Dove si trovano gli acidi nucleici? Abbreviazioni degli standard internazionali

Acidi nucleici.

Acidi nucleici– biopolimeri naturali ad alto peso molecolare che garantiscono la conservazione e la trasmissione delle informazioni ereditarie (genetiche) negli organismi viventi.

Macromolecole di acidi nucleici, con un peso molecolare da 10.000 Dalton a diversi milioni, furono scoperte nel 1869 dal chimico svizzero F. Miescher nei nuclei dei leucociti che fanno parte del pus, da cui il nome (nucleo - nucleo).

Gli acidi nucleici sono polimeri i cui monomeri sono nucleotidi . Ogni nucleotide è costituito da una base azotata, uno zucchero pentoso e un residuo di acido fosforico. Le molecole lunghe sono costruite da nucleotidi - polinucleotidi .

Fosfato

Azotato

base

Connessione tra

fosfato e zucchero

Riso. Struttura nucleotidica.

Zucchero, che fa parte del nucleotide, contiene cinque atomi di carbonio, cioè rappresenta pentoso . A seconda del tipo di pentoso presente nel nucleotide, si distinguono due tipi di acidi nucleici: gli acidi ribonucleici (RNA), che contengono ribosio e contenenti acidi desossiribonucleici (DNA). desossiribosio (C5H10O4).

Motivi, entrambi i tipi di acidi nucleici contengono quattro tipi diversi: due di loro appartengono alla classe purine e due - alla classe pirimidine . Le purine includono adenina (A) e guanina (D), e al numero di pirimidine – citisina (C) e timina (T) o uracile (U) (rispettivamente nel DNA o nell'RNA).

Gli acidi nucleici sono acidi perché le loro molecole contengono acido fosforico.

Il ruolo dei nucleotidi nel corpo non si limita a servire come elementi costitutivi degli acidi nucleici; Alcuni importanti coenzimi sono anche nucoeotidi. Gli esempi includono l'adenosina trifosfato (ATP), la nicotinammide adenina dinucleotide (NAD), la nicotinammide adenina dinucleotide fosfato (NADP) e la flavina adenina dinucleotide (FAD).

Acidi nucleici

DNARNA

mRNA citoplasmatico nucleare tRNA rRNA

Attualmente è noto un gran numero di varietà di DNA e RNA, che differiscono l'una dall'altra per struttura e significato nel metabolismo.

Esempio: i batteri E. coli contengono circa 1000 acidi nucleici diversi, e gli animali e le piante ne hanno ancora di più.

Ogni tipo di organismo contiene il proprio insieme di questi acidi, caratteristici solo per lui. Il DNA è localizzato principalmente nei cromosomi del nucleo cellulare (99% di tutto il DNA cellulare), così come nei mitocondri e nei cloroplasti. L'RNA fa parte dei nucleoli, dei ribosomi dei mitocondri, dei plastidi e del citoplasma.

La molecola del DNA è un portatore universale di informazioni genetiche nelle cellule. È grazie alla struttura e alle funzioni di questa molecola che i tratti vengono ereditati dai genitori ai discendenti, ad es. si realizza la proprietà universale degli esseri viventi – l’ereditarietà. Le molecole di DNA sono i biopolimeri più grandi.

Struttura del DNA.

La struttura delle molecole di DNA fu decifrata nel 1953 da J. Watson e F. Crick. Per questa scoperta hanno ricevuto il Premio Nobel.

Secondo Modelli di DNA Watson-Crick, una molecola di DNA è costituita da due catene polinucleotidiche attorcigliate verso destra attorno alla stessa assi , formando doppia elica . Le catene sono disposte in modo antiparallelo, cioè l'uno verso l'altro. Due catene polinucleotidiche sono combinate in un'unica molecola di DNA utilizzando legami idrogeno che si formano tra la base azotata dei nucleotidi di catene diverse. In una catena polinucleotidica, i nucleotidi vicini sono interconnessi da legami covalenti che si formano tra il desossiribosio nella molecola di DNA (e il ribosio nell'RNA) di uno e il residuo di acido fosforico di un altro nucleotide.

Catene a doppia elica complementare l'uno con l'altro, poiché l'accoppiamento delle basi avviene in stretto accordo: l'adenina si combina con la timina e la guanina si collega con la citosina.

Di conseguenza, in ogni organismo Fig. Accoppiamento nucleotidico.

numero adenilico nucleotidi uguali al numero timidile e il numero guanile- numero citidile. Questo modello è chiamato “regola di Chargaff”.

Viene chiamata la stretta corrispondenza dei nucleotidi situati in filamenti di DNA antiparalleli accoppiati complementarità. Questa proprietà è alla base della formazione di nuove molecole di DNA basate sulla molecola originale.

