Nukleiinhapped

Nukleiinhapped koosnevad mitmest üksikust nukleotiidist, moodustades makromolekule, ning rakutuumades olevate geenide peamise komponendina on nad geneetilise teabe kandjad ja katalüüsivad paljusid biokeemilisi reaktsioone.

Mõlemad üksikud nukleotiidid koosnevad fosfaadist ja nukleobaasi komponendist, samuti pentoositsükli molekulist riboosist või desoksüboosist. Nukleiinhapete biokeemiline efektiivsus ei põhine ainult nende keemilisel koostisel, vaid ka nende sekundaarsel struktuuril, nende kolmemõõtmelisel paigutusel.

Mis on nukleiinhapped?

Nukleiinhapete ehitusplokid on üksikud nukleotiidid, millest igaüks koosneb fosfaatjäägist, monosahhariidist riboosist või desoksüboosist, mõlemas on 5 C-aatomit, mis on paigutatud ringis, ja ühest viiest võimalikust nukleobaasist. Viis võimalikku nukleobaasi on adeniin (A), guaniin (G), tsütosiin (C), tümiin (T) ja uratsiil (U).

Nukleotiidid, mis sisaldavad suhkrukomponendina desoksüriboosi, vooderdatakse, moodustades desoksüribonukleiinhappeid (DNA), ja nukleotiidid, milles suhkrukomponendina on riboos, ehitatakse ribonukleiinhapeteks (RNA). Uratsiil kui tuumapõhi toimub eranditult RNA-s. Uracil asendab seal tümiini, mida leidub ainult DNA-s. See tähendab, et DNA ja RNA struktuuriks on saadaval ainult 4 erinevat nukleotiidi.

Inglise keeles ja rahvusvahelises kasutuses, aga ka Saksa tehnilistes artiklites kasutatakse DNS-i asemel tavaliselt lühendeid DNA (desoksüribonukleiinhape) ja RNA asemel RNA (ribonukleiinhape). Lisaks looduslikult esinevatele nukleiinhapetele DNA või RNA kujul töötatakse keemias välja ka sünteetilisi nukleiinhappeid, mis katalüsaatorina võimaldavad teatud keemilisi protsesse.

Anatoomia ja struktuur

Nukleiinhapped koosnevad väga paljude nukleotiidide ahelast. Nukleotiid koosneb alati DNA korral rõngakujulisest monoksuhkrust desoksüboosist või RNA korral riboosist, samuti fosfaadijääkidest ja nukleobaasi osast. Riboos ja desoksüribroos erinevad ainult selle poolest, et desoksüboosi korral muundatakse OH-rühm redutseerimise teel, st elektroni lisamisega H-iooniks, muutes selle keemiliselt stabiilsemaks.

Lähtudes rõnga kujul olevast riboosist või desoksüriboosist, igas 5 süsinikuaatomit, on nukleobaasirühm N-glükosiidsideme kaudu ühendatud iga nukleotiidi jaoks sama süsinikuaatomiga. N-glükosiid tähendab, et suhkru vastav süsinikuaatom on ühendatud nukleobaasi NH2 rühmaga. Kui määrate glükosiidsidemega C-aatomi numbriga 1, siis - päripäeva vaadates - on nr 3 C-aatom ühendatud järgmise nukleotiidi fosfaadirühmaga fosfodiestersideme kaudu ja C-aatom nr-ga. 5 Esterdatud koos omaenda fosfaatrühmaga. Mõlemad nukleiinhapped, DNA ja RNA koosnevad kumbki puhastest nukleotiididest.

See tähendab, et DNA nukleotiidide kesksed suhkrumolekulid koosnevad alati desoksüboosist ja RNA molekulid koosnevad alati riboosist. Teatud nukleiinhappe nukleotiidid erinevad ainult 4 võimaliku nukleiinaluse järjekorras. DNA-d võib pidada õhukesteks ribadeks, mis on ümber keerutatud ja komplementaarselt komplekteeritud, nii et DNA on tavaliselt kahekordse spiraalina. Alusepaarid adeniin ja tümiin, samuti guaniin ja tsütosiin on alati üksteise vastas.

Funktsioon ja ülesanded

DNS-il ja RNS-il on erinevad ülesanded ja funktsioonid. Kuigi DNA ei võta ühtegi funktsionaalset ülesannet, sekkub RNA mitmesugustesse metaboolsetesse protsessidesse. DNA toimib igas rakus geneetilise teabe keskse säilitamiskohana. See sisaldab kogu organismi ehitusjuhiseid ja teeb need vajadusel kättesaadavaks.

Kõigi valkude struktuur salvestub DNA-s aminohapete järjestuste kujul. Praktilises rakenduses kopeeritakse DNA kodeeritud teave kõigepealt transkriptsiooni teel ja transleeritakse (transkribeeritakse) vastavasse aminohappejärjestusse. Kõiki neid vajalikke keerulisi tööfunktsioone täidavad spetsiaalsed ribonukleiinhapped. Seega võtab RNA ülesande moodustada rakutuumas sisalduvale DNA-le komplementaarsed üksikud ahelad ja transportida need ribosomaalse RNA-na läbi tuumapooride rakutuumast välja tsütoplasmasse ribosoomidesse, et koguda ja sünteesida teatud aminohapped ettenähtud valkudeks.

Oluline roll on tRNA-l (ülekande-RNA), mis koosneb suhteliselt lühikestest ahelatest, mis sisaldavad umbes 70 kuni 95 nukleotiidi. TRNA-l on ristikulaadne struktuur. Nende ülesanne on tarbida aminohappeid, mis on vastavalt DNA kodeerimisele, ja muuta need ribosoomide jaoks valkude sünteesiks kättesaadavaks. Mõned tRNA-d on spetsialiseerunud teatud aminohapetele, kuid teised tRNA-d vastutavad korraga mitme aminohappe eest.

Haigused

Rakkude jagunemisega seotud keerulised protsessid, s.o kromosoomide replikatsioon ja geneetilise koodi transleerimine aminohapete järjestusteks, võivad põhjustada mitmeid rikkeid, mis avalduvad laias võimalikus mõjus alates surmavast (mitteelujõulisest) kuni vaevumärgatavaks.

Harvadel erandjuhtudel võivad juhuslikud rikked viia ka inimese parema kohanemiseni keskkonnatingimustega ja vastavalt sellele positiivse mõjuga. DNA replikatsioon võib põhjustada üksikute geenide spontaanseid muutusi (mutatsioone) (geenimutatsioonid) või võib esineda viga rakkude kromosoomide jaotuses (genoomi mutatsioon). Genoomi mutatsiooni üldtuntud näide on trisoomia 21 - tuntud ka kui Downi sündroom.

Ebasoodsad keskkonnatingimused madala ensüümisisaldusega dieedi näol, püsivad stressirohked olukorrad, liigne ultraviolettkiirgusega kokkupuude hõlbustavad DNA kahjustusi, mis võib põhjustada immuunsussüsteemi nõrgenemist ja soodustada vähirakkude moodustumist. Samuti võivad toksilised ained kahjustada RNA mitmesuguseid funktsioone ja põhjustada märkimisväärseid kahjustusi.