Nukleīnskābes, īpaši DNS, zinātnē ir diezgan labi zināmas. Tas izskaidrojams ar to, ka tās ir šūnas vielas, no kurām ir atkarīga tās iedzimtās informācijas uzglabāšana un pārraide. DNS, ko tālajā 1868. gadā atklāja F. Mišers, ir molekula ar izteiktām skābām īpašībām. Zinātnieks to izolēja no leikocītu kodoliem - imūnsistēmas šūnām. Nākamo 50 gadu laikā nukleīnskābju pētījumi tika veikti sporādiski, jo lielākā daļa bioķīmiķu uzskatīja, ka olb altumvielas ir galvenās organiskās vielas, kas cita starpā ir atbildīgas par iedzimtām iezīmēm.
Kopš 1953. gadā, kad Vatsons un Kriks veica DNS struktūras atšifrēšanu, sākās nopietni pētījumi, kuros tika noskaidrots, ka dezoksiribonukleīnskābe ir polimērs un nukleotīdi kalpo kā DNS monomēri. To veidus un uzbūvi mēs pētīsim šajā darbā.
Nukleotīdi kā iedzimtas informācijas struktūrvienības
Viena no dzīvās vielas pamatīpašībām ir informācijas saglabāšana un pārraide gan par šūnas, gan visa organisma uzbūvi un funkcijām.vispār. Šo lomu spēlē dezoksiribonukleīnskābe, un DNS monomēri - nukleotīdi ir sava veida "ķieģeļi", no kuriem tiek veidota unikālā iedzimtības vielas struktūra. Apsvērsim, pēc kādām zīmēm savvaļas dzīvnieki vadījušies, veidojot nukleīnskābju superspirāli.
Kā veidojas nukleotīdi
Lai atbildētu uz šo jautājumu, mums ir nepieciešamas zināšanas par organisko ķīmiju. Jo īpaši mēs atgādinām, ka dabā ir slāpekli saturošu heterociklisko glikozīdu grupa, kas apvienota ar monosaharīdiem - pentozēm (dezoksiriboze vai riboze). Tos sauc par nukleozīdiem. Piemēram, adenozīns un citi nukleozīdu veidi atrodas šūnas citozolā. Tie nonāk esterifikācijas reakcijā ar ortofosforskābes molekulām. Šī procesa produkti būs nukleotīdi. Katram DNS monomēram, un ir četri veidi, ir nosaukums, piemēram, guanīna, timīna un citozīna nukleotīdi.
DNS purīna monomēri
Bioķīmijā tiek pieņemta klasifikācija, kas sadala DNS monomērus un to struktūru divās grupās: piemēram, adenīna un guanīna nukleotīdi ir purīns. Tie satur purīna atvasinājumus, organisku vielu ar formulu C5H4N44. DNS monomērs, guanīna nukleotīds, satur arī purīna slāpekļa bāzi, kas savienota ar dezoksiribozi ar N-glikozīdu saiti beta konfigurācijā.
Pirimidīna nukleotīdi
Slāpekļa bāzes,ko sauc par citidīnu un timidīnu, ir organiskās vielas pirimidīna atvasinājumi. Tās formula ir C4H4N2. Molekula ir sešu locekļu plakans heterocikls, kas satur divus slāpekļa atomus. Ir zināms, ka timīna nukleotīda vietā ribonukleīnskābes molekulas, piemēram, rRNS, tRNS un mRNS, satur uracila monomēru. Transkripcijas laikā informācijas pārnešanas laikā no DNS gēna uz mRNS molekulu timīna nukleotīds tiek aizstāts ar adenīnu, bet adenīna nukleotīds tiek aizstāts ar uracilu sintezētajā mRNS ķēdē. Tas nozīmē, ka šāds ieraksts būs godīgs: A - U, T - A.
