Nukleiinihappo

Nukleiinihappo ( latinan sanasta  nucleus  - nucleus) - suurimolekyylinen orgaaninen yhdiste, nukleotiditähteiden muodostama biopolymeeri (polynukleotidi) . Nukleiinihapot DNA ja RNA ovat läsnä kaikkien elävien organismien soluissa ja suorittavat tärkeimmät tehtävät perinnöllisen tiedon tallentamisessa, välittämisessä ja toteuttamisessa .

Tutkimuksen historia

• Vuonna 1847 härän lihasuutteesta eristettiin aine , jota kutsuttiin " inosiinihapoksi ". Tämä yhdiste oli ensimmäinen tutkittu nukleotidi . Seuraavien vuosikymmenten aikana sen kemiallisen rakenteen yksityiskohdat selvitettiin. Erityisesti inosiinihapon on osoitettu olevan 5'-fosfaattiribosidi ja sisältää N-glykosidisidoksen.
• Vuonna 1868 sveitsiläinen kemisti Friedrich Miescher löysi biologisia aineita tutkiessaan aiemmin tuntemattoman aineen. Aine sisälsi fosforia eikä proteolyyttisten entsyymien vaikutuksesta hajottanut sitä . Sillä oli myös voimakkaita happamia ominaisuuksia. Aine sai nimekseen "nukleiini". Yhdisteelle annettiin empiirinen kaava C29H49N9O22P3 . _ _ _ _ _
• Wilson kiinnitti huomiota vähän ennen sitä löydettyjen "nukleiinin" ja " kromatiinin ", kromosomien pääkomponentin, kemiallisen koostumuksen käytännölliseen identiteettiin [2] . Esitettiin oletus "nukleiinin" erityisestä roolista perinnöllisen tiedon välittämisessä.
• Vuonna 1889 Richard Altmann loi termin "nukleiinihappo" ja kehitti myös kätevän menetelmän sellaisten nukleiinihappojen saamiseksi, jotka eivät sisällä proteiiniepäpuhtauksia.
• Levin [en] ja Jacob [en] , tutkiessaan nukleiinihappojen alkalisen hydrolyysin tuotteita, tunnistivat niiden pääkomponentit - nukleotidit ja nukleosidit, ja ehdottivat myös rakennekaavoja, jotka kuvaavat oikein niiden kemiallisia ominaisuuksia.
• Vuonna 1921 Lewin esitti hypoteesin "DNA:n tetranukleotidirakenteesta" [3] , joka myöhemmin osoittautui virheelliseksi [4] .
• Vuonna 1935 Klein ja Thanhauser [de] suorittivat DNA:n hellävaraisen fragmentoinnin käyttämällä fosfataasientsyymiä, minkä seurauksena saatiin neljä DNA:ta muodostavaa nukleotidia kiteisessä tilassa [5] . Tämä avasi uusia mahdollisuuksia näiden yhdisteiden rakenteen selvittämiseen.
• 1940-luvulla Cambridgessa sijaitseva tieteellinen ryhmä, jota johti Alexander Todd , teki laajaa synteettistä tutkimusta nukleotidien ja nukleosidien kemiasta, jonka tuloksena saatiin selville nukleotidien kemiallinen rakenne ja stereokemia. Tästä työsyklistä Alexander Todd sai kemian Nobel-palkinnon vuonna 1957.
• Vuonna 1951 Chargaff vahvisti säännöllisyyden nukleiinihappojen erityyppisten nukleotidien pitoisuuksissa, mikä myöhemmin tuli tunnetuksi nimellä Chargaff Rule .
• Vuonna 1953 Watson ja Crick perustivat DNA:n toissijaisen rakenteen, kaksoiskierteen [6] .

Valintamenetelmät

Lukuisia tekniikoita nukleiinihappojen eristämiseksi luonnollisista lähteistä on kuvattu. Tärkeimmät vaatimukset eristysmenetelmälle ovat nukleiinihappojen tehokas erottaminen proteiineista sekä saatujen valmisteiden minimaalinen fragmentoitumisaste. Klassinen DNA-uuttomenetelmä kuvattiin vuonna 1952, ja sitä käytetään tällä hetkellä ilman merkittäviä muutoksia [7] . Tutkittavan biologisen materiaalin soluseinät tuhotaan jollakin tavallisista menetelmistä ja käsitellään sitten anionisella pesuaineella . Tässä tapauksessa proteiinit saostuvat ja nukleiinihapot jäävät vesiliuokseen. DNA voidaan geeliytyä lisäämällä varovasti etanolia suolaliuokseen . Tuloksena olevan nukleiinihapon konsentraatio sekä epäpuhtauksien (proteiinit, fenoli) läsnäolo määritetään tavallisesti spektrofotometrisesti absorptiolla A 260 nm:ssä.