Pertanto, la doppia elica è stabilizzata da numerose proprietà dell'idrogeno (se ne formano due tra A e T e tre tra G e C) e interazioni idrofobiche.

Lungo l'asse della molecola, le coppie di basi adiacenti si trovano a una distanza di 0,34 nm l'una dall'altra. Un giro completo dell'elica avviene ogni 3,4 nm, cioè ogni 10 paia di basi (un giro). Il diametro della spirale è di 2 nm. La distanza tra i componenti carboidratici di due nucleotidi accoppiati è 1,1 nm. La lunghezza di una molecola di acido nucleico raggiunge centinaia di migliaia di nanometri. Questo è significativamente più grande della più grande macromolecola proteica che, una volta spiegata, raggiunge una lunghezza non superiore a 100-200 nm. La massa di una molecola di DNA è 6*10 -12 g.

Viene chiamato il processo di raddoppiamento di una molecola di DNA replica . La replica avviene come segue. Sotto l'azione di enzimi speciali (elicasi), i legami idrogeno tra i nucleotidi di due catene vengono rotti. La spirale si svolge. Secondo il principio di complementarità, i corrispondenti nucleotidi del DNA vengono aggiunti ai legami liberati in presenza dell'enzima DNA polimerasi. Questo accumulo può verificarsi solo nella direzione 5"→3". Ciò significa la capacità continua di copiare solo un filamento di DNA (in alto nella figura). Questo processo si chiama replica continua. La copia di un'altra catena deve ricominciare ogni volta, con conseguenti interruzioni nella catena. Per eliminarli è necessario un enzima: la DNA ligasi. Questa replica viene chiamata intermittente.

Questo metodo di replicazione del DNA, proposto da Watson e Crick, è noto come replica semiconservativa .

Di conseguenza, l’ordine dei nucleotidi nella “vecchia” catena del DNA determina l’ordine dei nucleotidi in quella “nuova”, cioè La “vecchia” catena del DNA è, per così dire, un modello per la sintesi di quella “nuova”. Tali reazioni sono chiamate Reazioni di sintesi della matrice ; sono caratteristici solo degli esseri viventi.

La replica (riduplicazione) consente di mantenere la costanza della struttura del DNA. La molecola di DNA sintetizzata è assolutamente identica a quella originale in termini di sequenza nucleotidica. Se, sotto l'influenza di vari fattori durante il processo di replicazione, si verificano cambiamenti nel numero e nell'ordine dei nucleotidi nella molecola del DNA, si verificano delle mutazioni. Viene chiamata la capacità delle molecole di DNA di correggere i cambiamenti emergenti e ripristinare l'originale risarcimento .

Funzioni del DNA:

1) Conservazione delle informazioni ereditarie.

Il DNA memorizza le informazioni come una sequenza di nucleotidi.

2) Riproduzione e trasmissione dell'informazione genetica.

La capacità di trasmettere informazioni alle cellule figlie è assicurata dalla capacità dei cromosomi di dividersi in cromatidi con successiva duplicazione delle molecole di DNA. Codifica le informazioni genetiche sulla sequenza degli aminoacidi in una molecola proteica. Una sezione di DNA che trasporta informazioni su una catena polipeptidica è chiamata gene.

3) Strutturale.

Il DNA è presente nei cromosomi come componente strutturale, cioè è la base chimica del materiale genetico cromosomico (gene).

4) Il DNA è il modello per creare molecole di RNA.

L'RNA si trova in tutte le cellule viventi sotto forma di molecole a singolo filamento. Si differenzia dal DNA perché contiene pentoso ribosio (invece del desossiribosio), e come una delle basi pirimidiniche - uracile (al posto della timina). Esistono tre tipi di RNA. Questi sono l'RNA messaggero (mRNA, mRNA), l'RNA di trasferimento (tRNA) e l'RNA ribosomiale (rRNA). Tutti e tre sono sintetizzati direttamente dal DNA e la quantità di RNA in ciascuna cellula dipende dalla quantità di proteine ​​prodotte da quella cellula.

In una catena di RNA, i nucleotidi si uniscono formando legami covalenti (legami fosfodiestere) tra il ribosio di un nucleotide e il residuo di acido fosforico di un altro.

A differenza del DNA, le molecole di RNA sono un biopolimero lineare a filamento singolo costituito da nucleotidi.

L'RNA a doppio filamento serve a memorizzare e riprodurre le informazioni ereditarie in alcuni virus, ad es. Eseguono le funzioni dei cromosomi: RNA virale.

I nucleotidi di una molecola di RNA possono entrare in relazioni complementari con altri nucleotidi della stessa catena, come risultato della formazione della struttura secondaria e terziaria delle molecole di RNA.

Riso. La struttura dell'RNA di trasferimento.

