กรดนิวคลีอิก

ลักษณะทั่วไป

กรดนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลทางชีววิทยาขนาดใหญ่ DNA และ RNA การมีอยู่และการทำงานที่เหมาะสมซึ่งภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตมีความจำเป็นต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิตหลัง
กรดนิวคลีอิกทั่วไปเกิดจากยูเนี่ยนในสายโซ่เชิงเส้นของนิวคลีโอไทด์จำนวนมาก

รูป: โมเลกุลดีเอ็นเอ

นิวคลีโอไทด์เป็นโมเลกุลขนาดเล็ก ซึ่งมีองค์ประกอบสามประการในรัฐธรรมนูญ ได้แก่ กลุ่มฟอสเฟต เบสไนโตรเจน และน้ำตาล 5 คาร์บอน

กรดนิวคลีอิกมีความสำคัญต่อการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิต เนื่องจากพวกมันให้ความร่วมมือในการสังเคราะห์โปรตีน ซึ่งเป็นโมเลกุลที่จำเป็นสำหรับการนำกลไกของเซลล์ไปใช้อย่างถูกต้อง
DNA และ RNA แตกต่างกันในบางประการ
ตัวอย่างเช่น ดีเอ็นเอมีสายนิวคลีโอไทด์ที่ต้านขนานกันสองสายและมีดีออกซีไรโบสเป็นน้ำตาล 5 คาร์บอน ในทางกลับกัน RNA มักจะมีนิวคลีโอไทด์สายเดียวและมีไรโบสเป็นน้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม

กรดนิวคลีอิกคืออะไร?

กรดนิวคลีอิกคือ DNA และ RNA ของโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาซึ่งการมีอยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการอยู่รอดและการพัฒนาที่ถูกต้องของหลัง
ตามคำจำกัดความอื่น กรดนิวคลีอิกเป็นไบโอโพลีเมอร์ที่เกิดจากการรวมตัวของนิวคลีโอไทด์จำนวนมากในสายโซ่ยาวเป็นเส้นตรง
ไบโอโพลีเมอร์หรือพอลิเมอร์ธรรมชาติเป็นสารประกอบทางชีววิทยาขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วยหน่วยโมเลกุลที่เหมือนกันทั้งหมด ซึ่งเรียกว่าโมโนเมอร์

กรดนิวคลีอิก: ใครอยู่ในครอบครอง?

กรดนิวคลีอิกไม่เพียงอยู่ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตยูคาริโอตและโปรคาริโอตเท่านั้น แต่ยังอยู่ในรูปแบบชีวิตเซลล์ เช่น ไวรัส และในออร์แกเนลล์ของเซลล์ เช่น ไมโทคอนเดรียและคลอโรพลาสต์

โครงสร้างทั่วไป

ตามคำจำกัดความข้างต้น นิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็น DNA และ RNA ของกรดนิวคลีอิก
ดังนั้นพวกเขาจะเป็นตัวแทนของหัวข้อหลักของบทนี้ เกี่ยวกับโครงสร้างของกรดนิวคลีอิก

โครงสร้างของนิวคลีโอไทด์ทั่วไป

นิวคลีโอไทด์ทั่วไปเป็นสารประกอบอินทรีย์ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมกันของสามองค์ประกอบ:

• หมู่ฟอสเฟต ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของกรดฟอสฟอริก
• เพนโทสนั่นคือน้ำตาลที่มีอะตอมของคาร์บอน 5 อะตอม
• ฐานไนโตรเจนซึ่งเป็นโมเลกุลเฮเทอโรไซคลิกอะโรมาติก

เพนโทสเป็นตัวแทนขององค์ประกอบกลางของนิวคลีโอไทด์เนื่องจากกลุ่มฟอสเฟตและฐานไนโตรเจนจับกับมัน

รูปภาพ: องค์ประกอบที่ประกอบเป็นนิวคลีโอไทด์ทั่วไปของกรดนิวคลีอิก ดังจะเห็นได้ว่าหมู่ฟอสเฟตและฐานไนโตรเจนจับกับน้ำตาล

พันธะเคมีที่ยึดเพนโทสและหมู่ฟอสเฟตไว้ด้วยกันคือพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ ในขณะที่พันธะเคมีที่ยึดเหนี่ยวเพนโทสและเบสไนโตรเจนนั้นเป็นพันธะ N-glycosidic

PENTOSE มีส่วนร่วมในลิงค์ต่าง ๆ กับองค์ประกอบอื่น ๆ อย่างไร?

