Karakteristik Asam Nukleat, Fungsi, Struktur

Itu asam nukleat Mereka adalah biomolekul besar yang dibentuk oleh unit atau monomer yang disebut nukleotida. Mereka bertanggung jawab atas penyimpanan dan transmisi informasi genetik. Mereka juga berpartisipasi dalam setiap langkah sintesis protein.

Secara struktural, masing -masing nukleotida dibentuk oleh gugus fosfat, gula lima -karbon dan basis nitrogen heterosiklik (A, T, C, G dan U). PH fisiologis, asam nukleat bermuatan negatif, mereka larut dalam air, mereka membentuk larutan kental dan cukup stabil.

Sumber: Pixabay.com

Ada dua jenis utama asam nukleat: DNA dan RNA. Komposisi kedua asam nukleat serupa: dalam keduanya kami menemukan serangkaian nukleotida yang disatukan oleh ikatan fosfodiéster. Namun, dalam DNA kami menemukan Timina (T) dan di RNA Uracil (U).

DNA lebih panjang dan dalam konformasi baling -baling ganda dan RNA dibentuk oleh untai tunggal. Molekul -molekul ini hadir di semua organisme hidup, dari virus hingga mamalia besar.

[TOC]

Perspektif Historis

Penemuan asam nukleat

Penemuan asam nukleat berasal dari tahun 1869 ketika Friedrich Miescher mengidentifikasi kromatin. Dalam eksperimennya, Miescher membuat ekstraksi bahan konsistensi agar -agar dari nukleus dan menemukan bahwa zat ini kaya akan fosfor.

Awalnya, bahan misterius ditetapkan sebagai "nuklein". Eksperimen selanjutnya pada nuklein menyimpulkan bahwa ini tidak hanya kaya akan fosfor, tetapi juga dalam karbohidrat dan basa organik.

Phoebus Levene menemukan bahwa nuklein adalah polimer linier. Meskipun sifat kimia dasar asam nukleat diketahui, tidak dianggap bahwa ada hubungan antara polimer ini dan bahan keturunan makhluk hidup.

Penemuan fungsi DNA

Pada pertengahan -40 -an, itu sedikit meyakinkan bagi ahli biologi sejak saat molekul yang bertugas mentransmisikan dan menyimpan informasi suatu organisme berada dalam molekul dengan konformasi sesederhana DNA - terdiri dari empat monomer (nukleotida) yang sangat sederhana dengan DNA - terdiri dari empat monomer (nukleotida) yang sangat serupa satu sama lain.

Protein, polimer yang terdiri dari 20 jenis asam amino, tampaknya untuk waktu yang lebih masuk akal menjadi molekul warisan.

Visi ini berubah pada tahun 1928, ketika peneliti Fred Griffith menduga bahwa nuklein terlibat dalam warisan. Akhirnya, pada tahun 1944 Oswald Avery berhasil menyimpulkan dengan bukti kuat bahwa DNA berisi informasi genetik.

Dengan demikian, DNA berubah dari menjadi molekul yang membosankan dan monoton, dibentuk oleh hanya empat blok struktural, menjadi molekul yang memungkinkan penyimpanan sejumlah besar informasi, dan yang dapat menyimpannya dan mentransmisikannya dengan cara yang tepat, tepat dan efektif.

Penemuan Struktur DNA

Tahun 1953 adalah revolusioner untuk ilmu biologi, karena peneliti James Watson dan Francis Crick menjelaskan struktur DNA yang benar.

Berdasarkan analisis pola refleksi x -ray, hasil Watson dan Crick menunjukkan bahwa molekul adalah heliks ganda, di mana gugus fosfat membentuk kerangka eksternal dan pangkalan diproyeksikan.

Analogi tangga umumnya digunakan, di mana pegangan sesuai dengan fosfat dan langkah ke pangkalan.

Penemuan Sequencing DNA

Dalam dua dekade terakhir kemajuan luar biasa dalam biologi telah terjadi, dipimpin oleh sekuensing DNA. Berkat kemajuan teknologi, hari ini kami memiliki teknologi yang diperlukan untuk mengetahui dengan presisi yang cukup tinggi urutan DNA - dengan "urutan" yang kami maksud adalah urutan pangkalan.

Awalnya, menjelaskan urutan adalah acara yang mahal dan membutuhkan banyak waktu untuk menyelesaikannya. Saat ini bukan masalah untuk mengetahui urutan seluruh genom.

Karakteristik

Memuat dan kelarutan

Seperti namanya, sifat asam nukleat bersifat asam dan merupakan molekul dengan kelarutan air yang tinggi; yaitu hidrofilik. Pada pH fisiologis, molekul bermuatan negatif, dengan adanya gugus fosfat.

