Acidet nukleike, veçanërisht ADN-ja, janë mjaft të njohura në shkencë. Kjo shpjegohet me faktin se ato janë substanca të qelizës, nga të cilat varet ruajtja dhe transmetimi i informacionit të saj trashëgues. ADN-ja, e zbuluar në vitin 1868 nga F. Miescher, është një molekulë me veti të theksuara acidike. Shkencëtari e izoloi atë nga bërthamat e leukociteve - qelizat e sistemit imunitar. Gjatë 50 viteve të ardhshme, studimet e acideve nukleike u kryen në mënyrë sporadike, pasi shumica e biokimistëve i konsideronin proteinat si substancat kryesore organike përgjegjëse, ndër të tjera, për tiparet trashëgimore.
Që nga deshifrimi i strukturës së ADN-së nga Watson dhe Crick në 1953, filluan kërkime serioze, të cilat zbuluan se acidi deoksiribonukleik është një polimer dhe nukleotidet shërbejnë si monomere të ADN-së. Llojet dhe struktura e tyre do të studiohen nga ne në këtë punim.
Nukleotidet si njësi strukturore të informacionit trashëgues
Një nga vetitë themelore të materies së gjallë është ruajtja dhe transmetimi i informacionit për strukturën dhe funksionet e qelizës dhe të gjithë organizmit.përgjithësisht. Ky rol luhet nga acidi deoksiribonukleik, dhe monomerët e ADN-së - nukleotidet janë një lloj "tullash" nga të cilat ndërtohet struktura unike e substancës së trashëgimisë. Le të shqyrtojmë se nga cilat shenja udhëhiqej jeta e egër gjatë krijimit të një mbimbështjelljeje të acidit nukleik.
Si formohen nukleotidet
Për t'iu përgjigjur kësaj pyetjeje, na duhen disa njohuri mbi kiminë organike. Në veçanti, kujtojmë se në natyrë ekziston një grup glikozidësh heterociklikë që përmbajnë azot të kombinuar me monosakaride - pentoza (deoksiribozë ose ribozë). Ata quhen nukleozide. Për shembull, adenozina dhe llojet e tjera të nukleozideve janë të pranishme në citosolin e një qelize. Ata hyjnë në një reaksion esterifikimi me molekulat e acidit ortofosforik. Produktet e këtij procesi do të jenë nukleotide. Çdo monomer i ADN-së, dhe ka katër lloje, ka një emër, si guaninë, timinë dhe nukleotide citozine.
Monomeret purine të ADN-së
Në biokimi, është miratuar një klasifikim që ndan monomerët e ADN-së dhe strukturën e tyre në dy grupe: për shembull, nukleotidet e adeninës dhe guaninës janë purine. Ato përmbajnë derivate të purinës, një substancë organike me formulën C5H4N44. Monomeri i ADN-së, një nukleotid guanine, përmban gjithashtu një bazë azotike purine të lidhur me deoksiribozën nga një lidhje N-glikozidike në konfigurimin beta.
Nukleotide pirimidine
Baza azotike,të quajtura citidinë dhe timidinë, janë derivate të substancës organike pirimidine. Formula e tij është C4H4N2. Molekula është një heterocikël planar me gjashtë anëtarë që përmban dy atome azoti. Dihet se në vend të një nukleotidi timine, molekulat e acidit ribonukleik, si rRNA, tARN dhe mARN, përmbajnë një monomer uracil. Gjatë transkriptimit, gjatë transferimit të informacionit nga gjeni i ADN-së në molekulën e mARN-së, nukleotidi i timinës zëvendësohet nga adenina, dhe nukleotidi i adeninës zëvendësohet nga uracili në vargun e sintetizuar të mRNA. Kjo do të thotë, rekordi i mëposhtëm do të jetë i drejtë: A - U, T - A.