RNA ribosomiale(rRNA) costituisce l'85% dell'RNA totale della cellula, è sintetizzato nel nucleolo, in combinazione con le proteine ​​fa parte dei ribosomi, dei mitocondri (RNA mitocondriale) e dei plastidi (RNA plastide). Contiene da 3 a 5 mila nucleotidi. La sintesi proteica avviene sui ribosomi.

Funzioni: l'rRNA svolge una funzione strutturale (parte dei ribosomi) e partecipa alla formazione del centro attivo dei ribosomi, dove avviene la formazione di legami peptidici tra molecole di amminoacidi nel processo di biosintesi delle proteine.

RNA messaggero(mRNA) costituisce il 5% di tutto l'RNA nelle cellule. Viene sintetizzato durante la trascrizione in una sezione specifica della molecola di DNA: un gene. La struttura dell'mRNA è complementare a una sezione di molecole di DNA che trasporta informazioni sulla sintesi di una proteina specifica. La lunghezza dell'mRNA dipende dalla lunghezza della sezione di DNA da cui sono state lette le informazioni (può essere costituito da 300-30.000 nucleotidi)

Funzioni: L'mRNA trasporta informazioni sulla sintesi proteica dal nucleo al citoplasma ai ribosomi e diventa un modello per la sintesi delle molecole proteiche.

Trasferimento dell'RNA(tRNA) costituisce circa il 10% di tutto l'RNA, è sintetizzato nel nucleolo, ha una corta catena di nucleotidi e si trova nel citoplasma. Ha una funzione trifoglio. Ogni amminoacido ha la propria famiglia di molecole di tRNA. Consegnano al ribosoma gli aminoacidi contenuti nel citoplasma.

Funzioni: Ad un'estremità è presente una tripletta di nucleotidi (anticodone) che codifica per un amminoacido specifico. All'altra estremità c'è una tripletta di nucleotidi a cui è attaccato un amminoacido. Ogni amminoacido ha il proprio tRNA.

Gli acidi nucleici sono composti organici ad alto peso molecolare. Sono stati scoperti per la prima volta nei nuclei delle cellule, da qui il nome corrispondente (nucleo - nucleo).

L'importanza degli acidi nucleici in una cellula è molto grande. Memorizzano e trasmettono informazioni ereditarie. Esistono due tipi di acidi nucleari: acido desossiribonucleico (DNA) e acido ribonucleico (RNA) . Il DNA è formato e contenuto principalmente nel nucleo cellulare, l'RNA, derivante nel nucleo, svolge le sue funzioni nel citoplasma e nel nucleo. Gli acidi nucleici sono polimeri costituiti da un numero enorme di unità monomeriche chiamate nucleotidi .

Ogni nucleotide è un composto chimico costituito da una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (pentoso) e un residuo di acido fosforico.

Quest'ultimo determina se gli acidi nucleici appartengono alla classe degli acidi. Si distinguono due tipi di acidi nucleici in base ai diversi tipi di pentoso presenti nel nucleotide: gli acidi ribonucleici (RNA) contengono ribosio e gli acidi desossiribonucleici (DNA) contengono desossiribosio. Entrambi i tipi di acidi nucleici contengono basi azotate di quattro tipi diversi: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T), e nell'RNA, al posto della timina, l'uracile.

Molecola di DNAè costituito da due catene polinucleotidiche attorcigliate insieme attorno allo stesso asse longitudinale, formando una doppia elica. Due filamenti di DNA sono uniti in un'unica molecola da basi azotate. In questo caso l'adenina si combina solo con la timina e la guanina con la citosina. A questo proposito, la sequenza dei nucleotidi in una catena determina rigorosamente la loro sequenza nell'altra. La stretta corrispondenza dei nucleotidi tra loro nelle catene accoppiate di una molecola di DNA è chiamata complementare. In una catena polinucleotidica, i nucleotidi vicini sono legati tra loro tramite uno zucchero (desossiribosio) e un residuo di acido fosforico. In una molecola di DNA, molte migliaia di nucleotidi sono collegati in serie; il peso molecolare di questo composto raggiunge decine e centinaia di milioni.

Il ruolo del DNA è quello di immagazzinare, riprodurre e trasmettere le informazioni ereditarie di generazione in generazione. Il DNA trasporta informazioni codificate sulla sequenza degli aminoacidi nelle proteine ​​sintetizzate dalla cellula. La cellula ha il meccanismo necessario per la sintesi del DNA.

Processo di autoduplicazione , O replica (riduplicazione, autoreplicazione), procede per fasi: prima, sotto l'azione di uno speciale enzima, i legami idrogeno tra le basi azotate vengono rotti, quindi, come risultato di ciò, il doppio filamento originale della molecola di DNA si rompe gradualmente in due singoli fili. Un filamento di DNA si separa dall'altro, quindi ciascuno di essi ne sintetizza uno nuovo attaccando nucleotidi complementari liberi situati nel citoplasma (adenina alla timina, guanina alla citosina).

