Acizii nucleici, în special ADN-ul, sunt destul de bine cunoscuți în știință. Acest lucru se explică prin faptul că acestea sunt substanțele celulei, de care depinde stocarea și transmiterea informațiilor sale ereditare. ADN-ul, descoperit în 1868 de F. Miescher, este o moleculă cu proprietăți acide pronunțate. Omul de știință l-a izolat din nucleele leucocitelor - celule ale sistemului imunitar. În următorii 50 de ani, studiile asupra acizilor nucleici au fost efectuate sporadic, deoarece majoritatea biochimiștilor considerau proteinele principalele substanțe organice responsabile, printre altele, de trăsăturile ereditare.
De la descifrarea structurii ADN-ului de către Watson și Crick în 1953, au început cercetări serioase, care au descoperit că acidul dezoxiribonucleic este un polimer, iar nucleotidele servesc ca monomeri ADN. Tipurile și structura lor vor fi studiate de noi în această lucrare.
Nucleotidele ca unități structurale de informații ereditare
Una dintre proprietățile fundamentale ale materiei vii este conservarea și transmiterea informațiilor despre structura și funcțiile atât ale celulei, cât și ale întregului organism.în general. Acest rol este jucat de acidul dezoxiribonucleic, iar monomerii ADN - nucleotidele sunt un fel de „cărămizi” din care se construiește structura unică a substanței eredității. Să luăm în considerare semnele după care s-a ghidat fauna sălbatică la crearea unei superbobine de acid nucleic.
Cum se formează nucleotidele
Pentru a răspunde la această întrebare, avem nevoie de niște cunoștințe de chimie organică. În special, reamintim că în natură există un grup de glicozide heterociclice care conțin azot combinate cu monozaharide - pentoze (dezoxiriboză sau riboză). Se numesc nucleozide. De exemplu, adenozina și alte tipuri de nucleozide sunt prezente în citosolul unei celule. Ei intră într-o reacție de esterificare cu molecule de acid ortofosforic. Produsele acestui proces vor fi nucleotidele. Fiecare monomer ADN, și există patru tipuri, are un nume, cum ar fi nucleotide de guanină, timină și citozină.
Monomeri purinici ai ADN
În biochimie, se adoptă o clasificare care împarte monomerii ADN și structura lor în două grupe: de exemplu, nucleotidele de adenină și guanină sunt purine. Conțin derivați ai purinei, o substanță organică cu formula C5H4N44. Monomerul ADN, o nucleotidă de guanină, conține, de asemenea, o bază azotată purinică conectată la dezoxiriboză printr-o legătură N-glicozidică în configurația beta.
Nucleotide pirimidinice
Baze azotate,numite citidină și timidină, sunt derivați ai substanței organice pirimidină. Formula sa este C4H4N2. Molecula este un heterociclu plan cu șase membri care conține doi atomi de azot. Se știe că în loc de nucleotide de timină, moleculele de acid ribonucleic, cum ar fi ARNr, ARNt și ARNm, conțin un monomer uracil. În timpul transcripției, în timpul transferului de informații de la gena ADN la molecula de ARNm, nucleotida de timină este înlocuită cu adenină, iar nucleotida de adenină este înlocuită cu uracil în lanțul de ARNm sintetizat. Adică, următoarea înregistrare va fi corectă: A - U, T - A.
Regula de sarcina
În secțiunea anterioară, am atins deja parțial principiile corespondenței dintre monomerii din lanțurile ADN și din complexul genă-ARNm. Celebrul biochimist E. Chargaff a stabilit o proprietate complet unică a moleculelor de acid dezoxiribonucleic, și anume că numărul de nucleotide de adenină din acesta este întotdeauna egal cu timină, iar guanina - cu citozină. Principala bază teoretică a principiilor lui Chargaff a fost cercetările lui Watson și Crick, care au stabilit ce monomeri formează molecula de ADN și ce organizare spațială au. Un alt model, derivat de Chargaff și numit principiul complementarității, indică relația chimică dintre bazele purinice și pirimidinice și capacitatea acestora de a forma legături de hidrogen atunci când interacționează între ele. Aceasta înseamnă că aranjarea monomerilor în ambele catene de ADN este strict determinată: de exemplu, opusul A al primei catene de ADN poate fidoar T este diferit și între ele apar două legături de hidrogen. Vizavi de nucleotida guanină, poate fi localizată doar citozina. În acest caz, între bazele azotate se formează trei legături de hidrogen.
Rolul nucleotidelor în codul genetic
Pentru a realiza reacția de biosinteză a proteinelor care are loc în ribozomi, există un mecanism de transfer de informații despre compoziția de aminoacizi a peptidei din secvența de nucleotide ARNm în secvența de aminoacizi. S-a dovedit că trei monomeri adiacenți poartă informații despre unul dintre cei 20 de aminoacizi posibili. Acest fenomen se numește cod genetic. În rezolvarea problemelor de biologie moleculară, este folosit atât pentru a determina compoziția de aminoacizi a unei peptide, cât și pentru a clarifica întrebarea: ce monomeri formează o moleculă de ADN, cu alte cuvinte, care este compoziția genei corespunzătoare. De exemplu, tripletul AAA (codonul) din genă codifică aminoacidul fenilalanina din molecula proteinei, iar în codul genetic va corespunde tripletului UUU din lanțul ARNm.
Interacțiunea nucleotidelor în procesul de reduplicare a ADN-ului
După cum s-a descoperit mai devreme, unitățile structurale, monomerii ADN sunt nucleotide. Secvența lor specifică în lanțuri este modelul pentru procesul de sinteză a moleculei fiice a acidului dezoxiribonucleic. Acest fenomen are loc în stadiul S al interfazei celulare. Secvența de nucleotide a unei noi molecule de ADN este asamblată pe lanțurile părinte sub acțiunea enzimei ADN polimerază, ținând cont de principiulcomplementaritatea (A - T, D - C). Replicarea se referă la reacțiile de sinteză a matricei. Aceasta înseamnă că monomerii ADN și structura lor din lanțurile părinte servesc drept bază, adică matricea copiei sale secundare.
Se poate schimba structura unei nucleotide
Apropo, să spunem că acidul dezoxiribonucleic este o structură foarte conservatoare a nucleului celular. Există o explicație logică pentru aceasta: informațiile ereditare stocate în cromatina nucleului trebuie să fie neschimbate și copiate fără distorsiuni. Ei bine, genomul celular este în mod constant „sub arma” factorilor de mediu. De exemplu, astfel de compuși chimici agresivi precum alcoolul, drogurile, radiațiile radioactive. Toți sunt așa-numiți mutageni, sub influența cărora orice monomer ADN își poate schimba structura chimică. O astfel de distorsiune în biochimie se numește mutație punctuală. Frecvența apariției lor în genomul celular este destul de mare. Mutațiile sunt corectate prin funcționarea corectă a sistemului de reparare celulară, care include un set de enzime.
Unele dintre ele, de exemplu, restrictazele, nucleotidele deteriorate „decupează”, polimerazele asigură sinteza monomerilor normali, ligazele „cosă” secțiunile restaurate ale genei. Dacă, din anumite motive, mecanismul descris mai sus nu funcționează în celulă și monomerul ADN defect rămâne în molecula sa, mutația este preluată de procesele de sinteză a matricei și se manifestă fenotipic sub formă de proteine cu proprietăți afectate care sunt incapabili să îndeplinească funcțiile necesare inerente acestora înmetabolismul celular. Acesta este un factor negativ grav care reduce viabilitatea celulei și îi scurtează durata de viață.