Rregulli Chargaff
Në pjesën e mëparshme, ne kemi prekur tashmë pjesërisht parimet e korrespondencës midis monomereve në zinxhirët e ADN-së dhe në kompleksin gjen-mARN. Biokimisti i famshëm E. Chargaff krijoi një pronë krejtësisht unike të molekulave të acidit deoksiribonukleik, domethënë, që numri i nukleotideve të adeninës në të është gjithmonë i barabartë me timinën, dhe guaninën - me citozinën. Baza kryesore teorike e parimeve të Chargaff ishte kërkimi i Watson dhe Crick, të cilët përcaktuan se cilët monomerë formojnë molekulën e ADN-së dhe çfarë organizimi hapësinor kanë ato. Një model tjetër, i nxjerrë nga Chargaff dhe i quajtur parimi i komplementaritetit, tregon marrëdhënien kimike të bazave purine dhe pirimidine dhe aftësinë e tyre për të formuar lidhje hidrogjeni kur ndërveprojnë me njëra-tjetrën. Kjo do të thotë se rregullimi i monomereve në të dy vargjet e ADN-së është përcaktuar rreptësisht: për shembull, përballë A e vargut të parë të ADN-së mund të jetëvetëm T është i ndryshëm dhe midis tyre lindin dy lidhje hidrogjenore. Përballë nukleotidit të guaninës, mund të gjendet vetëm citozina. Në këtë rast, midis bazave azotike formohen tre lidhje hidrogjenore.
Roli i nukleotideve në kodin gjenetik
Për të kryer reaksionin e biosintezës së proteinave që ndodh në ribozome, ekziston një mekanizëm për transferimin e informacionit në lidhje me përbërjen e aminoacideve të peptidit nga sekuenca nukleotide mRNA në sekuencën e aminoacideve. Doli se tre monomere ngjitur mbartin informacion për një nga 20 aminoacidet e mundshme. Ky fenomen quhet kodi gjenetik. Në zgjidhjen e problemeve në biologjinë molekulare, përdoret për të përcaktuar si përbërjen aminoacide të një peptidi, ashtu edhe për të sqaruar pyetjen: cilët monomerë formojnë një molekulë të ADN-së, me fjalë të tjera, cila është përbërja e gjenit përkatës. Për shembull, trefishi AAA (kodoni) në gjen kodon aminoacidin fenilalaninë në molekulën e proteinës dhe në kodin gjenetik do të korrespondojë me trefishin UUU në zinxhirin mARN.
Ndërveprimi i nukleotideve në procesin e riprodhimit të ADN-së
Siç u zbulua më herët, njësitë strukturore, monomerët e ADN-së janë nukleotide. Sekuenca e tyre specifike në zinxhirë është shabllon për procesin e sintezës së molekulës së bijës së acidit deoksiribonukleik. Ky fenomen ndodh në fazën S të ndërfazës qelizore. Sekuenca nukleotide e një molekule të re të ADN-së është mbledhur në zinxhirët mëmë nën veprimin e enzimës së polimerazës së ADN-së, duke marrë parasysh pariminkomplementariteti (A - T, D - C). Replikimi i referohet reaksioneve të sintezës së matricës. Kjo do të thotë se monomerët e ADN-së dhe struktura e tyre në zinxhirët mëmë shërbejnë si bazë, domethënë matrica për kopjen e saj të fëmijës.
A mund të ndryshojë struktura e një nukleotidi
Meqë ra fjala, le të themi se acidi deoksiribonukleik është një strukturë shumë konservatore e bërthamës qelizore. Ekziston një shpjegim logjik për këtë: informacioni trashëgues i ruajtur në kromatinën e bërthamës duhet të jetë i pandryshuar dhe të kopjohet pa shtrembërim. Epo, gjenomi qelizor është vazhdimisht "nën armën" e faktorëve mjedisorë. Për shembull, komponime kimike të tilla agresive si alkooli, droga, rrezatimi radioaktiv. Të gjithë ata janë të ashtuquajtur mutagjenë, nën ndikimin e të cilave çdo monomer i ADN-së mund të ndryshojë strukturën e tij kimike. Një shtrembërim i tillë në biokimi quhet mutacion pikësor. Frekuenca e shfaqjes së tyre në gjenomën qelizore është mjaft e lartë. Mutacionet korrigjohen nga puna e mirëfunksionimit të sistemit të riparimit qelizor, i cili përfshin një grup enzimash.
Disa prej tyre, për shembull, limitazat, "prerja" e nukleotideve të dëmtuara, polimerazat sigurojnë sintezën e monomereve normale, ligazat "qepin" seksionet e restauruara të gjenit. Nëse, për ndonjë arsye, mekanizmi i përshkruar më sipër nuk funksionon në qelizë dhe monomeri i dëmtuar i ADN-së mbetet në molekulën e tij, mutacioni kapet nga proceset e sintezës së matricës dhe manifestohet në mënyrë fenotipike në formën e proteinave me veti të dëmtuara. nuk janë në gjendje të kryejnë funksionet e nevojshme të qenësishme në tometabolizmi qelizor. Ky është një faktor serioz negativ që redukton qëndrueshmërinë e qelizës dhe shkurton jetëgjatësinë e saj.
