ДНК, чтобы функционировать.
Параллели между генетический код и двоичный код даже побудил некоторых ученых предложить создание «генетических компьютеров», которые могли бы хранить информацию гораздо более эффективно, чем жесткие диски на основе кремния. Однако, поскольку наша способность записывать информацию о кремнии возросла, мало внимания уделялось исследованиям «генетических компьютеров».
Защита информации
Поскольку исходный код ДНК так же важен для клетка поскольку ваша операционная система находится на вашем компьютере, ДНК должна быть защищена от возможного повреждения. Чтобы транспортировать инструкции ДНК в другие части клетки, копии ее информации делаются с использованием другого типа нуклеиновой кислоты – РНК.
Это РНК-копии генетической информации, которые отправляются из ядра и вокруг клетки для использования в качестве инструкций клеточным механизмом.
Клетки также используют нуклеиновые кислоты для других целей. Рибосомы – клеточные машины, которые производят белок – и некоторые ферменты сделаны из РНК.
ДНК использует РНК как своего рода защитный механизм, отделяющий ДНК от хаотической среды цитоплазма, Внутри ядра ДНК защищена. За пределами ядра движения органелл, везикул и других клеточных компонентов могут легко повредить длинные и сложные нити ДНК.
Тот факт, что РНК может действовать как в качестве наследственного материала, так и в качестве фермента, подтверждает идею о том, что самой первой жизнью могла быть самореплицирующаяся, самокатализирующаяся молекула РНК.
Примеры нуклеиновых кислот
Наиболее распространенными нуклеиновыми кислотами в природе являются ДНК и РНК. Эти молекулы составляют основу для большей части жизни на Земле, и они хранят информацию, необходимую для создания белков, которые, в свою очередь, выполняют функции, необходимые для выживания и размножения клеток. Однако ДНК и РНК не единственные нуклеиновые кислоты. Тем не менее, искусственные нуклеиновые кислоты также были созданы. Эти молекулы функционируют так же, как природные нуклеиновые кислоты, но они могут выполнять аналогичную функцию. На самом деле, ученые используют эти молекулы для создания основы «искусственной формы жизни», которая может поддерживать искусственную нуклеиновую кислоту и извлекать из нее информацию для создания новых белков и выживания.
Вообще говоря, сами нуклеиновые кислоты различаются в каждом организм на основе последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте. Эта последовательность «читается» клеточным аппаратом для подключения аминокислоты в правильной последовательности, построение сложных белковых молекул со специфическими функциями.
Нуклеиновые Кислоты и Генетика
Генетический код
Сегодня ученые знают, что исходный код для клеток в буквальном смысле написан на нуклеиновых кислотах. Генная инженерия изменяет свойства организмов, добавляя, удаляя или переписывая части их ДНК – и впоследствии изменяя то, какие «части» производят клетки.
Достаточно квалифицированный генетический «программист» может создать инструкции для живой клетки с нуля, используя код нуклеиновой кислоты. Ученые сделали именно это в 2010 году, используя искусственный синтезатор ДНК, чтобы «писать» геном с нуля, используя кусочки исходного кода, взятые из других клеток.
Все живые клетки на Земле «читают» и «пишут» свои исходные коды практически на одном и том же «языке», используя нуклеиновые кислоты. Наборы из трех нуклеотидов, называемые кодонами, могут кодировать любую данную аминокислоту или для остановки или начало белка производство.
Другие свойства нуклеиновых кислот могут влиять на экспрессию ДНК более тонкими способами, такими как слипание и затруднение для транскрипция ферменты для доступа к коду, который они хранят.
Тот факт, что все живые клетки на Земле «говорят» почти на одном и том же генетическом «языке», поддерживает идею универсального общего предка, то есть идею, что вся жизнь на Земле сегодня началась с одной первичной клетки, чьи потомки эволюционировали, чтобы породить для всей современной жизни вид.
С химической точки зрения, нуклеотиды, которые связаны вместе для создания нуклеиновых кислот, состоят из пятиуглеродного сахара, фосфатная группа и азотсодержащее основание. Изображение ниже показывает структурные чертежи четырех азотистых оснований ДНК и четырех РНК, используемых живыми существами на Земле в своих нуклеиновых кислотах.
Это также показывает, как сахарно-фосфатные «скелеты» связываются под углом, который создает спираль – или двойная спираль в случае ДНК – когда несколько нуклеиновых кислот связаны вместе в одну молекулу:
Поскольку нуклеиновые кислоты могут быть получены естественным путем путем взаимодействия неорганических ингредиентов, и поскольку они, возможно, являются наиболее важным компонентом для жизни на Земле, некоторые ученые считают, что самая первая «жизнь» на Земле, возможно, была самовоспроизводящейся последовательностью аминокислот это было создано естественными химическими реакциями.
Нуклеиновые кислоты были обнаружены в метеоритах из космоса, доказывая, что эти сложные молекулы могут образовываться по естественным причинам даже в условиях, где нет жизни.
Некоторые ученые даже предположили, что такие метеориты, возможно, помогли создать первую самореплицирующуюся «жизнь» нуклеиновых кислот на Земле. Это кажется возможным, но нет никаких веских доказательств, чтобы сказать, правда ли это.
Структура нуклеиновой кислоты
Поскольку нуклеиновые кислоты могут образовывать огромные полимеры, которые могут принимать различные формы, существует несколько способов обсудить «структуру нуклеиновой кислоты». Это может означать нечто столь же простое, как последовательность нуклеотидов в куске ДНК, или что-то столь же сложное, как способ складывания молекулы ДНК и взаимодействие с другими молекулами. Нуклеиновые кислоты образуются в основном с элементами углерода, кислорода, водорода, азота и фосфора.
Пожалуйста, обратитесь к нашему Структура нуклеиновой кислоты статья для получения дополнительной информации.
Мономер нуклеиновых кислот
Нуклеотиды являются отдельными мономерами нуклеиновой кислоты. Эти молекулы довольно сложные, состоящие из азотистая основа плюс сахарно-фосфатный «костяк». Есть четыре основных типа нуклеотидов, аденин (A), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т).
Когда наши клетки соединяют нуклеотиды вместе, образуя полимеры, называемые нуклеиновыми кислотами, они связывают их, заменяя молекулу кислорода в 3 ‘сахаре одного нуклеотид Основа с молекулой кислорода 5′-сахара другого нуклеотида.
Это возможно, потому что химические свойства нуклеотидов позволяют 5′-углеродам связываться с несколькими фосфатами. Эти фосфаты являются привлекательными связывающими партнерами для 3′-молекулы кислорода 3′-кислорода другого нуклеотида, так что молекула кислорода сразу же связывается с фосфатами и заменяется кислородом 5′-сахара. Два нуклеотидных мономера затем полностью связаны с Ковалентная связь через эту молекулу кислорода, превращая их в одну молекулу.
Нуклеотиды – это мономеры нуклеиновых кислот, но так же, как нуклеиновые кислоты могут служить не только для передачи информации, но и для других целей, нуклеотиды могут.
Молекулы, несущие жизненную энергию, ATP и GTP, состоят из нуклеотидов – нуклеотидов «A» и «G», как вы могли догадаться.
В дополнение к переносу энергии, GTP также играет жизненно важную роль в G-белке клеточная сигнализация пути. Термин «G-белок» на самом деле происходит от «G» в «GTP» – того же самого G, который содержится в генетическом коде.
G-белки представляют собой особый тип белка, который может вызывать сигнальные каскады с важными и сложными последствиями в клетке. Когда GTP фосфорилируется, эти G-белки могут быть включены или выключены.
