Nükleik asitler, özellikle DNA, bilimde oldukça iyi bilinmektedir. Bu, kalıtsal bilgilerinin depolanması ve iletilmesinin bağlı olduğu hücrenin maddeleri oldukları gerçeğiyle açıklanmaktadır. 1868'de F. Miescher tarafından keşfedilen DNA, belirgin asidik özelliklere sahip bir moleküldür. Bilim adamı, onu bağışıklık sisteminin hücreleri olan lökositlerin çekirdeklerinden izole etti. Sonraki 50 yıl boyunca, çoğu biyokimyacı proteinleri diğer şeylerin yanı sıra kalıtsal özelliklerden sorumlu ana organik maddeler olarak kabul ettiğinden, nükleik asitlerle ilgili çalışmalar düzensiz olarak yapıldı.
DNA'nın yapısının 1953'te Watson ve Crick tarafından deşifre edilmesinden bu yana, deoksiribonükleik asidin bir polimer olduğunu ve nükleo titlerin DNA monomerleri olarak hizmet ettiğini ortaya çıkaran ciddi araştırmalar başladı. Türleri ve yapıları bu çalışmada tarafımızca incelenecektir.
Kalıtsal bilginin yapısal birimleri olarak nükleotidler
Canlı maddenin temel özelliklerinden biri, hem hücrenin hem de tüm organizmanın yapısı ve işlevleri hakkındaki bilgilerin korunması ve iletilmesidir.genel olarak. Bu rol, deoksiribonükleik asit tarafından oynanır ve DNA monomerleri - nükleo titler, kalıtım maddesinin benzersiz yapısının inşa edildiği bir tür "tuğla" dır. Bir nükleik asit süper bobini oluştururken vahşi yaşamın hangi işaretlere rehberlik ettiğini düşünelim.
Nükleotidler nasıl oluşur
Bu soruyu cevaplamak için biraz organik kimya bilgisine ihtiyacımız var. Özellikle, doğada monosakaritler - pentozlar (deoksiriboz veya riboz) ile birleştirilmiş bir grup nitrojen içeren heterosiklik glikozit olduğunu hatırlıyoruz. Bunlara nükleositler denir. Örneğin, bir hücrenin sitozolünde adenosin ve diğer nükleosit türleri bulunur. Ortofosforik asit molekülleri ile esterleşme reaksiyonuna girerler. Bu işlemin ürünleri nükleotidler olacaktır. Her DNA monomeri ve dört tipi vardır, guanin, timin ve sitozin nükleotidleri gibi bir isme sahiptir.
DNA'nın pürin monomerleri
Biyokimyada, DNA monomerlerini ve yapılarını iki gruba ayıran bir sınıflandırma benimsenmiştir: örneğin, adenin ve guanin nükleotidleri pürindir. C5H4N44 formülüne sahip organik bir madde olan pürin türevlerini içerirler.. Bir guanin nükleotidi olan DNA monomeri ayrıca beta konfigürasyonunda bir N-glikosidik bağ ile deoksiriboza bağlı bir purin azotlu baz içerir.
Pirimidin nükleotidleri
Azotlu bazlar,sitidin ve timidin denilen organik madde pirimidin türevleridir. Formülü C4H4N2 şeklindedir. Molekül, iki nitrojen atomu içeren altı üyeli düzlemsel bir heterosikldir. Timin nükleotidi yerine rRNA, tRNA ve mRNA gibi ribonükleik asit moleküllerinin bir urasil monomeri içerdiği bilinmektedir. Transkripsiyon sırasında, DNA geninden mRNA molekülüne bilgi aktarımı sırasında, sentezlenen mRNA zincirinde timin nükleotidi adenin ile değiştirilir ve adenin nükleotidi urasil ile değiştirilir. Yani şu rekor adil olacak: A - U, T - A.
