Definicja pojęcia:

kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe – wielkocząsteczkowe związki chemiczne, polimery (polinukleotydy) zbudowane z powtarzających się monomerów (nukleotydów), występujące u wszystkich organizmów żywych, gdzie pełnią rolę magazynu, nośnika oraz przekaźnika informacji genetycznej. Wyróżnia się dwa typy kwasów nukleinowych – kwasy deoksyrybonukleinowe (DNA) oraz kwasy rybonukleinowe (RNA).
  1. Budowa chemiczna kwasów nukleinowych
  2. Budowa przestrzenna kwasów nukleinowych
  3. Rola kwasów nukleinowych

Budowa chemiczna kwasów nukleinowych

Kwasy nukleinowe są wielkocząsteczkowymi związkami chemicznymi, będącymi przeważnie bezbarwnymi lub jasnożółtymi ciałami stałymi, słabo rozpuszczalnymi w wodzie i dobrze rozpuszczalnymi w roztworach zasadowych. Są polimerami (polinukleotydami) zbudowanymi z monomerów (nukleotydów). Każdy nukleotyd składa się z pięciowęglowego cukru, zasady azotowej (dwupierścieniowej puryny lub jednopierścieniowej pirymidyny) oraz grupy fosforanowej. Nukleotydy połączone są ze sobą za pomocą wiązań fosfodiestrowych między grupą fosforanową piątego atomu węgla cukru jednego nukleotydu i trzecim atomem węgla cukru kolejnego nukleotydu. Kwasy nukleinowe zostały odkryte przez szwajcarskiego biochemika Johanna Friedricha Mieschera w 1869 r.  

Cząsteczki kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) są liniowymi i nierozgałęzionymi polimerami złożonymi z podjednostek, zwanych deoksyrybonukleotydami (nukleotydami). Każda podjednostka składa się z pięciowęglowego cukru – 2-deoksyrybozy (C₅H₁₀O₄), do której w pozycji 5ʾ dołączona jest grupa fosforanowa, a w pozycji 1ʾ jedna z czterech zasad azotowych – adenina (6-aminopuryna), guanina (2-amino-6-oksopuryna), tymina (2,4-diokso-5-metylopirymidyna) lub cytozyna (2-okso-4-aminopirymidyna). Zasady azotowe łączą się z atomem węgla cukru za pomocą wiązania N-glikozydowego, tworząc deoksyrybonukleozydy – deoksyadenozynę, deoksyguanozynę, deoksytymidynę i deoksycytydynę.

Cząsteczki kwasu rybonukleinowego (RNA) są liniowymi polimerami składającymi się z podjednostek zwanych rybonukleotydami. Każdy rybonukleotyd zbudowany jest z cukru pięciowęglowego – D-rybozy (C₅H₁₀O₅), do której w pozycji 5ʾ dołączona jest grupa fosforanowa, a w pozycji 1ʾ jedna z czterech zasad azotowych – adenina, guanina, cytozyna lub uracyl (2,4-dioksopirymidyna). Zasady azotowe łączą się z pierwszym atomem węgla rybozy za pomocą wiązania N-glikozydowego, tworząc rybonukleozydy – adenozynę, guanozynę, cytydynę i urydynę.
Porównanie budowy chemicznej i przestrzennej kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA) i kwasu rybonukleinowego (RNA), źródło: shutterstock

Budowa przestrzenna kwasów nukleinowych

Cząsteczka DNA zbudowana jest z dwóch łańcuchów polinukleotydowych biegnących antyrównolegle w stosunku do siebie (koniec 5′ jednego łańcucha leży naprzeciw końca 3′ drugiego łańcucha). Łańcuchy skręcają się wokół wspólnej osi, tworząc dwuniciową, zwykle prawoskrętną helisę. Szkielet cukrowo-fosforanowy połączony wiązaniami fosfodiestrowymi znajduje się po zewnętrznej stronie helisy; do jej wnętrza skierowane są zasady azotowe, które ustawione są pod kątem prostym w stosunku do jej osi. Zasady położone naprzeciw siebie związane są mostkami wodorowymi oraz oddziaływaniami hydrofobowymi, tworząc komplementarne pary – adenina-tymina oraz guanina-cytozyna.

