Information

Nukleinsyror*# - Biologi

Nukleinsyror*# - Biologi


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Nukleinsyror

Nukleinsyror är molekyler som består av nukleotider som bär den genetiska ritningen av en cell. Interaktioner som kallas "basstapling"-interaktioner hjälper också till att stabilisera dubbelhelixen. mikroRNA reglerar användningen av mRNA för proteinsyntes.

Nukleotidstruktur

De två huvudtyperna av nukleinsyror är deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). Den vanligaste skillnaden mellan dessa två typer av nukleinsyror är närvaron eller frånvaron av en hydroxylgrupp vid C2 position, även kallad 2' -position, för ribosen. DNA saknar ribos och innehåller en väteatom i den positionen, därav namnet "deoxi" ribonukleinsyra medan RNA har en funktionell hydroxylgrupp i den positionen.

DNA och RNA består av monomerer som kallas nukleotider. Individuella nukleotider kondenserar med varandra för att bilda a nukleinsyra polymer. Varje nukleotid består av tre komponenter: en kvävehaltig bas (för vilken det finns fem olika typer), ett pentos (femkol) socker och en fosfatgrupp. Dessa är avbildade nedan.

Figur 1. En nukleotid består av tre komponenter: en kvävebas, ett pentossocker och en eller flera fosfatgrupper. Kolrester i pentosen numreras 1′ till 5′ (primtal skiljer dessa rester från dem i basen, som är numrerade utan att använda en primtalsbeteckning). Basen är fäst vid 1′-positionen av ribosen och fosfatet är fäst vid 5′-positionen. När en polynukleotid bildas, fäster 5'-fosfatet i den inkommande nukleotiden till 3'-hydroxylgruppen i slutet av den växande kedjan. Två typer av pentos finns i nukleotider, deoxiribos (finns i DNA) och ribos (finns i RNA). Deoxiribos har liknande struktur som ribos, men den har en -H istället för en -OH vid 2 ′ -läget. Baser kan delas in i två kategorier: puriner och pyrimidiner. Puriner har en dubbel ringstruktur och pyrimidiner har en enkel ring.
Tillskrivning: Marc T. Facciotti (originalverk)

Den kvävehaltiga basen

Nukleotidernas kvävebaser är organiska molekyler och kallas så för att de innehåller kol och kväve. De är baser eftersom de innehåller en aminogrupp som har potential att binda ett extra väte, och därmed fungera som en bas genom att minska vätejonkoncentrationen i den lokala miljön. Varje nukleotid i DNA innehåller en av fyra möjliga kvävebaser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). RNA innehåller adenin (A), guanin (G) cytosin (C) och uracil (U) istället för tymin (T).

Adenin och guanin klassificeras som puriner. Den primära utmärkande egenskapen hos strukturen hos en purin är dubbel kol-kväve-ring. Cytosin, tymin och uracil klassificeras som pyrimidiner. Dessa särskiljs strukturellt av en enda kol-kväve-ring. Du förväntas inse att var och en av dessa ringstrukturer är dekorerade av funktionella grupper som kan vara involverade i en mängd olika kemi och interaktioner.

Obs: öva

Ta en stund för att granska kvävebasen i figur 1. Identifiera funktionella grupper enligt beskrivningen i klassen. För varje identifierad funktionell grupp, beskriv vilken typ av kemi du förväntar dig att den ska vara involverad i. Om vätebunden, fungerar den funktionella gruppen som en donator eller acceptor?

Pentosockret

Pentosockret innehåller fem kolatomer. Varje kolatom i sockermolekylen är numrerad som 1′, 2′, 3′, 4′ och 5′ (1′ läses som "ett primtal"). De två huvudsakliga funktionella grupperna som är knutna till sockret hänvisas ofta till det kolantal de är bundna till. Till exempel är fosfatresten bunden till 5'-kolet i sockret och hydroxylgruppen är bunden till 3'-kolet i sockret. Vi kommer ofta att använda kolantalet för att referera till funktionella grupper på nukleotider så var mycket bekant med strukturen hos pentosockret.

Pentosockret i DNA kallas deoxiribos, och i RNA är sockret ribos. Skillnaden mellan sockerarterna är närvaron av hydroxylgruppen på 2'-kolet i ribosen och dess frånvaro på 2'-kolet i deoxiribosen. Därför kan du avgöra om du tittar på en DNA- eller RNA-nukleotid genom närvaron eller frånvaron av hydroxylgruppen på 2'-kolatomen - du kommer sannolikt att bli ombedd att göra det vid ett flertal tillfällen (inklusive undersökningar).

Fosfatgruppen

Det kan finnas någonstans mellan en och tre fosfatgrupper bundna till 5' -kolet i sockret. När ett fosfat är bundet kallas nukleotiden för en Nukleotid MÅh nejPhosfat (NMP). Om två fosfater är bundna kallas nukleotiden Nukleotid DiPhosphate (NDP). När tre fosfater är bundna till nukleotiden kallas det en Nukleotid TriPhosphate (NTP). Fosfoanhydridbindningarna mellan som länkar fosfatgrupperna till varandra har specifika kemiska egenskaper som gör dem bra för olika biologiska funktioner. Hydrolysen av bindningarna mellan fosfatgrupperna är termodynamiskt exergonisk under biologiska förhållanden och naturen har utvecklat många mekanismer för att koppla denna negativa förändring i fri energi för att hjälpa till att driva många reaktioner i cellen. Figur 2 visar ett exempel på hydrolys av nukleotidtrifosfatet ATP.

