Nukleotydy DNA: czym są, cechy i funkcje

Projekt genomu ludzkiego, rozpoczęty w 1990 roku z budżetem 3 miliardów dolarów, postawił sobie globalny cel zmapuj bazy chemiczne, które wytwarzają nasze DNA i zidentyfikuj wszystkie geny obecne w genomie gatunku człowiek. Sekwencjonowanie zostało ukończone w 2003 roku, 13 lat później.

Dzięki tej tytanicznej pracy molekularnej i genetycznej wiemy teraz, że ludzki genom zawiera około 3 000 milionów par zasad i 20 000-25 000 genów. Mimo to wiele pozostaje do opisania, ponieważ funkcje każdego z fragmentów informacji genetycznej, które zakodowaliśmy w każdej z naszych komórek, nie są znane.

W miarę jak naukowcy badają, ogólna populacja staje się coraz bardziej świadoma tego, czym jest genetyka, nauka badająca alfabet cząsteczek, które organizują i kodują dziedziczność i każdą z naszych funkcji niezbędny. Bez naszych genów jesteśmy niczym i choć nie widać ich gołym okiem, cały żywy materiał „jest” dzięki nim. Ponieważ nie możemy zdobywać wiedzy bez zaczynania od początku, w tym artykule przedstawiamy Wam podstawowa struktura, która koduje nasze istnienie: nukleotydy DNA.

• Powiązany artykuł: „Różnice między DNA a RNA”

Co to jest nukleotyd?

Nukleotyd jest zdefiniowany jako cząsteczka organiczna utworzona przez kowalencyjne wiązanie nukleozydu (pentoza + zasada azotowa) i grupy fosforanowej.

Sekwencja nukleotydów jest własnym słowem genetycznym, ponieważ jej kolejność koduje syntezę białek przez maszynerię komórkową, a tym samym metabolizm żywej istoty. Ale nie wyprzedzajmy siebie: najpierw skupimy się na każdej części, która daje początek tej unikalnej cząsteczce.

1. pentoza

Pentozy to monosacharydy, proste węglowodany (cukry), utworzone przez łańcuch 5 atomów węgla razem, które spełniają wyraźną funkcję strukturalną. Pentoza może być rybozą, z której powstaje rybonukleozyd, podstawowa struktura RNA. Z drugiej strony, jeśli ryboza traci atom tlenu, powstaje dezoksyryboza, pentoza, która jest częścią dezoksyrybonukleozydu, głównej struktury DNA.

2. Baza azotowa

Jak powiedzieliśmy wcześniej, pentoza i zasada azotowa dają początek rybonukleozydowi lub dezoksyrybonukleozydowi, ale czym jest zasada? Zasady azotowe to cykliczne związki organiczne zawierające dwa lub więcej atomów azotu. w nich znaleziono klucz do kodu genetycznego, ponieważ nadają one konkretną nazwę każdemu z nukleotydów, których są częścią. Istnieją 3 rodzaje tych związków heterocyklicznych:

Purynowe zasady azotowe: adenina (A) i guanina (G). Oba są częścią zarówno DNA, jak i RNA. Zasady azotowe pirymidynowe: cytozyna (C), tymina (T) i uracyl (U). Tymina jest unikalna dla DNA, podczas gdy uracyl jest unikalny dla RNA.

Zasady azotowe izoaloksacyny: flawina (F). Nie jest częścią DNA ani RNA, ale spełnia inne procesy.

Tak więc, jeśli nukleotyd zawiera zasadę tyminy, nazywa się go bezpośrednio (T). Zasady azotowe to te, które nadają nazwy sekwencjom, które wszyscy widzieliśmy na jakiejś tablicy lub informacyjnym materiale naukowym w pewnym momencie naszego życia. Na przykład, GATTACA to przykład sekwencji DNA składającej się z 7 nukleotydów, każdy z zasadą, od której pochodzi jego nazwa..

• Możesz być zainteresowany: „Trzy prawa Mendla i groszek: tego nas uczą”

3. Grupa fosforanowa

Mamy już kompletny nukleozyd, ponieważ opisaliśmy pentozę, która jest połączona wiązaniem glikozydowym z jedną z zasad A, G, C i T. Teraz potrzebujemy tylko jednego związku, aby mieć cały nukleotyd: grupę fosforanową.

Grupa fosforanowa to jon wieloatomowy złożony z centralnego atomu fosforu (P) otoczonego czterema identycznymi atomami tlenu w układzie czworościennym. Ta kombinacja atomów jest niezbędna do życia, ponieważ jest częścią nukleotydów DNA i RNA, ale także tych, które przenoszą energię chemiczną (ATP).

Nukleotyd: Nukleozyd (zasada + pentoza) + grupa fosforanowa

Odszyfrowywanie życia za pomocą nukleotydów DNA

Wszystkie te informacje chemiczne są świetne, ale jak je zastosować w praktyce? Cóż, przede wszystkim musimy to wziąć pod uwagę każde trzy kodujące nukleotydy tworzą inną frazę, aby dostarczyć informacji o każdym z zespołów, które dają początek białku. Weźmy przykład:

• ATT: adenina, tymina i tymina
• ACT: adenina, cytozyna i tymina
• ATA: adenina, tymina i adenina

Te trzy sekwencje nukleotydowe zakodowane w jądrze DNA komórki zawierają instrukcje dla złożyć aminokwas izoleucynę, który jest jednym z 20 aminokwasów wykorzystywanych do syntezy białek funkcjonalny. Wyjaśniamy, co następuje: nie chodzi o to, że trzy sekwencje są niezbędne do złożenia izoleucyny, ale o to, że są one wymienne, ponieważ wszystkie kodują ten aminokwas (redundancja).

