DNA-nucleotiden: wat ze zijn, kenmerken en functies

Het menselijk genoomproject, gelanceerd in 1990 met een budget van 3 miljard dollar, stelde zichzelf het wereldwijde doel breng de chemische basen in kaart die ons DNA produceren en identificeer alle genen die aanwezig zijn in het genoom van de soort menselijk. Sequencing werd voltooid in 2003, 13 jaar later.

Dankzij dit gigantische moleculaire en genetische werk weten we nu dat het menselijk genoom ongeveer 3.000 miljoen basenparen en 20.000-25.000 genen bevat. Toch moet er nog veel worden beschreven, omdat de functies van elk van de secties van genetische informatie die we in elk van onze cellen hebben gecodeerd, niet bekend zijn.

Terwijl wetenschappers onderzoeken, wordt de algemene bevolking zich steeds meer bewust van wat genetica is, de wetenschap die dat alfabet bestudeert van moleculen die erfelijkheid en elk van onze functies organiseren en coderen vitaal. We zijn niets zonder onze genen en hoewel ze met het blote oog niet zichtbaar zijn, "is" al het levende materiaal eraan te danken. Omdat we geen kennis kunnen verwerven zonder vanaf het begin te beginnen, presenteren we u in dit artikel:

de basale structuur die ons bestaan ​​codeert: de DNA-nucleotiden.

• Gerelateerd artikel: "Verschillen tussen DNA en RNA"

Wat is een nucleotide?

Een nucleotide wordt gedefinieerd als een organisch molecuul gevormd door de covalente binding van een nucleoside (pentose + stikstofbase) en een fosfaatgroep.

Een sequentie van nucleotiden is zijn eigen genetische woord, omdat de volgorde codeert voor de synthese van eiwitten door de cellulaire machinerie en dus voor het metabolisme van het levende wezen. Maar laten we niet op de zaken vooruitlopen: we gaan ons eerst concentreren op elk van de onderdelen die aanleiding geven tot dit unieke molecuul.

1. pentose

Pentosen zijn monosachariden, enkelvoudige koolhydraten (suikers), gevormd door een keten van 5 koolstofatomen die samen een duidelijke structurele functie vervullen. De pentose kan een ribose zijn, waaruit een ribonucleoside ontstaat, de basisstructuur van RNA. Aan de andere kant, als ribose een zuurstofatoom verliest, ontstaat deoxyribose, het pentose dat deel uitmaakt van deoxyribonucleoside, de hoofdstructuur van DNA.

2. Stikstofbasis

Zoals we eerder zeiden, geven pentose en een stikstofbase aanleiding tot een ribonucleoside of deoxyribonucleoside, maar wat is een base? Stikstofbasen zijn cyclische organische verbindingen die twee of meer stikstofatomen bevatten. in hen de sleutel tot de genetische code wordt gevonden, omdat ze een specifieke naam geven aan elk van de nucleotiden waarvan ze deel uitmaken. Er zijn 3 soorten van deze heterocyclische verbindingen:

Purine stikstofbasen: adenine (A) en guanine (G). Beide maken deel uit van zowel DNA als RNA. Pyrimidine stikstofbasen: cytosine (C), thymine (T) en uracil (U). Thymine is uniek voor DNA, terwijl uracil uniek is voor RNA.

Isoaloxacine stikstofbasen: flavine (F). Het maakt geen deel uit van DNA of RNA, maar het vervult andere processen.

Dus als een nucleotide een thyminebase bevat, wordt het direct (T) genoemd. Stikstofbases zijn degenen die namen geven aan die reeksen die we allemaal op een bepaald moment in ons leven op een schoolbord of informatief wetenschappelijk materiaal hebben gezien. Bijvoorbeeld, GATTACA is een voorbeeld van een DNA-sequentie van 7 nucleotiden, elk met een base die het zijn naam geeft..

• Mogelijk bent u geïnteresseerd: "De 3 wetten en erwten van Mendel: dit leren ze ons"

3. Fosfaat groep

We hebben al het volledige nucleoside, omdat we de pentose hebben beschreven, die door een glycosidische binding is verbonden met een van de basen A, G, C en T. Nu hebben we nog maar één verbinding nodig om het nucleotide in zijn geheel te hebben: de fosfaatgroep.

Een fosfaatgroep is een polyatomair ion bestaande uit een centraal fosfor (P) atoom omgeven door vier identieke zuurstofatomen in een tetraëdrische rangschikking. Deze combinatie van atomen is essentieel voor het leven, omdat het deel uitmaakt van de nucleotiden van DNA en RNA, maar ook van de nucleotiden die chemische energie (ATP) transporteren.

Nucleotide: Nucleoside (base + pentose) + fosfaatgroep

Het leven ontcijferen door middel van DNA-nucleotiden

Al deze chemische informatie is geweldig, maar hoe brengen we het in de praktijk? Nou, allereerst moeten we er rekening mee houden dat elke drie coderende nucleotiden vormen een andere zin om informatie te geven over elk van de samenstellingen die aanleiding geven tot een eiwit. Laten we een voorbeeld nemen:

• ATT: adenine, thymine en thymine
• HANDELING: adenine, cytosine en thymine
• ATA: adenine, thymine en adenine

Deze drie nucleotidesequenties gecodeerd in de DNA-kern van de cel bevatten de instructies voor: assembleer het aminozuur isoleucine, een van de 20 aminozuren die worden gebruikt voor eiwitsynthese functioneel. We verduidelijken het volgende: het is niet dat de drie sequenties nodig zijn om isoleucine te assembleren, maar dat de drie onderling uitwisselbaar zijn omdat ze allemaal coderen voor dit aminozuur (redundantie).