Notera: "högenergi"-obligationer

Termen "högenergibindning" används MYCKET inom biologi. Det är dock en av de genvägar som vi hänvisade till tidigare. Termen hänvisar till mängden negativ fri energi som är associerad med HYDROLYSEN av den bindningen! Vattnet är viktigt. Medan vi har försökt att minimera användningen av folkspråket "hög energi" när vi hänvisar till bindningar, tänk på ovanstående när du läser eller lyssnar på diskussioner inom biologi.

figur 2. ATP (adenosintrifosfat) har tre fosfatgrupper som kan avlägsnas genom hydrolys för att bilda ADP (adenosin-difosfat) eller AMP (adenosinmonofosfat). De negativa laddningarna på fosfatgruppen stöter bort varandra naturligt, vilket kräver energi för att binda ihop dem och frigör energi. när dessa bindningar bryts.
Tillskrivning: Marc T. Facciotti (originalverk)

Dubbel helixstruktur av DNA

DNA har en dubbel helixstruktur (visas nedan). Sockret och fosfatet ligger på utsidan av helixen och bildar ryggraden i DNA:t. De kvävehaltiga baserna är staplade i det inre, som stegen i en trappa i par; paren är bundna till varandra genom vätebindningar. Varje baspar i dubbelspiralen separeras från nästa baspar med 0,34 nm. De två strängarna i spiralen löper i motsatta riktningar, vilket betyder att 5′-koländen av en sträng kommer att vara vänd mot 3′-koländen av dess matchande sträng. Detta kallas antiparallell orientering.

Figur 3. Native DNA är en antiparallell dubbel helix. Fosfatryggraden (indikerad av de kurviga linjerna) är på utsidan och baserna på insidan. Varje bas från en sträng interagerar via vätebindning med en bas från den motsatta strängen.
Tillskrivning: Marc T. Facciotti (originalverk)

I en dubbel spiral är vissa kombinationer av basparning kemiskt mer gynnade än andra baserat på typerna och platserna för funktionella grupper på kvävehaltiga baser för varje nukleotid. Inom biologin finner vi att adenin (A) är kemiskt komplementärt med tymidin (T) och guanin (G) är kemiskt komplementärt med cytosin (C), som visas nedan. Vi hänvisar ofta till detta mönster som "baskomplementaritet" och säger att de antiparallella strängarna är komplementära till varandra. Till exempel, om sekvensen för en sträng är av DNA är 5'-AATTGGCC-3 ', skulle den komplementära strängen ha sekvensen 5'-GGCCAATT-3'.

Figur 4. I en dubbelsträngad DNA-molekyl kör de två strängarna antiparallell mot varandra så att en sträng löper 5 ′ till 3 ′ och den andra 3 ′ till 5 ′. Fosfatryggraden är placerad på utsidan, och baserna är i mitten. Adenin bildar vätebindningar (eller baspar) med tymin, och guaninbaspar med cytosin.
Skapad av Ivy Jose

Nukleinsyrors och nukleotiders funktioner och roller

Nukleinsyror spelar en mängd olika roller i cellulära processer förutom att vara informationslagringsmolekylen. Nukleinsyror, i synnerhet RNA, tros vara de första biologiskt aktiva molekylerna under en period som kallas "RNA-världen" då katalytiskt RNA ansågs tjäna den dubbla rollen som katalysatorer och informationslagrande molekyler. Rester av RNA-världen kan ses hos många riboprotein komplex som är nödvändiga för livet. I dessa RNA-proteinkomplex tjänar RNA både katalytiska och strukturella roller. Exempel på sådana komplex inkluderar ribosomer, RNaser, splitsosomkomplex och telomeras. Nukleotider som ATP och GTP fungerar också som mobila kortsiktiga energitransportenheter för cellen. Nukleotider spelar också viktiga roller som kofaktorer (utöver energivehiklar) för många enzymatiska reaktioner. Liksom lipider, proteiner och kolhydrater spelar nukleinsyror och nukleotider en mängd olika roller i cellen.


Nukleinsyror

Nukleinsyror är nyckelmakromolekyler i livets kontinuitet. De bär den genetiska ritningen av en cell och bär instruktioner för cellens funktion. De två huvudtyperna av nukleinsyror är deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). DNA är det genetiska material som finns i alla levande organismer, allt från encelliga bakterier till flercelliga däggdjur. Den andra typen av nukleinsyra, RNA, är mest involverad i proteinsyntesen. DNA-molekylerna lämnar aldrig kärnan, utan använder istället en RNA-mellanhand för att kommunicera med resten av cellen. Andra typer av RNA är också involverade i proteinsyntesen och dess reglering. Vi kommer att gå in mer i detalj om nukleinsyror i ett senare avsnitt.

DNA och RNA består av monomerer som kallas nukleotider sammankopplade i en kedja med kovalenta bindningar. Varje nukleotid består av tre komponenter: en kvävebas, socker med fem kolatomer och en fosfatgrupp (Figur 1). Den kvävehaltiga basen i en nukleotid är fäst vid sockermolekylen, som är fäst vid fosfatgruppen.

Figur 1 En nukleotid består av tre komponenter: en kvävebas, ett pentossocker och en eller flera fosfatgrupper.

Kvävebaserna, viktiga komponenter i nukleotider, är organiska molekyler och kallas så för att de innehåller kol och kväve. De är baser eftersom de innehåller en aminogrupp som har potential att binda ett extra väte, och därmed minskar vätejonkoncentrationen i sin miljö, vilket gör den mer basisk. Varje nukleotid i DNA innehåller en av fyra möjliga kvävebaser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T). RNA innehåller basen uracil (U) istället för tymin. Ordningen på baserna i en nukleinsyra bestämmer vilken information DNA- eller RNA-molekylen bär. Detta beror på att ordningen på baserna i en DNA-gen bestämmer i vilken ordning aminosyror kommer att sättas ihop för att bilda ett protein.

