Nükleik asitler: araştırma tarihi, açıklama. Nükleik asitler RNA'nın kimyasal özellikleri
Rusya Federasyonu Eğitim ve Bilim Bakanlığı
Federal Eyalet Özerk Eğitim Kurumu
Yüksek öğrenim
"KAZAN ULUSAL ARAŞTIRMA TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ"
GIDA MÜHENDİSLİĞİ ENSTİTÜSÜ
GIDA BİYOTEKNOLOJİSİ BÖLÜMÜ
KONU HAKKINDA ÖZET
NÜKLEİK ASİTLER. DNA ve RNA
Tamamlayan: Radenko V.
Grup 625 M-52
Nükleik asitler - canlı organizmalarda kalıtsal (genetik) bilgilerin depolanmasını ve iletilmesini sağlayan doğal yüksek moleküllü organik bileşikler. Her canlı organizma 2 tip nükleik asit içerir: ribonükleik asit (RNA) ve deoksiribonükleik asit (DNA). Bilinen en küçük nükleik asit olan transfer RNA'nın (tRNA) molekül ağırlığı yaklaşık 25 kDa'dır. DNA en büyük polimer molekülüdür; moleküler ağırlıkları 1.000 ila 1.000.000 kDa arasında değişir. DNA ve RNA monomerik birimlerden - nükleotidlerden oluşur, bu yüzden nükleik asitlere polinükleotidler denir.
Nükleotidlerin yapısı
Her nükleotid kimyasal olarak farklı 3 bileşen içerir: bir heterosiklik azotlu baz, bir monosakarit (pentoz) ve bir fosforik asit kalıntısı. Molekülde bulunan fosforik asit kalıntılarının sayısına bağlı olarak, nükleosid monofosfatlar (NMP), nükleosid difosfatlar (NDP) ve nükleosid trifosfatlar (NTP) ayırt edilir (Şekil 4-1). Nükleik asitler iki tip azotlu baz içerir: pürin - adenin(A), guanin(G) ve pirimidin - sitozin(İLE), timin(T) ve urasil(U). Bazlardaki atomların numaralandırılması döngünün içinde yazılmıştır (Şekil 4-2). Nükleotidlerdeki pentozlar ya riboz (RNA'da) ya da deoksiribozdur (DNA'da). Pentozlardaki atom sayısını bazlardaki atom numaralarından ayırt etmek için kayıt döngünün dışında yapılır ve - 1", 2", 3", 4" sayısına bir asal (") eklenir ve 5" (Şek. 4-3). Pentoz baza bağlanır N-glikosidik bağ, pentozun C1 atomu (riboz veya deoksiriboz) ve pirimidin'in N1 atomu veya pürinin N9 atomu tarafından oluşturulur (Şekil 4-4). Pentozun riboz ile temsil edildiği nükleotidlere ribonükleotidler denir ve ribonükleotidlerden oluşturulan nükleik asitlere ribonükleik asitler veya RNA denir. Monomerleri deoksiriboz içeren nükleik asitlere deoksiribonükleik asitler veya DNA denir. Yapılarına göre nükleik asitler şu şekilde sınıflandırılır:
Pirinç. 4-1. Adenozinin nükleosid mono-, di- ve trifosfatları. Nükleotidler, nükleozidlerin fosfor esterleridir. Fosforik asit kalıntısı pentozun 5" karbon atomuna (5" fosfoester bağı) bağlanır.
Pirinç. 4-2. Pürin ve pirimidin bazları.
Pirinç. 4-3. Pentozlar. RNA nükleotidlerinin bileşiminde β-D-riboz ve DNA nükleotidlerinin bileşiminde β-D-2-deoksiriboz olmak üzere 2 tip vardır.
doğrusal polimerlerin sınıfı. Nükleik asit omurgası, molekülün tüm uzunluğu boyunca aynı yapıya sahiptir ve alternatif gruplardan (pentoz-fosfat-pentoz) oluşur (Şekil 4-5). Polinükleotid zincirlerindeki değişken gruplar azotlu bazlardır - pürinler ve pirimidinler. RNA molekülleri adenin (A), urasil (U), guanin (G) ve sitozin (C) içerirken DNA, adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) içerir. DNA ve RNA moleküllerinin benzersiz yapısı ve işlevsel bireyselliği, birincil yapıları (polinükleotid zincirindeki azotlu bazların dizisi) tarafından belirlenir.
Pirinç. 4-4. Pürin ve pirimidin nükleotidleri.
Pirinç. 4-5. Bir DNA zincirinin parçası.
B. Deoksiribonükleik asitin (DNA) yapısı
DNA'nın birincil yapısı - polinükleotid zincirindeki deoksiribonükleosit monofosfatların (dNMP) değişim sırası. Molekülün 5" ucundaki fosfor kalıntısı haricinde polinükleotid zincirindeki her fosfat grubu, iki komşu deoksiribozun 3" ve 5" karbon atomlarını içeren iki ester bağının oluşumuna katılır, dolayısıyla aralarındaki bağ monomerler 3", 5" - fosfodiester olarak adlandırılır. DNA'nın terminal nükleotidleri yapıları ile ayırt edilir: zincirin 5" ucunda bir fosfat grubu vardır ve zincirin 3" ucunda serbest bir OH grubu vardır. Bu uçlara 5" ve 3" uçlar denir. DNA polimer zincirindeki deoksiribonükleotitlerin doğrusal dizisi genellikle tek harfli kod kullanılarak kısaltılır, örneğin -A-G-C-T-T-A-C-A- 5"-'den 3"'e kadar.