Nukleiinihapot hajottavat helposti erityinen entsyymiluokka, jota kutsutaan nukleaaseiksi . Tältä osin niitä eristäessä on tärkeää käsitellä laboratoriolaitteet ja -materiaalit sopivilla inhibiittoreilla . Joten esimerkiksi RNA :n eristämisessä käytetään laajalti sellaista ribonukleaasien estäjää, kuten DEPC .

Fysikaaliset ominaisuudet

Nukleiinihapot liukenevat hyvin veteen , käytännöllisesti katsoen liukenemattomia orgaanisiin liuottimiin. Erittäin herkkä lämpötilalle ja kriittisille pH -tasoille . Luonnollisista lähteistä eristetyt suuren molekyylipainon omaavat DNA - molekyylit voivat fragmentoitua mekaanisten voimien vaikutuksesta, esimerkiksi liuosta sekoitettaessa. Nukleiinihapot fragmentoivat entsyymit, joita kutsutaan nukleaaseiksi .

Rakennus

Nukleiinihappojen polymeerisiä muotoja kutsutaan polynukleotideiksi. Nukleiinihappojen rakenteellisessa organisaatiossa on neljä tasoa: primaariset, sekundaariset, tertiaariset ja kvaternaariset rakenteet. Ensisijainen rakenne on nukleotidiketju, joka on yhdistetty fosforihappotähteen (fosfodiesterisidos) kautta. Toissijainen rakenne on kaksi nukleiinihappoketjua, jotka on yhdistetty vetysidoksilla. On syytä huomata, että ketjut on kytketty päästä häntään (3' - 5') komplementaarisuuden periaatteen mukaisesti ( nukleoemäkset sijaitsevat tämän rakenteen sisällä). Tertiäärinen rakenne eli heliksi muodostuu typpipitoisten emästen radikaaleista (muodostuu lisävetysidoksia, jotka taittavat tämän rakenteen aiheuttaen siten sen lujuuden). Ja lopuksi, kvaternäärinen rakenne on histonien ja kromatiinilankojen komplekseja .

Koska nukleotideissa on vain kahden tyyppisiä heterosyklisiä molekyylejä, riboosi ja deoksiriboosi, nukleiinihappoja on vain kahden tyyppisiä - deoksiribonukleiinihappoja (DNA) ja ribonukleiinihappoja (RNA).

Monomeerisia muotoja löytyy myös soluista, ja niillä on tärkeä rooli signalointi- tai energian varastointiprosesseissa. Tunnetuin RNA-monomeeri on ATP , adenosiinitrifosforihappo, solun tärkein energian kerääjä.

DNA ja RNA

• DNA ( deoksiribonukleiinihappo ). Sokeri - deoksiriboosi , typpipitoiset emäkset: puriini  - guaniini (G), adeniini (A), pyrimidiini  - tymiini (T) ja sytosiini (C). DNA koostuu usein kahdesta polynukleotidijuosteesta, jotka on suunnattu vastakkaisesti.

• RNA ( ribonukleiinihappo ). Sokeri - riboosi , typpipitoiset emäkset: puriini - guaniini (G), adeniini (A), pyrimidiini - urasiili (U) ja sytosiini (C). Polynukleotidiketjun rakenne on samanlainen kuin DNA:n. Riboosin ominaisuuksista johtuen RNA-molekyyleillä on usein erilaisia ​​sekundaarisia ja tertiäärisiä rakenteita, jotka muodostavat komplementaarisia alueita eri juosteiden väliin.

RNA:n tyypit

Matriisiribonukleiinihappo ( mRNA , synonyymi - lähetti-RNA, mRNA ) - RNA , joka sisältää tietoa proteiinien primäärirakenteesta (aminohapposekvenssistä) [8] . mRNA syntetisoituu DNA :sta transkription aikana , minkä jälkeen sitä puolestaan ​​käytetään translaation aikana templaattina proteiinisynteesiin. Siten mRNA:lla on tärkeä rooli geenien "ilmentymisessä" ( ekspressiossa ) .

Ribosomaaliset ribonukleiinihapot ( rRNA ) ovat useita RNA - molekyylejä , jotka muodostavat ribosomin perustan . rRNA:n päätehtävä on translaatioprosessin toteuttaminen  – tietojen lukeminen mRNA: sta käyttämällä adapteri - tRNA -molekyylejä ja katalysoi peptidisidosten muodostumista tRNA:han kiinnittyneiden aminohappojen välillä .

