Nukleové kyseliny: historie výzkumu, popis

V živém organismu existují tři hlavní makromolekuly: bílkoviny a nukleové kyseliny dvou typů. Díky nim je zachována životně důležitá činnost a správné fungování celého organismu. Co je to nukleová kyselina? O čem jsou? O tom - dále v článku.

Obecné informace

Nukleová kyselina je biopolymer, organické sloučeniny s vysokou molekulárností, která je tvořena nukleotidovými zbytky. Přenos genetické informace z generace na generaci je hlavním úkolem, který provádí nukleové kyseliny. Prezentace, která je uvedena níže, odhalí tento koncept podrobněji.

Historie výzkumu

První sledovaný nukleotid byl izolován ze svalů býka v roce 1847 a označován jako "kyselina inosinová". V důsledku studie chemické struktury bylo zjištěno, že jde o 5'-fosfát ribosid a ukládá v něm N-glykosidickou vazbu. V roce 1868 byla objevena látka nazvaná "nuklein". To bylo otevřeno švýcarským chemikem Friedrich Miescher při výzkumu některých biologických látek. Složení této látky bylo fosfor. Sloučenina má kyselé vlastnosti a není rozkládána pod vlivem proteolytické enzymy. Látka získala vzorec C29H49N9O22P3. Předpoklad o účasti nukleinu v procesu přenosu dědičných informací byl předložen v důsledku zjištění podobnosti jeho chemického složení s chromatinem. Tento prvek je hlavní složkou chromozomů. Termín "nukleová kyselina" byl poprvé představen v roce 1889 Richardem Altmannem. Byl autorem způsobu získávání těchto látek bez proteinových nečistot. Při studiu alkalické hydrolýzy nukleových kyselin odhalili Levin a Jacob hlavní složky produktů tohoto procesu. Byly to nukleotidy a nukleosidy. V roce 1921 Levin navrhl, že DNA má tetranukleotidovou strukturu. Tato hypotéza však nebyla potvrzena a ukázala se jako chybná. Výsledkem je nová příležitost ke studiu struktury sloučenin. V roce 1940 zahájil Alexander Todd společně se svou vědeckou skupinou rozsáhlé studium chemických vlastností, struktury nukleotidů a nukleosidů, takže v roce 1957 získal Nobelovu cenu. A americký biochemik Erwin Chargaff zjistil, že nukleové kyseliny obsahují různé typy nukleotidů v určitém vzorci. V budoucnu se tento jev nazývá "pravidlem Chargaff".

Klasifikace

Nukleové kyseliny jsou dvou typů: DNA a RNA. Jejich přítomnost je detekována v buňkách všech živých organismů. DNA se nachází hlavně v buněčném jádru. RNA je v cytoplazmě. V roce 1935 bylo v průběhu jemné fragmentace DNA získáno 4 DNA-tvořících nukleotidů. Tyto komponenty jsou reprezentovány ve stavu krystalů. V roce 1953 Watston a Creek zjistili, že DNA má dvojitou šroubovici.

Metody výběru

Vyvinula různé způsoby získání sloučenin z přírodních zdrojů. Hlavními podmínkami těchto metod jsou účinná separace nukleových kyselin a bílkovin, nejmenší fragmentace látek získaných během procesu. Dnes je běžně používána klasická metoda. Podstata této metody spočívá v destrukci stěn biologického materiálu a jejich další zpracování aniontovým detergentem. Výsledkem je sraženina bílkovin a nukleové kyseliny zůstávají v roztoku. Používá se jiná metoda. V tomto případě mohou být nukleové kyseliny uloženy v gelovém stavu za použití ethanolu a fyziologického roztoku. Měla by být nějaká opatrnost. Zejména je třeba přidávat ethanol s velkou péčí do fyziologického roztoku, aby se získala gelová sraženina. V jaké koncentraci se uvolnila nukleová kyselina, jaké nečistoty jsou v ní přítomné, lze stanovit spektrofotometrickou metodou. Nukleové kyseliny jsou snadno degradovány nukleázou, což je speciální třída enzymů. Při tomto výběru je nutné, aby laboratorní zařízení podléhalo povinné léčbě inhibitory. Ty zahrnují například inhibitor DEPC, který se používá při izolaci RNA.

Fyzikální vlastnosti

Nukleové kyseliny mají dobrou rozpustnost ve vodě a organické sloučeniny se téměř nerozpouštějí. Kromě toho jsou obzvláště citlivé na teplotu a pH. Molekuly nukleové kyseliny s vysokou molekulovou hmotností mohou být fragmentovány nukleázou pod vlivem mechanických sil. Patří mezi ně míchání roztoku a jeho míchání.

Nukleové kyseliny. Struktura a funkce

Polymerní a monomerní formy uvažovaných sloučenin se nacházejí v buňkách. Polymerní formy se nazývají polynukleotidy. V této formě řetězce nukleotidů váží zbytek kyselina fosforečná. Kvůli obsahu dvou typů heterocyklických molekul, nazývaných ribóza a deoxoribosa, jsou kyseliny kyseliny ribonukleové a deoxyribonukleové. S jejich pomocí se uskutečňuje skladování, přenos a implementace dědičných informací. Z monomerních forem nukleových kyselin je nejoblíbenější kyselina adenosintrifosfátová. Zabývá se přenosem signálu a ukládáním energie do buňky.

DNA

Deoxyribonukleová kyselina je makromolekula. S jeho pomocí je proces přenosu a implementace genetických informací. Tyto informace jsou nezbytné pro program rozvoje a fungování živého organismu. U živočichů, rostlin a hub je DNA součástí chromozomů umístěných v jádře buněk, stejně jako v mitochondriích a plastidách. U bakterií a archea se molekula deoxyribonukleové kyseliny drží buněčné membrány zevnitř. V takových organismech je hlavně prstencovitá Molekuly DNA. Jsou nazývány "plazmidy". Podle chemické struktury je deoxyribonukleová kyselina polymerní molekulou sestávající z nukleotidů. Tyto složky se pak skládají z dusíkaté báze, cukru a fosfátové skupiny. Právě prostřednictvím posledních dvou prvků se vytváří vazba mezi nukleotidy, vytvářející řetězce. Obecně je DNA makromolekula reprezentována jako dvouvrstvá šroubovice.

RNA

Ribonukleová kyselina je dlouhý řetězec obsahující nukleotidy. Obsahují dusíkatou bázi, ribózový cukr a fosfátovou skupinu. Genetická informace je kódována pomocí nukleotidové sekvence. RNA se používá k programování syntézy proteinů. Ribonukleová kyselina vzniká během transkripce. Jedná se o proces syntézy RNA na DNA templátu. Vyskytuje se za účasti speciálních enzymů. Jsou nazývány RNA polymerasy. Poté se matriční ribonukleové kyseliny účastní procesu překladu. Stejně tak je realizace proteinové syntézy na matrici RNA. Ribosomy se aktivně účastní tohoto procesu. Zbývající RNA podstupují chemické transformace na konci transkripce. V důsledku těchto změn se vytvářejí sekundární a terciární struktury ribonukleové kyseliny. Fungují v závislosti na typu RNA.