Her nükleik asit monomeri bir fosforik asit kalıntısı içerir. PH 7'de fosfat grubu tamamen iyonize olur, yani in vivo Nükleik asitler polianyonlar halinde bulunur (birden fazla negatif yüke sahiptir). Pentoz kalıntıları ayrıca hidrofilik özellikler de sergiler. Azot bazları suda neredeyse çözünmez, ancak purin ve pirimidin halkalarının bazı atomları oluşabilmektedir. hidrojen bağları.
DNA'nın ikincil yapısı. 1953'te J. Watson ve F. Crick, DNA'nın uzaysal yapısına ilişkin bir model önerdiler. Bu modele göre DNA molekülü, birbirine göre ve ortak bir eksen etrafında bükülmüş iki polinükleotid zincirinden oluşan bir sarmal şekline sahiptir. Çift sarmal sağ elini kullanan, içindeki polinükleotid zinciri antiparalel(Şekil 4-6), yani. bunlardan biri 3"→5" yönündeyse ikincisi 5"→3" yönündedir. Bu nedenle her uçta
Pirinç. 4-6. DNA çift sarmalı.
DNA molekülleri, tamamlayıcı bir nükleotid dizisine sahip iki antiparalel iplikten oluşur. Zincirler birbirine göre sağa doğru spiral şeklinde bükülür, böylece molekülün dönüşü başına yaklaşık 10 çift nükleotid bulunur. DNA iplikçiklerinin tüm bazları çift sarmalın içinde bulunur ve pentoz fosfat omurgası dışarıda bulunur. Polinükleotid zincirleri, tamamlayıcı purin ve pirimidin azotlu bazları A ve T (iki bağ) ve G ve C (üç bağ) arasındaki hidrojen bağları nedeniyle birbirine göre tutulur (Şekil 4-7). Bu kombinasyonla her çift üç halka içerir, dolayısıyla bu baz çiftlerinin genel boyutu molekülün tüm uzunluğu boyunca aynıdır.
Pirinç. 4-7. DNA'daki purin-pirimidin baz çiftleri.
Bir çiftteki diğer baz kombinasyonlarıyla hidrojen bağları mümkündür, ancak bunlar çok daha zayıftır. Bir zincirin nükleotid dizisi, ikinci zincirin nükleotid dizisine tamamen tamamlayıcıdır. Bu nedenle, Chargaff kuralına göre (1951'de Erwin Chargaff, bir DNA molekülündeki purin ve pirimidin bazlarının oranındaki kalıpları oluşturmuştur), purin bazlarının sayısı (A + G), pirimidin bazlarının sayısına (T + C) eşittir. . Tamamlayıcı bazlar sarmalın çekirdeğinde istiflenir. Bir yığındaki çift sarmallı bir molekülün bazları arasında, hidrofobik etkileşimler,çift sarmalın stabilizasyonu.
Bu yapı nitrojenli kalıntıların suyla temasını engeller ancak baz yığını tamamen dikey olamaz. Baz çiftleri birbirinden hafifçe kaydırılmıştır. Oluşturulan yapıda iki oluk ayırt edilir - biri 2,2 nm genişliğinde büyük ve diğeri 1,2 nm genişliğinde küçük. Büyük ve küçük oluklar bölgesindeki nitrojen bazları, kromatin yapısının düzenlenmesinde rol oynayan spesifik proteinlerle etkileşime girer.
DNA'nın üçüncül yapısı (DNA süper sargısı) Her DNA molekülü ayrı bir kromozom halinde paketlenir. İnsan diploid hücreleri şunları içerir: 46 kromozom. Bir hücredeki tüm kromozomların DNA'sının toplam uzunluğu 1,74 m'dir ancak çapı milyonlarca kat daha küçük bir çekirdek içinde paketlenmiştir. DNA'nın hücre çekirdeğine yerleştirilebilmesi için çok kompakt bir yapının oluşması gerekir. DNA sıkıştırması ve süpersarılması, DNA yapısındaki belirli dizilerle etkileşime giren çeşitli proteinler kullanılarak gerçekleştirilir. Ökaryotik DNA'ya bağlanan tüm proteinler 2 gruba ayrılabilir: Gisgon ve histon olmayan proteinler. Hücrelerin nükleer DNA'sını içeren protein kompleksine kromatin denir.
Histonlar- birçok arginin ve lisin kalıntısı içeren, moleküler ağırlığı 11-21 kDa olan proteinler. Pozitif yükleri nedeniyle histonlar, DNA çift sarmalının dışında bulunan negatif yüklü fosfat gruplarıyla iyonik bağlar oluşturur. 5 tip histon vardır. Dört histon H2A, H2B, H3 ve H4, adı verilen bir oktamerik protein kompleksi (H2A, H2B, H3, H4) 2 oluşturur. "nükleozomal çekirdek"(İngilizce'den nükleozom çekirdeği). DNA molekülü, histon oktamerinin yüzeyine "sarılır" ve 1,75 dönüşü (yaklaşık 146 nükleotid çifti) tamamlar. DNA'lı histon proteinlerinin bu kompleksi, kromatinin ana yapısal birimi olarak görev yapar, buna denir. "nükleozom". Nükleozomal parçacıkları bağlayan DNA'ya bağlayıcı DNA denir. Ortalama olarak, bağlayıcı DNA 60 çift nükleotid kalıntısından oluşur. Histon H1 molekülleri DNA'ya internükleozomal bölgelerde (bağlayıcı diziler) bağlanır ve bu bölgeleri nükleazların etkisinden korur (Şekil 4-8).
