นิวคลีโอไทด์ของ DNA: มันคืออะไร ลักษณะและหน้าที่

โครงการจีโนมมนุษย์ซึ่งเปิดตัวในปี 1990 ด้วยงบประมาณ 3 พันล้านดอลลาร์ ตั้งเป้าหมายระดับโลก ทำแผนที่ฐานเคมีที่ผลิต DNA ของเราและระบุยีนทั้งหมดที่มีอยู่ในจีโนมของสปีชีส์ มนุษย์. การจัดลำดับเสร็จสมบูรณ์ในปี 2546 13 ปีต่อมา

ขอบคุณงานระดับโมเลกุลและพันธุศาสตร์ของไททานิคนี้ ตอนนี้เรารู้แล้วว่าจีโนมมนุษย์ประกอบด้วยคู่เบสประมาณ 3,000 ล้านคู่และยีน 20,000-25,000 ยีน ยังคงต้องอธิบายอีกมาก เนื่องจากหน้าที่ของข้อมูลทางพันธุกรรมแต่ละส่วนและทุกส่วนที่เราเข้ารหัสไว้ในแต่ละเซลล์ของเราไม่เป็นที่รู้จัก

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบ ประชากรทั่วไปเริ่มตระหนักมากขึ้นว่าพันธุกรรมคืออะไร วิทยาศาสตร์ที่ศึกษาตัวอักษรของโมเลกุลที่จัดระเบียบและเข้ารหัสพันธุกรรมและหน้าที่แต่ละอย่างของเรา สำคัญยิ่ง. เราไม่มีอะไรเลยถ้าไม่มียีนของเรา และถึงแม้จะมองไม่เห็นด้วยตาเปล่า แต่สิ่งมีชีวิตทั้งหมด "ต้องขอบคุณ" พวกเขา เนื่องจากเราไม่สามารถรับความรู้ได้หากไม่ได้เริ่มต้นตั้งแต่ต้น บทความนี้จึงขอนำเสนอ โครงสร้างฐานที่เข้ารหัสการดำรงอยู่ของเรา: ดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์.

• บทความที่เกี่ยวข้อง: "ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA"

นิวคลีโอไทด์คืออะไร?

นิวคลีโอไทด์ถูกกำหนดเป็น โมเลกุลอินทรีย์ที่เกิดจากพันธะโควาเลนต์ของนิวคลีโอไซด์ (เพนโทส + ฐานไนโตรเจน) และหมู่ฟอสเฟต.

ลำดับของนิวคลีโอไทด์เป็นคำทางพันธุกรรมของมันเอง เนื่องจากลำดับของมันเข้ารหัสการสังเคราะห์โปรตีนโดยกลไกของเซลล์และด้วยเหตุนี้ เมแทบอลิซึมของสิ่งมีชีวิต แต่อย่าก้าวไปข้างหน้าเราจะเน้นที่แต่ละส่วนที่ก่อให้เกิดโมเลกุลที่เป็นเอกลักษณ์นี้ก่อน

1. เพนโตส

เพนโทสเป็นโมโนแซ็กคาไรด์ คาร์โบไฮเดรตเชิงเดี่ยว (น้ำตาล) เกิดจากสายโซ่ของคาร์บอน 5 อะตอม ร่วมกันที่ทำหน้าที่โครงสร้างที่ชัดเจน เพนโทสสามารถเป็นไรโบส ซึ่งก่อให้เกิดไรโบนิวคลีโอไซด์ ซึ่งเป็นโครงสร้างพื้นฐานของอาร์เอ็นเอ ในทางกลับกัน ถ้าไรโบสสูญเสียอะตอมของออกซิเจน ดีออกซีไรโบสจะเกิดขึ้น เพนโทสที่เป็นส่วนหนึ่งของดีออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์ ซึ่งเป็นโครงสร้างหลักของดีเอ็นเอ