Pentosockret i DNA är deoxiribos och i RNA är sockret ribos (Figur 1). Skillnaden mellan sockerarterna är närvaron av hydroxylgruppen på det andra kolet i ribosen och väte på det andra kolet i deoxiribosen. Kolatomerna i sockermolekylen är numrerade som 1′, 2′, 3′, 4′ och 5′ (1′ läses som "ett primtal"). Fosfatresten är fäst till hydroxylgruppen i 5'-kolet i ett socker och hydroxylgruppen i 3'-kolet i sockret i nästa nukleotid, som bildar en 5'–3'-fosfodiesterbindning (en specifik typ av kovalent obligation). En polynukleotid kan ha tusentals sådana fosfodiesterbindningar.


Nukleinsyror: DNA och RNA

Levande organismer är komplexa system. Hundratusentals proteiner finns inuti var och en av oss för att hjälpa till att utföra våra dagliga funktioner (se vår fett- och proteinmodul för mer information). Dessa proteiner produceras lokalt, monterade bit för bit enligt exakta specifikationer. Det krävs en enorm mängd information för att hantera detta komplexa system korrekt. Denna information, som beskriver den specifika strukturen hos proteinerna inuti våra kroppar, lagras i en uppsättning molekyler som kallas nukleinsyror.

Nukleinsyrorna är mycket stora molekyler som har två huvuddelar. Ryggraden i en nukleinsyra är gjord av alternerande socker- och fosfatmolekyler bundna tillsammans i en lång kedja, representerad nedan:

Var och en av sockergrupperna i ryggraden är fäst (via bindningen som visas i rött) till en tredje typ av molekyl som kallas en nukleotidbas:

Även om endast fyra olika nukleotidbaser kan förekomma i en nukleinsyra, innehåller varje nukleinsyra miljontals baser bundna till den. Ordningen i vilken dessa nukleotidbaser uppträder i nukleinsyran är kodningen för informationen som bärs i molekylen. Med andra ord fungerar nukleotidbaserna som ett slags genetiskt alfabet på vilket strukturen för varje protein i våra kroppar kodas.

I de flesta levande organismer (förutom virus) lagras genetisk information i molekylen deoxiribonukleinsyra, eller DNA. DNA skapas och finns i kärnan av levande celler. DNA har fått sitt namn från sockermolekylen som finns i dess ryggrad (deoxiribos), men det får sin betydelse från sin unika struktur. Fyra olika nukleotidbaser förekommer i DNA: adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T).

Interaktiv animering:Kemisk struktur hos DNA-nukleotiderna

Dessa nukleotider binder till sockerryggraden i molekylen enligt följande:

Mångsidigheten hos DNA kommer från det faktum att molekylen faktiskt är dubbelsträngad. Nukleotidbaserna i DNA-molekylen bildar komplementära par: Nukleotiderna vätebinder till en annan nukleotidbas i en DNA-sträng motsatt originalet. Denna bindning är specifik, och adenin binder alltid till tymin (och vice versa) och guanin binder alltid till cytosin (och vice versa). Denna bindning sker över molekylen, vilket leder till ett dubbelsträngat system enligt bilden nedan:

socker fosfat socker fosfat socker fosfat socker .
T A C G
¦ ¦ ¦ ¦
A T G C
socker fosfat socker fosfat socker fosfat socker .


I början av 1950-talet bestämde fyra forskare, James Watson och Francis Crick vid Cambridge University och Maurice Wilkins och Rosalind Franklin vid King's College, den verkliga strukturen av DNA från data och röntgenbilder av molekylen som Franklin hade tagit. 1953 publicerade Watson och Crick en artikel i den vetenskapliga tidskriften Natur beskriver denna forskning. Watson, Crick, Wilkins och Franklin hade visat att inte bara är DNA-molekylen dubbelsträngad, utan de två strängarna sveper sig runt varandra och bildar en spiral eller helix. Den sanna strukturen av DNA-molekylen är en dubbel helix, som visas till höger.

Den dubbelsträngade DNA-molekylen har den unika förmågan att den kan göra exakta kopior av sig själv, eller självreplikera. När mer DNA krävs av en organism (som under reproduktion eller celltillväxt) bryts vätebindningarna mellan nukleotidbaserna och de två enkelsträngarna av DNA separeras. Nya komplementära baser förs in av cellen och paras ihop med var och en av de två separata strängarna, vilket bildar två nya, identiska, dubbelsträngade DNA-molekyler. Detta koncept illustreras i animationen nedan.

Interaktiv animering: Replikationen av DNA

Ribonukleinsyra, eller RNA, har fått sitt namn från sockergruppen i molekylens ryggrad – ribos. Det finns flera viktiga likheter och skillnader mellan RNA och DNA. Liksom DNA har RNA en sockerfosfatryggrad med nukleotidbaser fästa vid den. Liksom DNA innehåller RNA baserna adenin (A), cytosin (C) och guanin (G), men RNA innehåller inte tymin, istället är RNA:s fjärde nukleotid basen uracil (U). Till skillnad från den dubbelsträngade DNA-molekylen är RNA en enkelsträngad molekyl. RNA är det huvudsakliga genetiska materialet som används i organismerna som kallas virus, och RNA är också viktigt vid produktionen av proteiner i andra levande organismer. RNA kan röra sig runt cellerna i levande organismer och fungerar därför som en slags genetisk budbärare, som förmedlar informationen som lagras i cellens DNA ut från kärnan till andra delar av cellen där den används för att göra proteiner.


