Νουκλεοτίδια DNA: τι είναι, χαρακτηριστικά και λειτουργίες

Το έργο του ανθρώπινου γονιδιώματος, που ξεκίνησε το 1990 με προϋπολογισμό 3 δισεκατομμυρίων δολαρίων, έθεσε τον παγκόσμιο στόχο χαρτογραφήστε τις χημικές βάσεις που παράγουν το DNA μας και εντοπίστε όλα τα γονίδια που υπάρχουν στο γονιδίωμα του είδους ο άνθρωπος. Η αλληλουχία ολοκληρώθηκε το 2003, 13 χρόνια αργότερα.

Χάρη σε αυτό το τιτάνιο μοριακό και γενετικό έργο, γνωρίζουμε τώρα ότι το ανθρώπινο γονιδίωμα περιέχει περίπου 3.000 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων και 20.000-25.000 γονίδια. Ακόμα κι έτσι, μένουν πολλά να περιγραφούν, καθώς οι λειτουργίες καθενός από τα τμήματα γενετικής πληροφορίας που έχουμε κωδικοποιήσει σε κάθε ένα από τα κύτταρά μας δεν είναι γνωστές.

Καθώς οι επιστήμονες ερευνούν, ο γενικός πληθυσμός συνειδητοποιεί όλο και περισσότερο τι είναι η γενετική, η επιστήμη που μελετά αυτό το αλφάβητο των μορίων που οργανώνουν και κωδικοποιούν την κληρονομικότητα και κάθε λειτουργία μας ζωτικής σημασίας. Δεν είμαστε τίποτα χωρίς τα γονίδιά μας και, αν και δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι, όλο το ζωντανό υλικό «είναι» χάρη σε αυτά. Δεδομένου ότι δεν μπορούμε να αποκτήσουμε γνώση χωρίς να ξεκινήσουμε από την αρχή, σε αυτό το άρθρο σας παρουσιάζουμε

η βασική δομή που κωδικοποιεί την ύπαρξή μας: τα νουκλεοτίδια του DNA.

• Σχετικό άρθρο: "Διαφορές μεταξύ DNA και RNA"

Τι είναι ένα νουκλεοτίδιο;

Ένα νουκλεοτίδιο ορίζεται ως ένα οργανικό μόριο που σχηματίζεται από τον ομοιοπολικό δεσμό ενός νουκλεοζίτη (πεντόζη + αζωτούχα βάση) και μιας φωσφορικής ομάδας.

Μια αλληλουχία νουκλεοτιδίων είναι η δική της γενετική λέξη, αφού η σειρά της κωδικοποιεί τη σύνθεση πρωτεϊνών από τον κυτταρικό μηχανισμό και, επομένως, τον μεταβολισμό του ζωντανού όντος. Αλλά ας μην προλαβαίνουμε: θα επικεντρωθούμε πρώτα σε καθένα από τα μέρη που δημιουργούν αυτό το μοναδικό μόριο.

1. πεντόζη

Οι πεντόζες είναι μονοσακχαρίτες, απλοί υδατάνθρακες (σάκχαρα), που σχηματίζονται από μια αλυσίδα 5 ατόμων άνθρακα μαζί που εκπληρώνουν μια σαφή δομική λειτουργία. Η πεντόζη μπορεί να είναι μια ριβόζη, η οποία δημιουργεί ένα ριβονουκλεοσίδιο, τη βασική δομή του RNA. Από την άλλη πλευρά, εάν η ριβόζη χάσει ένα άτομο οξυγόνου, προκύπτει η δεοξυριβόζη, η πεντόζη που είναι μέρος του δεοξυριβονουκλεοζίτη, της κύριας δομής του DNA.

