Asam nukleat, terutama DNA, cukup dikenal dalam sains. Ini dijelaskan oleh fakta bahwa mereka adalah zat sel, tempat penyimpanan dan transmisi informasi herediternya bergantung. DNA, ditemukan kembali pada tahun 1868 oleh F. Miescher, adalah molekul dengan sifat asam yang diucapkan. Ilmuwan mengisolasinya dari inti leukosit - sel sistem kekebalan. Selama 50 tahun berikutnya, studi asam nukleat dilakukan secara sporadis, karena sebagian besar ahli biokimia menganggap protein sebagai zat organik utama yang bertanggung jawab, antara lain, untuk sifat keturunan.
Sejak penguraian struktur DNA oleh Watson dan Crick pada tahun 1953, penelitian serius dimulai, yang menemukan bahwa asam deoksiribonukleat adalah polimer, dan nukleotida berfungsi sebagai monomer DNA. Jenis dan strukturnya akan dipelajari oleh kami dalam karya ini.
Nukleotida sebagai unit struktural informasi herediter
Salah satu sifat dasar makhluk hidup adalah pelestarian dan transmisi informasi tentang struktur dan fungsi sel dan seluruh organismeumumnya. Peran ini dimainkan oleh asam deoksiribonukleat, dan monomer DNA - nukleotida adalah semacam "batu bata" dari mana struktur unik zat keturunan dibangun. Mari kita pertimbangkan tanda-tanda apa yang dipandu oleh satwa liar saat membuat superkoil asam nukleat.
Bagaimana nukleotida terbentuk
Untuk menjawab pertanyaan ini, kita membutuhkan pengetahuan tentang kimia organik. Secara khusus, kita ingat bahwa di alam ada sekelompok glikosida heterosiklik yang mengandung nitrogen yang dikombinasikan dengan monosakarida - pentosa (deoksiribosa atau ribosa). Mereka disebut nukleosida. Misalnya, adenosin dan jenis nukleosida lainnya hadir dalam sitosol sel. Mereka masuk ke dalam reaksi esterifikasi dengan molekul asam ortofosfat. Produk dari proses ini adalah nukleotida. Setiap monomer DNA, dan ada empat jenis, memiliki nama, seperti nukleotida guanin, timin, dan sitosin.
monomer purin DNA
Dalam biokimia, klasifikasi diadopsi yang membagi monomer DNA dan strukturnya menjadi dua kelompok: misalnya, nukleotida adenin dan guanin adalah purin. Mereka mengandung turunan purin, zat organik dengan rumus C5H4N44. Monomer DNA, sebuah nukleotida guanin, juga mengandung basa nitrogen purin yang terhubung ke deoksiribosa oleh ikatan N-glikosidik dalam konfigurasi beta.
nukleotida pirimidin
Basis nitrogen,disebut cytidine dan thymidine, adalah turunan dari bahan organik pirimidin. Rumusnya adalah C4H4N2. Molekulnya adalah heterosiklik planar beranggota enam yang mengandung dua atom nitrogen. Diketahui bahwa alih-alih nukleotida timin, molekul asam ribonukleat, seperti rRNA, tRNA, dan mRNA, mengandung monomer urasil. Selama transkripsi, selama transfer informasi dari gen DNA ke molekul mRNA, nukleotida timin digantikan oleh adenin, dan nukleotida adenin digantikan oleh urasil dalam rantai mRNA yang disintesis. Artinya, catatan berikut akan adil: A - U, T - A.