2. ฐานไนโตรเจน

ดังที่เราได้กล่าวไปแล้วข้างต้น เพนโทสและเบสไนโตรเจนทำให้เกิดไรโบนิวคลีโอไซด์หรือดีออกซีไรโบนิวคลีโอไซด์ แต่เบสคืออะไร? เบสไนโตรเจนเป็นสารประกอบอินทรีย์แบบวัฏจักรที่มีอะตอมไนโตรเจนสองอะตอมขึ้นไป ในนั้น พบกุญแจสู่รหัสพันธุกรรม เนื่องจากพวกมันให้ชื่อเฉพาะกับนิวคลีโอไทด์แต่ละตัวที่พวกมันเป็นส่วนหนึ่ง. สารประกอบเฮเทอโรไซคลิกมี 3 ประเภท:

เบสไนโตรเจนจากพิวรีน: อะดีนีน (A) และกวานีน (G) ทั้งสองเป็นส่วนหนึ่งของ DNA และ RNA เบสไนโตรเจนในไพริมิดีน: ไซโตซีน (C), ไทมีน (T) และยูราซิล (U) ไทมีนมีเอกลักษณ์เฉพาะสำหรับ DNA ในขณะที่ uracil นั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะสำหรับ RNA

เบสไนโตรเจนไอโซโลซาซิน: ฟลาวิน (F). มันไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ DNA หรือ RNA แต่เติมเต็มกระบวนการอื่นๆ

ดังนั้น หากนิวคลีโอไทด์มีเบสไทมีน จะถูกเรียกโดยตรงว่า (T) เบสไนโตรเจนเป็นเบสที่ให้ชื่อตามลำดับที่เราเคยเห็นบนกระดานดำหรือวัสดุทางวิทยาศาสตร์ที่ให้ข้อมูลในบางช่วงของชีวิต ตัวอย่างเช่น, GATTACA เป็นตัวอย่างของลำดับดีเอ็นเอของนิวคลีโอไทด์ 7 ตัว ซึ่งแต่ละเบสมีชื่อเรียก.

• คุณอาจสนใจ: "กฎและถั่วทั้ง 3 ประการของเมนเดล: นี่คือสิ่งที่สอนเรา"

3. กลุ่มฟอสเฟต

เรามีนิวคลีโอไซด์ที่สมบูรณ์แล้ว เนื่องจากเราได้อธิบายเพนโทส ซึ่งเชื่อมโยงด้วยพันธะไกลโคซิดิกกับเบส A, G, C และ T ตัวใดตัวหนึ่ง ตอนนี้เราต้องการสารประกอบเพียงชนิดเดียวเพื่อให้มีนิวคลีโอไทด์อย่างครบถ้วน นั่นคือกลุ่มฟอสเฟต

หมู่ฟอสเฟตคือ polyatomic ion ประกอบด้วยอะตอมของฟอสฟอรัสกลาง (P) ล้อมรอบด้วยอะตอมออกซิเจนที่เหมือนกันสี่ตัวในการจัดเรียงแบบจัตุรมุข. การรวมกันของอะตอมเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับชีวิต เนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของนิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA แต่ยังรวมถึงอะตอมที่ขนส่งพลังงานเคมี (ATP)

นิวคลีโอไทด์: นิวคลีโอไซด์ (เบส + เพนโทส) + กลุ่มฟอสเฟต

ถอดรหัสชีวิตผ่านดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์

ข้อมูลทางเคมีทั้งหมดนี้ดีมาก แต่เราจะนำไปปฏิบัติได้อย่างไร ก่อนอื่นต้องคำนึงว่า ทุก ๆ สามการเข้ารหัสนิวคลีโอไทด์จะสร้างวลีที่แตกต่างกันเพื่อให้ข้อมูลเกี่ยวกับส่วนประกอบแต่ละอันที่ก่อให้เกิดโปรตีน. ลองมาดูตัวอย่าง:

• ATT: อะดีนีน ไทมีน และไทมีน
• ACT: อะดีนีน ไซโตซีน และไทมีน
• ATA: อะดีนีน ไทมีน และอะดีนีน