È così che viene ripristinato il doppio filamento del DNA, una copia esatta della molecola di DNA "madre". Ma ora ci sono già due di queste doppie molecole. Pertanto, la sintesi del DNA è chiamata replicazione (raddoppio): ogni molecola di DNA, per così dire, raddoppia se stessa. In altre parole, ciascun filamento di DNA funge da modello e la sua duplicazione è chiamata sintesi del modello. Nelle cellule viventi, a seguito della duplicazione, le nuove molecole di DNA hanno la stessa struttura di quelle originali: un filamento era quello originale e il secondo è stato ricomposto. A questo proposito, lo stesso ereditario

informazione. Ciò ha un profondo significato biologico, perché una violazione della struttura del DNA renderebbe impossibile preservare ed ereditare l'informazione genetica che garantisce lo sviluppo delle caratteristiche inerenti al corpo.

La struttura molecolare dell'RNA è vicina a quella del DNA. Ma l’RNA, a differenza del DNA, nella maggior parte dei casi è a filamento singolo.

Anche la molecola dell'RNA contiene 4 tipi di nucleotidi, ma uno di questi è diverso dal DNA: al posto della timina, l'RNA contiene uracile . Inoltre, tutti i nucleotidi della molecola di RNA contengono ribosio, non desossiribosio. Le molecole di RNA non sono grandi quanto le molecole di DNA. Esistono diverse forme di RNA. I loro nomi sono associati alle funzioni che svolgono o alla loro posizione nella cella.

Le molecole di rRNA sono relativamente piccole e sono costituite da 3-5 mila nucleotidi.

Informazione (mRNA) , o modello (mRNA), RNA trasferire le informazioni sulla sequenza dei nucleotidi nel DNA, immagazzinate nel nucleo, al sito di sintesi proteica . La dimensione di questi RNA dipende dalla lunghezza della regione del DNA da cui sono stati sintetizzati. Le molecole di mRNA possono essere costituite da 300 - 30.000 nucleotidi.

Le molecole di RNA di trasferimento (tRNA) sono le più corte e sono costituite da 76 - 85 nucleotidi. Gli RNA di trasferimento trasportano gli amminoacidi al sito di sintesi proteica e ogni amminoacido ha il proprio tRNA. Tutti i tipi di RNA sono sintetizzati nel nucleo della cellula secondo lo stesso principio di complementarità su uno dei filamenti del DNA.

L'importanza dell'RNA è che assicurano la sintesi di proteine ​​specifiche della cellula.

L'adenosina trifosfato (ATP) fa parte di ogni cellula, dove svolge una delle funzioni più importanti: l'accumulo di energia. È un nucleotide costituito dalla base azotata adenina, dallo zucchero ribosio e da tre residui di acido fosforico. I legami chimici instabili che collegano le molecole di acido fosforico nell'ATP sono molto ricchi di energia (legami macroergici). Quando questi legami vengono rotti, l'energia viene rilasciata e utilizzata in una cellula vivente, garantendo i processi vitali e la sintesi di sostanze organiche. Il distacco di una molecola di acido fosforico è accompagnato dal rilascio di circa 40 kJ di energia. In questo caso, l'ATP viene convertito in adenosina difosfato (ADP) e con l'ulteriore scissione del residuo di acido fosforico dall'ADP si forma l'adenosina monofosfato (AMP) (Fig. 1.4). Quindi, L'ATP è il principale composto ad alta energia della cellula, utilizzato per svolgere vari processi che richiedono energia .

Domande di controllo

1. Quali elementi chimici compongono la cellula?

2. Quali sostanze inorganiche compongono la cellula?

3. Qual è l'importanza dell'acqua per la vita di una cellula?

4. Quali sostanze organiche compongono la cellula?

5. Nomina le funzioni delle proteine.

6. In cosa differiscono le strutture delle molecole di DNA e RNA?

DNA

Come le proteine, gli acidi nucleici sono biopolimeri e la loro funzione è immagazzinare, implementare e trasmettere informazioni genetiche (ereditarie) negli organismi viventi.

Esistono due tipi di acidi nucleici: gli acidi desossiribonucleici (DNA) e gli acidi ribonucleici (RNA). I monomeri negli acidi nucleici sono nucleotidi. Ciascuno di essi contiene una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (desossiribosio nel DNA, ribosio nell'RNA) e un residuo di acido fosforico.

Il DNA contiene quattro tipi di nucleotidi, che differiscono nella base azotata nella loro composizione: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). La molecola di RNA contiene anche 4 tipi di nucleotidi con una delle basi azotate: adenina, guanina, citosina e uracile (U). Pertanto, il DNA e l'RNA differiscono sia nel contenuto di zucchero dei nucleotidi che in una delle basi azotate (Tabella 1).

