Axit nucleic, đặc biệt là DNA, khá nổi tiếng trong khoa học. Điều này được giải thích bởi thực tế rằng chúng là các chất của tế bào, nơi mà việc lưu trữ và truyền tải thông tin di truyền của nó phụ thuộc vào đó. DNA, được phát hiện từ năm 1868 bởi F. Miescher, là một phân tử có đặc tính axit rõ rệt. Các nhà khoa học đã phân lập nó từ nhân của bạch cầu - tế bào của hệ thống miễn dịch. Trong vòng 50 năm tiếp theo, các nghiên cứu về axit nucleic được thực hiện một cách lẻ tẻ, vì hầu hết các nhà hóa sinh đều coi protein là chất hữu cơ chính chịu trách nhiệm, trong số những thứ khác, đối với các đặc điểm di truyền.
Kể từ khi Watson và Crick giải mã cấu trúc của DNA vào năm 1953, nghiên cứu nghiêm túc đã bắt đầu, phát hiện ra rằng axit deoxyribonucleic là một polyme, và các nucleotide đóng vai trò như các đơn phân DNA. Các loại và cấu trúc của chúng sẽ được chúng tôi nghiên cứu trong tác phẩm này.
Nucleotide như đơn vị cấu trúc của thông tin di truyền
Một trong những đặc tính cơ bản của vật chất sống là lưu giữ và truyền tải thông tin về cấu trúc và chức năng của cả tế bào và toàn bộ sinh vậtnói chung là. Vai trò này được thực hiện bởi axit deoxyribonucleic, và các đơn phân DNA - nucleotide là một loại "viên gạch" mà từ đó cấu trúc độc đáo của chất di truyền được xây dựng. Chúng ta hãy xem xét những dấu hiệu động vật hoang dã đã được hướng dẫn khi tạo ra lớp siêu bọc axit nucleic.
Cách các nucleotide được hình thành
Để trả lời câu hỏi này, chúng ta cần một số kiến thức về hóa học hữu cơ. Đặc biệt, chúng ta nhớ lại rằng trong tự nhiên có một nhóm glycoside dị vòng chứa nitơ kết hợp với monosaccharide - pentoses (deoxyribose hoặc ribose). Chúng được gọi là nucleoside. Ví dụ, adenosine và các loại nucleoside khác có trong dịch bào của tế bào. Chúng tham gia vào phản ứng este hóa với các phân tử axit orthophosphoric. Sản phẩm của quá trình này sẽ là các nucleotide. Mỗi đơn phân DNA, và có bốn loại, có tên, chẳng hạn như nucleotide guanine, thymine và cytosine.
Purine monome của DNA
Trong hóa sinh, một phân loại được áp dụng để chia các đơn phân DNA và cấu trúc của chúng thành hai nhóm: ví dụ, nucleotide adenine và guanine là purine. Chúng chứa các dẫn xuất của purine, một chất hữu cơ có công thức C5H4N44. Đơn phân DNA, một nucleotide guanine, cũng chứa một gốc nitơ purine được kết nối với deoxyribose bằng liên kết N-glycosidic trong cấu hình beta.
nucleotide pyrimidine
Bazơ nitơ,được gọi là cytidine và thymidine, là các dẫn xuất của chất hữu cơ pyrimidine. Công thức của nó là C4H4N2. Phân tử là một dị vòng sáu cạnh phẳng có chứa hai nguyên tử nitơ. Được biết, thay vì nucleotide thymine, các phân tử axit ribonucleic, chẳng hạn như rRNA, tRNA và mRNA, chứa một monomer uracil. Trong quá trình phiên mã, trong quá trình chuyển thông tin từ gen DNA đến phân tử mRNA, nucleotide thymine được thay thế bằng adenine và nucleotide adenine được thay thế bằng uracil trong chuỗi mRNA được tổng hợp. Tức là, bản ghi sau sẽ công bằng: A - U, T - A.