Poprzez proces, który nas tutaj zbytnio nie dotyczy, maszyneria komórkowa wykonuje proces zwany transkrypcją, w którym te triplety nukleotydów DNA są tłumaczone na RNA. Ponieważ zasada azotowa tymina nie jest częścią RNA, każda (T) powinna zostać zastąpiona przez (U). Tak więc te tryplety nukleotydowe wyglądałyby tak:

• AUU
• ACU
• WUA

Jeśli komórka wymaga izoleucyny, RNA transkrybowany z którąkolwiek z tych trzech trójek (teraz zwanych kodonami) będzie podróżować z jądra komórkowego do rybosomy jego cytozolu, gdzie otrzymają rozkaz integracji aminokwasu izoleucyny z budowanym w tym momencie białkiem.

Dzięki temu językowi nukleotydowemu opartemu na zasadach azotowych można wygenerować w sumie 64 kodony., który koduje 20 aminokwasów niezbędnych do budowy dowolnego białka w żywych organizmach. Należy zauważyć, że z wyjątkiem rzadkich przypadków każdy aminokwas może być kodowany przez 2,3,4 lub 6 różnych kodonów. W przypadku izoleucyny, który widzieliśmy wcześniej, ważne są na przykład trzy możliwe kombinacje nukleotydów.

Białka na ogół składają się z od 100 do 300 aminokwasów.. Zatem białko złożone ze 100 z nich, wykonując obliczenia, będzie kodowane przez 300 kodonów (każda trójka zasad odpowiada na aminokwas, pamiętaj), który będzie produktem translacji 300 nukleotydów DNA obecnych w genomie komórka.

Krótkie wyjaśnienie

Rozumiemy, że całe to nagłe wyjaśnienie może być nieco oszałamiające, ale zapewniamy, że porównań, które przedstawiamy poniżej, funkcja nukleotydów DNA będzie dla Ciebie jaśniejsza niż Woda.

Musimy zobaczyć DNA w jądrze komórki jako ogromną bibliotekę pełną książek. Każda z ksiąg to gen, który zawiera (w przypadku ludzi) około 150 liter, które są nukleotydami ułożonymi w określonym celu. Tak więc każde trzy z tych liter nukleotydowych tworzą krótką frazę.

W tym przypadku niestrudzony bibliotekarz enzym polimerazy RNA komórki stara się przekształcić słowa jednej z książek w namacalny materiał. Cóż, to będzie odpowiedzialne za szukanie konkretnej książki, konkretnej frazy, a ponieważ słów nie można rozpocząć stron (DNA nie można przenieść z rdzenia), skopiuje odpowiednie informacje do swojej postaci we własnym zakresie zeszyt.

„Skopiowane frazy” to nic innego jak nukleotydy DNA przekształcone w nukleotydy RNA, czyli kodony. Po przepisaniu tych informacji (transkrypcji) maszyna jest gotowa do odpowiedniego zestawienia informacji zawartych w każdym ze słów. Są to rybosomy, miejsca, w których białka są syntetyzowane z sekwencji aminokwasów w określonej kolejności. Łatwiej w ten sposób, prawda?

Streszczenie

Jak być może zauważyłeś, wyjaśnienie skomplikowanych procesów zakodowanych przez DNA jest prawie tak złożone, jak ich zrozumienie. Mimo to, jeśli chcemy, abyś zachował konkretną ideę całego tego konglomeratu terminologicznego, oto: kolejność nukleotydów obecnych w DNA istot żywych koduje prawidłową syntezę białek, co przekłada się na różne procesy metaboliczne i w każdej z części naszego ciała, które nas definiują, ponieważ stanowią one 50% suchej masy niemal każdej tkanki.

Tak więc ekspresja DNA (genotyp) poprzez mechanizmy komórkowe daje początek naszym cechom. zewnętrzne (fenotyp), cechy, które sprawiają, że jesteśmy tym, kim jesteśmy, zarówno indywidualnie, jak i gatunek. Czasami wyjaśnienie ogromnych zjawisk polega na zrozumieniu znacznie mniejszych rzeczy.

Odniesienia bibliograficzne:

• Kwasy nukleinowe, Uniwersytet w Walencji.
• Kod genetyczny, Narodowy Instytut Badań nad Genomem Człowieka (NIH).
• FOX KELLER, E. v. ORAZ. L. Tak. N. (2005). Od sekwencji nukleotydowych do biologii systemów. Nauki (077).
• Spalvieri, poseł. & Rotenberg, R.G. (2004). Medycyna genomiczna: Zastosowania polimorfizmu pojedynczego nukleotydu i mikromacierzy DNA. Medycyna (Buenos Aires), 64(6): s. 533 - 542.