Sebagai konsekuensi dari ini, protein yang dikaitkan dengan DNA kaya akan residu asam amino dengan beban positif. Asosiasi DNA yang benar sangat penting untuk pengemasan dalam sel.

Zat yang lengket dan kental

Viskositas asam nukleat tergantung pada apakah ini pita ganda atau sederhana. DNA pita ganda membentuk larutan viskositas tinggi, karena strukturnya kaku, resistensi yang berlawanan terhadap deformasi. Selain itu, mereka adalah molekul yang sangat panjang dalam kaitannya dengan diameternya.

Sebaliknya ada juga larutan asam nukleat dalam pita sederhana, yang ditandai dengan pengurangan viskositas.

Stabilitas

Karakteristik lain dari asam nukleat adalah stabilitasnya. Secara alami, molekul dengan pekerjaan yang sangat diperlukan karena penyimpanan warisan harus sangat stabil.

Secara relatif, DNA lebih stabil daripada RNA, karena tidak memiliki gugus hidroksil.

Ada kemungkinan bahwa karakteristik kimia ini memiliki peran penting dalam evolusi asam nukleat dan dalam pilihan DNA sebagai bahan herediter.

Itu bisa melayani Anda: Protocooperation

Menurut transisi hipotetis yang diangkat oleh beberapa penulis, RNA digantikan oleh DNA di masa depan evolusioner. Namun, hari ini ada beberapa virus yang menggunakan RNA sebagai bahan genetik.

Penyerapan cahaya ultraviolet

Penyerapan asam nukleat juga tergantung apakah dalam pita ganda atau di pita sederhana. Puncak penyerapan cincin dalam strukturnya adalah 260 nanometer (NM).

Ketika untai DNA pita ganda mulai terpisah, penyerapan terhadap panjang gelombang yang disebutkan meningkat, karena cincin yang membentuk nukleotida terpapar.

Parameter ini penting untuk ahli biologi molekuler di laboratorium, karena dengan mengukur penyerapan mereka dapat memperkirakan jumlah DNA yang ada dalam sampel mereka. Secara umum, pengetahuan tentang sifat DNA berkontribusi pada pemurnian dan pengobatannya di laboratorium.

Klasifikasi (Jenis)

Dua asam nukleat utama adalah DNA dan RNA. Keduanya adalah komponen dari semua makhluk hidup. DNA adalah akronim untuk asam deoksiribonukleat dan RNA untuk asam ribonukleat. Kedua molekul memiliki peran mendasar dalam pewarisan dan sintesis protein.

DNA adalah molekul yang menyimpan semua informasi yang diperlukan untuk pengembangan suatu organisme, dan dikelompokkan ke dalam unit fungsional yang disebut gen. RNA bertanggung jawab untuk mengambil informasi ini dan, bersama dengan kompleks protein, menerjemahkan informasi rantai nukleotida ke rantai asam amino.

Rantai RNA dapat memiliki panjang atau beberapa ribu nukleotida, sedangkan rantai DNA melebihi jutaan nukleotida dan dapat divisualisasikan di bawah cahaya mikroskop optik jika dicelup dengan pewarna.

Perbedaan struktural dasar antara kedua molekul akan merinci mereka di bagian berikut.

RNA

Dalam sel, ada berbagai jenis RNA yang bersama -sama bekerja untuk mengatur sintesis protein. Tiga jenis RNA utama adalah messenger, ribosom dan transfer.

RNA messenger

RNA messenger bertanggung jawab untuk menyalin pesan yang ada dalam DNA dan mengangkutnya ke sintesis protein yang terjadi dalam struktur yang disebut ribosoma.

RNA ribosom atau ribosomal

RNA ribosom menjadi bagian dari mesin penting ini: ribosom. Del ribosoma, 60% dibentuk oleh ribosoma RNA dan sisanya ditempati oleh hampir 80 protein yang berbeda.

Transfer RNA

Transfer RNA adalah sejenis adaptor molekuler yang mengangkut asam amino (blok struktural protein) ke ribosom, untuk dimasukkan.

RNA kecil

Selain tiga tipe dasar ini, ada serangkaian tambahan RNA yang telah ditemukan baru -baru ini dan yang memiliki peran penting dalam sintesis protein dan dalam ekspresi gen.

RNA nuklir kecil, disingkat SnRNA berpartisipasi sebagai entitas katalitik di Splicing (proses yang terdiri dari eliminasi intron) dari RNA messenger.