Pirinç. 4-8. Nükleozom yapısı.
Sekiz histon molekülü (H2A, H2B, H3, H4)2, nükleozomun çekirdeğini oluşturur ve çevresinde DNA yaklaşık 1,75 tur oluşturur. DNA. Lizin, arginin ve histonların terminal amino gruplarının amino asit kalıntıları değiştirilebilir: asetile edilebilir, fosforile edilebilir, metillenebilir veya ubikuitin proteini (histon olmayan protein) ile etkileşime girebilir. Değişiklikler geri döndürülebilir veya geri döndürülemez olabilir; histonların yükünü ve konformasyonunu değiştirirler ve bu, histonların birbirleriyle ve DNA ile etkileşimini etkiler. Modifikasyonlardan sorumlu enzimlerin aktivitesi düzenlenir ve hücre döngüsünün aşamasına bağlıdır. Değişiklikler, kromatinin konformasyonel yeniden düzenlemelerini mümkün kılar.
Histon olmayan kromatin proteinleri.Ökaryotik bir hücrenin çekirdeği yüzlerce farklı DNA bağlayıcı histon olmayan protein içerir. Her protein belirli bir DNA nükleotid dizisine tamamlayıcıdır (DNA sitesi). Bu grup, "çinko parmak" tipinin bölgeye özgü protein ailesini içerir (bkz. bölüm 1). Her bir “çinko parmak”, 5 nükleotid çiftinden oluşan spesifik bir bölgeyi tanır. Bölgeye özgü proteinlerin bir başka ailesi de homodimerlerdir. Böyle bir proteinin DNA ile temas halindeki fragmanı, sarmal dönüşlü sarmal yapıya sahiptir (bkz. bölüm 1). Sürekli olarak kromatin ile ilişkili olan yapısal ve düzenleyici proteinler grubu, yüksek hareketliliğe sahip proteinleri içerir ( HMG proteinleri- İngilizce'den, yüksek hareketlilik jel proteinleri). Molekül ağırlığı 30 kDa'dan azdır ve yüksek miktarda yüklü amino asit içeriği ile karakterize edilirler. Düşük moleküler ağırlıklarından dolayı HMG proteinleri poliakrilamid jel elektroforezi sırasında yüksek hareketliliğe sahiptir. Histon olmayan proteinler ayrıca replikasyon, transkripsiyon ve onarım enzimlerini de içerir. DNA ve RNA sentezinde yer alan yapısal, düzenleyici proteinler ve enzimlerin katılımıyla, nükleozom dizisi, oldukça yoğunlaştırılmış bir protein ve DNA kompleksine dönüştürülür. Ortaya çıkan yapı, orijinal DNA molekülünden 10.000 kat daha kısadır.
Makalenin içeriği
NÜKLEİK ASİTLER– bireysel bir canlı organizma hakkındaki tüm bilgileri depolayan, onun büyümesini ve gelişimini belirleyen ve ayrıca gelecek nesillere aktarılan kalıtsal özellikleri depolayan biyolojik polimer molekülleri. Nükleik asitler, adlarını belirleyen tüm bitki ve hayvan organizmalarının hücre çekirdeklerinde bulunur (lat. . çekirdek - çekirdek).
Nükleik asitlerin polimer zincirinin bileşimi.
Nükleik asitlerin polimer zinciri, fosforik asit H3P03 parçalarından ve furan türevleri olan heterosiklik moleküllerin parçalarından birleştirilir. Her biri bu tür iki tür heterosiklden birine (riboz veya deoksiriboz) dayanan yalnızca iki tür nükleik asit vardır (Şekil 1).
Pirinç. 1. RİBOZ VE DEOKSİRİBOZUN YAPISI.
Riboz adı (Lat. . Kaburga - kaburga, ataş), şeker sınıfına (örneğin, glikoz, fruktoz) ait olduğunu gösteren bir - oz sonuna sahiptir. İkinci bileşik, ribozda kırmızıyla işaretlenmiş bir OH grubuna (hidroksi grubu) sahip değildir. Bu bakımdan üçlü bileşiğe deoksiriboz, yani oksi grubundan yoksun riboz adı verilir.
Riboz ve fosforik asit parçalarından oluşan polimer zinciri, nükleik asitlerden biri olan ribonükleik asidin (RNA) temelini oluşturur. Bu bileşiğin ismindeki "asit" terimi, fosforik asidin asidik gruplarından biri olan OH'nin sübstitüe edilmemiş kalması nedeniyle kullanılmıştır, bu da bileşiğin tamamına hafif asidik bir karakter verir. Polimer zincirinin oluşumunda riboz yerine deoksiriboz rol oynuyorsa, o zaman iyi bilinen DNA kısaltmasının yaygın olarak kabul edildiği deoksiribonükleik asit oluşur.
DNA'nın yapısı.
DNA molekülü, organizmanın büyüme ve gelişme sürecinde başlangıç noktası görevi görür. Şek. Şekil 2, iki tip alternatif başlangıç bileşiğinin bir polimer zinciri halinde nasıl birleştirildiğini göstermektedir; sentez yöntemini değil, bir DNA molekülünün bir araya getirilmesinin temel diyagramını göstermektedir.
