Kandungan
- Ciri-ciri umum DNA
- Ciri-ciri umum RNA
- Nitrogenous Bas
- Transkripsi dan Terjemahan
- Daripada Strands DNA ke Chromosomes
- Asid nukleat dan Kemunculan Kehidupan
- Terapi Perubatan
Asid nukleat penting termasuk asid deoksiribonukleik, atau DNA, dan asid ribonukleat, atau RNA. Mereka dipanggil asid kerana mereka adalah penderma proton (iaitu, atom hidrogen), dan oleh itu mereka membawa caj negatif.
Secara kimia, DNA dan RNA adalah polimer, yang bermaksud bahawa mereka terdiri daripada unit yang berulang, selalunya jumlahnya sangat besar. Unit-unit ini dipanggil nukleotida. Semua nukleotida pula termasuk tiga bahagian kimia yang berbeza: gula pentosa, kumpulan fosfat dan asas nitrogenous.
DNA berbeza dari RNA dalam tiga cara utama. Satu adalah bahawa gula yang membentuk "tulang belakang" struktur molekul asid nukleik adalah deoxyribose, sedangkan dalam RNA ia adalah ribosa. Sekiranya anda sudah biasa dengan tatanama kimia, anda akan menyedari bahawa ini adalah perbezaan kecil dalam skim struktur keseluruhan; ribosa mempunyai empat kumpulan hidroksil (-OH), manakala deoxyribose mempunyai tiga.
Perbezaan kedua ialah ketika salah satu dari empat basa nitrogenous yang terdapat dalam DNA adalah timin, asas yang sepadan dalam RNA adalah uracil. Asas nukleik nitrogen adalah asma yang menentukan ciri-ciri utama molekul ini, kerana bahagian fosfat dan gula tidak bervariasi di dalam atau di antara molekul jenis yang sama.
Akhirnya, DNA mempunyai dua stranded, yang bermaksud bahawa ia terdiri daripada dua rantaian panjang nukleotida yang terikat secara kimia oleh dua pangkalan nitrogenous. DNA digulung menjadi bentuk "heliks ganda", seperti tangga fleksibel yang dipintal ke arah yang bertentangan di kedua ujungnya.
Ciri-ciri umum DNA
Deoxyribose terdiri daripada cincin lima atom, empat karbon dan oksigen, berbentuk seperti pentagon atau mungkin plat di dalam baseball. Kerana karbon membentuk empat ikatan dan dua oksigen, ini menjadikan lapan tapak mengikat bebas pada empat atom karbon, dua karbon, satu di atas dan satu di bawah cincin. Tiga tempat ini diduduki oleh kumpulan hidroksil (-OH), dan lima diklaim oleh atom hidrogen.
Molekul gula ini boleh mengikat kepada salah satu daripada empat asas nitrogen: adenina, sitosin, guanin dan timin. Adenine (A) dan guanine (G) adalah purin, manakala cytosine (C) dan timin (T) adalah pyrimidine. Purines adalah molekul yang lebih besar daripada pirimidin; kerana dua helai molekul DNA yang lengkap terikat di tengah oleh asas nitrogen mereka, ikatan ini mesti membentuk antara satu purine dengan satu pyrimidine untuk mengekalkan jumlah keseluruhan dua pangkal merentasi molekul secara berterusan. (Ia membantu merujuk kepada mana-mana gambarajah asid nukleik semasa membaca, seperti yang terdapat dalam Rujukan.) Seperti yang berlaku, Bon secara eksklusif kepada T dalam DNA, sementara C secara eksklusif kepada G.
Deoxyribose terikat kepada asas nitrogenous dipanggil a nukleosida. Apabila kumpulan fosfat ditambah kepada deoxyribose pada karbon dua tempat dari tempat asas dipasang, nukleotida lengkap dibentuk. Keistimewaan caj elektrokimia pada pelbagai atom dalam nukleotida bertanggungjawab untuk DNA double-stranded secara semula jadi membentuk bentuk helical, dan dua helai DNA dalam molekul itu dipanggil helai pelengkap.
Ciri-ciri umum RNA
Gula pentosa dalam RNA adalah ribosa dan bukannya deoxyribose. Ribose adalah sama dengan deoxyribose kecuali struktur cincin terikat kepada empat kumpulan hidroksil (-OH) dan empat atom hidrogen dan bukannya tiga dan lima. Bahagian ribosa nukleotida terikat kepada kumpulan fosfat dan asas nitrogenus, seperti DNA, dengan penukar fosfat dan gula membentuk "tulang belakang" RNA. Asas, seperti yang disebutkan di atas, termasuk A, C dan G, tetapi pyrimidine kedua dalam RNA adalah uracil (U) dan bukannya T.
