Nukleinska kislina

Nukleinska kislina so sestavljeni iz niza posameznih nukleotidov, da tvorijo makromolekule, in kot glavna sestavina genov v celičnih jedrih so nosilci genetske informacije in katalizirajo številne biokemične reakcije.

Posamezni nukleotidi so sestavljeni iz fosfata in nukleobaznega sestavnega dela, kot tudi molekule pentoznega obroča riboze ali deoksiriboze. Biokemična učinkovitost nukleinskih kislin ne temelji le na njihovi kemični sestavi, temveč tudi na njihovi sekundarni strukturi, na njihovi tridimenzionalni ureditvi.

Kaj so nukleinske kisline?

Gradniki nukleinskih kislin so posamezni nukleotidi, vsak sestavljen iz fosfatnega ostanka, monosaharidne riboze ali deoksiriboze, vsak s 5 C atomi, razporejenimi v obroču in eno od petih možnih nukleobaz. Pet možnih nukleobaz so adenin (A), gvanin (G), citozin (C), timin (T) in uracil (U).

Nukleotidi, ki vsebujejo deoksiribozo kot sestavino sladkorja, so nanizani skupaj, da tvorijo deoksiribonukleinske kisline (DNK), nukleotidi z ribozo kot sestavino sladkorja pa so vgrajeni v ribonukleinske kisline (RNA). Uracil kot nukleinska baza se pojavlja izključno v RNK. Uracil tam nadomešča timin, ki ga najdemo le v DNK. To pomeni, da so za strukturo DNK in RNK na voljo samo 4 različni nukleotidi.

V angleški in mednarodni rabi ter v nemških tehničnih člankih se kratice DN (desoksiribonukleinska kislina) običajno uporabljajo namesto DNS in RNA (ribonukleinska kislina) namesto RNA. Poleg naravno prisotnih nukleinskih kislin v obliki DNK ali RNK se v kemiji razvijajo sintetične nukleinske kisline, ki kot katalizatorji omogočajo določene kemijske procese.

Anatomija in struktura

Nukleinske kisline so sestavljene iz verige ogromnega števila nukleotidov. Nukleotid je vedno sestavljen iz obročaste monosugarne deoksiriboze v primeru DNK ali riboze v primeru RNK ter fosfatnega ostanka in dela nukleobaze. Riboza in deoksiriboza se razlikujeta le v tem, da se v deoksiribozi skupina OH pretvori v H-ion z redukcijo, to je z dodajanjem elektrona, in tako postane bolj kemično stabilna.

Izhajajoč iz riboze ali deoksiriboze, ki je prisotna v obliki obroča, vsak s 5 atomi ogljika, je skupina nukleobaze povezana z istim atomom ogljika za vsak nukleotid prek N-glikozidne vezi. N-glikozidni pomeni, da je ustrezni ogljikov atom sladkorja povezan z NH2 skupino nukleobaze. Če C atom z glikozidno vezjo označite kot št. 1, potem - če pogledamo v smeri urinega kazalca - je atom C s št. 3 povezan s fosfatno skupino naslednjega nukleotida preko fosfodiesterske vezi, C atom pa z št. 5 Esterificirano z lastno „fosfatno skupino“. Obe nukleinski kislini, DNA in RNA sta sestavljeni iz čistih nukleotidov.

To pomeni, da so osrednje molekule sladkorja nukleotidi DNK vedno sestavljene iz deoksiriboze, tiste iz RNK pa vedno iz riboze. Nukleotidi določene nukleinske kisline se razlikujejo le po vrstnem redu 4 možnih nukleinskih baz. DNK je mogoče obravnavati kot tanke pasove, ki jih zasukajo okoli in jih dopolni komplementarni sorodnik, tako da je DNK običajno prisoten kot dvojna vijačnica. Osnovni pari adenin in timin ter gvanin in citozin so si vedno nasproti.

Funkcija in naloge

DNS in RNS imata različne naloge in funkcije. Medtem ko DNK ne prevzema nobenih funkcionalnih nalog, RNA posega v različne presnovne procese. DNK služi kot osrednje mesto za shranjevanje genetskih informacij v vsaki celici. Vsebuje navodila za gradnjo celotnega organizma in jih po potrebi da na voljo.

Struktura vseh proteinov je shranjena v DNK v obliki aminokislinskih zaporedij. V praktični izvedbi se kodirane informacije DNK najprej "kopirajo" s postopkom prepisovanja in prevajajo (prepisujejo) v ustrezno zaporedje aminokislin. Vse te potrebne zapletene delovne funkcije opravljajo posebne ribonukleinske kisline. RNA tako prevzame nalogo, da tvori komplementarni posamezen pramen DNK znotraj jedra celice in ga kot ribosomsko RNK skozi jedrske pore iz celicnega jedra v citoplazmo prenese v ribosome, da bi zbrala in sintetizirala določene aminokisline v predvidene beljakovine.

Pomembno vlogo prevzame tRNA (prenosna RNA), ki jo sestavljajo razmeroma kratke verige z okoli 70 do 95 nukleotidi. TRNA ima struno podobno strukturo. Njihova naloga je, da prevzamejo aminokisline, ki jih zagotavlja DNK, in jih dajo na voljo ribosomom za sintezo beljakovin. Nekatere tRNA so specializirane za nekatere aminokisline, druge tRNA pa so odgovorne za več aminokislin hkrati.

Bolezni

Kompleksni procesi v povezavi s celično delitvijo, tj. Razmnoževanje kromosomov in prevajanje genske kode v aminokislinska zaporedja, lahko privedejo do številnih okvar, ki se kažejo v širokem razponu možnih učinkov od smrtonosnih (neživih) do komaj opaznih.

V redkih izjemnih primerih lahko naključne okvare vodijo tudi do boljšega prilagajanja posameznika na okoljske razmere in posledično do pozitivnih učinkov. Razmnoževanje DNK lahko privede do spontanih sprememb (mutacij) v posameznih genih (genska mutacija) ali pa pride do napake pri porazdelitvi kromosomov na celicah (mutacija genoma). Dobro poznan primer mutacije genoma je trisomija 21 - znana tudi kot Downov sindrom.

Neugodni okoljski pogoji v obliki diete z malo encimov, dolgotrajne stresne situacije, prekomerna izpostavljenost UV-sevanju olajšajo poškodbo DNK, kar lahko privede do oslabitve imunskega sistema in pospeši tvorbo rakavih celic. Strupene snovi lahko tudi poslabšajo različne funkcije RNA in vodijo do znatnih okvar.