RNA nukleolar kecil atau snoRNA terlibat dalam pemrosesan transkrip pra-arsip ribosom yang akan menjadi bagian dari subunit ribosom. Ini terjadi di nukleolus.

RNA pendek dari gangguan dan mikroarn adalah urutan RNA kecil yang peran utamanya adalah modulasi ekspresi gen. Microarn dikodekan dari DNA, tetapi tidak melanjutkan terjemahan proteinnya. Mereka monocatenarios dan dapat dilengkapi dengan pesan RNA, menghambat terjemahan protein mereka.

Struktur dan komposisi kimia

Asam nukleat adalah rantai panjang polimer yang terbentuk dari unit monomer yang disebut nukleotida. Masing -masing terdiri dari:

Kelompok fosfat

Ada empat jenis nukleotida dan ini memiliki struktur yang sama: gugus fosfat yang terkait dengan pentosa melalui ikatan fosfodi -foil. Kehadiran fosfat memberi molekul karakter asam. Gugus fosfat dipisahkan dengan pH sel, sehingga dimuat secara negatif.

Beban negatif ini memungkinkan hubungan asam nukleat dengan molekul yang bebannya positif.

Sel di dalam dan juga dalam cairan ekstraseluler kita dapat menemukan sejumlah kecil nukleosida. Ini adalah molekul yang dibentuk oleh semua komponen nukleotida, tetapi tidak memiliki gugus fosfat.

Menurut nomenklatur, nukleotida adalah nukleosida yang memiliki satu, dua atau tiga gugus fosfat yang diesterifikasi dalam hidroksil yang terletak di karbon 5 '. Nukleosida dengan tiga fosfat terlibat dalam sintesis asam nukleat, meskipun mereka juga memenuhi fungsi lain dalam sel.

Seorang pentosa

Pentose adalah karbohidrat monomer yang terbentuk lima atom karbon. Dalam DNA pentosa adalah deoksiribosa, yang ditandai dengan hilangnya gugus hidroksil dalam karbon 2 '. Dalam RNA pentosa adalah ribosa.

Itu bisa melayani Anda: neo -charchism

Basis nitrogen

Pantosa pada gilirannya terhubung ke basis organik. Identitas nukleotida disediakan oleh identitas pangkalan. Ada lima jenis, disingkat dengan awalnya: adenine (a), guanine (g), sitosin (c), timina (t) dan urasil (u).

Adalah umum bahwa dalam literatur kami menemukan bahwa mereka menggunakan lima huruf ini untuk merujuk ke seluruh nukleotida. Namun, secara tegas, ini hanya bagian dari nukleotida.

Tiga pertama, a, g dan c, adalah umum untuk DNA dan RNA. Sedangkan T unik untuk DNA dan urasil terbatas pada molekul RNA.

Secara struktural, basisnya adalah senyawa kimia heterosiklik, yang cincinnya terdiri dari molekul karbon dan nitrogen. A dan G dibentuk oleh beberapa cincin yang menyatu dan termasuk dalam kelompok Purinas. Basis yang tersisa milik pirimidin dan strukturnya dibentuk oleh satu cincin.

Adalah umum bahwa pada kedua jenis asam nukleat kami menemukan serangkaian basa yang dimodifikasi, seperti gugus metil tambahan.

Ketika peristiwa ini terjadi, kami mengatakan basis dimetilasi. Dalam prokariota, adenin yang dimetilasi biasanya ditemukan dan keduanya dalam prokariota dan dalam eukariota sitosin dapat memiliki metode tambahan.

Bagaimana polimerisasi?

Seperti yang kami sebutkan, asam nukleat adalah rantai panjang yang dibentuk oleh monomer - nukleotida. Untuk membentuk rantai, ini dihubungkan dengan cara tertentu.

Saat nukleotida polimerizan, gugus hidroksil (-OH) yang ditemukan dalam karbon 3 'gula dari salah satu nukleotida membentuk hubungan tipe ester dengan gugus fosfat dari molekul nukleotida lain. Selama pembentukan hubungan ini, penghapusan molekul air terjadi.

Jenis reaksi ini disebut "reaksi kondensasi", dan sangat mirip dengan apa yang terjadi ketika tautan peptida protein antara dua bentuk limbah asam amino. Tautan antara setiap pasangan nukleotida disebut Tautan Phosphodiéster.

Seperti dalam polipeptida, rantai asam nukleat memiliki dua orientasi kimia di ujungnya: satu adalah ujung 5 'yang mengandung gugus hidroksil bebas atau gugus fosfat dalam karbon 5' dari gula terminal, sedangkan pada akhir 3 'kami menemukan a Grup hidroksil bebas karbon 3 '.