Quy tắc Chargaff
Trong phần trước, chúng ta đã đề cập một phần về nguyên tắc tương ứng giữa các đơn phân trong chuỗi DNA và trong phức hợp gen-mRNA. Nhà hóa sinh nổi tiếng E. Chargaff đã thiết lập một đặc tính hoàn toàn độc đáo của các phân tử axit deoxyribonucleic, đó là số lượng nucleotide adenine trong nó luôn bằng thymine và guanine - tương đương với cytosine. Cơ sở lý thuyết chính của các nguyên tắc của Chargaff là nghiên cứu của Watson và Crick, những người đã thiết lập các đơn phân nào tạo thành phân tử DNA và chúng có tổ chức không gian nào. Một mô hình khác, do Chargaff đưa ra và được gọi là nguyên tắc bổ sung, chỉ ra mối quan hệ hóa học của các bazơ purine và pyrimidine và khả năng hình thành liên kết hydro của chúng khi tương tác với nhau. Điều này có nghĩa là sự sắp xếp của các đơn phân trong cả hai sợi ADN được xác định một cách chặt chẽ: ví dụ, đối diện A của sợi ADN đầu tiên có thể làchỉ có T là khác nhau và giữa chúng nảy sinh hai liên kết hiđro. Đối diện với nucleotide guanin, chỉ có thể định vị cytosine. Trong trường hợp này, ba liên kết hydro hình thành giữa các bazơ nitơ.
Vai trò của nucleotide trong mã di truyền
Để thực hiện phản ứng sinh tổng hợp prôtêin xảy ra trong ribôxôm cần có cơ chế chuyển thông tin về thành phần axit amin của pôlipeptit từ trình tự nuclêôtit của mARN thành trình tự axit amin. Hóa ra là ba đơn phân kế cận mang thông tin về một trong 20 axit amin có thể có. Hiện tượng này được gọi là mã di truyền. Trong giải toán sinh học phân tử, nó được sử dụng để xác định cả thành phần axit amin của một peptit và để làm rõ câu hỏi: đơn phân nào tạo nên phân tử ADN, hay nói cách khác, thành phần của gen tương ứng là gì. Ví dụ, bộ ba AAA (codon) trong gen mã hóa axit amin phenylalanin trong phân tử protein và trong mã di truyền, nó sẽ tương ứng với bộ ba UUU trong chuỗi mRNA.
Tương tác của các nucleotide trong quá trình tái bản DNA
Như đã tìm hiểu trước đó, đơn vị cấu trúc, đơn phân DNA là nucleotide. Trình tự cụ thể của chúng trong chuỗi là khuôn mẫu cho quá trình tổng hợp phân tử con của axit deoxyribonucleic. Hiện tượng này xảy ra trong giai đoạn S của giữa các pha tế bào. Trình tự nucleotit của phân tử ADN mới được lắp ráp trên các chuỗi mẹ dưới tác dụng của enzim ADN pôlimeraza theo nguyên tắctính bổ sung (A - T, D - C). Sao chép đề cập đến các phản ứng của quá trình tổng hợp ma trận. Điều này có nghĩa là các đơn phân DNA và cấu trúc của chúng trong chuỗi mẹ đóng vai trò là cơ sở, tức là ma trận cho bản sao con của nó.
Cấu trúc của nucleotide có thể thay đổi không
Nhân tiện, hãy nói rằng axit deoxyribonucleic là một cấu trúc rất bảo tồn của nhân tế bào. Có một lời giải thích hợp lý cho điều này: thông tin di truyền được lưu trữ trong chất nhiễm sắc của nhân phải không thay đổi và được sao chép mà không bị biến dạng. Chà, hệ gen tế bào liên tục chịu "họng súng" của các yếu tố môi trường. Ví dụ, các hợp chất hóa học mạnh như rượu, ma túy, bức xạ phóng xạ. Tất cả chúng đều được gọi là đột biến, dưới tác động của nó mà bất kỳ đơn phân ADN nào cũng có thể thay đổi cấu trúc hóa học của nó. Sự biến dạng như vậy trong hóa sinh được gọi là đột biến điểm. Tần suất xuất hiện của chúng trong hệ gen tế bào là khá cao. Các đột biến được sửa chữa nhờ hoạt động tốt của hệ thống sửa chữa tế bào, bao gồm một tập hợp các enzym.
Một số trong số chúng, ví dụ, các chất hạn chế, "cắt bỏ" các nucleotide bị hư hỏng, các polymerase cung cấp sự tổng hợp các đơn phân bình thường, các chất nối "khâu" các phần được phục hồi của gen. Nếu vì một lý do nào đó, cơ chế được mô tả ở trên không hoạt động trong tế bào và đơn phân DNA bị lỗi vẫn còn trong phân tử của nó, thì đột biến được chọn trong các quá trình tổng hợp chất nền và biểu hiện kiểu hình dưới dạng protein có các đặc tính bị suy giảm. không thể thực hiện các chức năng cần thiết vốn có trongchuyển hóa tế bào. Đây là một yếu tố tiêu cực nghiêm trọng làm giảm khả năng tồn tại của tế bào và rút ngắn tuổi thọ của nó.