Tabella 1

Componenti dei nucleotidi del DNA e dell'RNA

Le molecole di DNA e RNA differiscono significativamente nella loro struttura e funzioni.

Una molecola di DNA può includere un numero enorme di nucleotidi, da diverse migliaia a centinaia di milioni (le molecole di DNA veramente giganti possono essere "viste" utilizzando un microscopio elettronico). Strutturalmente, è una doppia elica di catene polinucleotidiche(Fig. 1), collegati da legami idrogeno tra le basi azotate dei nucleotidi. Grazie a ciò le catene polinucleotidiche vengono tenute saldamente una accanto all'altra.

Studiando DNA diversi (in diversi tipi di organismi), si è scoperto che l'adenina di una catena può legarsi solo alla timina e la guanina può legarsi solo alla citosina dell'altra. Di conseguenza, l'ordine di disposizione dei nucleotidi in una catena corrisponde strettamente all'ordine della loro disposizione nell'altra. Questo fenomeno si chiama complementarità(cioè complementi), e vengono chiamate le catene polinucleotidiche opposte complementare. Questo è ciò che determina la proprietà unica del DNA tra tutte le sostanze inorganiche e organiche: capacità di autoriproduzione O raddoppio(Fig. 2). In questo caso, prima divergono le catene complementari delle molecole di DNA (sotto l'influenza di un enzima speciale, i legami tra i nucleotidi complementari delle due catene vengono distrutti). Quindi, su ciascuna catena, inizia la sintesi di una nuova catena complementare (“mancante”) a scapito dei nucleotidi liberi, che sono sempre disponibili in grandi quantità nella cellula. Di conseguenza, invece di una molecola di DNA (“madre”), se ne formano due nuove (“figlia”), identiche per struttura e composizione tra loro, nonché alla molecola di DNA originale. Questo processo precede sempre la divisione cellulare e garantisce la trasmissione delle informazioni ereditarie dalla cellula madre a quella figlia e a tutte le generazioni successive.

Riso. 1. Doppia elica del DNA. Due catene sono attorcigliate l'una attorno all'altra. Ogni catena (mostrata come un nastro) è composta da unità di zucchero e gruppi fosfato alternati. I legami idrogeno tra le basi azotate (A, T, G e C) tengono insieme le due catene

Riso. 2.Replicazione del DNA. La doppia elica si “slaccia” secondolegami idrogeno deboli che si uniscono complementari le basi di due catene. Ciascuno dei vecchi circuiti funge da matriceper formarne uno nuovo: nucleotidi complementari le basi si allineano contro la vecchia catena e si colleganoinsieme

Le molecole di RNA sono generalmente a filamento singolo (a differenza del DNA) e contengono un numero significativamente inferiore di nucleotidi. Esistono tre tipi di RNA (Tabella 2), che differiscono per le dimensioni delle molecole e le funzioni che svolgono: informativo (mRNA), ribosomiale (rRNA) e di trasporto (tRNA).

Tavolo 2

TreTipoRNA

L'RNA messaggero (i-RNA) si trova nel nucleo e nel citoplasma della cellula, ha la catena polinucleotidica più lunga tra gli RNA e svolge la funzione di trasferire le informazioni ereditarie dal nucleo al citoplasma della cellula.

L'RNA di trasferimento (tRNA) si trova anche nel nucleo e nel citoplasma della cellula; la sua catena ha la struttura più complessa ed è anche la più corta (75 nucleotidi). Il T-RNA fornisce amminoacidi ai ribosomi durante il processo di traduzione - biosintesi proteica.

L'RNA ribosomiale (rRNA) si trova nel nucleolo e nei ribosomi della cellula e ha una catena di media lunghezza. Tutti i tipi di RNA si formano durante la trascrizione dei geni del DNA corrispondenti.

Ci sono tre macromolecole principali in un organismo vivente: proteine ​​e due tipi di acidi nucleici. Grazie a loro, viene mantenuta l'attività vitale e il corretto funzionamento dell'intero corpo. Cosa sono gli acidi nucleici? Perché sono necessari? Maggiori informazioni su questo più avanti nell'articolo.

informazioni generali

L'acido nucleico è un biopolimero, un composto organico ad alta molecolarità, formato da residui nucleotidici. La trasmissione di tutte le informazioni genetiche di generazione in generazione è il compito principale svolto dagli acidi nucleici. La presentazione che segue spiegherà questo concetto in modo più dettagliato.