Maksas noteikums
Iepriekšējā sadaļā jau esam daļēji pieskārušies monomēru atbilstības principiem DNS ķēdēs un gēnu-mRNS kompleksā. Slavenais bioķīmiķis E. Šargafs konstatēja pilnīgi unikālu dezoksiribonukleīnskābes molekulu īpašību, proti, ka adenīna nukleotīdu skaits tajā vienmēr ir vienāds ar timīnu, bet guanīna - ar citozīnu. Šargafa principu galvenais teorētiskais pamats bija Vatsona un Krika pētījumi, kuri noteica, kuri monomēri veido DNS molekulu un kāda tiem ir telpiskā organizācija. Cits modelis, ko atvasināja Chargaff un ko sauc par komplementaritātes principu, norāda uz purīna un pirimidīna bāzu ķīmiskajām attiecībām un to spēju veidot ūdeņraža saites, mijiedarbojoties viena ar otru. Tas nozīmē, ka monomēru izvietojums abās DNS virknēs ir stingri noteikts: piemēram, pretī A pirmajai DNS virknei var būtatšķiras tikai T un starp tām veidojas divas ūdeņraža saites. Pretēji guanīna nukleotīdam var atrasties tikai citozīns. Šajā gadījumā starp slāpekļa bāzēm veidojas trīs ūdeņraža saites.
Nukleotīdu loma ģenētiskajā kodā
Lai veiktu proteīnu biosintēzes reakciju, kas notiek ribosomās, ir mehānisms informācijas pārnešanai par peptīda aminoskābju sastāvu no mRNS nukleotīdu secības uz aminoskābju secību. Izrādījās, ka trīs blakus esošie monomēri satur informāciju par vienu no 20 iespējamajām aminoskābēm. Šo parādību sauc par ģenētisko kodu. Risinot uzdevumus molekulārajā bioloģijā, to izmanto, lai noteiktu gan peptīda aminoskābju sastāvu, gan noskaidrotu jautājumu: kuri monomēri veido DNS molekulu, citiem vārdiem sakot, kāds ir atbilstošā gēna sastāvs. Piemēram, AAA triplets (kodons) gēnā kodē aminoskābi fenilalanīnu proteīna molekulā, un ģenētiskajā kodā tas atbildīs UUU tripletam mRNS ķēdē.
Nukleotīdu mijiedarbība DNS reduplikācijas procesā
Kā tika noskaidrots iepriekš, struktūrvienības, DNS monomēri ir nukleotīdi. To īpašā secība ķēdēs ir paraugs dezoksiribonukleīnskābes meitas molekulas sintēzes procesam. Šī parādība notiek šūnu starpfāzes S stadijā. Jaunas DNS molekulas nukleotīdu secība tiek samontēta uz sākotnējām ķēdēm DNS polimerāzes enzīma iedarbībā, ņemot vērā principukomplementaritāte (A - T, D - C). Replikācija attiecas uz matricas sintēzes reakcijām. Tas nozīmē, ka DNS monomēri un to struktūra vecāku ķēdēs kalpo par pamatu, tas ir, matricu tās atvasinātajai kopijai.
Vai nukleotīda struktūra var mainīties
Starp citu, pieņemsim, ka dezoksiribonukleīnskābe ir ļoti konservatīva šūnas kodola struktūra. Tam ir loģisks izskaidrojums: kodola hromatīnā saglabātajai iedzimtajai informācijai ir jābūt nemainīgai un jākopē bez kropļojumiem. Nu, šūnu genoms pastāvīgi atrodas vides faktoru "zem lielgabala". Piemēram, tādi agresīvi ķīmiskie savienojumi kā alkohols, narkotikas, radioaktīvais starojums. Tie visi ir tā sauktie mutagēni, kuru ietekmē jebkurš DNS monomērs var mainīt savu ķīmisko struktūru. Šādus izkropļojumus bioķīmijā sauc par punktu mutāciju. To sastopamības biežums šūnu genomā ir diezgan augsts. Mutācijas koriģē labi funkcionējoša šūnu labošanas sistēma, kas ietver enzīmu komplektu.
Dažas no tām, piemēram, restrikcijas, "izgriež" bojātos nukleotīdus, polimerāzes nodrošina normālu monomēru sintēzi, ligāzes "šuj" atjaunotās gēna sadaļas. Ja kāda iemesla dēļ šūnā nedarbojas iepriekš aprakstītais mehānisms un defektīvais DNS monomērs paliek tās molekulā, mutācija tiek uztverta matricas sintēzes procesos un fenotipiski izpaužas kā proteīni ar traucētām īpašībām. nespēj veikt vajadzīgās funkcijas, kas tām piemītšūnu metabolisms. Tas ir nopietns negatīvs faktors, kas samazina šūnas dzīvotspēju un saīsina tās mūžu.