Chargaff kuralı
Önceki bölümde, DNA zincirlerindeki ve gen-mRNA kompleksindeki monomerler arasındaki yazışma ilkelerine zaten kısmen değinmiştik. Ünlü biyokimyacı E. Chargaff, deoksiribonükleik asit moleküllerinin tamamen benzersiz bir özelliğini, yani içindeki adenin nükleo titlerinin sayısının her zaman timine ve guaninin - sitozine eşit olduğunu ortaya koydu. Chargaff'ın ilkelerinin temel teorik temeli, DNA molekülünü hangi monomerlerin oluşturduğunu ve hangi mekansal organizasyona sahip olduklarını belirleyen Watson ve Crick'in araştırmasıydı. Chargaff tarafından türetilen ve tamamlayıcılık ilkesi olarak adlandırılan başka bir model, pürin ve pirimidin bazlarının kimyasal ilişkisini ve birbirleriyle etkileşime girdiklerinde hidrojen bağları oluşturma yeteneklerini gösterir. Bu, her iki DNA zincirindeki monomerlerin düzenlenmesinin kesin olarak belirlendiği anlamına gelir: örneğin, ilk DNA zincirinin zıt A'sı olabilir.sadece T farklıdır ve aralarında iki hidrojen bağı oluşur. Guanin nükleotidinin karşısında sadece sitozin yer alabilir. Bu durumda azotlu bazlar arasında üç hidrojen bağı oluşur.
Nükleotidlerin genetik koddaki rolü
Ribozomlarda meydana gelen protein biyosentezinin reaksiyonunu gerçekleştirmek için, peptidin amino asit bileşimi hakkında bilgiyi mRNA nükleotid dizisinden amino asit dizisine aktarmak için bir mekanizma vardır. Üç bitişik monomerin olası 20 amino asitten biri hakkında bilgi taşıdığı ortaya çıktı. Bu fenomene genetik kod denir. Moleküler biyolojideki problemlerin çözümünde hem bir peptidin amino asit bileşimini belirlemek hem de hangi monomerlerin bir DNA molekülü oluşturduğu, başka bir deyişle karşılık gelen genin bileşiminin ne olduğu sorusunu netleştirmek için kullanılır. Örneğin gendeki AAA üçlüsü (kodon), protein molekülündeki amino asit fenilalanin'i kodlar ve genetik kodda mRNA zincirindeki UUU üçlüsüne karşılık gelir.
DNA ikileme sürecinde nükleotidlerin etkileşimi
Daha önce öğrenildiği gibi, yapısal birimler, DNA monomerleri nükleo titlerdir. Zincirlerdeki spesifik dizileri, deoksiribonükleik asidin kızı molekülünün sentez süreci için şablondur. Bu fenomen, hücre interfazının S-evresinde meydana gelir. Yeni bir DNA molekülünün nükleotid dizisi, DNA polimeraz enziminin etkisi altında ana zincirler üzerinde şu prensip dikkate alınarak birleştirilir.tamamlayıcılık (A - T, D - C). Replikasyon, matris sentezi reaksiyonlarını ifade eder. Bu, DNA monomerlerinin ve onların ana zincirlerdeki yapılarının temel, yani onun alt kopyası için matris görevi gördüğü anlamına gelir.
Bir nükleotidin yapısı değişebilir mi
Bu arada, deoksiribonükleik asidin hücre çekirdeğinin çok muhafazakar bir yapısı olduğunu söyleyelim. Bunun mantıklı bir açıklaması var: Çekirdeğin kromatininde saklanan kalıtsal bilgiler değişmeden ve bozulmadan kopyalanmalıdır. Pekala, hücresel genom sürekli olarak çevresel faktörlerin "silahının altında". Örneğin, alkol, uyuşturucu, radyoaktif radyasyon gibi agresif kimyasal bileşikler. Hepsi, herhangi bir DNA monomerinin kimyasal yapısını değiştirebileceği etkisi altında mutajenler olarak adlandırılır. Biyokimyadaki böyle bir bozulmaya nokta mutasyonu denir. Hücre genomunda oluşma sıklığı oldukça yüksektir. Mutasyonlar, bir dizi enzim içeren hücresel onarım sisteminin iyi işleyen çalışmasıyla düzeltilir.
Bazıları, örneğin kısıtlayıcılar, hasarlı nükleotidleri "keserler", polimerazlar normal monomerlerin sentezini sağlar, ligazlar genin restore edilmiş bölümlerini "diker". Herhangi bir nedenle, yukarıda açıklanan mekanizma hücrede çalışmıyorsa ve kusurlu DNA monomeri molekülünde kalırsa, mutasyon matris sentezi süreçleri tarafından alınır ve fenotipik olarak, bozulmuş özelliklere sahip proteinler şeklinde kendini gösterir. içlerinde bulunan gerekli işlevleri yerine getiremezler.hücresel metabolizma. Bu, hücrenin canlılığını az altan ve ömrünü kıs altan ciddi bir olumsuz faktördür.