Storia dello studio

Il primo nucleotide studiato fu isolato dal muscolo bovino nel 1847 e denominato “acido inosinico”. Come risultato dello studio della struttura chimica, si scoprì che si tratta di un riboside-5′-fosfato e contiene un legame N-glicosidico.Nel 1868 fu scoperta una sostanza chiamata “nucleina”. È stato scoperto dal chimico svizzero Friedrich Miescher durante le ricerche su alcune sostanze biologiche. Questa sostanza includeva il fosforo. Il composto aveva proprietà acide e non era soggetto a decomposizione sotto l'influenza di enzimi proteolitici.

La sostanza ha ricevuto la formula C29H49N9O22P3.L'ipotesi sulla partecipazione della nucleina al processo di trasmissione delle informazioni ereditarie è stata avanzata a seguito della scoperta della somiglianza della sua composizione chimica con la cromatina. Questo elemento è il componente principale dei cromosomi. Il termine “acido nucleico” fu introdotto per la prima volta nel 1889 da Richard Altmann. Fu lui a diventare l'autore del metodo per produrre queste sostanze senza impurità proteiche: durante lo studio dell'idrolisi alcalina degli acidi nucleici, Levin e Jacob identificarono i componenti principali dei prodotti di questo processo. Si sono rivelati nucleotidi e nucleosidi. Nel 1921 Lewin propose che il DNA avesse una struttura tetranucleotidica. Questa ipotesi però non è stata confermata e si è rivelata errata.

Di conseguenza, si presentò una nuova opportunità per studiare la struttura dei composti. Nel 1940, Alexander Todd, insieme al suo gruppo scientifico, iniziò uno studio su larga scala delle proprietà chimiche, della struttura dei nucleotidi e dei nucleosidi, a seguito del quale egli è stato insignito del Premio Nobel nel 1957. E il biochimico americano Erwin Chargaff ha stabilito che gli acidi nucleici contengono diversi tipi di nucleotidi in un determinato modello. Questo fenomeno venne in seguito chiamato “regola di Chargaff”.

Classificazione

Gli acidi nucleici sono di due tipi: DNA e RNA. La loro presenza si riscontra nelle cellule di tutti gli organismi viventi. Il DNA si trova principalmente nel nucleo della cellula. L'RNA si trova nel citoplasma. Nel 1935, durante la frammentazione morbida del DNA, furono ottenuti 4 nucleotidi che formano il DNA. Questi componenti si presentano allo stato cristallino. Nel 1953 Watstone e Crick stabilirono che il DNA ha una doppia elica.

Metodi di selezione

Sono stati sviluppati vari metodi per ottenere composti da fonti naturali. Le condizioni principali di questi metodi sono l'efficace separazione degli acidi nucleici e delle proteine, la minima frammentazione delle sostanze ottenute durante il processo. Oggi il metodo classico è ampiamente utilizzato. L'essenza di questo metodo è la distruzione delle pareti del materiale biologico e il loro ulteriore trattamento con un detergente anionico. Il risultato è un precipitato proteico, mentre gli acidi nucleici rimangono in soluzione. Viene utilizzato anche un altro metodo. In questo caso, gli acidi nucleici possono essere precipitati allo stato di gel utilizzando etanolo e soluzione salina. È necessario prestare una certa cautela quando si esegue questa operazione. In particolare l'etanolo deve essere aggiunto con molta attenzione alla soluzione salina per ottenere un precipitato di gel. In quale concentrazione viene rilasciato l'acido nucleico, quali impurità sono presenti in esso, può essere determinato con il metodo spettrofotometrico. Gli acidi nucleici vengono facilmente degradati dalle nucleasi, che sono una classe speciale di enzimi. Con un tale isolamento, è necessario che le apparecchiature di laboratorio siano sottoposte a un trattamento obbligatorio con inibitori. Questi includono, ad esempio, un inibitore DEPC, che viene utilizzato nell'isolamento dell'RNA.

Proprietà fisiche

Gli acidi nucleici hanno una buona solubilità in acqua, ma sono quasi insolubili nei composti organici. Inoltre, sono particolarmente sensibili alla temperatura e ai livelli di pH. Le molecole di acido nucleico ad alto peso molecolare possono essere frammentate dalla nucleasi sotto l'influenza di forze meccaniche. Questi includono mescolare la soluzione e agitarla.

Acidi nucleici. Struttura e funzioni

Le forme polimeriche e monomeriche dei composti in questione si trovano nelle cellule. Le forme polimeriche sono chiamate polinucleotidi. In questa forma, le catene nucleotidiche sono legate da un residuo di acido fosforico. A causa del contenuto di due tipi di molecole eterocicliche chiamate ribosio e desossiribosio, gli acidi sono rispettivamente acidi ribonucleici e acidi desossiribonucleici. Con il loro aiuto avviene l'archiviazione, la trasmissione e l'implementazione delle informazioni ereditarie. Tra le forme monomeriche degli acidi nucleici, la più popolare è l'acido adenosina trifosforico. È coinvolto nella segnalazione e nella fornitura di riserve di energia nella cellula.

