Os ácidos nucleicos, especialmente o DNA, são bastante conhecidos na ciência. Isso se explica pelo fato de serem as substâncias da célula, das quais depende o armazenamento e a transmissão de suas informações hereditárias. O DNA, descoberto em 1868 por F. Miescher, é uma molécula com propriedades ácidas pronunciadas. O cientista o isolou dos núcleos de leucócitos - células do sistema imunológico. Nos 50 anos seguintes, os estudos de ácidos nucléicos foram realizados esporadicamente, pois a maioria dos bioquímicos considerava as proteínas as principais substâncias orgânicas responsáveis, entre outras coisas, pelos traços hereditários.
Desde a decifração da estrutura do DNA por Watson e Crick em 1953, começaram pesquisas sérias, que descobriram que o ácido desoxirribonucleico é um polímero, e os nucleotídeos servem como monômeros de DNA. Seus tipos e estrutura serão estudados por nós neste trabalho.
Nucleotídeos como unidades estruturais de informação hereditária
Uma das propriedades fundamentais da matéria viva é a preservação e transmissão de informações sobre a estrutura e as funções da célula e de todo o organismogeralmente. Esse papel é desempenhado pelo ácido desoxirribonucleico e monômeros de DNA - os nucleotídeos são uma espécie de "tijolos" a partir dos quais é construída a estrutura única da substância da hereditariedade. Vamos considerar por quais sinais a vida selvagem foi guiada ao criar uma superespira de ácido nucleico.
Como os nucleotídeos são formados
Para responder a esta pergunta, precisamos de algum conhecimento de química orgânica. Em particular, lembramos que na natureza existe um grupo de glicosídeos heterocíclicos contendo nitrogênio combinados com monossacarídeos - pentoses (desoxirribose ou ribose). Eles são chamados de nucleosídeos. Por exemplo, adenosina e outros tipos de nucleosídeos estão presentes no citosol de uma célula. Eles entram em uma reação de esterificação com moléculas de ácido ortofosfórico. Os produtos deste processo serão nucleotídeos. Cada monômero de DNA, e existem quatro tipos, tem um nome, como nucleotídeos de guanina, timina e citosina.
Monômeros de Purina de DNA
Em bioquímica, adota-se uma classificação que divide os monômeros de DNA e sua estrutura em dois grupos: por exemplo, os nucleotídeos de adenina e guanina são purinas. Eles contêm derivados de purina, uma substância orgânica com a fórmula C5H4N44. O monômero de DNA, um nucleotídeo guanina, também contém uma base nitrogenada purina ligada à desoxirribose por uma ligação N-glicosídica na configuração beta.
Nucleótidos de pirimidina
Bases nitrogenadas,chamados citidina e timidina, são derivados da substância orgânica pirimidina. Sua fórmula é C4H4N2. A molécula é um heterociclo planar de seis membros contendo dois átomos de nitrogênio. Sabe-se que em vez de um nucleotídeo de timina, moléculas de ácido ribonucleico, como rRNA, tRNA e mRNA, contêm um monômero de uracila. Durante a transcrição, durante a transferência de informação do gene de DNA para a molécula de mRNA, o nucleotídeo de timina é substituído por adenina e o nucleotídeo de adenina é substituído por uracila na cadeia de mRNA sintetizada. Ou seja, o seguinte registro será justo: A - U, T - A.
Regra de Chargaff
Na seção anterior, já abordamos parcialmente os princípios de correspondência entre monômeros nas cadeias de DNA e no complexo gene-mRNA. O famoso bioquímico E. Chargaff estabeleceu uma propriedade completamente única das moléculas de ácido desoxirribonucleico, a saber, que o número de nucleotídeos de adenina é sempre igual a timina e guanina - a citosina. A principal base teórica dos princípios de Chargaff foi a pesquisa de Watson e Crick, que estabeleceram quais monômeros formam a molécula de DNA e que organização espacial eles possuem. Outro padrão, derivado por Chargaff e chamado de princípio da complementaridade, indica a relação química das bases purinas e pirimidinas e sua capacidade de formar ligações de hidrogênio quando interagem entre si. Isso significa que o arranjo de monômeros em ambas as fitas de DNA é estritamente determinado: por exemplo, o oposto A da primeira fita de DNA pode serapenas T é diferente e duas ligações de hidrogênio surgem entre eles. Em frente ao nucleotídeo guanina, apenas a citosina pode ser localizada. Neste caso, três ligações de hidrogênio se formam entre as bases nitrogenadas.
O papel dos nucleotídeos no código genético
Para realizar a reação de biossíntese de proteínas que ocorre nos ribossomos, existe um mecanismo de transferência de informações sobre a composição de aminoácidos do peptídeo da sequência de nucleotídeos do mRNA para a sequência de aminoácidos. Descobriu-se que três monômeros adjacentes carregam informações sobre um dos 20 aminoácidos possíveis. Esse fenômeno é chamado de código genético. Na resolução de problemas em biologia molecular, ele é usado para determinar tanto a composição de aminoácidos de um peptídeo quanto para esclarecer a questão: quais monômeros formam uma molécula de DNA, ou seja, qual é a composição do gene correspondente. Por exemplo, o tripleto AAA (códon) no gene codifica o aminoácido fenilalanina na molécula da proteína, e no código genético corresponderá ao tripleto UUU na cadeia de mRNA.
Interação de nucleotídeos no processo de reduplicação do DNA
Como foi descoberto anteriormente, unidades estruturais, monômeros de DNA são nucleotídeos. Sua sequência específica nas cadeias é o molde para o processo de síntese da molécula filha do ácido desoxirribonucleico. Este fenômeno ocorre no estágio S da interfase celular. A sequência de nucleotídeos de uma nova molécula de DNA é montada nas cadeias parentais sob a ação da enzima DNA polimerase, levando em consideração o princípiocomplementaridade (A - T, D - C). A replicação refere-se às reações da síntese da matriz. Isso significa que os monômeros de DNA e sua estrutura nas cadeias parentais servem como base, ou seja, a matriz para sua cópia filha.
A estrutura de um nucleotídeo pode mudar
A propósito, digamos que o ácido desoxirribonucleico é uma estrutura muito conservadora do núcleo da célula. Há uma explicação lógica para isso: a informação hereditária armazenada na cromatina do núcleo deve ser in alterada e copiada sem distorção. Bem, o genoma celular está constantemente "sob a arma" de fatores ambientais. Por exemplo, compostos químicos agressivos como álcool, drogas, radiação radioativa. Todos eles são os chamados mutagênicos, sob a influência de qualquer monômero de DNA pode alterar sua estrutura química. Tal distorção na bioquímica é chamada de mutação pontual. A frequência de sua ocorrência no genoma celular é bastante alta. As mutações são corrigidas pelo bom funcionamento do sistema de reparo celular, que inclui um conjunto de enzimas.
Algumas delas, por exemplo, restringeses, "cortam" nucleotídeos danificados, polimerases fornecem a síntese de monômeros normais, ligases "costuram" as seções restauradas do gene. Se, por algum motivo, o mecanismo descrito acima não funcionar na célula e o monômero de DNA defeituoso permanecer em sua molécula, a mutação é captada pelos processos de síntese da matriz e se manifesta fenotipicamente na forma de proteínas com propriedades prejudicadas que são incapazes de desempenhar as funções necessárias inerentes a eles emmetabolismo celular. Este é um fator negativo sério que reduz a viabilidade da célula e encurta sua vida útil.