1.5 Nukleinsyror Översikt

Den stora bilden i det här avsnittet av AP Biologys läroplan är att ärftlig information ger kontinuitet i livet. "Ärftlig” betyder att det kan överföras från en generation till nästa, medan ”livets kontinuitet” beskriver den pågående processen av organismer som växer, replikerar deras DNA och skapar en ny generation av organismer som delar det DNA. Detta avsnitt fokuserar mer specifikt på DNA och RNA. Vi kommer att titta på hur de är lika, hur de är olika och de olika rollerna de tjänar i celler.

Strukturen av DNA utarbetades först 1953, av forskarna Watson och Crick. Laget använde röntgenkristallografi bilder producerade av Rosalind Franklin, som tyvärr dog i cancer innan hon tilldelades Nobelpriset som resten av teamet. Hennes metod att använda röntgenstrålar för att se DNA-strukturen ledde slutligen till den modell vi fortfarande använder idag.

DNA står faktiskt för "deoxiribonukleinsyra” – ett namn som refererar till sockerribosen och nukleotidbaserna som är hjärtat i varje DNA-molekyl. "Deoxi" refererar till det faktum att till skillnad från vanlig ribos har deoxiribos förlorat en syreatom. På molekylär nivå får DNA sin struktur genom två huvuddrag – socker-fosfatryggraden och vätebindningarna som bildas mellan komplementära nukleotidbaser.

Varje nukleotid i sekvensen är bunden till nästa genom a fosfodiesterbindning, som skapas genom en uttorkningsreaktion som underlättas av enzymet DNA -polymeras. I denna bindning ansluter hydroxylgruppen på pentossockermolekylen till fosfatgruppen på den nya nukleotiden. Således är den nya strängen konstruerad från 5'-änden (med en fosfatgrupp) till 3'-änden (med en hydroxyl). DNA-polymerasmolekylen rör sig längs mallsträngen i motsatt riktning, från 3' till 5', eftersom de två strängarna löper antiparallellt.

Inom strukturen av en DNA-molekyl sticker kvävebaserna ut vinkelrätt från sockerfosfatryggraden. Sockerfosfatryggraden skapar en helixstruktur, på grund av vinkeln på bindningarna den är gjord av. Med tillägg av kvävehaltiga baser som bildar vätebindningar med den antiparallella strängen, antar denna molekyl en dubbelhelixstruktur – även kallad en duplex-.

Denna duplex har två spår som slingrar sig upp i molekylen. Den första skåran, den större spår, bildas av strukturen hos sockerfosfatryggraden. När den andra strängen syntetiseras skapas ett annat spår. De mindre spår bildas av gapet mellan de två strängarna, som är fyllt med kvävehaltiga baser. Enzymer som interagerar med DNA använder dessa spår för att känna igen DNA-molekyler, fästa vid dem och fullborda deras funktion.

RNA-molekyler är något annorlunda än DNA-molekyler. "RNA" står för ribonukleinsyra. Till skillnad från DNA är sockermolekylen som används i RNA ribos – komplett med den extra syreatomen som deoxiribos saknas.

Även om detta bara är en liten atomär förändring i strukturen hos en mycket större molekyl, orsakar syreatomen faktiskt många förändringar i RNA:s funktion. För det första är RNA en mindre stabil molekyl. Syreatomen är mycket mer reaktiv än ett enda väte och deltar ofta i hydrolysreaktioner som stör strukturen av RNA. För det andra är RNA oftast en enkelsträngad molekyl delvis på grund av den fysiska närvaron av syreatomen. Syreatomen bunden med vätet skapar en stor hydroxylgrupp som sitter precis ovanför kvävehaltig bas från nukleotid Nedan. Detta hindrar kvävebasernas förmåga att bilda vätebindningar med varandra.

Den andra skillnaden som skiljer RNA från DNA är att den använder Uracil istället för tymin. Medan alla andra kvävehaltiga baser är desamma, kan RNA använda uracil av några olika anledningar. Uracil är lättare att skapa, även om det är mycket likt cytosin och kan brytas ned snabbt. Eftersom RNA är kortlivat är detta inte ett problem. DNA kräver en mer stabil bas för att hjälpa till att lagra information korrekt under långa tidsperioder.

Medan DNA i stort sett bara finns som en duplex i naturen, kan RNA ta många olika former. Förutom den enkelsträngade enkelhelixstrukturen som oftast ses som budbärar-RNA (mRNA), inkluderar andra vanliga sekundära strukturer överförings-RNA (tRNA) och ribosomalt RNA (rRNA).

Transfer RNA, eller tRNA för kort, används för att lägga till nya aminosyror till en växande peptidkedja. tRNA skapas när en enkelsträngad RNA-molekyl viks tillbaka på sig själv för att skapa små strukturer som kallas "hårnålar.’ På ena sidan av en tRNA-molekyl lämnas 3 kvävehaltiga baser exponerade. Dessa baser kommer att vätebinda med ett kodon på en mRNA-molekyl, vilket gör att en ribosom vet att den har valt rätt aminosyra. Den andra änden av tRNA:t bär en specifik aminosyra och kan bara binda till en aminosyra och inga andra. De andra delarna av en tRNA-molekyl säkerställer att molekylen kan bearbetas av en ribosom.

Medan ribosomerna själva mestadels är gjorda av protein, har de en RNA-komponent som flätas samman med proteinstrukturen – känd som rRNA – som hjälper till i översättningsprocessen. rRNA hjälper ribosomen att hålla mRNA och tRNA på plats när translationsprocessen utvecklas. Det hjälper också till att katalysera uttorkningsreaktionen som behövs för att bilda nya peptidbindningar mellan aminosyror!

