Nukleinsav

Nukleinsav (a latin  nucleus  - nucleus szóból) - nagy molekulatömegű szerves vegyület, nukleotidmaradékokból képzett biopolimer (polinukleotid) . A DNS és az RNS nukleinsavak minden élő szervezet sejtjében jelen vannak, és ellátják az örökletes információk tárolásának, továbbításának és megvalósításának legfontosabb funkcióit .

Kutatástörténet

• 1847 - ben bikaizmok kivonatából izoláltak egy anyagot [1] , amelyet " inozinsavnak " neveztek . Ez a vegyület volt az első vizsgált nukleotid . A következő évtizedekben kémiai szerkezetének részletei alakultak ki. Az inozinsavról kimutatták, hogy egy 5'-foszfát-ribozid, és N-glikozidos kötést tartalmaz.
• 1868-ban Friedrich Miescher svájci kémikus néhány biológiai anyag tanulmányozása közben felfedezett egy korábban ismeretlen anyagot. Az anyag foszfort tartalmazott, és proteolitikus enzimek nem bontották le . Kifejezetten savas tulajdonságai is voltak. Az anyagot "nukleinnek" nevezték el. A vegyületet a C 29 H 49 N 9 O 22 P 3 empirikus képlettel jelöltük .
• Wilson felhívta a figyelmet a röviddel azelőtt felfedezett „nuklein” és „ kromatin ”, a kromoszómák fő alkotóelemének kémiai összetételének gyakorlati azonosságára [2] . Feltételezték a "nuklein" különleges szerepét az örökletes információk továbbításában.
• 1889-ben Richard Altmann megalkotta a "nukleinsav" kifejezést, és egy kényelmes módszert is kidolgozott olyan nukleinsavak előállítására, amelyek nem tartalmaznak fehérjeszennyeződéseket.
• Levin [en] és Jacob [en] a nukleinsavak lúgos hidrolízisének termékeit tanulmányozva azonosították fő összetevőiket - nukleotidokat és nukleozidokat, valamint olyan szerkezeti képleteket is javasoltak, amelyek helyesen írják le kémiai tulajdonságaikat.
• 1921-ben Lewin felállította a "DNS tetranukleotid szerkezetének" [3] hipotézisét , amely később tévesnek bizonyult [4] .
• Klein és Thanhauser [de] 1935-ben a foszfatáz enzim segítségével finoman feldarabolták a DNS-t, melynek eredményeként négy DNS-képző nukleotidot kaptak kristályos állapotban [5] . Ez új lehetőségeket nyitott meg e vegyületek szerkezetének megállapítására.
• Az 1940-es években egy Cambridge-i tudományos csoport Alexander Todd vezetésével kiterjedt szintetikus kutatásokat végzett a nukleotidok és nukleozidok kémiájában, melynek eredményeként a nukleotidok kémiai szerkezetének és sztereokémiájának részleteit állapították meg. Ezért a munkaciklusért Alexander Todd 1957 -ben kémiai Nobel-díjat kapott .
• 1951-ben Chargaff szabályszerűséget állapított meg a nukleinsavak különböző típusú nukleotidjainak tartalmában, amely később Chargaff-szabályként vált ismertté .
• 1953-ban Watson és Crick létrehozta a DNS másodlagos szerkezetét, a kettős hélixet [6] .

Kiválasztási módszerek

Számos technikát írtak le a nukleinsavak természetes forrásokból történő izolálására. Az izolálási módszerrel szemben támasztott fő követelmény a nukleinsavak hatékony elválasztása a fehérjéktől , valamint a kapott készítmények minimális fragmentációja. A DNS-kivonás klasszikus módszerét 1952-ben írták le, és jelenleg is jelentős változtatások nélkül használják [7] . A vizsgált biológiai anyag sejtfalait a szokásos módszerek egyikével elpusztítják, majd anionos detergenssel kezelik . Ebben az esetben a fehérjék kicsapódnak, és a nukleinsavak vizes oldatban maradnak. A DNS gélesíthető úgy, hogy etanolt óvatosan adunk a sóoldathoz. A kapott nukleinsav koncentrációját , valamint a szennyeződések (fehérjék, fenol) jelenlétét általában spektrofotometriásan határozzák meg A 260 nm-en végzett abszorpcióval.