Bayangkan bahwa setiap blok DNA adalah blok permainan Lego, dengan satu ujung yang dimasukkan dan dengan lubang gratis di mana penyisipan blok lain dapat terjadi. Ujung 5 'dengan fosfat akan menjadi ekstrem untuk dimasukkan dan 3' analog dengan lubang bebas.

Nukleotida lainnya

Di sel, kami menemukan jenis nukleotida lain dengan struktur yang berbeda dari yang disebutkan di atas. Meskipun ini tidak akan menjadi bagian dari asam nukleat, mereka memainkan makalah biologis yang sangat penting.

Di antara yang paling relevan kami memiliki mononucléido dari riboflavina, yang dikenal sebagai FMN, koenzim A, dyucleotide adenina dan nicotinamina, antara lain.

Struktur RNA

Struktur linier polimer asam nukleat sesuai dengan struktur utama dari molekul -molekul ini. Polinukleotida juga memiliki kemampuan untuk membentuk pengaturan dalam tiga dimensi yang distabilkan oleh kekuatan non -kovalen - mirip dengan lipatan yang kami temukan dalam protein.

Meskipun komposisi utama DNA dan RNA sangat mirip (dengan pengecualian perbedaan yang disebutkan di atas), pembentukan strukturnya sangat berbeda. Kami biasanya menemukan RNA sebagai rantai nukleotida tunggal, meskipun dapat mengambil pengaturan yang berbeda.

Transfer RNA, misalnya, adalah molekul kecil yang dibentuk oleh kurang dari 100 nukleotida. Struktur sekunder khasnya adalah dalam bentuk semanggi dengan tiga lengan. Artinya, molekul RNA menemukan basis komplementer di dalamnya dan dapat dilipat dengan sendirinya.

RNA ribosom adalah molekul yang lebih besar yang mengambil konformasi tiga dimensi yang kompleks dan memiliki struktur sekunder dan tersier.

Struktur DNA

Baling -baling ganda

Tidak seperti RNA linier, pengaturan DNA terdiri dari dua untaian yang saling terkait. Perbedaan struktural ini sangat penting untuk melaksanakan fungsi spesifiknya. RNA tidak dapat membentuk baling -baling jenis ini karena hambatan sterik yang dipaksakan oleh kelompok OH tambahan yang menyajikan gula.

Komplementaritas dasar

Di antara pangkalan ada saling melengkapi. Yaitu, sebagai konsekuensi dari ukuran, bentuk dan komposisi kimianya, purin harus berlumpur dengan pirimidin oleh ikatan hidrogen. Oleh karena itu, dalam DNA alami kami menemukan bahwa A hampir selalu dipasangkan dengan T dan G dengan C, membentuk jembatan hidrogen dengan teman -teman mereka.

Pasangan basa antara G dan C dihubungkan oleh tiga jembatan hidrogen, sedangkan torsi A dan T lebih lemah, dan hanya dua ikatan hidrogen yang membuatnya tetap bersama.

Untaian DNA dapat dipisahkan (ini terjadi baik dalam sel maupun dalam prosedur laboratorium) dan panas yang diperlukan tergantung pada jumlah GC yang dimiliki molekul: semakin tinggi, semakin banyak energi yang diperlukan untuk memisahkannya.

Dapat melayani Anda: Mendel Laws

Orientasi untai

Karakteristik lain dari DNA adalah orientasi yang berlawanan: sementara untai berjalan dalam arah 5 ' - 3', rekannya berada dalam arah 3'- 5 '.

Konformasi alami dan di laboratorium

Struktur atau konformasi yang biasanya kita temukan di alam disebut DNA b. Ini ditandai dengan memiliki 10,4 nukleotida untuk setiap lap, dipisahkan dengan jarak 3.4. DNA B berbelok ke kanan.

Pola bergulir ini menghasilkan penampilan dua alur, satu mayor dan satu minor.

Dalam asam nukleat yang terbentuk di laboratorium (sintetis) konformasi lain dapat ditemukan, yang juga muncul dalam kondisi yang sangat spesifik. Ini adalah DNA A dan DNA Z.

Varian A juga melakukan belokan yang tepat, meskipun lebih pendek dan agak lebih lebar dari yang alami. Molekul memperoleh bentuk ini saat kelembaban berkurang. Putar setiap 11 pasangan basa.

Varian terakhir adalah Z, ditandai dengan sempit dan berbelok ke kiri. Ini dibentuk oleh sekelompok heksanukleotida yang dikelompokkan menjadi dupleks rantai antipaalla.