ลำดับนิวคลีโอไทด์ทั้งสามนี้เข้ารหัสในนิวเคลียส DNA ของเซลล์มีคำแนะนำสำหรับ ประกอบเป็นกรดอะมิโนไอโซลิวซีน ซึ่งเป็นหนึ่งใน 20 กรดอะมิโนที่ใช้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน การทำงาน. เราชี้แจงสิ่งต่อไปนี้: ไม่จำเป็นว่าทั้งสามลำดับนั้นจำเป็นต้องประกอบไอโซลิวซีน แต่ทั้งสามนั้นใช้แทนกันได้เพราะพวกมันทั้งหมดเป็นรหัสสำหรับกรดอะมิโนนี้ (ความซ้ำซ้อน)

ผ่านกระบวนการที่ไม่เกี่ยวกับเรามากเกินไปที่นี่ กลไกเซลลูลาร์ทำกระบวนการที่เรียกว่าการถอดรหัสโดยที่ DNA nucleotide triplets เหล่านี้ถูกแปลเป็น RNA. เนื่องจากไทมีนที่เป็นเบสไนโตรเจนไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของ RNA แต่ละตัว (T) จึงควรแทนที่ด้วย (U) ดังนั้นแฝดสามของนิวคลีโอไทด์เหล่านี้จะมีลักษณะดังนี้:

• AUU
• ACU
• วัว

ถ้าเซลล์ต้องการไอโซลิวซีน อาร์เอ็นเอที่ถ่ายทอดด้วยแฝดสามตัวใดตัวหนึ่ง (ปัจจุบันเรียกว่าโคดอน) จะเดินทางจากนิวเคลียสของเซลล์ไปยัง ไรโบโซมของไซโตซอลของมัน ซึ่งพวกมันจะได้รับคำสั่งให้รวมกรดอะมิโนไอโซลิวซีนเข้ากับโปรตีนที่ถูกสร้างขึ้นในขณะนั้น

ด้วยภาษาของนิวคลีโอไทด์ที่มีพื้นฐานจากฐานไนโตรเจน สามารถสร้างโคดอนได้ทั้งหมด 64 โคดอนซึ่งเป็นรหัสของกรดอะมิโน 20 ชนิดที่จำเป็นต่อการสร้างโปรตีนในสิ่งมีชีวิต ควรสังเกตว่า กรดอะมิโนแต่ละชนิดสามารถเข้ารหัสด้วย codon 2,3,4 หรือ 6 ตัว ยกเว้นในบางกรณีที่พบได้ยาก ในกรณีที่เราเคยเห็นไอโซลิวซีนมาก่อน ตัวอย่างเช่น การรวมนิวคลีโอไทด์ที่เป็นไปได้สามชุดนั้นถูกต้อง

โปรตีนโดยทั่วไปประกอบด้วยกรดอะมิโนระหว่าง 100 ถึง 300. ดังนั้น โปรตีนที่ประกอบด้วย 100 ตัวในการคำนวณ จะถูกเข้ารหัสด้วย 300 codons (แต่ละ triplet ของเบส ตอบสนองต่อกรดอะมิโน จำไว้) ซึ่งจะเป็นผลจากการแปลนิวคลีโอไทด์ของ DNA 300 ตัวที่มีอยู่ในจีโนมของ เซลล์

คำอธิบายสั้น ๆ

เราเข้าใจดีว่าคำอธิบายอย่างกะทันหันทั้งหมดนี้อาจทำให้เวียนหัวได้ แต่เรารับรองกับคุณว่า ตัวจำลองที่เรานำเสนอด้านล่าง หน้าที่ของ DNA นิวคลีโอไทด์จะชัดเจนสำหรับคุณมากกว่า น้ำ.