A nukleinsavakat az enzimek egy speciális osztálya, az úgynevezett nukleázok könnyen lebontják . E tekintetben az elkülönítésükkor fontos, hogy a laboratóriumi berendezéseket és anyagokat megfelelő inhibitorokkal kezeljük . Így például az RNS izolálásakor széles körben alkalmaznak egy olyan ribonukleáz inhibitort, mint a DEPC .

Fizikai tulajdonságok

A nukleinsavak vízben jól oldódnak , szerves oldószerekben gyakorlatilag nem oldódnak. Nagyon érzékeny a hőmérsékletre és a kritikus pH -értékekre . A természetes forrásból izolált, nagy molekulatömegű DNS - molekulák mechanikai erők hatására, például az oldat keverésekor képesek fragmentálódni. A nukleinsavakat nukleázoknak nevezett enzimek fragmentálják .

Épület

A nukleinsavak polimer formáit polinukleotidoknak nevezzük. A nukleinsavak szerkezeti szerveződésének négy szintje van: primer, szekunder, tercier és kvaterner szerkezetek. Az elsődleges szerkezet egy nukleotidlánc, amely foszforsav- maradékon (foszfodiészter-kötés) keresztül kapcsolódik. A másodlagos szerkezet két nukleinsavlánc, amelyeket hidrogénkötések kapcsolnak össze. Érdemes megjegyezni, hogy a láncok fejtől farokig (3'-5') kapcsolódnak egymáshoz, a komplementaritás elve szerint ( a nukleobázisok ebben a szerkezetben találhatók). A harmadlagos szerkezet, vagy hélix a nitrogénbázisok gyökeinek hatására jön létre (további hidrogénkötések jönnek létre, amelyek ezt a szerkezetet összehajtják, ezáltal szilárdságát). És végül, a kvaterner szerkezet a hisztonok és a kromatinszálak komplexei .

Mivel a nukleotidokban csak kétféle heterociklusos molekula található, a ribóz és a dezoxiribóz, ezért csak kétféle nukleinsav létezik - dezoxiribonukleinsav (DNS) és ribonukleinsav (RNS).

A monomer formák a sejtekben is megtalálhatók, és fontos szerepet játszanak a jelátviteli vagy energiatárolási folyamatokban. A leghíresebb RNS monomer az ATP , az adenozin-trifoszforsav, a sejt legfontosabb energiatárolója.

DNS és RNS

• DNS ( dezoxiribonukleinsav ). Cukor - dezoxiribóz , nitrogéntartalmú bázisok: purin  - guanin (G), adenin (A), pirimidin  - timin (T) és citozin (C). A DNS gyakran két polinukleotid szálból áll, amelyek antiparallel irányulnak.

• RNS ( ribonukleinsav ). Cukor - ribóz , nitrogéntartalmú bázisok: purin - guanin (G), adenin (A), pirimidin - uracil (U) és citozin (C). A polinukleotid lánc szerkezete hasonló a DNS-éhez. A ribóz jellemzői miatt az RNS-molekulák gyakran eltérő másodlagos és harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, és a különböző szálak között komplementer régiókat alkotnak.

Az RNS típusai

Mátrix ribonukleinsav ( mRNS , szinonim - hírvivő RNS, mRNS ) – a fehérjék elsődleges szerkezetéről (aminosavszekvenciájáról) információt tartalmazó RNS [8] . Az mRNS-t a DNS-ből szintetizálják a transzkripció során , majd a transzláció során fehérjeszintézis templátjaként használják. Így az mRNS fontos szerepet játszik a gének "megnyilvánulásában" ( kifejezésében ) .

A riboszómális ribonukleinsavak ( rRNS ) több olyan RNS - molekula , amelyek a riboszóma alapját képezik . Az rRNS fő funkciója a transzlációs folyamat megvalósítása  – információ olvasása az mRNS -ből adapter - tRNS -molekulák segítségével, és a tRNS-hez kapcsolódó aminosavak közötti peptidkötések kialakulásának katalizálása .

Transzfer RNS, tRNS  - ribonukleinsav , amelynek feladata az aminosavak szállítása a fehérjeszintézis helyére . Tipikus hossza 73-93 nukleotid, mérete pedig körülbelül 5 nm. A tRNS-ek közvetlenül részt vesznek a polipeptid lánc növekedésében is, kapcsolódnak - egy aminosavval komplexben lévén - az mRNS kodonhoz, és biztosítják az új peptidkötés kialakulásához szükséges komplex konformációját .