2. Βάση αζώτου

Όπως έχουμε ξαναπεί, η πεντόζη και μια αζωτούχα βάση δημιουργούν ένα ριβονουκλεοσίδιο ή δεοξυριβονουκλεοζίτη, αλλά τι είναι μια βάση; Οι αζωτούχες βάσεις είναι κυκλικές οργανικές ενώσεις που περιλαμβάνουν δύο ή περισσότερα άτομα αζώτου. σε αυτούς το κλειδί του γενετικού κώδικα βρίσκεται, καθώς δίνουν ένα συγκεκριμένο όνομα σε καθένα από τα νουκλεοτίδια του οποίου αποτελούν μέρος. Υπάρχουν 3 τύποι αυτών των ετεροκυκλικών ενώσεων:

Αζωτούχες βάσεις πουρίνης: αδενίνη (Α) και γουανίνη (G). Και τα δύο είναι μέρος τόσο του DNA όσο και του RNA. Αζωτούχες βάσεις πυριμιδίνης: κυτοσίνη (C), θυμίνη (Τ) και ουρακίλη (U). Η θυμίνη είναι μοναδική στο DNA, ενώ η ουρακίλη είναι μοναδική στο RNA.

Αζωτούχες βάσεις ισοαλοξακίνης: φλαβίνη (F). Δεν είναι μέρος του DNA ή του RNA, αλλά εκπληρώνει άλλες διαδικασίες.

Έτσι, εάν ένα νουκλεοτίδιο περιέχει μια βάση θυμίνης, ονομάζεται απευθείας (Τ). Οι αζωτούχες βάσεις είναι αυτές που δίνουν ονόματα σε εκείνες τις αλληλουχίες που όλοι έχουμε δει σε κάποιο μαυροπίνακα ή πληροφοριακό επιστημονικό υλικό κάποια στιγμή στη ζωή μας. Για παράδειγμα, Το GATTACA είναι ένα παράδειγμα αλληλουχίας DNA 7 νουκλεοτιδίων, το καθένα με βάση που του δίνει το όνομά του..

• Μπορεί να σας ενδιαφέρει: «Οι 3 νόμοι και τα μπιζέλια του Mendel: αυτό μας διδάσκουν»

3. Φωσφορική ομάδα

Έχουμε ήδη τον πλήρη νουκλεοζίτη, αφού έχουμε περιγράψει την πεντόζη, η οποία συνδέεται με γλυκοσιδικό δεσμό με μια από τις βάσεις A, G, C και T. Τώρα χρειαζόμαστε μόνο μία ένωση για να έχουμε το νουκλεοτίδιο στο σύνολό του: τη φωσφορική ομάδα.

Μια φωσφορική ομάδα είναι ένα πολυατομικό ιόν που αποτελείται από ένα κεντρικό άτομο φωσφόρου (P) που περιβάλλεται από τέσσερα ίδια άτομα οξυγόνου σε τετραεδρική διάταξη. Αυτός ο συνδυασμός ατόμων είναι απαραίτητος για τη ζωή, αφού αποτελεί μέρος των νουκλεοτιδίων του DNA και του RNA, αλλά και αυτών που μεταφέρουν τη χημική ενέργεια (ATP).

Νουκλεοτίδιο: Νουκλεοζίτη (βάση + πεντόζη) + φωσφορική ομάδα

Αποκρυπτογράφηση της ζωής μέσω νουκλεοτιδίων DNA

Όλες αυτές οι χημικές πληροφορίες είναι υπέροχες, αλλά πώς τις κάνουμε πράξη; Λοιπόν, πρώτα απ 'όλα, πρέπει να το λάβουμε υπόψη κάθε τρία κωδικοποιητικά νουκλεοτίδια σχηματίζουν μια διαφορετική φράση για να παρέχουν πληροφορίες για κάθε ένα από τα συγκροτήματα που δημιουργούν μια πρωτεΐνη. Ας πάρουμε ένα παράδειγμα:

• ΑΤΤ: αδενίνη, θυμίνη και θυμίνη
• ΔΡΑΣΗ: αδενίνη, κυτοσίνη και θυμίνη
• ΑΤΑ: αδενίνη, θυμίνη και αδενίνη