ที่ตั้ง: นักเคมีได้คิดที่จะนับคาร์บอนที่ประกอบเป็นโมเลกุลอินทรีย์ เพื่อให้การศึกษาและคำอธิบายง่ายขึ้น ในที่นี้ คาร์บอน 5 ตัวของเพนโทสกลายเป็น: คาร์บอน 1 คาร์บอน 2 คาร์บอน 3 คาร์บอน 4 และคาร์บอน 5

เกณฑ์การกำหนดจำนวนค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นเราจึงพิจารณาว่าเหมาะสมที่จะละทิ้งคำอธิบาย
จากคาร์บอน 5 ตัวที่ก่อตัวเป็นเพนโตสของนิวคลีโอไทด์ คาร์บอนที่เกี่ยวพันกับพันธะกับฐานไนโตรเจนและหมู่ฟอสเฟตคือคาร์บอน 1 และคาร์บอน 5 ตามลำดับ

• เพนโทสคาร์บอน 1 → พันธะ N-ไกลโคซิดิก → ฐานไนโตรเจน
• เพนโทสคาร์บอน 5 → พันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ → กลุ่มฟอสเฟต

พันธะเคมีชนิดใดที่จับกับนิวคลีโอไทด์ของกรดนิวคลีอิก

รูป: โครงสร้างของเพนโทส การกำหนดหมายเลขของคาร์บอนที่เป็นส่วนประกอบและพันธะกับฐานไนโตรเจนและกลุ่มฟอสเฟต

ในการสร้างกรดนิวคลีอิก นิวคลีโอไทด์จะจัดระเบียบตัวเองเป็นสายโซ่ยาวเป็นเส้นตรง ซึ่งรู้จักกันดีในชื่อเส้นใย
นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวที่ก่อตัวเป็นเกลียวยาวเหล่านี้จับกับนิวคลีโอไทด์ถัดไปโดยใช้พันธะฟอสโฟไดสเตอร์ระหว่างคาร์บอน 3 ของเพนโทสของมันกับกลุ่มฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ที่ตามมาทันที

สุดขั้ว

สายนิวคลีโอไทด์ (หรือสายพอลินิวคลีโอไทด์) ซึ่งประกอบเป็นกรดนิวคลีอิก มีปลายสองด้าน เรียกว่าปลาย 5 " (อ่านว่า "ห้าไพรม์") และปลาย 3" (อ่านว่า "ทรีไพรม์สาม") ตามแบบแผน นักชีววิทยาและนักพันธุศาสตร์ได้กำหนดไว้ว่า "ปลาย 5" หมายถึงส่วนหัวของเส้นใยที่สร้างกรดนิวคลีอิก ในขณะที่ "ปลาย 3" หมายถึงหางของมัน
จากมุมมองทางเคมี "ปลายที่ 5" ของกรดนิวคลีอิกเกิดขึ้นพร้อมกับกลุ่มฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์แรกของสายโซ่ ขณะที่ "ปลายที่ 3" ของกรดนิวคลีอิกเกิดขึ้นพร้อมกับกลุ่มไฮดรอกซิล (OH) ในคาร์บอน 3 ของนิวคลีโอไทด์สุดท้าย
มันอยู่บนพื้นฐานขององค์กรนี้ในหนังสือเกี่ยวกับพันธุศาสตร์และอณูชีววิทยา สายนิวคลีโอไทด์ของกรดนิวคลีอิกมีการอธิบายดังนี้: P-5 "→ 3" -OH

