Nukleinske kisline: zgodovina raziskav, opis

V živem organizmu obstajajo tri glavne makromolekule: beljakovine in nukleinske kisline dveh vrst. Zaradi njih se ohranja vitalna aktivnost in pravilno delovanje celotnega organizma. Kaj je nukleinska kislina? Za kaj so? O tem - še v članku.

Splošne informacije

Nukleinska kislina je biopolimer, organske spojine z visoko molekularnostjo, ki jo tvorijo ostanki nukleotidov. Prenos iz generacije na generacijo vseh genetskih informacij je glavna naloga, ki jo opravljajo nukleinske kisline. Predstavitev, ki je predstavljena v nadaljevanju, bo podrobneje razkrila ta koncept.

Zgodovina raziskav

Prvi preučevani nukleotid je bil izoliran iz mišic bika leta 1847 in imenovan "inozinska kislina". Raziskava kemijske strukture je pokazala, da je to 5'-fosfat ribozid in v njej shranjuje N-glikozidno vez. Leta 1868 so odkrili snov, imenovano "nuklein". Odprla ga je švicarski kemik Friedrich Miescher med raziskavo nekaterih bioloških snovi. Sestava te snovi je bila fosfor. Spojina ima kisle lastnosti in se ne razgradi pod vplivom proteolitičnih encimov. Snov je dobila formulo C29H49N9O22P3. Predložena je bila predpostavka o udeležbi nukleina v procesu prenosa dednih informacij kot rezultat odkritja podobnosti njegove kemijske sestave s kromatinom. Ta element je glavna sestavina kromosomov. Izraz "nukleinska kislina" je prvič predstavil Richard Altmann leta 1889. Bil je avtor metode pridobivanja teh snovi brez beljakovinskih nečistoč. Med raziskavo alkalne hidrolize nukleinskih kislin so Levin in Jacob razkrili glavne sestavine produktov tega procesa. Bili so nukleotidi in nukleozidi. Leta 1921 je Levin predlagal, da ima DNA tetranukleotidno strukturo. Vendar ta hipoteza ni bila potrjena in se je izkazala za napačno. Posledično obstaja nova priložnost za preučevanje strukture spojin. Leta 1940 je Alexander Todd skupaj s svojo znanstveno skupino začel obsežno študijo kemijskih lastnosti, strukture nukleotidov in nukleozidov, tako da je leta 1957 prejel Nobelovo nagrado. Ameriški biokemik Erwin Chargaff je ugotovil, da nukleinske kisline vsebujejo različne tipe nukleotidov v določenem vzorcu. V prihodnosti se ta pojav imenuje »Chargaffovo pravilo«.

Razvrstitev

Nukleinske kisline so dveh vrst: DNA in RNA. Njihova prisotnost se zazna v celicah vseh živih organizmov. DNA najdemo predvsem v celičnem jedru. RNA je v citoplazmi. Leta 1935 sta bila v času mehke fragmentacije DNA pridobljena 4 nukleotida, ki tvorijo DNA. Te komponente so predstavljene v stanju kristalov. Leta 1953 sta Watston in Creek ugotovila, da ima DNA dvojno vijačnico.

Metode izbire

Razvili različne načine pridobivanja spojin iz naravnih virov. Glavni pogoji teh metod so učinkovito ločevanje nukleinskih kislin in beljakovin, najmanj pa razdrobljenost snovi, pridobljenih med postopkom. Danes se klasična metoda pogosto uporablja. Bistvo te metode je uničenje sten biološkega materiala in njihova nadaljnja obdelava z anionskim detergentom. Rezultat je oborina beljakovin in nukleinske kisline ostanejo v raztopini. Uporablja se druga metoda. V tem primeru lahko nukleinske kisline deponiramo v stanju gela z uporabo etanola in slanice. Obstajati mora previdnost. Predvsem je treba etanol dodati zelo previdno v raztopino soli, da dobimo gelno oborino. Pri kateri koncentraciji je bila sproščena nukleinska kislina, katere nečistoče so v njej, lahko določimo s spektrofotometrično metodo. Nukleinske kisline se z lahkoto razgradijo z nukleazo, ki je poseben razred encimov. S to izbiro je potrebno laboratorijsko opremo obvezno obdelati z inhibitorji. Ti vključujejo, na primer, inhibitor DEPC, ki se uporablja pri izolaciji RNA.

Fizične lastnosti

Nukleinske kisline imajo dobro topnost v vodi in v organskih spojinah se skoraj ne raztopijo. Poleg tega so še posebej občutljivi na temperaturo in pH. Molekule nukleinske kisline z visoko molekulsko maso lahko fragmentiramo z nukleazo pod vplivom mehanskih sil. To vključuje mešanje raztopine in njeno mešanje.

Nukleinske kisline. Struktura in funkcija

Polimerne in monomerne oblike obravnavanih spojin najdemo v celicah. Polimerne oblike se imenujejo polinukleotidi. V tej obliki verige nukleotidov vežejo ostale fosforna kislina. Zaradi vsebnosti dveh vrst heterocikličnih molekul, imenovanih riboza in deoksoriboza, so kisline ribonukleinske in deoksiribonukleične. Z njihovo pomočjo poteka shranjevanje, prenos in izvajanje dednih informacij. Od monomernih oblik nukleinskih kislin, najbolj priljubljena adenozin trifosfatna kislina. Ukvarja se s prenosom signalov in shranjevanjem energije v celici.

DNA

Deoksiribonukleinska kislina je makromolekula. S svojo pomočjo, proces prenosa in izvajanja genetskih informacij. Te informacije so potrebne za program razvoja in delovanja živega organizma. Pri živalih, rastlinah in glivicah je DNA del kromosomov, ki se nahajajo v jedru celice, pa tudi v mitohondrijih in plastidih. V bakterijah in arhahah se molekula deoksiribonukleinske kisline drži celične membrane od znotraj. V takih organizmih so v glavnem obročaste Molekule DNA. Imenujejo se "plazmidi". Po kemijski strukturi je deoksiribonukleinska kislina polimerna molekula, ki jo sestavljajo nukleotidi. Te komponente so sestavljene iz dušikove baze, skupine sladkorja in fosfata. Preko zadnjih dveh elementov se tvori povezava med nukleotidi, ki ustvarjajo verige. Na splošno je makromolekula DNA predstavljena kot dvo-verižna vijačnica.

RNA

Ribonukleinska kislina je dolga veriga, sestavljena iz nukleotidov. Vsebujejo dušikovo bazo, ribozni sladkor in fosfatno skupino. Genetske informacije se kodirajo z uporabo nukleotidnega zaporedja. RNA se uporablja za programiranje sinteze beljakovin. Ribonukleinska kislina nastane med transkripcijo. To je proces sinteze RNA na DNA vzorcu. Pojavlja se s sodelovanjem posebnih encimov. Imenujejo se RNA polimeraze. Nato v procesu prevajanja sodelujejo matrične ribonukleinske kisline. Tako je tudi izvajanje sinteze beljakovin na RNA matrici. Ribosomi aktivno sodelujejo v tem procesu. Preostale RNA so izpostavljene kemičnim transformacijam na koncu transkripcije. Zaradi teh sprememb nastanejo sekundarne in terciarne strukture ribonukleinskih kislin. Delujejo glede na vrsto RNA.