Sedangkan DNA hanya berkaitan dengan penyimpanan maklumat sahaja (gen hanya sekeping DNA yang mengodkan protein tunggal), pelbagai jenis RNA menganggap fungsi yang berbeza. RNA Rasul, atau mRNA, dibuat dari DNA apabila DNA biasanya terkandas dua kali menjadi dua helai tunggal untuk tujuan transkripsi. MRNA yang dihasilkan akhirnya membawa ke arah bahagian-bahagian sel di mana pembuatan protein berlaku, membawa arahan untuk proses ini yang dihantar oleh DNA. Jenis kedua RNA, pemindahan RNA (tRNA), mengambil bahagian dalam pembuatan protein. Ini berlaku pada organel sel yang dipanggil ribosom, dan ribosom sendiri terdiri terutamanya dari jenis RNA ketiga dipanggil, aptly, RNA ribosomal (rRNA).
Nitrogenous Bas
Lima kandungan nitrogenous - adenine (A), cytosine (C), guanine (G) dan timin (T) dalam DNA dan tiga pertama ditambah uracil (U) dalam RNA - adalah bahagian-bahagian asid nukleik yang akhirnya bertanggungjawab kepelbagaian produk gen merentas makhluk hidup. Bahagian gula dan fosfat adalah penting kerana mereka menyediakan struktur dan perancah, tetapi pangkalannya adalah di mana kod dihasilkan. Sekiranya anda memikirkan komputer riba anda sebagai asid nukleik atau sekurang-kurangnya satu rangkaian nukelotida, perkakasan (contohnya, pemacu cakera, skrin monitor, mikropemproses) adalah sama dengan gula dan fosfat, sedangkan perisian dan aplikasi apa sahaja yang anda jalankan adalah seperti asas nitrogenous, kerana pelbagai program unik yang telah dimuatkan ke sistem anda menjadikan komputer anda sebagai "organisme" yang satu-of-a-kind.
Seperti yang dijelaskan sebelum ini, asas nitrogenous diklasifikasikan sebagai purin (A dan G) atau pirimidin (C, T dan U). Selalunya pasangan dalam helai DNA dengan T dan C sentiasa berpasangan dengan G. Yang penting, apabila sehelai DNA digunakan sebagai templat untuk sintesis RNA (transkripsi), pada setiap titik sepanjang molekul RNA yang semakin meningkat, nukleotida RNA yang dicipta dari nukleotida DNA "orang induk" termasuk asas yang menjadi asas "ibu bapa". Ini dijelaskan dalam bahagian selanjutnya.
Purines terdiri daripada enam anggota nitrogen-dan-karbon cincin dan cincin nitrogen-dan-karbon lima-anggota, seperti segi enam dan pentagon yang berkongsi sisi. Sintesis purine melibatkan tweaking kimia gula ribosa, diikuti dengan penambahan amino (-NH2) kumpulan. Pyrimidine juga mempunyai cincin nitrogen-dan-karbon enam anggota, seperti purin, tetapi kekurangan purin nitrogen-dan-karbon lima anggota. Oleh itu, Purines mempunyai jisim molekul yang lebih tinggi daripada pirimidin.
Sintesis nukleotida yang mengandungi pirimidin dan sintesis nukleotida yang mengandungi purin berlaku dalam urutan yang bertentangan dalam satu langkah penting. Dalam pyrimidine, bahagian asas dipasang dahulu, dan selebihnya molekul diubahsuai menjadi nukleotida kemudian. Dalam purin, bahagian yang akhirnya menjadi adenin atau guanin diubahsuai ke arah pembentukan nukleotida.
Transkripsi dan Terjemahan
Transkripsi adalah penciptaan helai mRNA daripada templat DNA, membawa arahan yang sama (iaitu, kod genetik) untuk membuat protein tertentu sebagai templat. Proses ini berlaku di dalam nukleus sel, di mana DNA terletak.Apabila molekul DNA dua stranded memisahkan menjadi helaian tunggal dan hasil transkripsi, mRNA yang dijana dari satu helai pasangan DNA "unzipped" adalah sama dengan DNA sehelai DNA lain yang tidak diselipkan, kecuali bahawa mRNA mengandungi U dan bukannya T. (Sekali lagi, merujuk kepada gambarajah berguna; lihat Rujukan.) MRNA, sekali lengkap, meninggalkan nukleus melalui liang-liang dalam membran nuklear. Selepas mRNA meninggalkan nukleus, ia melekat pada ribosom.