Αυτές οι τρεις αλληλουχίες νουκλεοτιδίων που κωδικοποιούνται στον πυρήνα του DNA του κυττάρου περιέχουν τις οδηγίες για συναρμολογήστε το αμινοξύ ισολευκίνη, το οποίο είναι ένα από τα 20 αμινοξέα που χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση πρωτεϊνών λειτουργικός. Διευκρινίζουμε το εξής: δεν είναι ότι οι τρεις αλληλουχίες είναι απαραίτητες για τη συναρμολόγηση της ισολευκίνης, αλλά ότι οι τρεις είναι εναλλάξιμες επειδή όλες κωδικοποιούν αυτό το αμινοξύ (πλεονασμός).

Μέσα από μια διαδικασία που δεν μας απασχολεί και πολύ εδώ, ο κυτταρικός μηχανισμός εκτελεί μια διαδικασία που ονομάζεται μεταγραφή, όπου αυτές οι τριπλέτες νουκλεοτιδίων DNA μεταφράζονται σε RNA. Καθώς η αζωτούχα βάση θυμίνη δεν αποτελεί μέρος του RNA, κάθε (Τ) θα πρέπει να αντικατασταθεί από ένα (U). Έτσι, αυτές οι τριπλέτες νουκλεοτιδίων θα μοιάζουν με αυτό:

• AUU
• ACU
• WUA

Εάν το κύτταρο χρειάζεται ισολευκίνη, ένα RNA που μεταγράφεται με οποιαδήποτε από αυτές τις τρεις τρίδυμες (τώρα ονομάζονται κωδικόνια) θα ταξιδέψει από τον πυρήνα του κυττάρου στο τα ριβοσώματα του κυτοσόλιού του, όπου θα τους δοθεί η εντολή να ενσωματώσουν το αμινοξύ ισολευκίνη στην πρωτεΐνη που κατασκευάζεται εκείνη τη στιγμή.

Μέσω αυτής της γλώσσας νουκλεοτιδίων που βασίζεται σε αζωτούχες βάσεις, μπορούν να δημιουργηθούν συνολικά 64 κωδικόνια., τα οποία κωδικοποιούν τα 20 αμινοξέα που είναι απαραίτητα για τη δημιουργία οποιασδήποτε πρωτεΐνης στα ζωντανά όντα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι, εκτός από σπάνιες περιπτώσεις, κάθε αμινοξύ μπορεί να κωδικοποιηθεί από 2,3,4 ή 6 διαφορετικά κωδικόνια. Στην περίπτωση που έχουμε δει προηγουμένως για την ισολευκίνη, για παράδειγμα, ισχύουν τρεις πιθανοί συνδυασμοί νουκλεοτιδίων.

Οι πρωτεΐνες αποτελούνται γενικά από 100 έως 300 αμινοξέα.. Έτσι, μια πρωτεΐνη που αποτελείται από 100 από αυτά, κάνοντας υπολογισμούς, θα κωδικοποιηθεί από 300 κωδικόνια (κάθε τριάδα βάσεων ανταποκρίνεται σε ένα αμινοξύ, θυμηθείτε), το οποίο θα είναι το προϊόν της μετάφρασης 300 νουκλεοτιδίων DNA που υπάρχουν στο γονιδίωμα του κύτταρο.

Μια σύντομη εξήγηση

Καταλαβαίνουμε ότι όλη αυτή η ξαφνική εξήγηση μπορεί να είναι κάπως ιλιγγιώδης, αλλά σας διαβεβαιώνουμε ότι με την παρομοιώσεις που παρουσιάζουμε παρακάτω, η λειτουργία των νουκλεοτιδίων του DNA θα σας είναι πιο ξεκάθαρη από το Νερό.