Förutom dessa former av RNA, upptäcker forskare ständigt nya användningsområden för RNA i celler. Det finns till exempel också mikroRNA som har funktioner för att reglera gener i kärnan, RNA som fungerar som enzymer för vissa reaktioner och många andra speciella RNA som fortfarande upptäcks!

Förutom ett fåtal virus som använder RNA som sin huvudsakliga informationsmolekyl, använder organismer på jorden överväldigande DNA för att lagra information och RNA för att översätta denna information till proteiner. Låt oss överväga strukturen för varje molekyl för att se varför de tjänar dessa roller väl.

Duplexstrukturen hos DNA är mycket stabil. Inte bara hålls de två strängarna samman av vätebindningar mellan komplementära baser, utan sockret som används (deoxiribos) är också mycket mindre benäget att reagera med andra molekyler eftersom det inte har den reaktiva syreatomen närvarande i RNA. Denna struktur gör DNA starkt och säkerställer att det kommer att hålla länge utan att skadas. Vidare är DNA tillräckligt starkt för att lagras på ett komplext sätt.

Om vi ​​skulle sträcka ut allt DNA som finns i en cell i din kropp, skulle det vara cirka 5 fot långt. Men DNA kan lindas runt lagringsproteiner som kallas histoner att skapa nukleosomer. Nukleosomer kan packas tätt ihop till en fiber som kallas kromatin, som sedan kan packas ännu längre in i en kromosom. Detta gör att 6 miljarder nukleotider kan lagras i kärnan i en cell – det är bara cirka 1/500:e av en tum!

Däremot är RNA inte en mycket stabil molekyl. Men det tjänar sina många roller i cellen som DNA inte kunde fullborda. RNA-polymeras – ett enzym som gör RNA från DNA-mallen – kan snabbt skapa ett RNA-transkript som kan bära informationen ut ur kärnan. RNA kan interagera med ribosomer för att skapa nya proteiner, och dessa molekyler kan vikas till proteinliknande former som fungerar som enzymer och genregulatorer i celler. Eftersom RNA använder uracil och har en extra syreatom i ribossockret, bryts RNA ner snabbt. Det är okej, eftersom varje RNA-molekyl bara behövs under en kort tid och mer kan enkelt göras genom transkription av DNA-koden!


Biologi 171

I slutet av det här avsnittet kommer du att kunna göra följande:

  • Beskriv nukleinsyrors struktur och definiera de två typerna av nukleinsyror
  • Förklara DNA:s struktur och roll
  • Förklara RNA:s struktur och roller

Nukleinsyror är de viktigaste makromolekylerna för livets kontinuitet. De bär på cellens genetiska ritning och har instruktioner för dess funktion.

DNA och RNA

De två huvudtyperna av nukleinsyror är deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA). DNA är det genetiska materialet i alla levande organismer, allt från encelliga bakterier till flercelliga däggdjur. Det är i kärnan av eukaryoter och i organeller, kloroplaster och mitokondrier. I prokaryoter är DNA inte inneslutet i ett membranhölje.

Hela cellens genetiska innehåll är dess genom, och studiet av genom är genomik. I eukaryota celler men inte i prokaryoter bildar DNA ett komplex med histonproteiner för att bilda kromatin, substansen i eukaryota kromosomer. En kromosom kan innehålla tiotusentals gener. Många gener innehåller information för att tillverka proteinprodukter. Andra gener kodar för RNA -produkter. DNA kontrollerar alla cellulära aktiviteter genom att aktivera eller "inaktivera" generna.

Den andra typen av nukleinsyra, RNA, är mest involverad i proteinsyntesen. DNA-molekylerna lämnar aldrig kärnan utan använder istället en mellanhand för att kommunicera med resten av cellen. Denna mellanhand är budbärar -RNA (mRNA). Andra typer av RNA - som rRNA, tRNA och microRNA - är involverade i proteinsyntes och dess reglering.

DNA och RNA består av monomerer som forskare kallar nukleotider. Nukleotiderna kombineras med varandra för att bilda en polynukleotid, DNA eller RNA. Tre komponenter omfattar varje nukleotid: en kvävebas, ett pentossocker (fem kol) och en fosfatgrupp ((Figur)). Varje kvävehaltig bas i en nukleotid är bunden till en sockermolekyl, som är bunden till en eller flera fosfatgrupper.


Kvävebaserna, viktiga komponenter i nukleotider, är organiska molekyler och kallas så för att de innehåller kol och kväve. De är baser eftersom de innehåller en aminogrupp som har potential att binda ett extra väte, och därmed minska vätejonkoncentrationen i sin miljö, vilket gör den mer basisk. Varje nukleotid i DNA innehåller en av fyra möjliga kvävebaser: adenin (A), guanin (G), cytosin (C) och tymin (T).

Forskare klassificerar adenin och guanin som puriner. Purinens primära struktur är två kol-kväveringar. Forskare klassificerar cytosin, tymin och uracil som pyrimidiner som har en enda kol-kväve-ring som sin primära struktur ((Figur)). Var och en av dessa grundläggande kol-kväveringar har olika funktionella grupper kopplade till sig. I molekylärbiologi stenografi känner vi till kvävebaserna genom deras symboler A, T, G, C och U. DNA innehåller A, T, G och C medan RNA innehåller A, U, G och C.