Cząsteczka RNA jest przeważnie jednoniciowa, w jej obrębie mogą jednak występować krótkie odcinki dwuniciowe („spinki do włosów”), które powstają wskutek zwinięcia się łańcucha RNA i łączenia się komplementarnych par zasad azotowych (adenina-uracyl, guanina-cytozyna) za pomocą mostków wodorowych oraz oddziaływań hydrofobowych. Parowanie się zasad azotowych umożliwia także niektórym cząsteczkom RNA przyjmować kształt trójwymiarowy. Nić transportującego RNA (tRNA) cechuje się strukturą drugorzędową w kształcie liścia koniczyny, składającą się z odcinków jednoniciowych tworzących trzy lub cztery pętle oraz odcinków dwuniciowych tworzących cztery ramiona (ramię akceptorowe, ramię D, ramię antykodonowe, ramię T). Mostki wodorowe między komplementarnymi parami zasad w obrębie jednoniciowych pętli organizują strukturę drugorzędową cząsteczki w strukturę w trzeciorzędową, w kształcie litery L z ramionami akceptorowym i antykodonowym leżącymi na końcach przeciwległych.
Struktura przestrzenna cząsteczki tRNA. Źródło: shutterstock

Rola kwasów nukleinowych

Kwasy nukleinowe występują u wszystkich organizmów żywych, gdzie pełnią rolę magazynu, nośnika oraz przekaźnika informacji genetycznej. Cząsteczki (DNA) eukariontów występują w jądrze komórkowym (nDNA), mitochondriach (mtDNA) oraz chloroplastach (cpDNA). DNA w komórkach prokariontów (bakterii i sinic) znajduje się w cytoplazmie (na obszarze zwanym nukleoidem) w postaci genoforu; materiał genetyczny wirusów położony jest wewnątrz płaszcza białkowego (kapsydu). Kwas deoksyrybonukleinowy pełni rolę nośnika informacji genetycznej zapisanej w sekwencji nukleotydów w postaci kodu genetycznego, która zawiera instrukcje dotyczące budowy, wzrostu, rozwoju, funkcjonowania i reprodukcji organizmów żywych oraz niektórych wirusów.

Cząsteczki RNA u eukariontów występują w jądrze komórkowym, cytoplazmie, rybosomach, mitochondriach i chloroplastach. RNA prokariontów zlokalizowany jest w cytoplazmie oraz rybosomach. Cząsteczki RNA w postaci jednoniciowej i dwuniciowej stanowią materiał genetyczny niektórych wirusów i wiroidów. Kwasy rybonukleinowe uczestniczą w procesie biosyntezy białka. Pierwszy etap (transkrypcja), zachodzący w  jądrze komórkowym, polega na syntezie cząsteczki RNA komplementarnej do matrycowej nici DNA. Powstały transkrypt (pre-mRNA) poddawany jest następnie obróbce posttranskrypcyjnej, w wyniku której powstaje dojrzała cząsteczka mRNA, która wędruje do cytoplazmy, gdzie przyłącza się do rybosomu. Drugi etap (translacja) obejmuje syntezę łańcucha białkowego przy użyciu informacji genetycznej zawartej w mRNA tłumaczonej na sekwencję aminokwasów przez transportujący kwas rybonukleinowy (tRNA).
Biosynteza białka. Źródło: shutterstock

Bibliografia

  1. Jane B. Reece, Lisa E. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Robert B. Jackson; “Biologia Campbella”; Dom Wydawniczy Rebis, Poznań 2020;
  2. Phil C. Turner, Alexander G. McLennan, Andy D. Bates, Mike R.H. White; “Biologia molekularna – krótkie wykłady”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2011.;
  3. Zdzisława Otałęga (red. nacz.); “Encyklopedia biologiczna T. II, IV, VII, IX”; Agencja Publicystyczno-Wydawnicza Opres, Kraków, 1998-1999.;
  4. Terry A. Brown; “Genomy”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.;
  5. K.-H. Lautenschlager, W. Schroter, A. Wanninger; “Nowoczesne kompendium chemii”; Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2016. ;
  6. G. Michael Blackburn, Michael J. Gait, David Loakes, David M. Williams; “Nucleic Acids in Chemistry and Biology”; Royal Society of Chemistry, Cambridge 2006. ;
Legenda. Pokaż objaśnienia oznaczeń i skrótów
Szukaj
Oceń stronę
Ocena: 5.0
Wybór wg alfabetu:
a b c ć d e f g h i j k l ł m n o q p r s ś t u v w x y z ż ź
Pasaż zakupowy