Via een proces dat ons hier niet al te veel aangaat, de cellulaire machinerie voert een proces uit dat transcriptie wordt genoemd, waarbij deze DNA-nucleotidetriplets worden vertaald in RNA. Aangezien de stikstofbase thymine geen deel uitmaakt van RNA, moet elke (T) worden vervangen door een (U). Deze nucleotide-tripletten zouden er dus als volgt uitzien:

• AUU
• ACU
• WUA

Als de cel isoleucine nodig heeft, zal een RNA dat wordt getranscribeerd met een van deze drie tripletten (nu codons genoemd) van de celkern naar de ribosomen van zijn cytosol, waar ze de opdracht krijgen om het aminozuur isoleucine te integreren in het eiwit dat op dat moment wordt opgebouwd.

Door deze nucleotidetaal op basis van stikstofbasen kunnen in totaal 64 codons worden gegenereerd., die coderen voor de 20 aminozuren die nodig zijn om eiwitten in levende wezens te bouwen. Opgemerkt moet worden dat, behalve in zeldzame gevallen, elk aminozuur kan worden gecodeerd door 2,3,4 of 6 verschillende codons. In het geval dat we eerder hebben gezien van bijvoorbeeld isoleucine, zijn drie mogelijke nucleotidecombinaties geldig.

Eiwitten bestaan ​​over het algemeen uit 100 tot 300 aminozuren.. Dus een eiwit dat uit 100 ervan bestaat en berekeningen maakt, wordt gecodeerd door 300 codons (elk triplet van basen reageert op een aminozuur, onthoud), dat het product zal zijn van de translatie van 300 DNA-nucleotiden die aanwezig zijn in het genoom van de cel.

Een korte uitleg

We begrijpen dat al deze plotselinge uitleg enigszins duizelingwekkend kan zijn, maar we verzekeren u dat met de vergelijkingen die we hieronder presenteren, zal de functie van de DNA-nucleotiden u duidelijker zijn dan de Water.

We moeten het DNA in de kern van de cel zien als een enorme bibliotheek vol boeken. Elk van de boeken is een gen dat (in het geval van mensen) ongeveer 150 letters bevat, nucleotiden die voor een specifiek doel zijn gerangschikt. Elke drie van deze nucleotideletters vormen dus een korte zin.

Een onvermoeibare bibliothecaris, in dit geval het RNA-polymerase-enzym van de cel probeert de woorden van een van de boeken om te zetten in tastbaar materiaal. Welnu, dit zal verantwoordelijk zijn voor het zoeken naar het specifieke boek, de specifieke zin en, aangezien de woorden niet kunnen worden gestart van de pagina's (DNA kan niet uit de kern worden verwijderd), zal het de relevante informatie naar zijn eigen vorm kopiëren notitieboekje.

De "gekopieerde zinnen" zijn niets meer dan DNA-nucleotiden die zijn omgezet in RNA-nucleotiden, dat wil zeggen codons. Zodra deze informatie is getranscribeerd (transcriptie), is een machine gereed om de informatie in elk van de woorden dienovereenkomstig samen te stellen. Dit zijn de ribosomen, plaatsen waar eiwitten in een bepaalde volgorde worden gesynthetiseerd uit een reeks aminozuren. Makkelijker op die manier, toch?

Overzicht

Zoals je misschien hebt gemerkt, is het uitleggen van de ingewikkelde processen die door DNA worden gecodeerd bijna net zo ingewikkeld als het begrijpen ervan. Toch, als we willen dat je een concreet idee houdt van al dit terminologische conglomeraat, is dit het volgende: de volgorde van de nucleotiden die aanwezig zijn in het DNA van levende wezens codeert voor de juiste synthese van eiwitten, wat zich vertaalt in verschillende stofwisselingsprocessen en in elk van de delen van ons lichaam die ons definiëren, aangezien deze 50% van het droge gewicht van bijna elk weefsel vertegenwoordigen.

Dus de expressie van DNA (genotype) via cellulaire mechanismen geeft aanleiding tot onze eigenschappen. uiterlijk (fenotype), de kenmerken die ons maken tot wie we zijn, zowel individueel als soorten. Soms ligt de verklaring van grote verschijnselen in het begrijpen van veel kleinere dingen.

Bibliografische referenties:

• Nucleïnezuren, Universiteit van Valencia.
• Genetische code, National Human Genome Research Institute (NIH).
• FOX KELLER, E. v. EN. L. J. N. (2005). Van nucleotidesequenties tot systeembiologie. Wetenschappen, (077).
• Spalvieri, MP. & Rotenberg, R.G. (2004). Genomische geneeskunde: toepassingen van polymorfisme met één nucleotide en DNA-microarrays. Geneeskunde (Buenos Aires), 64 (6): pp. 533 - 542.