DNA

L'acido desossiribonucleico è una macromolecola. Con il suo aiuto, avviene il processo di trasferimento e implementazione delle informazioni genetiche. Queste informazioni sono necessarie per lo sviluppo e il funzionamento di un organismo vivente. Negli animali, nelle piante e nei funghi, il DNA fa parte dei cromosomi situati nel nucleo cellulare e si trova anche nei mitocondri e nei plastidi. Nei batteri e negli archaea, la molecola di acido desossiribonucleico aderisce alla membrana cellulare dall'interno. In tali organismi sono presenti principalmente molecole di DNA circolari. Si chiamano "plasmidi". Secondo la sua struttura chimica, l'acido desossiribonucleico è una molecola polimerica costituita da nucleotidi. Questi componenti, a loro volta, contengono una base azotata, zucchero e un gruppo fosfato. È grazie agli ultimi due elementi che si forma un legame tra i nucleotidi, creando catene. Fondamentalmente, la macromolecola del DNA si presenta sotto forma di una spirale di due catene.

RNA

L'acido ribonucleico è una lunga catena costituita da nucleotidi. Contengono una base azotata, zucchero ribosio e un gruppo fosfato. Le informazioni genetiche sono codificate utilizzando una sequenza di nucleotidi. L'RNA viene utilizzato per programmare la sintesi proteica. L'acido ribonucleico viene creato durante la trascrizione. Questo è il processo di sintesi dell'RNA su uno stampo di DNA. Si verifica con la partecipazione di enzimi speciali. Si chiamano RNA polimerasi. Successivamente, gli acidi ribonucleici modello partecipano al processo di traduzione. Ecco come avviene la sintesi proteica sulla matrice dell'RNA. I ribosomi prendono parte attiva in questo processo. I restanti RNA subiscono trasformazioni chimiche per completare la trascrizione. Come risultato dei cambiamenti che si verificano, si formano le strutture secondarie e terziarie dell'acido ribonucleico. Funzionano a seconda del tipo di RNA.

CapitoloV. ACIDI NUCLEICI

§ 13. ACIDI NUCLEICI:

FUNZIONI E COMPOSIZIONE

Conoscenza generale degli acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono i biopolimeri più importanti con un peso molecolare relativo che raggiunge 5·10 9 . Si trovano in tutti gli organismi viventi senza eccezioni e non sono solo custodi e fonti di informazioni genetiche, ma svolgono anche una serie di altre funzioni vitali. Gli acidi nucleici sono polimeri le cui unità monomeriche sono nucleotidi.

Esistono due diversi tipi di acidi nucleici − acidi desossiribonucleici(DNA) e acidi ribonucleici(RNA). Il DNA è il materiale genetico della maggior parte degli organismi. Nelle cellule procariotiche, oltre al DNA cromosomico principale, si trovano spesso DNA extracromosomico - plasmidi. Nelle cellule eucariotiche, la maggior parte del DNA si trova nel nucleo cellulare, dove è legato alle proteine ​​nei cromosomi. Le cellule eucariotiche contengono anche DNA nei mitocondri e nei cloroplasti.

Interessante da sapere! Le molecole di DNA sono le molecole più grandi. Molecola di DNAE. coliè costituito da circa 4.000.000 di paia di basi, la sua massa relativa è 26000000000 e la sua lunghezza è 1,4 mm, ovvero 700 volte la dimensione della sua cellula. Le molecole di DNA eucariotico possono raggiungere dimensioni ancora maggiori, la loro lunghezza può essere di diversi cm e la loro massa relativa è di 10 10 -10 11. Ci vorrebbero circa 1.000.000 di pagine per registrare la sequenza nucleotidica del DNA umano.

Per quanto riguarda gli RNA, in base alle funzioni che svolgono si distinguono:

1. RNA messaggero (mRNA): contengono informazioni sulla struttura primaria della proteina;

2. RNA ribosomiale (rRNA) - parte dei ribosomi;

3. trasferimento di RNA (tRNA) - assicurano il trasporto di aminoacidi al sito di sintesi proteica.

L'RNA è utilizzato come materiale genetico in numerosi virus. Ad esempio, i virus che causano malattie pericolose come l’influenza e l’AIDS contengono RNA.