Pentosockret i DNA är deoxiribos, och i RNA är sockret ribos ((Figur)). Skillnaden mellan sockerarterna är närvaron av hydroxylgruppen på ribosens andra kol och väte på deoxiribosens andra kol. Kolatomerna i sockermolekylen är numrerade som 1′, 2′, 3′, 4′ och 5′ (1′ läses som "ett primtal"). Fosfatresten fäster vid hydroxylgruppen i 5'-kolet i ett socker och hydroxylgruppen i 3'-kolet i sockret i nästa nukleotid, som bildar en 5'-3'-fosfodiesterkoppling. En enkel dehydreringsreaktion som de andra kopplingarna som förbinder monomerer i makromolekyler bildar inte fosfodiesterkopplingen. Dess bildning innebär att två fosfatgrupper avlägsnas. En polynukleotid kan ha tusentals sådana fosfodiesterbindningar.

DNA dubbelhelixstruktur

DNA har en dubbelhelixstruktur ((Figur)). Sockret och fosfatet ligger på utsidan av helixen och bildar DNA:s ryggrad. Kvävebaserna är staplade i inredningen, som ett par trappsteg. Vätebindningar binder paren till varandra. Varje baspar i dubbelspiralen separeras från nästa baspar med 0,34 nm. Helixens två strängar löper i motsatta riktningar, vilket betyder att 5′-koländen på en sträng kommer att vara vänd mot 3′-koländen av dess matchande sträng. (Forskare kallar detta en antiparallell orientering och är viktig för DNA -replikation och i många nukleinsyrainteraktioner.)


Endast vissa typer av basparning är tillåtna. Till exempel kan en viss purin bara paras ihop med en viss pyrimidin. Detta betyder att A kan paras med T och G kan paras med C, som (Figur) visar. Detta är den kompletterande grundregeln. Med andra ord är DNA-strängarna komplementära till varandra. Om sekvensen för en sträng är AATTGGCC, skulle den komplementära strängen ha sekvensen TTAACCGG. Under DNA -replikation kopierar varje sträng sig själv, vilket resulterar i en dubbel -helix dotter -DNA som innehåller en förälder -DNA -sträng och en ny syntetiserad sträng.


En mutation inträffar och adenin ersätter cytosin. Vilken inverkan tror du att detta kommer att ha på DNA-strukturen?

Ribonukleinsyra, eller RNA, är huvudsakligen involverad i processen för proteinsyntes under ledning av DNA. RNA är vanligtvis enkelsträngat och består av ribonukleotider som är länkade med fosfodiesterbindningar. En ribonukleotid i RNA-kedjan innehåller ribos (pentossockret), en av de fyra kvävebaserna (A, U, G och C) och fosfatgruppen.

Det finns fyra huvudtyper av RNA: budbärar-RNA (mRNA), ribosomalt RNA (rRNA), transfer-RNA (tRNA) och mikroRNA (miRNA). Den första, mRNA, bär budskapet från DNA, som kontrollerar alla cellulära aktiviteter i en cell. Om en cell kräver syntetisering av ett visst protein, slås genen för denna produkt på och messenger -RNA syntetiseras i kärnan. RNA-bassekvensen är komplementär till DNA’s kodningssekvens från vilken den har kopierats. Men i RNA är basen T frånvarande och U är närvarande istället. Om DNA-strängen har en sekvens AATTGCGC, är sekvensen för det komplementära RNA:t UUAACGCG. I cytoplasman interagerar mRNA med ribosomer och andra cellulära maskineri ((Figur)).


mRNA läses i uppsättningar av tre baser som kallas kodon. Varje kodon kodar för en enda aminosyra. På så sätt läses mRNA och proteinprodukten framställs. Ribosomalt RNA (rRNA) är en huvudbeståndsdel av ribosomer som mRNA binder till. RRNA säkerställer korrekt inriktning av mRNA och ribosomer. Ribosomens rRNA har också en enzymatisk aktivitet (peptidyltransferas) och katalyserar bildning av peptidbindningar mellan två aminosyror i linje. Transfer-RNA (tRNA) är en av de minsta av de fyra typerna av RNA, vanligtvis 70–90 nukleotider lång. Den transporterar rätt aminosyra till proteinsyntesstället. Det är basparningen mellan tRNA och mRNA som gör det möjligt för den korrekta aminosyran att infoga sig själv i polypeptidkedjan. MikroRNA är de minsta RNA -molekylerna och deras roll innebär att reglera genuttryck genom att störa uttrycket av vissa mRNA -meddelanden. (Figur) sammanfattar DNA- och RNA-egenskaper.

DNA- och RNA-egenskaper
DNA RNA
Fungera Bär genetisk information Inblandad i proteinsyntes
Plats Kvar i kärnan Lämnar kärnan
Strukturera Dubbel helix Vanligtvis enkelsträngad
Socker Deoxiribos Ribose
Pyrimidiner Cytosin, tymin Cytosin, uracil
Puriner Adenin, guanin Adenin, guanin

Även om RNA är enkelsträngat, visar de flesta RNA-typer omfattande intramolekylär basparning mellan komplementära sekvenser, vilket skapar en förutsägbar tredimensionell struktur som är väsentlig för deras funktion.

Som du har lärt dig sker informationsflödet i en organism från DNA till RNA till protein. DNA dikterar strukturen av mRNA i en process som forskare kallar transkription och RNA dikterar proteinets struktur i en process som forskare kallar translation. Detta är livets centrala dogma, som gäller för alla organismer, men undantag från regeln förekommer i samband med virusinfektioner.

För att lära dig mer om DNA, utforska Howard Hughes Medical Institute BioInteractive resurser om DNA (videor, animationer, interaktiva).