Son versiyonda polimer DNA molekülü, yan çerçevede nitrojen içeren heterosikller içerir. DNA'nın oluşumunda bu tür bileşiklerin dört türü rol oynar; bunlardan ikisi altı üyeli döngülerdir ve ikisi, altı üyeli bir halkanın beş üyeli bir halkayla kaynaştığı yoğunlaştırılmış döngülerdir (Şekil 3).
Pirinç. 3. AZOT İÇEREN HETEROSİKLLERİN YAPISI DNA'nın bir parçası olan
Montajın ikinci aşamasında, yukarıda gösterilen nitrojen içeren heterosiklik bileşikler, deoksiribozun serbest OH gruplarına eklenir ve polimer zinciri üzerinde yan kolyeler oluşturulur (Şekil 4).
Polimer zincirine bağlı adenin, timin, guanin ve sitozin molekülleri, orijinal bileşiklerin adlarının ilk harfleriyle gösterilir; A, T, G Ve C.
DNA'nın polimer zincirinin belirli bir yönü vardır - molekül boyunca zihinsel olarak ileri ve geri yönlerde hareket ederken, zinciri oluşturan aynı gruplarla yol boyunca farklı sıralarda karşılaşılır. Bir fosfor atomundan diğerine bir yönde hareket ederken, yol boyunca önce bir CH2 grubu ve ardından iki CH grubu vardır (ters yönde hareket ederken oksijen atomları göz ardı edilebilir); ters çevrilmiştir (Şek. 5).
Pirinç. 5. DNA'NIN POLİMER ZİNCİRİNİN YÖNLENMESİ. Bağlı heterosikllerin değişme sırasını açıklarken, doğrudan yönü, yani CH2 grubundan CH gruplarına doğru kullanmak gelenekseldir.
"İplikçik yönü" kavramı, iki DNA ipliğinin birleştiğinde nasıl düzenlendiğini anlamaya yardımcı olur ve aynı zamanda protein senteziyle doğrudan ilişkilidir.
Bir sonraki aşamada iki DNA molekülü birleştirilir ve zincirlerin başı ve sonu zıt yönlerde olacak şekilde konumlandırılır. Bu durumda, iki zincirin heterosiklleri birbirine bakar ve optimal bir şekilde konumlandırılır; bu, hidrojen bağlarının C=O ve NH2 grubu çiftleri arasında ve aynı zamanda bir parçası olan є N ve NH= arasında ortaya çıktığı anlamına gelir. heterosikllerin ( santimetre. HİDROJEN BAĞI). Şek. Şekil 6, iki zincirin birbirine göre nasıl konumlandırıldığını ve heterosikller arasında hidrojen bağlarının nasıl oluştuğunu göstermektedir. En önemli detay, hidrojen bağlarıyla bağlanan çiftlerin kesin olarak tanımlanmış olmasıdır: parça A her zaman etkileşime girer T ve parça G– her zaman yanında C. Bu grupların kesin olarak tanımlanmış geometrisi, bu çiftlerin birbirine son derece hassas bir şekilde (kilidin anahtarı gibi) uymasına yol açar; A-T iki hidrojen bağıyla bağlanır ve çift G-C- üç bağlantı.
Hidrojen bağları sıradan değerlik bağlarından belirgin şekilde daha zayıftır, ancak tüm polimer molekülü boyunca çok sayıda olmaları nedeniyle iki zincirin bağlantısı oldukça güçlü hale gelir. Bir DNA molekülü onbinlerce grup içerir A, T, G Ve C ve bir polimer molekülü içindeki değişimlerinin sırası farklı olabilir, örneğin zincirin belirli bir bölümünde dizi şöyle görünebilir: - A-A-T-G-C-G-A-T-. Etkileşen gruplar kesin olarak tanımlandığından, ikinci polimer molekülünün karşıt bölümü zorunlu olarak şu diziye sahip olacaktır: T-T-A-C-G-C-T-A-. Böylece, bir zincirdeki heterosikllerin düzenlenme sırası bilinerek, bunların başka bir zincire yerleşimi belirtilebilir. Bu yazışmadan, bir çift DNA molekülündeki toplam grup sayısı anlaşılmaktadır. A grup sayısına eşit T ve grup sayısı G- miktar C(E. Chargaff'ın kuralı).
Şekilde hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanan iki DNA molekülü görülmektedir. 5 iki düz yatan zincir şeklindedir, ancak gerçekte farklı şekilde düzenlenmiştir. Bağ açıları ve büzülen hidrojen etkileşimleri tarafından belirlenen tüm bağların uzaydaki gerçek yönü, polimer zincirlerinin belirli bir bükülmesine ve heterosikl düzleminin dönmesine yol açar; bu, Şekil 1'deki ilk video parçasında yaklaşık olarak gösterilmektedir. 7 yapısal formülü kullanarak. Tüm mekansal yapı ancak üç boyutlu modellerin yardımıyla çok daha doğru bir şekilde aktarılabilir (Şekil 7, ikinci video parçası). Bu durumda, karmaşık bir resim ortaya çıkar, bu nedenle, özellikle nükleik asitlerin yapısını tasvir ederken yaygın olarak kullanılan basitleştirilmiş görüntülerin kullanılması gelenekseldir veya proteinler. Nükleik asitler söz konusu olduğunda polimer zincirleri düz şeritler ve heterosiklik gruplar şeklinde gösterilir. A, T, G Ve C– farklı renklere sahip olan veya sonunda karşılık gelen heterosikllerin harf işaretlerini içeren yan çubuklar veya basit değerlik vuruşları şeklinde (Şekil 7, üçüncü video parçası).