Gli acidi nucleici possono essere lineari o circolari (chiusi covalentemente). Possono essere costituiti da una o due catene. Di seguito è riportato un diagramma che riflette l'esistenza di diversi tipi di acidi nucleici in natura:

Funzioni degli acidi nucleici

Gli acidi nucleici hanno tre funzioni importanti: conservazione, trasmissione e implementazione dell'informazione genetica. Oltre a queste, svolgono altre funzioni, ad esempio partecipano alla catalisi di alcune reazioni chimiche, regolano l'implementazione dell'informazione genetica, svolgono funzioni strutturali, ecc. Il ruolo del custode dell'informazione genetica nella maggior parte degli organismi (eucarioti, procarioti, alcuni virus) viene eseguito dal DNA a doppio filamento. Solo in alcuni virus il custode dell'informazione genetica è il DNA a filamento singolo o l'RNA a filamento singolo e doppio. Le informazioni genetiche sono registrate in geni. Un gene è, per sua natura, un pezzo di acido nucleico. Codificano la struttura primaria delle proteine. I geni possono anche trasportare informazioni sulla struttura di alcuni tipi di RNA, come tRNA e rRNA.

Le informazioni genetiche vengono trasmesse dai genitori alla prole. Questo processo è associato al raddoppio dell'acido nucleico (DNA o RNA), che funge da custode dell'informazione genetica, e alla sua successiva trasmissione ai discendenti. Ad esempio, in seguito alla divisione, le cellule figlie ricevono dalla madre molecole di DNA identiche e quindi informazioni genetiche identiche (Fig. 38). Quando i virus si riproducono, trasmettono anche copie esatte dell'acido nucleico alle particelle virali figlie. Nella riproduzione sessuale, la prole riceve informazioni genetiche da entrambi i genitori. Questo è il motivo per cui i bambini ereditano caratteristiche da entrambi i genitori.

Riso. 38. Distribuzione del DNA durante la divisione cellulare

Come risultato dell'implementazione delle informazioni genetiche, avviene la sintesi delle proteine ​​codificate nel DNA sotto forma di geni (o per alcuni virus - nell'RNA). In questo processo, le informazioni sulla struttura primaria della proteina vengono copiate dalla molecola di DNA all'mRNA e quindi decifrate sui ribosomi con la partecipazione del tRNA. Di conseguenza, si forma una proteina:

DNARNA proteina.

Composizione degli acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono polimeri costituiti da nucleotidi legati insieme da legami fosfodiestere. Ogni nucleotide è costituito da residui di base azotata, pentoso e acido fosforico.

Distinguere pirimidina E purina basi, chiamate anche rispettivamente pirimidine E purine. Le basi pirimidiniche sono derivati ​​della pirimidina:

basi puriniche – derivati purina:

Le pirimidine includono uracile, timina e citosina, mentre le purine includono adenina e guanina:

Il DNA contiene timina, citosina, adenina e guanina, l'RNA contiene le stesse basi, solo che al posto della timina contiene uracile. Oltre alle basi azotate, gli acidi nucleici contengono pentosi: DNA - D-desossiribosio e RNA - D-ribosio. I carboidrati si trovano nella forma furanosica dell'anomero b:

La base azotata si lega al carboidrato tramite l'idrossile glicosidico. Si forma un nucleoside. Schematicamente, la formazione di un nucleoside può essere rappresentata come segue:

Gli acidi nucleici comprendono 8 nucleosidi, 4 - RNA e 4 - DNA (Fig. 39).

Nucleosidi che compongono l'RNA:

Nucleosidi che compongono il DNA:

Riso. 39. Nucleosidi

Un nucleoside legato ad un residuo di acido fosforico è chiamato nucleotide:

In questo caso, il residuo di acido fosforico può essere legato all’atomo di carbonio 3’ o 5’:

L'adenosina 5'-monofosfato è abbreviato in AMP. Se il nucleotide è formato da desossisoribosio, adenina e un residuo di acido fosforico, allora sarà chiamato deossiadenosina monofosfato, o dAMP in breve. La tabella 5 mostra la nomenclatura dei nucleotidi.

Tabella 5.

Nomenclatura dei nucleotidi che formano DNA e RNA

Azotato base	nucleoside	Nucleotide
		titolo completo	abbreviazione
	Adenosina Deossiadenosina	Adenosina monofosfato Deossiadenosina monofosfato
	Guanosina Deossiguanosina	Guanosina monofosfato Deossiguanosina monofosfato
	Deossicitidina	Citidina monofosfato Deossicitidina monofosfato
		Uridina monofosfato
	Deossitimidina	Deossitimidina monofosfato

I monofosfati nucleosidici (NMP) e i monofosfati deossinucleosidici (dNMP) possono essere uniti da 1 o 2 ulteriori residui di acido fosforico. In questo caso si formano nucleosidi difosfati (NDP), deossinucleosidi difosfati (dNDP) o nucleosidi trifosfati (NTP) e deossinucleosidi trifosfati (dNTP).

NTP e dNTP servono come substrati per la sintesi rispettivamente di RNA e DNA.