Sektionssammanfattning

Nukleinsyror är molekyler som består av nukleotider som styr cellulära aktiviteter såsom celldelning och proteinsyntes. Pentossocker, en kvävehaltig bas och en fosfatgrupp utgör varje nukleotid. Det finns två typer av nukleinsyror: DNA och RNA. DNA bär cellens genetiska ritning och överför den från föräldrar till avkomma (i form av kromosomer). Den har en dubbelspiralformad struktur med de två strängarna som löper i motsatta riktningar, förbundna med vätebindningar och komplementära till varandra. RNA är en enkelsträngad polymer som består av kopplade nukleotider som består av ett pentossocker (ribos), en kvävebas och en fosfatgrupp. RNA är involverat i proteinsyntesen och dess reglering. Messenger-RNA (mRNA) kopierar från DNA:t, exporterar sig själv från kärnan till cytoplasman och innehåller information för att konstruera proteiner. Ribosomalt RNA (rRNA) är en del av ribosomerna vid platsen för proteinsyntes medan överförings-RNA (tRNA) bär aminosyran till platsen för proteinsyntesen. MikroRNA reglerar användningen av mRNA för proteinsyntes.

Konstanslutningar

(Figur) En mutation inträffar och cytosin ersätts med adenin. Vilken inverkan tror du att detta kommer att ha på DNA-strukturen?

(Figur) Adenin är större än cytosin och kommer inte att kunna baspara ordentligt med guaninet på den motsatta strängen. Detta kommer att få DNA:t att bukta ut. DNA-reparationsenzymer kan känna igen utbuktningen och ersätta den felaktiga nukleotiden.

Gratis svar

Vilka är de strukturella skillnaderna mellan RNA och DNA?

DNA har en dubbelhelixstruktur. Sockret och fosfatet finns på utsidan av helixen och kvävebaserna finns i det inre. Monomererna av DNA är nukleotider som innehåller deoxiribos, en av de fyra kvävehaltiga baserna (A, T, G och C), och en fosfatgrupp. RNA är vanligtvis enkelsträngat och är gjord av ribonukleotider som är sammanlänkade genom fosfodiesterbindningar. En ribonukleotid innehåller ribos (pentossockret), en av de fyra kvävebaserna (A, U, G och C) och fosfatgruppen.

Vilka är de fyra typerna av RNA och hur fungerar de?

De fyra typerna av RNA är budbärar-RNA, ribosomalt RNA, överförings-RNA och mikroRNA. Messenger-RNA bär informationen från DNA:t som kontrollerar alla cellulära aktiviteter. mRNA binder till ribosomerna som är uppbyggda av proteiner och rRNA, och tRNA överför den korrekta aminosyran till platsen för proteinsyntesen. mikroRNA reglerar tillgängligheten av mRNA för translation.

Ordlista


DNA Double-Helical Struktur

DNA har en dubbelspiralstruktur (figur 2). Den är sammansatt av två strängar, eller kedjor, av nukleotider. Den dubbla helixen av DNA jämförs ofta med en vriden stege. Strängarna (de yttre delarna av stegen) bildas genom att fosfater och sockerarter från intilliggande nukleotider med starka kemiska bindningar, som kallas kovalenta bindningar. Stegpinnen på den tvinnade stegen består av de två baserna som är fästa tillsammans med en svag kemisk bindning, som kallas a vätebindningar. Två baser väte bundna tillsammans kallas a baspar. Stegen vrider sig längs sin längd, därav beskrivningen av "dubbel helix", vilket betyder en dubbel spiral.

figur 2 Dubbelhelixmodellen visar DNA som två parallella strängar av sammanflätade molekyler. (kredit: Jerome Walker, Dennis Myts).

De alternerande socker- och fosfatgrupperna ligger på utsidan av varje sträng och bildar ryggraden i DNA: t. De kvävehaltiga baserna staplas i det inre, som trappstegen i en trappa, och dessa baser parar paren är bundna till varandra av vätebindningar. Baserna paras ihop på ett sådant sätt att avståndet mellan ryggraden i de två strängarna är detsamma längs med molekylen.

I en DNA-molekyl parar adenin (A) alltid med tymin (T), och cytosin (C) parar alltid med guanin (G). Detta innebär att sekvensen för en sträng av DNA-dubbelhelixen alltid kan användas för att bestämma den andra strängen.

Figur 3 Ett diagram över strukturen av en DNA-molekyl, som visar parningen av de kvävehaltiga baserna, som är förbundna med vätebindningar. I DNA parar A alltid (vätebindningar) med T, C parar alltid med G. Bild av Awedashsome Wikimedia, CC SA 4.0.


Nukleinsyror

Polymerisationsreaktionen förmedlas av ett enzym, men den övergripande reaktionen är i grunden en förestringsreaktion mellan en alkohol och en fosfosyra. Alkoholgruppen är belägen på 3 änden av sockret i nukleotiden, och fosfosyragruppen är på 5 änden av nästa reagerande nukleotid.

Låt oss säga att nukleotid 1 kommer att vara den första nukleotiden. Den har en 3` OH på sitt socker, och denna OH kommer att fungera som alkoholgruppen.

Nukleotid 2 har en HOPO3-socker-OH-koppling (precis som nukleotid 1), och HO-delen av HOPO3 på nukleotid 2 reagerar med 3` OH på nukleotid 1 och man får en förestringsreaktion där en fosfodiesterbindning bildas

Nuc1-O-P-O3-Nuc2, och nu är de två nukleotiderna kopplade. Denna reaktion sker om och om och om igen för att göra en lång enkelsträngad kedja av DNA eller RNA.

I cellen är HO-PO3-sockergruppen faktiskt ett trifosfat (HO-PO3-PO3-PO3-socker), och de extra fosfatgrupperna ger bara den energi som behövs för att få igång processen.