Πρέπει να δούμε το DNA μέσα στον πυρήνα του κυττάρου σαν μια τεράστια βιβλιοθήκη γεμάτη βιβλία. Κάθε ένα από τα βιβλία είναι ένα γονίδιο, το οποίο περιέχει (στην περίπτωση των ανθρώπων) περίπου 150 γράμματα, τα οποία είναι νουκλεοτίδια διατεταγμένα για συγκεκριμένο σκοπό. Έτσι, κάθε τρία από αυτά τα γράμματα νουκλεοτιδίων σχηματίζουν μια σύντομη φράση.

Ένας ακούραστος βιβλιοθηκάριος, στην προκειμένη περίπτωση το ένζυμο πολυμεράσης RNA του κυττάρου επιδιώκει να μετατρέψει τις λέξεις ενός από τα βιβλία σε απτό υλικό. Λοιπόν, αυτός θα είναι υπεύθυνος για την αναζήτηση του συγκεκριμένου βιβλίου, της συγκεκριμένης φράσης και, αφού οι λέξεις δεν μπορούν να ξεκινήσουν των σελίδων (το DNA δεν μπορεί να μετακινηθεί από τον πυρήνα), θα αντιγράψει τις σχετικές πληροφορίες στη δική του μορφή σημειωματάριο.

Οι «αντιγραμμένες φράσεις» δεν είναι τίποτα άλλο από νουκλεοτίδια DNA που μετατρέπονται σε νουκλεοτίδια RNA, δηλαδή κωδικόνια. Μόλις μεταγραφούν αυτές οι πληροφορίες (μεταγραφή), ένα μηχάνημα είναι έτοιμο να συγκεντρώσει τις πληροφορίες που περιέχονται σε καθεμία από τις λέξεις ανάλογα. Αυτά είναι τα ριβοσώματα, μέρη όπου οι πρωτεΐνες συντίθενται από μια αλληλουχία αμινοξέων με συγκεκριμένη σειρά. Πιο εύκολο έτσι, σωστά;

Περίληψη

Όπως ίσως έχετε παρατηρήσει, η εξήγηση των περίπλοκων διεργασιών που κωδικοποιούνται από το DNA είναι σχεδόν τόσο περίπλοκη όσο και η κατανόησή τους. Ακόμα κι έτσι, αν θέλουμε να διατηρήσετε μια συγκεκριμένη ιδέα για όλο αυτόν τον ορολογικό όμιλο ετερογενών δραστηριοτήτων, αυτή είναι η εξής: Η σειρά των νουκλεοτιδίων που υπάρχουν στο DNA των ζωντανών όντων κωδικοποιεί τη σωστή σύνθεση πρωτεϊνών, που μεταφράζεται σε διάφορες μεταβολικές διεργασίες και σε κάθε ένα από τα μέρη του σώματός μας που μας ορίζουν, αφού αυτά αντιπροσωπεύουν το 50% του ξηρού βάρους σχεδόν οποιουδήποτε ιστού.

Έτσι, η έκφραση του DNA (γονότυπος) μέσω κυτταρικών μηχανισμών γεννά τα χαρακτηριστικά μας. εξωτερικοί (φαινότυπος), τα χαρακτηριστικά που μας κάνουν αυτό που είμαστε, τόσο ατομικά όσο και είδος. Μερικές φορές η εξήγηση τεράστιων φαινομένων έγκειται στην κατανόηση πολύ μικρότερων πραγμάτων.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

• Νουκλεϊκά οξέα, Πανεπιστήμιο της Βαλένθια.
• Γενετικός κώδικας, National Human Genome Research Institute (NIH).
• ΦΟΞ ΚΕΛΕΡ, Ε. v. ΚΑΙ. ΜΕΓΑΛΟ. Υ. Ν. (2005). Από τις αλληλουχίες νουκλεοτιδίων στη βιολογία συστημάτων. Επιστήμες, (077).
• Spalvieri, βουλευτής. & Rotenberg, R.G. (2004). Γονιδιωματική ιατρική: Εφαρμογές μονονουκλεοτιδικού πολυμορφισμού και μικροσυστοιχιών DNA. Medicine (Buenos Aires), 64(6): pp. 533 - 542.