Enzim kemudian dilampirkan ke kompleks ribosom dan membantu dalam proses terjemahan. Terjemahan adalah penukaran instruksi mRNA ke dalam protein. Ini berlaku apabila asid amino, sub-unit protein, dihasilkan daripada "kodon" tiga nukleotida pada helai mRNA. Proses ini juga melibatkan rRNA (kerana terjemahan berlaku pada ribsomes) dan tRNA (yang membantu memasang asid amino).
Daripada Strands DNA ke Chromosomes
Helaian DNA berkumpul menjadi helix berganda kerana pertemuan dengan faktor-faktor yang berkaitan. Salah satu daripadanya adalah ikatan hidrogen yang secara semula jadi berada di seluruh bahagian molekul. Sebagai bentuk helix, pasang ikatan asas nitrogen adalah berserenjang dengan paksi helix ganda secara keseluruhan. Setiap giliran penuh mengandungi sejumlah 10 pasangan terikat asas. Apa yang mungkin disebut "sisi" DNA apabila diletakkan sebagai "tangga" kini dipanggil "rantai" helix berganda. Ini terdiri hampir dengan bahagian ribosa dan fosfat nukleotida, dengan pangkalan di dalam. Helix dikatakan mempunyai kedua-dua alur utama dan kecil yang menentukan bentuknya yang stabil.
Walaupun kromosom boleh digambarkan sebagai helai DNA yang sangat panjang, ini adalah penyederhanaan kasar. Memang benar bahawa kromosom yang diberikan boleh, secara teori, tidak dibuang untuk mendedahkan satu molekul DNA yang tidak terputus, tetapi ini gagal untuk menandakan penggilitan rumit, spooling dan clustering yang DNA sedang dalam perjalanan untuk membentuk kromosom. Satu kromosom mempunyai berjuta-juta pasangan asas DNA, dan jika semua DNA diregangkan tanpa memecahkan heliks, panjangnya akan panjang dari beberapa milimeter menjadi lebih sentimeter. Malah, DNA jauh lebih kental. Protein dipanggil histon terbentuk dari empat pasang protein subunit (lapan subunit dalam semua). Oktamer ini berfungsi sebagai helai macam untuk helix dua helai DNA untuk membungkus dirinya sekitar dua kali, seperti benang. Struktur ini, oktamer ditambah dengan DNA yang dibungkus di sekelilingnya, dipanggil nukleosom. Apabila kromosom sebahagiannya tidak dihalakan ke dalam helai yang dipanggil kromatid, nukleosom ini muncul pada mikroskop untuk menjadi manik pada rentetan. Tetapi di atas paras nukleosom, mampatan lanjut mengenai bahan genetik berlaku, walaupun mekanisme yang tepat tetap sukar difahami.
Asid nukleat dan Kemunculan Kehidupan
DNA, RNA dan protein dipertimbangkan biopolimer kerana ia diulang urutan maklumat dan asid amino yang berkaitan dengan makhluk hidup ("bio" bermaksud "hayat"). Ahli biologi molekul hari ini mengiktiraf bahawa DNA dan RNA dalam beberapa bentuk mendahului kemunculan kehidupan di Bumi, tetapi pada 2018, tiada siapa yang menduga laluan dari biopolimer awal kepada benda hidup yang mudah. Ada yang menilai bahawa RNA dalam beberapa bentuk adalah sumber asal semua perkara ini, termasuk DNA. Ini adalah "hipotesis dunia RNA." Bagaimanapun, ini membawakan satu senario ayam dan telur untuk ahli biologi, kerana molekul RNA yang cukup besar tidak dapat muncul dengan apa-apa cara selain daripada transkripsi. Walau apa pun, saintis, dengan semangat yang semakin meningkat, kini menyiasat RNA sebagai sasaran untuk molekul mereplikasi diri pertama.
Terapi Perubatan
Bahan kimia yang menyerupai unsur-unsur asid nukleik digunakan sebagai ubat hari ini, dengan perkembangan selanjutnya dalam bidang ini dijalankan. Sebagai contoh, bentuk uracil yang agak diubahsuai, 5-fluorouracil (5-FU), telah digunakan selama beberapa dekad untuk merawat karsinoma usus. Ia melakukan ini dengan meniru asas nitrogenous yang benar-benar rapat sehingga ia dimasukkan ke dalam DNA yang baru dihasilkan. Ini akhirnya membawa kepada pecahan dalam sintesis protein.
Peniru nukleosida (yang mungkin anda ingat, adalah gula ribosa ditambah asas nitrogen) telah digunakan dalam terapi antibakteria dan antiviral. Kadang-kadang, ia adalah bahagian asas nukleosida yang menjalani pengubahsuaian, dan pada masa yang lain dadah mensasarkan bahagian gula.