Νουκλεϊκά οξέα

Νουκλεϊκά οξέα αποτελούνται από μια σειρά μεμονωμένων νουκλεοτιδίων για το σχηματισμό μακρομορίων και, ως το κύριο συστατικό των γονιδίων στους πυρήνες των κυττάρων, είναι οι φορείς γενετικών πληροφοριών και καταλύουν πολλές βιοχημικές αντιδράσεις.

Τα μεμονωμένα νουκλεοτίδια αποτελούνται το καθένα από ένα φωσφορικό και ένα συστατικό νουκλεοβάσης καθώς και από το μόριο πεντόζης ριβόζη ή δεοξυριβόζη. Η βιοχημική αποτελεσματικότητα των νουκλεϊκών οξέων βασίζεται όχι μόνο στη χημική τους σύνθεση, αλλά και στη δευτερεύουσα δομή τους, στην τρισδιάστατη διάταξη τους.

Τι είναι τα νουκλεϊκά οξέα;

Τα δομικά στοιχεία των νουκλεϊκών οξέων είναι μεμονωμένα νουκλεοτίδια, το καθένα αποτελείται από ένα υπόλειμμα φωσφορικού, η ριβόζη μονοσακχαρίτη ή δεοξυριβόζη, καθένα με 5 C άτομα διατεταγμένα σε ένα δακτύλιο και μία από τις πέντε πιθανές νουκλεοβάσεις. Οι πέντε πιθανές νουκλεοβάσεις είναι η αδενίνη (Α), η γουανίνη (G), η κυτοσίνη (C), η θυμίνη (Τ) και η ουρακίλη (U).

Τα νουκλεοτίδια που περιέχουν δεοξυριβόζη ως συστατικό σακχάρου συνδέονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν δεοξυριβονουκλεϊκά οξέα (DNA) και τα νουκλεοτίδια με ριβόζη ως συστατικό σακχάρου ενσωματώνονται σε ριβονουκλεϊκά οξέα (RNA). Η ουρακίλη ως πυρηνική βάση εμφανίζεται αποκλειστικά στο RNA. Το Uracil αντικαθιστά εκεί τη θυμίνη, η οποία βρίσκεται μόνο στο DNA. Αυτό σημαίνει ότι μόνο 4 διαφορετικά νουκλεοτίδια είναι διαθέσιμα για τη δομή του DNA και του RNA.

Στην αγγλική και διεθνή χρήση, καθώς και στα γερμανικά τεχνικά άρθρα, οι συντομογραφίες DNA (δεσοξυριβονουκλεϊκό οξύ) χρησιμοποιούνται συνήθως αντί για DNS και RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ) αντί για RNA. Εκτός από τα φυσικά απαντώμενα νουκλεϊκά οξέα με τη μορφή DNA ή RNA, συνθετικά νουκλεϊκά οξέα αναπτύσσονται στη χημεία τα οποία, ως καταλύτες, επιτρέπουν ορισμένες χημικές διεργασίες.

Ανατομία & δομή

Τα νουκλεϊκά οξέα αποτελούνται από μια αλυσίδα ενός τεράστιου αριθμού νουκλεοτιδίων. Ένα νουκλεοτίδιο αποτελείται πάντα από το δακτύλιο σε μορφή δακτυλίου μονοσακχάρου στην περίπτωση του DNA ή της ριβόζης στην περίπτωση του RNA καθώς και ενός φωσφορικού υπολείμματος και ενός τμήματος νουκλεοβάσης. Η ριβόζη και η δεοξυριβόζη διαφέρουν μόνο σε ότι στην δεοξυριβόζη μια ομάδα ΟΗ μετατρέπεται σε ιόν Η μέσω αναγωγής, δηλαδή μέσω της προσθήκης ενός ηλεκτρονίου, καθιστώντας την χημικά πιο σταθερή.

Ξεκινώντας από την ριβόζη ή την δεοξυριβόζη που υπάρχει με τη μορφή δακτυλίου, το καθένα με 5 άτομα άνθρακα, η ομάδα νουκλεοβάσης συνδέεται με το ίδιο άτομο άνθρακα για κάθε νουκλεοτίδιο μέσω ενός Ν-γλυκοσιδικού δεσμού. Ν-γλυκοσιδικό σημαίνει ότι το αντίστοιχο άτομο άνθρακα του σακχάρου συνδέεται με την ομάδα ΝΗ2 της νουκλεοβάσης. Εάν ορίσετε το άτομο C με τον γλυκοσιδικό δεσμό ως Νο. 1, τότε - κοιτάζοντας δεξιόστροφα - το άτομο C με το Νο 3 συνδέεται με την φωσφορική ομάδα του επόμενου νουκλεοτιδίου μέσω φωσφοδιεστερικού δεσμού και το άτομο C με Νο. 5 Εστεροποιημένη με τη «δική της» φωσφορική ομάδα. Και τα δύο νουκλεϊκά οξέα, DNA και RNA αποτελούνται από καθαρά νουκλεοτίδια.