Aturan biaya
Pada bagian sebelumnya, kita telah menyentuh sebagian prinsip-prinsip korespondensi antara monomer dalam rantai DNA dan dalam kompleks gen-mRNA. Ahli biokimia terkenal E. Chargaff menetapkan sifat yang benar-benar unik dari molekul asam deoksiribonukleat, yaitu, bahwa jumlah nukleotida adenin di dalamnya selalu sama dengan timin, dan guanin - dengan sitosin. Dasar teoretis utama prinsip Chargaff adalah penelitian Watson dan Crick, yang menetapkan monomer mana yang membentuk molekul DNA dan organisasi spasial apa yang mereka miliki. Pola lain, yang diturunkan oleh Chargaff dan disebut prinsip komplementaritas, menunjukkan hubungan kimia basa purin dan pirimidin dan kemampuannya untuk membentuk ikatan hidrogen ketika berinteraksi satu sama lain. Ini berarti bahwa susunan monomer pada kedua untai DNA ditentukan secara ketat: misalnya, kebalikan A dari untai DNA pertama dapathanya T yang berbeda dan dua ikatan hidrogen muncul di antara mereka. Di seberang nukleotida guanin, hanya sitosin yang dapat ditemukan. Dalam hal ini, tiga ikatan hidrogen terbentuk antara basa nitrogen.
Peran nukleotida dalam kode genetik
Untuk melakukan reaksi biosintesis protein yang terjadi di ribosom, terdapat mekanisme pemindahan informasi tentang komposisi asam amino peptida dari urutan nukleotida mRNA ke dalam urutan asam amino. Ternyata tiga monomer yang berdekatan membawa informasi tentang salah satu dari 20 kemungkinan asam amino. Fenomena ini disebut kode genetik. Dalam memecahkan masalah dalam biologi molekuler, digunakan untuk menentukan baik komposisi asam amino peptida dan untuk memperjelas pertanyaan: monomer mana yang membentuk molekul DNA, dengan kata lain, apa komposisi gen yang sesuai. Misalnya, triplet AAA (kodon) dalam gen mengkode asam amino fenilalanin dalam molekul protein, dan dalam kode genetik akan sesuai dengan triplet UUU dalam rantai mRNA.
Interaksi nukleotida dalam proses reduplikasi DNA
Seperti yang telah ditemukan sebelumnya, unit struktural, monomer DNA adalah nukleotida. Urutan spesifik mereka dalam rantai adalah template untuk proses sintesis molekul anak dari asam deoksiribonukleat. Fenomena ini terjadi pada tahap S dari interfase sel. Urutan nukleotida dari molekul DNA baru dirakit pada rantai induk di bawah aksi enzim DNA polimerase, dengan mempertimbangkan prinsipkomplementaritas (A - T, D - C). Replikasi mengacu pada reaksi sintesis matriks. Ini berarti bahwa monomer DNA dan strukturnya dalam rantai induk berfungsi sebagai dasar, yaitu matriks untuk salinan anaknya.
Dapatkah struktur suatu nukleotida berubah
Omong-omong, katakanlah asam deoksiribonukleat adalah struktur inti sel yang sangat konservatif. Ada penjelasan logis untuk ini: informasi herediter yang disimpan dalam kromatin nukleus harus tidak berubah dan disalin tanpa distorsi. Nah, genom seluler terus-menerus "di bawah kendali" faktor lingkungan. Misalnya, senyawa kimia agresif seperti alkohol, obat-obatan, radiasi radioaktif. Semuanya disebut mutagen, di bawah pengaruh monomer DNA mana pun dapat mengubah struktur kimianya. Distorsi seperti itu dalam biokimia disebut mutasi titik. Frekuensi kemunculannya dalam genom sel cukup tinggi. Mutasi dikoreksi oleh kerja sistem perbaikan sel yang berfungsi dengan baik, yang mencakup serangkaian enzim.
Beberapa di antaranya, misalnya, restriksi, "memotong" nukleotida yang rusak, polimerase menyediakan sintesis monomer normal, ligase "menjahit" bagian gen yang dipulihkan. Jika, karena alasan tertentu, mekanisme yang dijelaskan di atas tidak bekerja di dalam sel dan monomer DNA yang rusak tetap berada dalam molekulnya, mutasi diambil oleh proses sintesis matriks dan secara fenotipik memanifestasikan dirinya dalam bentuk protein dengan sifat yang terganggu yang tidak dapat melakukan fungsi yang diperlukan yang melekat di dalamnya dalammetabolisme seluler. Ini adalah faktor negatif serius yang mengurangi kelangsungan hidup sel dan memperpendek umurnya.
