Struktura in lastnosti
Nukleinska kisline so biomolekule, ki jih najdemo v vseh živih bitjih na Zemlji. Ločimo med ribonukleinsko kislino (RNA, RNA, ribonukleinska kislina) in deoksiribonukleinsko kislino (DNA, DNA, deoksiribonukleinska kislina). Nukleinska kisline so polimeri, sestavljeni iz tako imenovanih nukleotidov. Vsak nukleotid je sestavljen iz naslednjih treh enot:
- Sladkor (ogljikovi hidrati, monosaharid, pentoza): riboza v RNA, 2`-deoksiriboza v DNA.
- Anorganski fosfat (fosforna kislina, Kot je estra).
- Organski nukleinski baze: Purinske baze: Adenin, gvanin; pirimidinske baze: citozin, timin (v DNK) in uracil (v RNA).
Preko fosfodiesterske povezave, nukleinska kisline včasih tvorijo izredno dolge, linearne verige. Hrbtenico izmenično sestavljajo fosfatne in sladkorne enote. Različni baze so vezani na sladkorje. Prameni se končajo na 5′-koncu (fosfat) in na 3′-koncu (hidroksilna skupina) in imajo zato eno smer (5′3 ′ ali obratno). Nukleinske kisline sintetizirajo polimeraze, kot sta DNA polimeraza (DNA) ali RNA polimeraza (RNA). Spojina sladkorja z bazo se v odsotnosti fosfata imenuje nukleozid. Ločimo med ribonukleozidi in deoksiribonukleozidi. Na primer, baza se imenuje adenin, nukleozid adenozin in deoksinukleozid deoksiadenozin. Nukleotidi ali fosforilirani nukleozidi imajo v telesu tudi druge funkcije, na primer kot nosilci energije (adenozin trifosfat) ali za prenos signala (ciklični gvanozin monofosfat, cGMP).
Deoksiribonukleinska kislina (DNA).
Deoksiribonukleinska kislina (DNA) je običajno dvoverižna in ima dvojno vijačno in antiparalelno strukturo. To pomeni, da oba pramena tečeta v nasprotni smeri. V DNK najdemo naslednje štiri osnove:
- Purini: adenin (A), gvanin (G).
- Pirimidini: timin (T), citozin (C)
O baze dveh pramenov tvorijo tako imenovane osnovne pare preko vodik obveznice. Bodisi med adeninom in timinom (A = T) bodisi med gvaninom in citozinom (G≡C).
Ribonukleinska kislina (RNA)
Ribonukleinska kislina (RNA) je za razliko od DNA običajno enoverižna in namesto timina vsebuje uracil (U). Poleg tega je sladkor riboza namesto 2`-deoksiriboze v DNA. Ta dva sladkorja se razlikujeta samo v eni hidroksi skupini, ki manjka v 2`-deoksiribozi (deoksi = brez kisik). RNA lahko prevzame zelo različne strukture v vesolju. Obstajajo različne vrste z različnimi nalogami:
- Messenger RNA (mRNA): transkripcija.
- Ribosomska RNA (rRNA): Skupaj z beljakovin, sestavni del ribosomi.
- Transfer RNA (tRNA): sinteza beljakovin.
In virusi, RNA lahko prevzame funkcijo DNA kot nosilca genskih informacij, na primer v vplivajo virusi or hepatitis C virusi. Ti se imenujejo virusi RNA.
Genetska koda, transkripcija in prevod.
Tri zaporedne baze v vsaki DNA ali mRNA (kodonu) kodirajo aminokislino, ki je gradnik beljakovin. Odseki DNA se med transkripcijo najprej prepišejo v mRNA (messenger RNA). Oblikovanje beljakovin iz mRNA na ribosomu imenujemo prevod.
Funkcija in pomen
Nukleinske kisline so temeljnega pomena za shranjevanje informacij. DNA vsebuje informacije, potrebne za nastanek, razvoj in homeostazo vsakega živega bitja. To je predvsem zaporedje aminokisline v beljakovinah. Zaporedje tRNA in rRNA sta tudi "shranjeni" v DNK. Naloge ribonukleinskih kislin (RNA) so širše. Tako kot DNA so nosilci informacij, vendar imajo tudi strukturne in katalitične funkcije ter funkcije prepoznavanja. Nukleinske kisline razkrivajo, da so živi organizmi na zemlji med seboj povezani in izhajajo iz skupnega prednika, ki je obstajal pred več kot 3.5 milijarde leti. Genetika tako daje odgovore na temeljna vprašanja o življenju.
Nukleinske kisline v farmacevtskih izdelkih (primeri).
Nukleozidni analogi, kot so aciklovir or penciklovir se uporabljajo za zdravljenje virusnih okužb. So derivati nukleozidov, ki po fosforilaciji in vključitvi v virusno DNA vodijo do prekinitve verige, ker je sladkorni del nepopoln. So lažni substrati, ki ovirajo razmnoževanje DNA. Drugi protivirusni droge vplivajo tudi na ravni nukleinske kisline. Citostatiki ali antimetaboliti imajo podobno funkcijo. Uporabljajo se za rak terapijo. Zavirajo delitev celic in vodijo do celične smrti rak celic. Za spreminjanje segmentov DNA se uporabljajo različni genski terapevtiki, na primer s CRISPR-case.9 metoda. To se na primer naredi z namenom popraviti mutacijo, ki povzroča bolezen. Pri genski terapiji lahko nukleinske kisline vnesemo tudi v celice, ki niso integrirane v genom. Nahajajo se zunaj, uporabljajo pa se tudi za sintezo beljakovin (npr. Onasemnogen abeparvovec). Majhne moteče RNA (siRNA) so kratki fragmenti RNA, ki vodijo do selektivne razgradnje komplementarne mRNA v organizmu. Na ta način posebej preprečujejo ekspresijo genov in tvorbo beljakovin. Poleg tega mnogi droge vplivajo na nukleinske kisline in vplivajo na ekspresijo genov. Tipični primeri so glukokortikoidi, estrogeni, androgeni in retinoidi. Vežejo se na receptorje v celici, ki se nato vežejo na DNA in vplivajo na sintezo beljakovin. Poleg tega imajo nukleinske kisline zelo pomembno vlogo pri diagnozi, odkrivanju zdravil in proizvodnji biologija (npr. inzulini, protitelesa), med drugimi aplikacijami.