Tüm yapı dikey eksen etrafında döndürüldüğünde (Şekil 8), iki polimer molekülünün sarmal şekli, sanki silindirin yüzeyine sarılmış gibi açıkça görülebilir; bu, DNA'nın iyi bilinen çift sarmalıdır.
Bu kadar basitleştirilmiş bir görüntüyle ana bilgiler kaybolmaz - gruplandırma sırası A, T, G Ve C Her canlı organizmanın bireyselliğini belirleyen sistem, tüm bilgileri dört harfli bir kodla kaydediyor.
Polimer zincirinin yapısı ve dört tip heterosiklin zorunlu varlığı, yaşayan dünyanın tüm temsilcileri için aynıdır. Tüm hayvanlar ve daha yüksek bitkiler belirli sayıda çifte sahiptir A – T her zaman bir çiftten biraz daha fazlası G – C. Memeli DNA'sı ile bitki DNA'sı arasındaki fark, memelilerin bir çifte sahip olmasıdır. A – T zincirin tüm uzunluğu boyunca çiftten biraz daha sık (yaklaşık 1,2 kat) meydana gelir G – C. Bitkiler söz konusu olduğunda, ilk çiftin tercihi çok daha belirgindir (yaklaşık 1,6 kat).
DNA bugün bilinen en büyük polimer moleküllerinden biridir; bazı organizmalarda polimer zinciri yüz milyonlarca birimden oluşur. Böyle bir molekülün uzunluğu birkaç santimetreye ulaşır ki bu, moleküler nesneler için çok büyük bir değerdir. Çünkü Molekülün kesiti yalnızca 2 nm (1 nm = 10-9 m) olduğundan, oranları onlarca kilometre uzunluğundaki bir demiryolu rayına benzetilebilir.
DNA'nın kimyasal özellikleri.
Suda DNA viskoz çözeltiler oluşturur; bu çözeltiler 60°C'ye ısıtıldığında veya alkalilere maruz bırakıldığında çift sarmal iki bileşenli zincirlere ayrılır ve orijinal koşullara döndüğümüzde yeniden birleşebilir. Hafif asidik koşullar altında, -P-O-CH2 parçalarının sırasıyla -P-OH ve HO-CH2 parçalarının oluşumuyla kısmen parçalanması sonucu hidroliz meydana gelir ve bunun sonucunda monomerik, dimerik ( DNA zincirinin birleştirildiği bağlantılar olan çift) veya trimerik (üçlü) asitler (Şekil 9).
Pirinç. 9. DNA BÖLÜNMESİYLE ELDE EDİLEN PARÇALAR.
Daha derin hidroliz, deoksiriboz bölgelerinin fosforik asitten ve ayrıca gruptan ayrılmasını mümkün kılar. G deoksiribozdan, yani DNA molekülünü kurucu bileşenlerine daha ayrıntılı olarak ayırın. Güçlü asitlerin etkisi altında (-P(O)-O-CH2- parçalarının ayrışmasına ek olarak), gruplar da bölünür A Ve G. Diğer reaktiflerin (örneğin hidrazin) etkisi grupların ayrılmasını mümkün kılar T Ve C. DNA'nın bileşenlere daha hassas bir şekilde bölünmesi, pankreastan izole edilen biyolojik bir preparat - deoksiribonükleaz kullanılarak gerçekleştirilir (uç - aza her zaman maddenin biyolojik kökenli bir katalizör (bir enzim) olduğunu gösterir. İsmin ilk kısmı deoksiribonükleaz- bu enzimin hangi bileşiği parçaladığını gösterir. Tüm bu DNA bölünmesi yöntemleri, her şeyden önce bileşiminin ayrıntılı bir analizine odaklanmıştır.
Bir DNA molekülünün içerdiği en önemli bilgi grupların değişim sırasıdır. A, T, G Ve Cözel geliştirilmiş teknikler kullanılarak elde edilir. Bu amaçla DNA molekülünde kesin olarak tanımlanmış bir diziyi bulan çok çeşitli enzimler yaratılmıştır. Örneğin: C-T-G-C-A-G(karşıt zincirdeki karşılık gelen dizinin yanı sıra G-A-C-G-T-C) ve onu zincirden izole edin. Bu özelliğe Pst I enzimi sahiptir (ticari adı, o mikroorganizmanın adından oluşmuştur) P Rovidencia st uartii, bu enzimin elde edildiği). Başka bir Pal I enzimi kullanıldığında diziyi bulmak mümkündür G-G-C-C. Daha sonra, önceden geliştirilmiş bir şemaya göre çok çeşitli farklı enzimlerin etkisinden elde edilen sonuçlar karşılaştırılır, bunun sonucunda belirli bir DNA bölümünde bu tür grupların dizisini belirlemek mümkündür. Artık bu tür teknikler yaygın kullanım aşamasına getirilmiş; bilimsel biyokimyasal araştırmalardan uzak, örneğin canlı organizmaların kalıntılarının tanımlanmasında veya akrabalık derecesinin belirlenmesinde çok çeşitli alanlarda kullanılmaktadır.