Siirrä RNA, tRNA  - ribonukleiinihappo , jonka tehtävänä on kuljettaa aminohappoja proteiinisynteesikohtaan . Sen tyypillinen pituus on 73-93 nukleotidia ja koko noin 5 nm. tRNA:t osallistuvat myös suoraan polypeptidiketjun kasvuun liittyen - ollessaan kompleksina aminohapon kanssa - mRNA -kodoniin ja tarjoamalla kompleksin konformaation, joka on välttämätön uuden peptidisidoksen muodostumiselle .

Jokaisella aminohapolla on oma tRNA.

tRNA on yksijuosteinen RNA , mutta toiminnallisessa muodossaan sillä on "apilanlehtinen" konformaatio. Aminohappo on kiinnittynyt kovalenttisesti molekyylin 3'-päähän aminoasyyli-tRNA-syntetaasientsyymillä , joka on spesifinen kullekin tRNA-tyypille . Kohta C sisältää aminohappoa vastaavan antikodonin .

Ei-koodaava RNA (non-codeding RNA, ncRNA) ovat RNA -molekyylejä , joita ei transloida proteiineihin . Aikaisemmin käytettyä synonyymiä , pientä RNA:ta (smRNA, pieni RNA), ei tällä hetkellä käytetä, koska jotkut ei-koodaavat RNA:t voivat olla hyvin suuria, kuten Xist .

DNA-sekvenssiä , johon ei-koodaavat RNA:t transkriptoidaan, kutsutaan usein RNA -geeniksi .

Ei-koodaavia RNA:ita ovat RNA-molekyylit, jotka suorittavat erittäin tärkeitä tehtäviä solunsiirto- RNA: ssa ( tRNA ), ribosomaalisessa RNA: ssa ( rRNA ), pienet RNA:t, kuten pieni nukleolaarinen RNA (snoRNA), mikroRNA , siRNA , piRNA , sekä pitkät ei -solut. -koodaus RNA  - Xist , Evf , Air , CTN , PINK , TUG1 .

Viimeaikaiset transkriptiotekniikat ( RNA-sekvensointi ) ja DNA -mikrosirutekniikat viittaavat yli 30 000 pitkän ei-koodaavan RNA:n ( pitkän ncRNA :n ) läsnäoloon .  Hiiren genomissa on suunnilleen sama määrä pieniä sääteleviä RNA:ita.

Muistiinpanot

1. ↑ J. Liebig. ??? (uuspr.)  // Annalen. - 1847. - T. 62 . - S. 257 .
2. ↑ Edmund B. Wilson. Atlas munasolun hedelmöittymisestä ja karyokineesista . - N. Y .: Macmillan, 1895. - s. 4.
3. ↑ P.A. Levene. ???  (englanniksi)  // J. Biol. Chem.  : päiväkirja. - 1921. - Voi. 48 . - s. 119 .
4. ↑ "Tetranukleotidirakenteen" ilmaantumisen aikana kemistit suhtautuivat kriittisesti makromolekyylien olemassaolon mahdollisuuteen, minkä seurauksena DNA:lle annettiin pieni molekyylipainorakenne.
5. ↑ W. Klein, S. J. Thannhauser. ??? (neopr.)  // Z. physiol. Chem.. - 1935. - T. 231 . - S. 96 .
6. ↑ JD Watson, FHC Crick. Nukleiinihappojen molekyylirakenne: Deoksiriboosin nukleiinihapon rakenne  (englanti)  // Nature . - 1953. - Voi. 171 . - s. 737-738 . - doi : 10.1038/171737a0 .
7. ↑ Ernest RM Kay, Norman S. Simmons, Alexander L. An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate  //  J. Am. Chem. soc. : päiväkirja. - 1952. - Voi. 74 , nro. 7 . - P. 1724-1726 . doi : 10.1021 / ja01127a034 .
8. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. Solun molekyylibiologia. - 5. - Garland Science, 2008. - 1392 s. — ISBN 0815341059 .

Kirjallisuus

• Barton D., Ollis W. D. Yleinen orgaaninen kemia. - M .: Chemistry, 1986. - T. 10. - S. 32-215. - 704 s.
• Frank-Kamenetsky M.D. Tärkein molekyyli. - M .: Nauka, 1983. - 160 s.
• Appel B., Beneke I., Benson J., toim. S. Muller. Nukleiinihapot A:sta Z:hen. - M .: Binom, 2012. - 352 s. - ISBN 978-5-9963-0376-2 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat	Suuri tanskalainen Suuri katalaani Hienoa norjalaista Iso venäläinen Brockhaus ja Efron Brockhaus ja Efron maailman ympäri Liettuan universaali Uusi kroatialainen Britannica (verkossa) Brockhaus Treccani Universalis
Bibliografisissa luetteloissa BNF : 11980605w GND : 4172117-2 J9U : 987007538635505171 LCCN : sh85093144 NDL : 00564756 NKC : ph115470