Αυτό σημαίνει ότι τα κεντρικά μόρια σακχάρου των νουκλεοτιδίων DNA αποτελούνται πάντα από δεοξυριβόζη και εκείνα του RNA αποτελούνται πάντα από ριβόζη. Τα νουκλεοτίδια ενός συγκεκριμένου νουκλεϊκού οξέος διαφέρουν μόνο κατά τη σειρά των 4 πιθανών νουκλεϊκών βάσεων. Το DNA μπορεί να θεωρηθεί ως λεπτές ταινίες που περιστρέφονται και συμπληρώνονται από ένα συμπληρωματικό αντίστοιχο, έτσι ώστε το DNA να υπάρχει συνήθως ως διπλή έλικα. Τα ζεύγη βάσεων αδενίνης και θυμίνης καθώς και η γουανίνη και η κυτοσίνη είναι πάντα απέναντι από το άλλο.

Λειτουργία & εργασίες

Το DNS και το RNS έχουν διαφορετικές εργασίες και λειτουργίες. Ενώ το DNA δεν αναλαμβάνει καμία λειτουργική εργασία, το RNA παρεμβαίνει σε διάφορες μεταβολικές διαδικασίες. Το DNA χρησιμεύει ως κεντρική τοποθεσία αποθήκευσης γενετικών πληροφοριών σε κάθε κύτταρο. Περιέχει τις οικοδομικές οδηγίες για ολόκληρο τον οργανισμό και τις καθιστά διαθέσιμες εάν απαιτείται.

Η δομή όλων των πρωτεϊνών αποθηκεύεται στο DNA με τη μορφή αλληλουχιών αμινοξέων. Στην πρακτική εφαρμογή, οι κωδικοποιημένες πληροφορίες του DNA πρώτα "αντιγράφονται" μέσω της διαδικασίας μεταγραφής και μεταφράζονται στην αντίστοιχη αλληλουχία αμινοξέων (μεταγράφεται). Όλες αυτές οι απαραίτητες σύνθετες λειτουργίες εκτελούνται από ειδικά ριβονουκλεϊκά οξέα. Το RNA αναλαμβάνει επομένως το καθήκον να σχηματίσει ένα συμπληρωματικό μονό κλώνο στο DNA εντός του κυτταρικού πυρήνα και να το μεταφέρει ως ριβοσωμικό RNA μέσω των πυρηνικών πόρων από τον πυρήνα του κυττάρου στο κυτόπλασμα προς τα ριβοσώματα, προκειμένου να συγκεντρωθούν και να συντεθούν ορισμένα αμινοξέα στις επιδιωκόμενες πρωτεΐνες.

Το tRNA (RNA μεταφοράς), το οποίο αποτελείται από σχετικά βραχείες αλυσίδες από περίπου 70 έως 95 νουκλεοτίδια, διαδραματίζει σημαντικό ρόλο. Το tRNA έχει δομή τύπου τριφυλλιού. Ο στόχος τους είναι να παραλάβουν τα αμινοξέα που παρέχονται σύμφωνα με την κωδικοποίηση από το DNA και να τα καταστήσουν διαθέσιμα στα ριβοσώματα για σύνθεση πρωτεϊνών. Ορισμένα tRNA ειδικεύονται σε ορισμένα αμινοξέα, αλλά άλλα tRNAs είναι υπεύθυνα για πολλά αμινοξέα ταυτόχρονα.

Ασθένειες

Οι πολύπλοκες διεργασίες σε σχέση με την κυτταρική διαίρεση, δηλ. Η αντιγραφή των χρωμοσωμάτων και η μετάφραση του γενετικού κώδικα σε αλληλουχίες αμινοξέων, μπορούν να οδηγήσουν σε έναν αριθμό δυσλειτουργιών, οι οποίες εκδηλώνονται σε ένα ευρύ φάσμα πιθανών επιδράσεων από θανατηφόρες (μη βιώσιμες) έως σχεδόν αισθητές.

Σε σπάνιες εξαιρετικές περιπτώσεις, οι τυχαίες δυσλειτουργίες μπορούν επίσης να οδηγήσουν σε βελτιωμένη προσαρμογή του ατόμου στις περιβαλλοντικές συνθήκες και συνεπώς να οδηγήσουν σε θετικά αποτελέσματα. Η αντιγραφή του DNA μπορεί να οδηγήσει σε αυθόρμητες αλλαγές (μεταλλάξεις) σε μεμονωμένα γονίδια (μετάλλαξη γονιδίου) ή μπορεί να υπάρχει σφάλμα στην κατανομή των χρωμοσωμάτων στα κύτταρα (μετάλλαξη γονιδιώματος). Ένα πολύ γνωστό παράδειγμα μετάλλαξης γονιδιώματος είναι η τρισωμία 21 - επίσης γνωστή ως σύνδρομο Down.

Οι δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες με τη μορφή δίαιτας χαμηλών ενζύμων, επίμονων καταστάσεων άγχους, υπερβολικής έκθεσης σε υπεριώδη ακτινοβολία διευκολύνουν τη βλάβη στο DNA, το οποίο μπορεί να οδηγήσει σε αποδυνάμωση του ανοσοποιητικού συστήματος και να προωθήσει τον σχηματισμό καρκινικών κυττάρων. Οι τοξικές ουσίες μπορούν επίσης να βλάψουν τις διάφορες λειτουργίες του RNA και να οδηγήσουν σε σημαντικές βλάβες.