RNA yapısı
birçok yönden DNA'yı andırır, fark, ana zincirdeki fosforik asit fragmanlarının deoksiriboz ile değil riboz ile dönüşümlü olmasıdır (Şekil). İkinci fark, bir urasil heterohalkanın ( sen) timin yerine ( T), diğer heterosikller A, G Ve C DNA için de aynı şey geçerli. Urasil, Şekil 2'de halkaya bağlı bir metil grubunun yokluğunda timin'den farklıdır. Şekil 10'da bu metil grubu kırmızı renkle vurgulanmıştır.
Pirinç. 10. TİMİNİN URACIL'DEN FARKI- Timinde kırmızıyla vurgulanan ikinci bileşikte bir metil grubunun bulunmaması.
Şekilde bir RNA molekülünün bir parçası gösterilmektedir. 11, gruplandırma sırası A, sen, G Ve C ve niceliksel oranları farklı olabilir.
Şekil 11. BİR RNA MOLEKÜLÜNÜN PARÇASI. DNA'dan temel fark, ribozda (kırmızı) OH gruplarının ve bir urasil fragmanında (mavi) bulunmasıdır.
RNA'nın polimer zinciri DNA'nınkinden yaklaşık on kat daha kısadır. Ek bir fark, RNA moleküllerinin iki molekülden oluşan çift sarmallar halinde birleştirilmemesi, ancak genellikle tek bir molekül olarak var olmasıdır; bu molekül, bazı bölgelerde doğrusal bölümlerle dönüşümlü olarak kendisiyle çift sarmallı sarmal parçalar oluşturabilir. Helisel bölgelerde çiftlerin etkileşimi DNA'daki kadar sıkı bir şekilde gözlenir. Hidrojen bağlarıyla bağlanan ve bir sarmal oluşturan çiftler ( A-sen Ve G-C), grupların düzeninin bu tür bir etkileşim için uygun olduğu alanlarda ortaya çıkar (Şekil 12).
Canlı organizmaların büyük çoğunluğu için çiftlerin niceliksel içeriği A-sen bundan fazla G-C Memelilerde 1,5-1,6 kat, bitkilerde ise 1,2 kat. Canlı bir organizmada farklı rollere sahip olan çeşitli RNA türleri vardır.
RNA'nın kimyasal özellikleri
DNA'nın özelliklerine benzer, ancak ribozda ek OH gruplarının varlığı ve stabilize sarmal bölgelerin (DNA'ya kıyasla) daha düşük içeriği, RNA moleküllerini kimyasal olarak daha savunmasız hale getirir. Asitlerin veya alkalilerin etkisi altında, P(O)-O-CH2 polimer zincirinin ana parçaları kolayca hidrolize olur, gruplar A, sen, G Ve C daha kolay kırılır. Kimyasal olarak bağlı heterosiklleri korurken monomerik parçalar (Şekil 9'dakiler gibi) elde etmek gerekiyorsa, ribonküleaz adı verilen hassas enzimler kullanılır.
DNA ve RNA'nın protein sentezine katılımı
– nükleik asitlerin ana işlevlerinden biri. Proteinler her canlı organizmanın en önemli bileşenleridir. Memelilerin kasları, iç organları, kemik dokusu, derisi ve saçları şunlardan oluşur: proteinler. Bunlar canlı bir organizmada çeşitli amino asitlerden bir araya getirilen polimer bileşiklerdir. Böyle bir birleşmede, nükleik asitler kontrol edici bir rol oynar; süreç iki aşamada gerçekleşir ve her birinde belirleyici faktör, DNA ve RNA'nın nitrojen içeren heterosikllerinin karşılıklı yönelimidir.
DNA'nın asıl görevi kayıtlı bilgiyi depolamak ve protein sentezinin başladığı anda bunu sağlamaktır. Bu bakımdan DNA'nın RNA'ya kıyasla artan kimyasal stabilitesi anlaşılabilir. Doğa, temel bilgileri mümkün olduğu kadar dokunulmaz tutmaya özen göstermiştir.
İlk aşamada çift sarmalın bir kısmı açılır, serbest kalan dallar birbirinden ayrılır ve gruplar halinde A, T, G Ve C Erişilebilir olduğu ortaya çıkan, haberci RNA adı verilen RNA'nın sentezi başlar, çünkü matrisin bir kopyası olarak, ortaya çıkan DNA bölümünde kaydedilen bilgileri doğru bir şekilde yeniden üretir. Grubun karşısındaki A DNA molekülüne ait, grubu içeren gelecekteki haberci RNA'nın bir parçası var sen, diğer tüm gruplar, DNA çift sarmalının oluşumu sırasında bunun nasıl gerçekleştiğine tam olarak uygun olarak birbirinin karşısında bulunur (Şekil 13).
Bu şemaya göre, birkaç bin monomer birimi içeren bir haberci RNA polimer molekülü oluşur.