* หมายเหตุ: ตัวอักษร P หมายถึงอะตอมของฟอสฟอรัสของกลุ่มฟอสเฟต

การใช้แนวคิดของปลาย 5 "และ 3" กับนิวคลีโอไทด์เดี่ยว "ปลาย 5" ของหลังคือกลุ่มฟอสเฟตที่ยึดติดกับคาร์บอน 5 ในขณะที่ปลายที่ 3 คือกลุ่มไฮดรอกซิลที่เข้าร่วมกับคาร์บอน 3
ในทั้งสองกรณี "เชื้อเชิญให้ผู้อ่านให้ความสนใจกับการเกิดซ้ำของตัวเลข: สิ้นสุด 5" - กลุ่มฟอสเฟตในคาร์บอน 5 และสิ้นสุด 3 "- กลุ่มไฮดรอกซิลในคาร์บอน 3

ฟังก์ชั่นทั่วไป

กรดนิวคลีอิกประกอบด้วย ขนส่ง ถอดรหัส และแสดงข้อมูลทางพันธุกรรมในโปรตีน
ประกอบด้วยกรดอะมิโน โปรตีนเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยา ซึ่งมีบทบาทสำคัญในการควบคุมกลไกระดับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
ข้อมูลทางพันธุกรรมขึ้นอยู่กับลำดับของนิวคลีโอไทด์ ซึ่งประกอบเป็นสายกรดนิวคลีอิก

เกร็ดประวัติศาสตร์

เครดิตสำหรับการค้นพบกรดนิวคลีอิกซึ่งเกิดขึ้นในปีพ.
Miescher ค้นพบในขณะที่เขากำลังศึกษานิวเคลียสของเซลล์ของเม็ดเลือดขาวโดยมีจุดประสงค์เพื่อทำความเข้าใจองค์ประกอบภายในของพวกมันให้ดีขึ้น
การทดลองของ Miescher เป็นจุดเปลี่ยนในด้านอณูชีววิทยาและพันธุศาสตร์ เนื่องจากพวกเขาได้ริเริ่มชุดของการศึกษาที่นำไปสู่การระบุโครงสร้างของ DNA (Watson and Crick ในปี 1953) และ RNA ไปสู่ความรู้เกี่ยวกับกลไกของ การถ่ายทอดทางพันธุกรรมและการระบุกระบวนการสังเคราะห์โปรตีนที่แม่นยำ

ที่มาของชื่อ

กรดนิวคลีอิกมีชื่อนี้เนื่องจาก Miescher ระบุพวกมันภายในนิวเคลียสของเม็ดเลือดขาว (นิวเคลียส - นิวคลีอิก) และพบว่าพวกมันมีหมู่ฟอสเฟตซึ่งเป็นอนุพันธ์ของกรดฟอสฟอริก (อนุพันธ์ของกรดฟอสฟอริก - กรด)

ดีเอ็นเอ

ในบรรดากรดนิวคลีอิกที่รู้จัก ดีเอ็นเอมีชื่อเสียงมากที่สุด เนื่องจากเป็นตัวแทนของคลังข้อมูลทางพันธุกรรม (หรือยีน) ที่ทำหน้าที่ควบคุมการพัฒนาและการเติบโตของเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
ตัวย่อ DNA หมายถึงกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิกหรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก

เกลียวคู่

ในปีพ.ศ. 2496 เพื่ออธิบายโครงสร้างของ "ดีเอ็นเอของกรดนิวคลีอิก นักชีววิทยาเจมส์ วัตสันและฟรานซิส คริก ได้เสนอแบบจำลองนี้ ซึ่งต่อมากลายเป็นว่าถูกต้อง" ของสิ่งที่เรียกว่า "เกลียวคู่"
ตามแบบจำลอง "เกลียวคู่" ดีเอ็นเอเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ ซึ่งเป็นผลมาจากการรวมตัวของนิวคลีโอไทด์ต้านขนานสองเส้นยาวๆ และพันเข้าด้วยกัน
คำว่า "ต้านขนาน" บ่งชี้ว่าไส้ทั้งสองมีทิศทางตรงกันข้าม นั่นคือ: หัวและหางของไส้เดือนหนึ่งมีปฏิสัมพันธ์กันตามลำดับกับหางและหัวของอีกเส้นหนึ่ง

