חומצות גרעין

חומצות גרעין מורכבים מסדרה של נוקלאוטידים בודדים ליצירת מקרומולקולות וכמרכיב העיקרי בגנים בגרעין התא הם נשאים של מידע גנטי והם מזרזים תגובות ביוכימיות רבות.

נוקלאוטידים בודדים כל אחד מורכב מפוספט ומרכיב נוקלאובאז כמו גם מולקולת טבעת הפנטוזה ריבוז או דהוקסיריבוזה. היעילות הביוכימית של חומצות גרעין מבוססת לא רק על ההרכב הכימי שלהם, אלא גם על המבנה המשני שלהם, על הסידור התלת מימדי שלהם.

מהן חומצות גרעין?

אבני הבניין של חומצות גרעין הם נוקלאוטידים בודדים, שכל אחד מהם מורכב משקע פוספט, הריבוזה המונוסכרידית או הדוקסיריבוזה, כאשר לכל אחד מהם 5 אטומי פחמן מסודרים בזירה ואחד מחמישה נוקלאובוסים אפשריים. חמשת הנוקלאובאזים האפשריים הם אדנין (A), גואנין (G), ציטוזין (C), תימין (T) ואורציל (U).

נוקלאוטידים המכילים deoxyribose כמרכיב סוכר נמתחים יחד ליצירת חומצות deoxyribonucleic (DNA) ונוקלאוטידים עם ריבוז כמרכיב סוכר בנויים לחומצות ריבונוקליאיות (RNA). אורקיל כבסיס גרעיני מופיע אך ורק ב- RNA. אורילוס מחליף שם תימין, שניתן למצוא רק ב- DNA. המשמעות היא שרק 4 נוקליאוטידים שונים זמינים למבנה ה- DNA וה- RNA.

בשפה האנגלית ובינלאומית, כמו גם במאמרים טכניים גרמניים, בדרך כלל משתמשים בקיצורים DNA (חומצה desoxyribonucleic) במקום DNA ו- RNA (חומצה ריבונוקלאית) במקום RNA. בנוסף לחומצות הגרעין המתרחשות באופן טבעי בצורה של DNA או RNA, חומצות גרעין סינתטיות מפותחות בכימיה, אשר כזרזים מאפשרים תהליכים כימיים מסוימים.

אנטומיה ומבנה

חומצות גרעין מורכבות ממספר עצום של נוקלאוטידים המשולבים זה בזה. נוקלאוטיד מורכב תמיד מהדאוקסיריבוזה בצורת הטבעת במקרה של DNA או ריבוז במקרה של RNA וכן משקע פוספט וחלק בסיס גרעיני. ריבוז ו deoxyribose נבדלים זה מזה רק בכך שבדאוקסיריבוזה קבוצה של OH הופכת ליון H על ידי הפחתה, כלומר על ידי הוספת אלקטרון, וכך הופכת ליציבה יותר כימית.

החל מהריבוזה או הדוקסיריבוזה שנמצאת בצורת טבעת, כאשר לכל אחד מהם 5 אטומי פחמן, קבוצת הנוקלאובאז מקושרת לאותו אטום פחמן עבור כל נוקלאוטיד באמצעות קשר N- גליקוזידי. פירושו של N-glycosidic כי אטום הפחמן המתאים של הסוכר קשור לקבוצת NH2 של הגרעין. אם אתה מייעד את אטום C עם הקשר הגליקוזידי כמס '1, אז - במבט בכיוון השעון - אטום C עם מספר 3 מחובר לקבוצת הפוספט של הנוקלאוטיד הבא באמצעות קשר פוספודיאסטר, ואת אטום C עם No. 5 מועתק עם קבוצת פוספט "משלה". שתי חומצות הגרעין, ה- DNA וה- RNA מורכבות כל אחת מגרעינים גזעיים.

משמעות הדבר היא שמולקולות הסוכר המרכזיות של נוקליאוטידים ה- DNA תמיד מורכבות מדוקסיריבוזה ואלו של ה- RNA מורכבות תמיד מריבוזה. הנוקלאוטידים של חומצה גרעין מסוימת נבדלים זה מזה רק לפי ארבעת הבסיסים הגרעיניים האפשריים.ניתן לחשוב על ה- DNA כסרטים דקים המפותלים סביב ומושלמים על ידי מקבילה משלימה, כך שה- DNA קיים בדרך כלל כסליל כפול. זוגות הבסיס אדנין ותימין כמו גם גואנין וציטוזין הם תמיד זה מול זה.

פונקציה ומשימות

ל- DNS ול- RNS יש משימות ופונקציות שונות. בעוד שה- DNA אינו לוקח מטלות תפקודיות כלשהן, ה- RNA מתערב בתהליכים מטבוליים שונים. ה- DNA משמש כמקום אחסון מרכזי למידע גנטי בכל תא. הוא מכיל את הוראות הבנייה עבור האורגניזם כולו והופך אותם לזמינים בעת הצורך.

המבנה של כל החלבונים מאוחסן ב- DNA בצורה של רצפי חומצות אמינו. ביישום המעשי, המידע המקודד של ה- DNA מועתק לראשונה בתהליך התמלול ומתורגם לרצף חומצות האמינו המקביל (לתעתיק). כל פונקציות העבודה המורכבות ההכרחיות הללו מבוצעות על ידי חומצות ריבונוקלאיות מיוחדות. לפיכך, ה- RNA לוקח על עצמו את המשימה לייצר גדיל יחיד משלים ל- DNA בתוך גרעין התא ולהעבירו כ- RNA ריבוזומלי דרך נקבוביות הגרעין מתוך גרעין התא לציטופלסמה לריבוזומים על מנת להרכיב ולסנתז חומצות אמינו מסוימות לחלבונים המיועדים.

ה- tRNA (העברת RNA), המורכב משרשראות קצרות יחסית של כ- 70 עד 95 נוקלאוטידים, לוקח על עצמו משימה חשובה. ל- tRNA מבנה דמוי תלתן. משימתם היא לקחת את חומצות האמינו המסופקות על פי קידוד ה- DNA ולהנגיש אותן לרבוזומים לסינתזת חלבון. חלק מה- tRNA מתמחים בחומצות אמינו מסוימות, אך tRNA אחרים אחראים לכמה חומצות אמינו בו זמנית.

מחלות

התהליכים המורכבים בקשר עם חלוקת תאים, כלומר שכפול של כרומוזומים ותרגום הקוד הגנטי לרצפי חומצות אמינו, יכולים להוביל למספר תקלות, המתבטאות במגוון רחב של השפעות אפשריות החל מקטלני (לא בר-קיימא) ובקושי מורגש.

במקרים חריגים נדירים, התקלות האקראיות יכולות להביא גם להתאמה משופרת של האדם לתנאים הסביבתיים ובהתאם להוביל להשפעות חיוביות. שכפול ה- DNA יכול להוביל לשינויים ספונטניים (מוטציות) בגנים בודדים (מוטציה של גנים) או יכולה להיות שגיאה בהתפלגות הכרומוזומים בתאים (מוטציה של הגנום). דוגמה ידועה למוטציה בגנום היא טריזומיה 21 - הידועה גם בשם תסמונת דאון.

תנאים סביבתיים לא נוחים בצורה של דיאטה דלת אנזים, מצבים מלחיצים מתמידים וחשיפה מוגזמת לקרינת UV מקלים על הפגיעה ב- DNA, מה שעלול להוביל להחלשת מערכת החיסון והתפתחות תאי סרטן. חומרים רעילים יכולים גם לפגוע בתפקודים השונים של RNA ולהוביל לפגיעה ניכרת.