İkinci aşamada, kalıp DNA hücre çekirdeğinden perinükleer boşluğa, yani sitoplazmaya doğru hareket eder. Ortaya çıkan haberci RNA'ya, çeşitli amino asitleri taşıyan (taşıyan) transfer RNA'ları eşlik eder. Spesifik bir amino asitle yüklenen her transfer RNA, haberci RNA'nın kesin olarak belirlenmiş bir bölgesine yaklaşır; istenen konum, aynı grup karşılıklı yazışma ilkesi kullanılarak tespit edilir; A
Önemli bir ayrıntı, haberci ve transfer RNA arasındaki geçici etkileşimin yalnızca üç grupta, örneğin üçlüde meydana gelmesidir. C-C-sen matris asidi, yalnızca karşılık gelen üçlü uygun olabilir G-G-A kesinlikle glisin amino asidini taşıyan transfer RNA'sı (Şekil 14). Aynı şekilde üçlü için G-A-sen sadece bir set yaklaşabilir C-sen-A sadece lösin aminoasitini taşır. Böylece haberci RNA'daki grupların sırası, amino asitlerin hangi sırayla birleştirilmesi gerektiğini gösterir. Ek olarak sistem, kodlanmış biçimde ek düzenleyici kurallar içerir; üç grup haberci RNA'ya ait bazı diziler, protein sentezinin bu noktada durması gerektiğini gösterir; molekül gerekli uzunluğa ulaşmıştır.
Şekil 2'de gösterilmiştir. 14 protein sentezi bir tane daha - üçüncü tip RNA asitlerinin katılımıyla gerçekleşir; bunlar ribozomların bir parçasıdır ve bu nedenle bunlara ribozomal denir. Belirli ribozomal RNA proteinlerinin bir topluluğu olan ribozom, iki amino asitin bağlanmasından bir adım sonra haberci RNA'yı hareket ettiren bir taşıma bandı rolü oynayarak haberci ve transfer RNA'nın etkileşimini sağlar.
Şekil 2'de gösterilen iki aşamalı şemanın ana anlamı. Şekil 13 ve 14, bir protein molekülünün polimer zincirinin, çeşitli amino asitlerden amaçlanan sırayla ve kesinlikle DNA'nın belirli bir bölümünde kodlanmış biçimde yazılan plana göre bir araya getirilmesidir. Dolayısıyla DNA, tüm bu programlanmış sürecin başlangıç noktasını temsil etmektedir.
Yaşam sürecinde proteinler sürekli tüketilir ve bu nedenle açıklanan şemaya göre düzenli olarak yeniden üretilirler; yüzlerce amino asitten oluşan bir protein molekülünün tüm sentezi canlı bir organizmada yaklaşık bir dakika içinde gerçekleşir.
Nükleik asitlerle ilgili ilk çalışmalar 19. yüzyılın ikinci yarısında yapılmış, bir canlı organizmaya ait tüm bilgilerin DNA'da şifrelendiği anlayışı 20. yüzyılın ortalarında ortaya çıkmış, DNA'nın çift sarmallı yapısı 19. yüzyılın ortalarında kurulmuştur. 1953, J. Watson ve F. Crick tarafından, 20. yüzyılın en büyük bilimsel başarısı olarak kabul edilen X-ışını kırınım analizi verilerine dayanmaktadır. 20. yüzyılın 70'li yılların ortalarında. Nükleik asitlerin ayrıntılı yapısını deşifre etmeye yönelik yöntemler ortaya çıktı ve bundan sonra hedeflenen sentezlerine yönelik yöntemler geliştirildi. Günümüzde nükleik asitleri içeren canlı organizmalarda meydana gelen tüm süreçler net değildir ve bugün bu bilimin en hızlı gelişen alanlarından biridir.
Mihail Levitsky
Canlı bir organizmada üç ana makromolekül vardır: proteinler ve iki tür nükleik asit. Onlar sayesinde tüm vücudun hayati aktivitesi ve düzgün işleyişi korunur. Nükleik asitler nelerdir? Neden onlara ihtiyaç var? Bu konuda daha sonra makalede daha fazla bilgi bulacaksınız.
Genel bilgi
Nükleik asit, nükleotid kalıntılarından oluşan, yüksek moleküler ağırlığa sahip organik bir bileşik olan bir biyopolimerdir. Tüm genetik bilgilerin nesilden nesile aktarılması nükleik asitlerin asıl görevidir. Aşağıdaki sunum bu kavramı daha ayrıntılı olarak açıklayacaktır.
Çalışmanın tarihi
İncelenen ilk nükleotid 1847 yılında sığır kasından izole edildi ve “inosinik asit” olarak adlandırıldı. Kimyasal yapısının incelenmesi sonucunda ribozit-5′-fosfat olduğu ve N-glikosidik bağ içerdiği ortaya çıktı. 1868 yılında “nüklein” adı verilen bir madde keşfedildi. İsviçreli kimyager Friedrich Miescher tarafından bazı biyolojik maddeler üzerinde yapılan araştırmalar sırasında keşfedildi. Bu madde fosfor içeriyordu. Bileşik asidik özelliklere sahipti ve proteolitik enzimlerin etkisi altında ayrışmaya maruz kalmadı.
Madde C29H49N9O22P3 formülünü aldı. Nükleinin kalıtsal bilgilerin iletilmesi sürecine katılımı hakkındaki varsayım, kimyasal bileşiminin kromatin ile benzerliğinin keşfedilmesi sonucunda ortaya atıldı. Bu element kromozomların ana bileşenidir. “Nükleik asit” terimi ilk kez 1889'da Richard Altmann tarafından ortaya atılmıştır. Bu maddeleri protein safsızlıkları olmadan üretme yönteminin yazarı oydu. Nükleik asitlerin alkalin hidrolizi çalışması sırasında Levin ve Jacob, bu sürecin ürünlerinin ana bileşenlerini belirlediler. Nükleotidler ve nükleozidler oldukları ortaya çıktı. 1921'de Lewin, DNA'nın tetranükleotid yapıya sahip olduğunu öne sürdü. Ancak bu hipotez doğrulanmadı ve hatalı olduğu ortaya çıktı.
sınıflandırma
Nükleik asitler iki tipte gelir: DNA ve RNA. Varlıkları tüm canlı organizmaların hücrelerinde bulunur. DNA esas olarak hücrenin çekirdeğinde bulunur. RNA sitoplazmada bulunur. 1935'te DNA'nın yumuşak parçalanması sırasında DNA'yı oluşturan 4 nükleotid elde edildi. Bu bileşenler kristal halinde sunulur. 1953 yılında Watstone ve Crick DNA'nın çift sarmallı olduğunu tespit etti.