ตามจุดสำคัญอีกจุดหนึ่งของแบบจำลอง "เกลียวคู่" นิวคลีโอไทด์ของกรดนิวคลีอิก DNA มีการจัดเรียงที่ฐานไนโตรเจนจะมุ่งไปที่แกนกลางของเกลียวแต่ละอัน ในขณะที่กลุ่มเพนโทสและฟอสเฟตสร้างโครงนั่งร้าน ภายนอกของ หลัง.

เพนโทสของ DNA คืออะไร?

เพนโทสที่ประกอบเป็นนิวคลีโอไทด์ของกรดนิวคลีอิกดีเอ็นเอคือดีออกซีไรโบส
น้ำตาล 5 คาร์บอนนี้มีสาเหตุมาจากการขาดออกซิเจนในคาร์บอน 2 ท้ายที่สุดแล้ว deoxyribose หมายถึง "ปราศจากออกซิเจน"

รูปภาพ: ดีออกซีไรโบส

เนื่องจากการมีอยู่ของดีออกซีไรโบส นิวคลีโอไทด์ของกรดนิวคลีอิกของดีเอ็นเอจึงถูกเรียกว่าดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์

ประเภทของนิวคลีโอไทด์และฐานไนโตรเจน

กรดนิวคลีอิกของ DNA มีดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ 4 ชนิด
ในการแยกแยะความแตกต่างของดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ทั้ง 4 ชนิดนั้น เป็นเพียงเบสไนโตรเจน ซึ่งเชื่อมโยงกับการก่อรูปหมู่เพนโตส-ฟอสเฟต
ด้วยเหตุผลที่ชัดเจน ดังนั้น เบสไนโตรเจนของดีเอ็นเอจึงเป็น 4 โดยเฉพาะ: อะดีนีน (A), กัวนีน (G), ไซโตซีน (C) และไทมีน (T)
Adenine และ guanine อยู่ในกลุ่มของ purines ซึ่งเป็นสารประกอบอะโรมาติกเฮเทอโรไซคลิกแบบวงแหวนคู่
ในทางกลับกัน Cytosine และ thymine จัดอยู่ในหมวดหมู่ของ pyrimidines ซึ่งเป็นสารประกอบอะโรมาติกเฮเทอโรไซคลิกแบบวงแหวนเดียว
ด้วยแบบจำลอง "เกลียวคู่" วัตสันและคริกยังอธิบายว่าการจัดระเบียบของฐานไนโตรเจนภายในดีเอ็นเอคืออะไร:

• ฐานไนโตรเจนแต่ละอันของไส้หลอดเชื่อมต่อกันด้วยพันธะไฮโดรเจน ฐานไนโตรเจนที่มีอยู่บนไส้หลอดที่ต้านขนานกัน ทำให้เกิดเป็นคู่ เป็นคู่ ของฐานได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• การจับคู่ระหว่างเบสไนโตรเจนของเส้นใยทั้งสองมีความเฉพาะเจาะจงสูง อันที่จริง อะดีนีนจับกับไทมีนเท่านั้น ในขณะที่ไซโตซีนจับกับกัวนีนเท่านั้น
  การค้นพบที่สำคัญนี้ชักนำให้นักชีววิทยาระดับโมเลกุลและนักพันธุศาสตร์สร้างเงื่อนไขของ "การเติมเต็มระหว่างเบสไนโตรเจน" และ "การจับคู่เสริมระหว่างเบสไนโตรเจน" เพื่อบ่งบอกถึงเอกลักษณ์ของการผูกมัดของอะดีนีนกับไทมีนและไซโตซีนกับกวานีน .

มันอยู่ที่ไหนภายในเซลล์ที่มีชีวิต?