เราต้องเห็น DNA ภายในนิวเคลียสของเซลล์เป็นห้องสมุดขนาดใหญ่ที่เต็มไปด้วยหนังสือ. หนังสือแต่ละเล่มเป็นยีน ซึ่งประกอบด้วย (ในกรณีของมนุษย์) ประมาณ 150 ตัวอักษร ซึ่งเป็นนิวคลีโอไทด์ที่จัดเรียงไว้เพื่อจุดประสงค์เฉพาะ ดังนั้น ทุกๆ สามตัวอักษรของนิวคลีโอไทด์เหล่านี้จึงสร้างวลีสั้นๆ

บรรณารักษ์ที่ไม่รู้จักเหน็ดเหนื่อยในกรณีนี้ เอ็นไซม์ RNA polymerase ของเซลล์กำลังพยายามเปลี่ยนคำพูดของหนังสือเล่มหนึ่งให้เป็นวัสดุที่จับต้องได้. นี่จะทำหน้าที่ค้นหาหนังสือเล่มใดเล่มหนึ่ง วลีเฉพาะ และเนื่องจากคำนั้นไม่สามารถเริ่มได้ ของเพจ (DNA ไม่สามารถย้ายจากแกนกลางได้) มันจะคัดลอกข้อมูลที่เกี่ยวข้องไปยังรูปแบบของมันเอง สมุดบันทึก.

"วลีที่คัดลอก" ไม่มีอะไรมากไปกว่าดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์ที่แปลงเป็นอาร์เอ็นเอนิวคลีโอไทด์นั่นคือโคดอน เมื่อข้อมูลนี้ได้รับการถอดความแล้ว (การถอดความ) เครื่องก็พร้อมที่จะรวบรวมข้อมูลที่มีอยู่ในแต่ละคำตามลำดับ เหล่านี้คือไรโบโซม ตำแหน่งที่โปรตีนถูกสังเคราะห์จากลำดับของกรดอะมิโนในลำดับเฉพาะ ทางนั้นง่ายกว่าใช่ไหม

สรุป

ดังที่คุณอาจสังเกตเห็น การอธิบายกระบวนการที่ซับซ้อนซึ่งเข้ารหัสโดย DNA นั้นซับซ้อนเกือบพอๆ กับการทำความเข้าใจกระบวนการเหล่านี้ อย่างไรก็ตาม หากเราต้องการให้คุณมีแนวคิดที่เป็นรูปธรรมของกลุ่มบริษัทคำศัพท์ทั้งหมด ต่อไปนี้คือ: ลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่มีอยู่ใน DNA ของสิ่งมีชีวิตรหัสสำหรับการสังเคราะห์โปรตีนที่ถูกต้องซึ่งแปลเป็นกระบวนการเผาผลาญต่างๆ และในแต่ละส่วนของร่างกายที่กำหนดเรา เนื่องจากสิ่งเหล่านี้คิดเป็น 50% ของน้ำหนักแห้งของเนื้อเยื่อเกือบทุกชนิด

ดังนั้นการแสดงออกของ DNA (จีโนไทป์) ผ่านกลไกของเซลล์ทำให้เกิดลักษณะของเรา ภายนอก (ฟีโนไทป์) ลักษณะที่ทำให้เราเป็นเราทั้งรายบุคคลและ สายพันธุ์. บางครั้งคำอธิบายของปรากฏการณ์ใหญ่โตอยู่ที่ความเข้าใจในสิ่งเล็กๆ น้อยๆ

การอ้างอิงบรรณานุกรม:

• กรดนิวคลีอิก มหาวิทยาลัยวาเลนเซีย
• รหัสพันธุกรรม สถาบันวิจัยจีโนมมนุษย์แห่งชาติ (NIH)
• ฟอกซ์ เคลเลอร์, อี. วี และ. ล. ย. น. (2005). จากลำดับนิวคลีโอไทด์ไปจนถึงชีววิทยาของระบบ วิทยาศาสตร์, (077).
• สปัลวิเอรี, ส.ส. & โรเทนเบิร์ก R.G. (2004). ยาจีโนม: การประยุกต์ใช้ single nucleotide polymorphism และ DNA microarrays แพทยศาสตร์ (บัวโนสไอเรส), 64(6): pp. 533 - 542.