Seçim yöntemleri
Doğal kaynaklardan bileşik elde etmek için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin ana koşulları, nükleik asitlerin ve proteinlerin etkili bir şekilde ayrılması, işlem sırasında elde edilen maddelerin en az parçalanmasıdır. Günümüzde klasik yöntem yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu yöntemin özü, biyolojik materyalin duvarlarını yok etmek ve bunların anyonik bir deterjanla daha fazla işlenmesidir. Sonuçta bir protein çökeltisi oluşurken, nükleik asitler çözelti içinde kalır. Başka bir yöntem de kullanılır. Bu durumda nükleik asitler, etanol ve salin kullanılarak jel durumuna çökeltilebilir. Bunu yaparken biraz dikkatli olunmalıdır. Özellikle, bir jel çökeltisi elde etmek için salin solüsyonuna etanolün büyük bir dikkatle eklenmesi gerekir. Nükleik asidin hangi konsantrasyonda salındığı, içinde hangi safsızlıkların bulunduğu spektrofotometrik yöntemle belirlenebilir. Nükleik asitler, özel bir enzim sınıfı olan nükleazlar tarafından kolaylıkla parçalanır. Böyle bir izolasyonla laboratuvar ekipmanının inhibitörlerle zorunlu tedaviye tabi tutulması gerekir. Bunlar arasında örneğin RNA izolasyonunda kullanılan bir DEPC inhibitörü bulunur.
Fiziksel özellikler
Nükleik asitler suda iyi çözünürlüğe sahiptir, ancak organik bileşiklerde neredeyse çözünmezler. Ayrıca sıcaklık ve pH seviyelerine karşı özellikle hassastırlar. Yüksek moleküler ağırlığa sahip nükleik asit molekülleri, mekanik kuvvetlerin etkisi altında nükleaz tarafından parçalanabilir. Bunlara çözeltinin karıştırılması ve çalkalanması dahildir.
Nükleik asitler. Yapı ve işlevler
Söz konusu bileşiklerin polimerik ve monomerik formları hücrelerde bulunmaktadır. Polimerik formlara polinükleotidler denir. Bu formda nükleotid zincirleri bir fosforik asit kalıntısıyla bağlanır. Riboz ve deoksiriboz adı verilen iki tip heterosiklik molekülün içeriğinden dolayı asitler sırasıyla ribonükleik asitler ve deoksiribonükleik asitlerdir. Onların yardımıyla kalıtsal bilgilerin depolanması, iletilmesi ve uygulanması gerçekleşir. Nükleik asitlerin monomerik formlarından en popüler olanı adenozin trifosforik asittir. Hücredeki enerji rezervlerinin sinyallenmesinde ve sağlanmasında rol oynar.
DNA
Deoksiribonükleik asit bir makromoleküldür. Onun yardımıyla genetik bilginin aktarılması ve uygulanması süreci gerçekleşir. Bu bilgi canlı bir organizmanın gelişimi ve işleyişi için gereklidir. Hayvanlarda, bitkilerde ve mantarlarda DNA, hücre çekirdeğinde bulunan kromozomların bir parçasıdır ve ayrıca mitokondri ve plastidlerde de bulunur. Bakterilerde ve arkelerde deoksiribonükleik asit molekülü hücre zarına içeriden tutunur. Bu tür organizmalarda esas olarak dairesel DNA molekülleri bulunur. Bunlara "plazmitler" denir. Deoksiribonükleik asit kimyasal yapısına göre nükleotidlerden oluşan bir polimer molekülüdür. Bu bileşenler sırasıyla azotlu bir baz, şeker ve bir fosfat grubu içerir. Son iki element nedeniyle nükleotidler arasında zincirler oluşturan bir bağ oluşur. Temel olarak, DNA makromolekülü iki zincirden oluşan bir spiral şeklinde sunulur.
RNA
Ribonükleik asit, nükleotitlerden oluşan uzun bir zincirdir. Azotlu bir baz, riboz şekeri ve bir fosfat grubu içerirler. Genetik bilgi, bir nükleotid dizisi kullanılarak kodlanır. RNA, protein sentezini programlamak için kullanılır. Ribonükleik asit, transkripsiyon sırasında oluşturulur. Bu, bir DNA şablonu üzerinde RNA sentezi sürecidir. Özel enzimlerin katılımıyla oluşur. Bunlara RNA polimerazlar denir. Bundan sonra şablon ribonükleik asitler çeviri sürecine katılır. RNA matrisinde protein sentezi bu şekilde gerçekleşir. Ribozomlar bu süreçte aktif rol alır. Geri kalan RNA'lar, transkripsiyonu tamamlamak için kimyasal dönüşümlere uğrar. Meydana gelen değişiklikler sonucunda ribonükleik asitin sekonder ve tersiyer yapıları oluşur. RNA türüne bağlı olarak işlev görürler.