ในสิ่งมีชีวิตที่มียูคาริโอต (สัตว์ พืช เชื้อรา และโปรติสต์) กรดนิวคลีอิกของ DNA จะอยู่ภายในนิวเคลียสของเซลล์ทั้งหมดที่มีโครงสร้างเซลล์นี้

ในสิ่งมีชีวิตโปรคาริโอต (แบคทีเรียและอาร์เคีย) อย่างไรก็ตาม กรดนิวคลีอิกของ DNA อยู่ในไซโตพลาสซึม เนื่องจากเซลล์โปรคาริโอตขาดนิวเคลียส

RNA

ระหว่างกรดนิวคลีอิกสองชนิดที่มีอยู่ในธรรมชาติ RNA เป็นตัวแทนของโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาที่แปลนิวคลีโอไทด์ของ DNA เป็นกรดอะมิโนที่ประกอบเป็นโปรตีน (กระบวนการสังเคราะห์โปรตีน)
อันที่จริง RNA ของกรดนิวคลีอิกเปรียบได้กับพจนานุกรมข้อมูลทางพันธุกรรมที่รายงานบน DNA ของกรดนิวคลีอิก
RNA ย่อมาจาก ribonucleic acid

ความแตกต่างที่แยกแยะจาก DNA

กรดนิวคลีอิก RNA มีความแตกต่างหลายประการเมื่อเทียบกับ DNA:

• RNA เป็นโมเลกุลทางชีววิทยาที่เล็กกว่า DNA ซึ่งมักจะประกอบด้วยนิวคลีโอไทด์สายเดี่ยว
• เพนโทสที่ประกอบเป็นนิวคลีโอไทด์ของกรดไรโบนิวคลีอิกคือไรโบส ไรโบสมีอะตอมออกซิเจนบนคาร์บอน 2 ซึ่งแตกต่างจากดีออกซีไรโบส
  เกิดจากการมีน้ำตาลไรโบสที่นักชีววิทยาและนักเคมีกำหนดชื่อกรดไรโบนิวคลีอิกให้กับอาร์เอ็นเอ
• RNA นิวคลีโอไทด์เรียกอีกอย่างว่าไรโบนิวคลีโอไทด์
• กรดนิวคลีอิก RNA มีเบสไนโตรเจนร่วมกับ DNA เพียง 3 ใน 4 เบส อันที่จริง แทนที่จะเป็นไทมีน มันมี uracil เบสที่มีไนโตรเจน
• RNA สามารถอยู่ในส่วนต่างๆ ของเซลล์ ตั้งแต่นิวเคลียสไปจนถึงไซโตพลาสซึม

ประเภทของอาร์เอ็นเอ

รูป: น้ำตาล.

ภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิต RNA ของกรดนิวคลีอิกมีอยู่สี่รูปแบบหลัก: ขนส่ง RNA (หรือ การถ่ายโอนอาร์เอ็นเอ หรือ tRNA) ผู้ส่งสาร RNA (หรือ RNA messenger หรือ mRNA), ไรโบโซมอาร์เอ็นเอ (หรือ ไรโบโซม RNA หรือ rRNA) และ RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็ก (o RNA นิวเคลียร์ขนาดเล็ก หรือ snRNA)
ถึงแม้ว่าพวกมันจะมีบทบาทเฉพาะที่แตกต่างกัน แต่ RNA สี่รูปแบบดังกล่าวก็ร่วมมือกันเพื่อเป้าหมายร่วมกัน: การสังเคราะห์โปรตีน โดยเริ่มจากลำดับนิวคลีโอไทด์ที่มีอยู่ใน DNA

โมเดลประดิษฐ์

ในทศวรรษที่ผ่านมา นักชีววิทยาระดับโมเลกุลได้สังเคราะห์กรดนิวคลีอิกหลายตัวในห้องปฏิบัติการ โดยระบุด้วยคำคุณศัพท์ว่า "เทียม"
ในบรรดากรดนิวคลีอิกเทียมสมควรได้รับการกล่าวถึงเป็นพิเศษ: TNA, PNA, LNA และ GNA