Eftersom generna som gör dig till människa, som gör att du kan göra allt en människa kan göra, inklusive levande, lagras i ditt DNA. Och DNA:t omvandlas till RNA för att göra genprodukterna av dessa gener, som kallas proteiner (vanligtvis). DNA och RNA är båda nukleinsyror (Deoxiribonukleinsyra. och Ribonukleinsyra).


Nukleinsyror

Nukleinsyror är sammansatta av sammanlänkade nukleotider. DNA inkluderar sockret, deoxiribos, kombinerat med fosfatgrupper och kombinationer av tymin, cytosin, guanin och adenin. RNA inkluderar sockret, ribos med fosfatgrupper och kombinationer av uracil, cytosin, guanin och adenin.

DNA och RNA är nukleinsyror och utgör de genetiska instruktionerna för en organism. Deras monomerer kallas nukleotider , som är uppbyggda av individuella underenheter. Nukleotider består av ett 5-kolsocker (a pentos ), ett laddat fosfat och en kvävehaltig bas (Adenin, Guanin, Tymin, Cytosin eller Uracil). Varje kol i pentosen har en positionsbeteckning från 1 till 5. En stor skillnad mellan DNA och RNA är att DNA innehåller deoxiribos och RNA innehåller ribos. Den särskiljande egenskapen mellan dessa pentoser är vid 2′-positionen där en hydroxylgrupp i ribos är substituerad med ett väte.

DNA har en dubbel spiralstruktur. Två antiparallella strängar är bundna av vätebindningar. Det finns 10 baser för varje komplett varv i den dubbla helixen av DNA.

DNA är en dubbelspiralformad molekyl. Två antiparallella strängar är sammanbundna av vätebindningar. Adenin bildar 2 H-bindningar med tymin. Guanin bildar 3H-bindningar med Cytosin. Denna AT & GC-matchning kallas komplementaritet . Medan de kvävehaltiga baserna finns på det inre av dubbelspiralen (som stegpinnar på en stege), utgör den återkommande ryggraden av pentossocker och fosfat ryggraden i molekylen. Lägg märke till att fosfat har en negativ laddning. Detta gör DNA och RNA, totalt sett negativt laddade.

DNA kan identifieras kemiskt med Disch difenylamintest . Sura förhållanden omvandlar deoxiribos till en molekyl som binder med difenylamin för att bilda ett blått komplex. Intensiteten av den blå färgen är proportionell mot koncentrationen av DNA. Dische’s test kommer att detektera deoxiribos av DNA och kommer inte att interagera med ribos i RNA. Mängden blått motsvarar mängden DNA i lösning.

Difenylaminföreningen från Dische’s test interagerar med deoxiribosen i DNA för att ge en blå färg.


Biologi OER

Nukleinsyror är sammansatta av sammanlänkade nukleotider. DNA inkluderar sockret, deoxiribos, kombinerat med fosfatgrupper och kombinationer av tymin, cytosin, guanin och adenin. RNA inkluderar sockret, ribos med fosfatgrupper och kombinationer av uracil, cytosin, guanin och adenin.

DNA och RNA är nukleinsyror och utgör de genetiska instruktionerna för en organism. Deras monomerer kallas nukleotider , som är uppbyggda av individuella underenheter. Nukleotider består av ett 5-kolsocker (en pentos), ett laddat fosfat och ett kvävehaltig bas (Adenin, Guanin, Tymin, Cytosin eller Uracil). Varje kol i pentosen har en positionsbeteckning från 1 till 5. En stor skillnad mellan DNA och RNA är att DNA innehåller deoxiribos och RNA innehåller ribos. Det särskiljande särdraget mellan dessa pentoser är vid 2&prime-positionen där en hydroxylgrupp i ribos är substituerad med ett väte.

DNA har en dubbel spiralstruktur. Två antiparallella strängar är bundna av vätebindningar.
Följande video illustrerar strukturen och egenskaperna hos DNA

Det finns 10 baser för varje komplett varv i den dubbla helixen av DNA.

DNA är en dubbelspiralformad molekyl. Två antiparallella strängar är sammanbundna av vätebindningar. Adenin bildar 2 H-bindningar med tymin. Guanin bildar 3H-bindningar med Cytosin. Denna AT & GC-matchning kallas komplementaritet . Medan de kvävehaltiga baserna finns på det inre av dubbelspiralen (som stegpinnar på en stege), utgör den återkommande ryggraden av pentossocker och fosfat ryggraden i molekylen. Lägg märke till att fosfat har en negativ laddning. Detta gör DNA och RNA, totalt sett negativt laddade.


Vilka är de strukturella skillnaderna mellan RNA och DNA?

DNA har en dubbelhelixstruktur. Sockret och fosfatet finns på utsidan av helixen och kvävebaserna finns i det inre. Monomererna av DNA är nukleotider som innehåller deoxiribos, en av de fyra kvävehaltiga baserna (A, T, G och C), och en fosfatgrupp. RNA är vanligtvis enkelsträngat och är gjord av ribonukleotider som är sammanlänkade genom fosfodiesterbindningar. En ribonukleotid innehåller ribos (pentossockret), en av de fyra kvävebaserna (A, U, G och C) och fosfatgruppen.

Vilka är de fyra typerna av RNA och hur fungerar de?

De fyra typerna av RNA är budbärar-RNA, ribosomalt RNA, överförings-RNA och mikroRNA. Messenger-RNA bär informationen från DNA:t som kontrollerar alla cellulära aktiviteter. mRNA binder till ribosomerna som är uppbyggda av proteiner och rRNA, och tRNA överför den korrekta aminosyran till platsen för proteinsyntesen. mikroRNA reglerar tillgängligheten av mRNA för translation.


Titta på videon: DNA-molekylens struktur och funktion Biologi 1 (Februari 2023).