Minden aminosavnak saját tRNS-e van.

A tRNS egyszálú RNS , de funkcionális formájában "lóherelevél" konformációval rendelkezik. Az aminosav kovalensen kapcsolódik a molekula 3' végéhez az aminoacil-tRNS szintetáz enzim által, amely specifikus minden tRNS-típusra . A C hely az aminosavnak megfelelő antikodont tartalmazza.

A nem kódoló RNS (non-codeding RNA, ncRNS) olyan RNS - molekulák , amelyek nem transzlálódnak fehérjékké . Egy korábban használt szinonimát , a kis RNS-t (smRNS, small RNA) jelenleg nem használják, mivel egyes nem kódoló RNS-ek nagyon nagyok lehetnek, mint például a Xist .

A DNS-szekvenciát , amelyen a nem kódoló RNS-ek átíródnak, gyakran RNS- génnek nevezik .

A nem kódoló RNS-ek közé tartoznak az olyan RNS-molekulák, amelyek nagyon fontos funkciókat látnak el a sejttranszfer RNS -ben ( tRNS ), riboszomális RNS -ben ( rRNS ), kis RNS-ek, például kis nukleoláris RNS (snoRNS), mikroRNS , siRNS , piRNS , valamint a hosszú, nem transzfer RNS-ben. -kódoló RNS  - Xist , Evf , Air , CTN , PINK , TUG1 .

A legújabb transzkriptomikai technológiák ( RNS szekvenálás ) és DNS microarray technikák több mint 30 000 hosszú, nem kódoló RNS ( hosszú ncRNS ) jelenlétére utalnak .  Körülbelül ugyanennyi kis szabályozó RNS található az egér genomjában.

Jegyzetek

1. ↑ J. Liebig. ??? (neopr.)  // Annalen. - 1847. - T. 62 . - S. 257 .
2. ↑ Edmund B. Wilson. A petesejt megtermékenyítésének és kariokinézisének atlasza . - N. Y .: Macmillan, 1895. - 4. o.
3. ↑ P.A. Levene. ???  (angol)  // J. Biol. Chem.  : folyóirat. - 1921. - 1. évf. 48 . — 119. o .
4. ↑ A "tetranukleotid szerkezet" megjelenése során a kémikusok kritikusan fogalmaztak a makromolekulák létezésének lehetőségével kapcsolatban, aminek következtében a DNS-nek alacsony molekulatömegű szerkezetet tulajdonítottak.
5. ↑ W. Klein, S. J. Thannhauser. ??? (neopr.)  // Z. physiol. Chem.. - 1935. - T. 231 . - S. 96 .
6. ↑ JD Watson, FHC Crick. Nukleinsavak molekuláris szerkezete: A dezoxiribóz nukleinsav szerkezete  (angol)  // Nature . - 1953. - 1. évf. 171 . - P. 737-738 . - doi : 10.1038/171737a0 .
7. ↑ Ernest RM Kay, Norman S. Simmons, Alexander L. An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate  //  J. Am. Chem. szoc. : folyóirat. - 1952. - 1. évf. 74 , sz. 7 . - P. 1724-1726 . doi : 10.1021 / ja01127a034 .
8. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. A sejt molekuláris biológiája. - 5. - Garland Science, 2008. - 1392 p. — ISBN 0815341059 .

Irodalom

• Barton D., Ollis W. D. Általános szerves kémia. - M .: Kémia, 1986. - T. 10. - S. 32-215. - 704 p.
• Frank-Kamenetsky M. D. A legfontosabb molekula. — M .: Nauka, 1983. — 160 p.
• Appel B., Beneke I., Benson J., szerk. S. Muller. Nukleinsavak A-tól Z-ig. - M .: Binom, 2012. - 352 p. - ISBN 978-5-9963-0376-2 .

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy norvég Nagy orosz Brockhaus és Efron Brockhaus és Efron a világ körül litván univerzális Új horvát Britannica (online) Brockhaus Treccani Universalis
Bibliográfiai katalógusokban BNF : 11980605w GND : 4172117-2 J9U : 987007538635505171 LCCN : sh85093144 NDL : 00564756 NKC : ph115470