Fungsi

DNA: Molekul Warisan

DNA adalah molekul yang dapat menyimpan informasi. Hidup, seperti yang kita ketahui di planet kita, tergantung pada kemampuan untuk menyimpan dan menerjemahkan informasi tersebut.

Untuk sel, DNA adalah semacam toko buku di mana semua instruksi yang diperlukan untuk pembuatan, pengembangan dan pemeliharaan organisme hidup ditemukan.

Dalam molekul DNA kami menemukan organisasi entitas fungsional diskrit yang disebut gen. Beberapa dari mereka akan dibawa ke protein, sementara yang lain akan memenuhi fungsi peraturan.

Struktur DNA yang kami jelaskan di bagian sebelumnya adalah kunci untuk melakukan fungsinya. Baling -baling harus dapat memisahkan dan bergabung dengan mudah - properti utama untuk replikasi dan acara transkripsi.

DNA terletak di prokariota di tempat sitoplasma tertentu, sedangkan di eukariota itu terletak di dalam nukleus.

RNA: molekul multifungsi

Kertas dalam sintesis protein

RNA adalah asam nukleat yang kami temukan pada berbagai tahap sintesis protein dan dalam regulasi ekspresi gen.

Sintesis protein dimulai dengan transkripsi pesan yang dienkripsi dalam DNA ke molekul RNA messenger. Kemudian, messenger harus menghilangkan porsi yang tidak akan diterjemahkan, dikenal sebagai intron.

Untuk terjemahan pesan RNA ke residu asam amino, dua komponen tambahan diperlukan: RNA ribosom yang merupakan bagian dari ribosom, dan RNA transfer, yang akan membawa asam amino dan akan bertanggung jawab untuk memasukkan yang benar asam amino ke dalam rantai peptida dalam pelatihan.

Dengan kata lain, setiap jenis RNA utama memiliki peran mendasar dalam proses ini. Bagian DNA ini ke utusan dan akhirnya untuk protein adalah apa yang oleh para ahli biologi disebut "dogma sentral biologi".

Namun, karena sains tidak dapat didasarkan pada dogma, ada berbagai kasus di mana premis ini tidak terpenuhi, seperti retrovirus.

Peran dalam regulasi

RNA kecil yang disebutkan di atas berpartisipasi secara tidak langsung dalam sintesis, mengatur sintesis RNA messenger dan berpartisipasi dalam regulasi ekspresi.

Misalnya, di dalam sel ada berbagai utusan yang diatur oleh RNA kecil, yang memiliki urutan komplementer untuk ini. Jika pasangan RNA kecil ke pesan dapat membagi messenger, sehingga mencegah terjemahannya. Ada beberapa proses yang diatur dengan cara ini.

Referensi

1. Alberts, b., Bray, d., Hopkin, k., Johnson, a. D., Lewis, J., Raff, m.,… & Walter, P. (2015). Biologi Sel Esensial. Ilmu Garland.
2. Berg, J.M., Tymoczko, J.L., Stryer, l. (2002). Biokimia. Edisi ke -5. W H Freeman.
3. Cooper, g. M., & Hausman, R. DAN. (2000). Sel: pendekatan molekuler. Sinauer Associates.
4. Curtis, h., & Barnes, n. S. (1994). Undangan untuk Biologi. Macmillan.
5. Fierro, a. (2001). Sejarah Singkat Penemuan Struktur DNA. Rev Clinic Medicine Las Condes, dua puluh, 71-75.
6. Forterre, hlm., Filée, J. & Myllykallio, h. (2000-2013) Asal dan evolusi mesin replikasi DNA dan DNA. Di dalam: Database Madame Curie Bioscience [Internet]. Austin (TX): Landes Bioscience.
7. Karp, g. (2009). Biologi Sel dan Molekuler: Konsep dan Eksperimen. John Wiley & Sons.
8. Lazcano, a., Guerrero, r., Margulis, l., & Emas, J. (1988). Transisi evolusi dari RNA ke DNA dalam sel awal. Jurnal Evolusi Molekuler, 27(4), 283-290.
9. Lodish, h., Berk, a., Darnell, J. DAN., Kaiser, c. KE., Krieger, m., Scott, m. P.,… & Matsudaira, P. (2008). Biologi Sel Molekul. Macmillan.
10. Voet, d., & Voet, J. G. (2006). Biokimia. Ed. Pan -American Medical.
11. Voet, d., Voet, J. G., & Pratt, C. W. (1999). Fundamental Biokimia. Baru York: John Willey and Sons.