Keumuman
Asam nukleat adalah molekul biologis besar DNA dan RNA, keberadaan dan fungsinya yang tepat, di dalam sel hidup, sangat penting untuk kelangsungan hidup yang terakhir.
Asam nukleat generik berasal dari penyatuan, dalam rantai linier, dari sejumlah besar nukleotida.
Gambar: Molekul DNA.
Nukleotida adalah molekul kecil, di mana konstitusi tiga elemen berpartisipasi: gugus fosfat, basa nitrogen dan gula 5-karbon.
Asam nukleat sangat penting untuk kelangsungan hidup suatu organisme, karena mereka bekerja sama dalam sintesis protein, molekul penting untuk implementasi mekanisme seluler yang benar.
DNA dan RNA berbeda satu sama lain dalam beberapa hal.
Misalnya, DNA memiliki dua rantai nukleotida antiparalel dan memiliki deoksiribosa sebagai gula 5-karbon. RNA, di sisi lain, biasanya memiliki rantai tunggal nukleotida dan memiliki ribosa sebagai gula dengan 5 atom karbon.
Apa itu asam nukleat?
Asam nukleat adalah makromolekul biologis DNA dan RNA, yang keberadaannya, di dalam sel makhluk hidup, sangat penting untuk kelangsungan hidup dan perkembangan yang benar dari yang terakhir.
Menurut definisi lain, asam nukleat adalah biopolimer yang dihasilkan dari penyatuan, dalam rantai linier panjang, dari sejumlah besar nukleotida.
Biopolimer, atau polimer alami, adalah senyawa biologis besar yang terdiri dari unit molekul yang semuanya sama, yang disebut monomer.
ASAM NUKLIK: SIAPA YANG DIMILIKI?
Asam nukleat tidak hanya berada di dalam sel organisme eukariotik dan prokariotik, tetapi juga dalam bentuk kehidupan aseluler, seperti virus, dan dalam organel seluler, seperti mitokondria dan kloroplas.
Struktur umum
Berdasarkan definisi di atas, nukleotida adalah unit molekul yang membentuk asam nukleat DNA dan RNA.
Oleh karena itu, mereka akan mewakili topik utama bab ini, yang dikhususkan untuk struktur asam nukleat.
STRUKTUR NUKLEOTIDA GENERIK
Nukleotida generik adalah senyawa yang bersifat organik, hasil penyatuan tiga unsur:
- Gugus fosfat, yang merupakan turunan dari asam fosfat;
- Sebuah pentosa, yaitu gula dengan 5 atom karbon;
- Basa nitrogen, yang merupakan molekul heterosiklik aromatik.
Pentosa mewakili elemen pusat nukleotida, karena gugus fosfat dan basa nitrogen mengikatnya.
Gambar: Unsur-unsur yang membentuk nukleotida generik asam nukleat. Seperti dapat dilihat, gugus fosfat dan basa nitrogen berikatan dengan gula.
Ikatan kimia yang mengikat pentosa dan gugus fosfat bersama-sama adalah ikatan fosfodiester, sedangkan ikatan kimia yang mengikat pentosa dan basa nitrogen adalah ikatan N-glikosidik.
BAGAIMANA PENTOSE BERPARTISIPASI DALAM BERBAGAI LINK DENGAN ELEMEN LAIN?
Premis: ahli kimia telah memikirkan penomoran karbon yang membentuk molekul organik sedemikian rupa untuk menyederhanakan studi dan deskripsi mereka. Jadi, di sini 5 karbon dari pentosa menjadi: karbon 1, karbon 2, karbon 3, karbon 4 dan karbon 5.
Kriteria penetapan nomor cukup kompleks, oleh karena itu kami menganggapnya tepat untuk mengabaikan penjelasannya.
Dari 5 karbon yang membentuk pentosa nukleotida, yang terlibat dalam ikatan dengan basa nitrogen dan gugus fosfat berturut-turut adalah karbon 1 dan karbon 5.
- Karbon pentosa 1 → Ikatan N-glikosidik → basa nitrogen
- Karbon pentosa 5 → ikatan fosfodiester → gugus fosfat
JENIS IKATAN KIMIA YANG MENGIKAT NUKLEOTIDA ASAM NUKLAT?
Gambar: Struktur pentosa, penomoran karbon penyusunnya dan ikatan dengan basa nitrogen dan gugus fosfat.
Dalam menyusun asam nukleat, nukleotida mengatur diri menjadi rantai linier panjang, lebih dikenal sebagai filamen.
Setiap nukleotida yang membentuk untaian panjang ini berikatan dengan nukleotida berikutnya melalui ikatan fosfodiester antara karbon 3 pentosanya dan gugus fosfat dari nukleotida yang segera menyusul.
EKSTREMITAS
Untaian nukleotida (atau untai polinukleotida), yang membentuk asam nukleat, memiliki dua ujung, yang dikenal sebagai ujung 5 "(baca" lima prima") dan ujung 3 (baca "tiga prima"). Dengan konvensi, ahli biologi dan genetika telah menetapkan bahwa "ujung 5" mewakili kepala untai yang membentuk asam nukleat, sedangkan "ujung 3" mewakili ekornya.
Dari sudut pandang kimia, "ujung 5" asam nukleat bertepatan dengan gugus fosfat dari nukleotida pertama rantai, sedangkan "ujung 3" asam nukleat bertepatan dengan gugus hidroksil (OH) pada karbon 3 nukleotida terakhir.
Atas dasar organisasi inilah, dalam buku-buku tentang genetika dan biologi molekuler, untaian nukleotida asam nukleat dijelaskan sebagai berikut: P-5 "→ 3" -OH.
* Catatan: huruf P menunjukkan atom fosfor dari gugus fosfat.
Menerapkan konsep 5 "ujung dan 3" ujung ke nukleotida tunggal, "5 ujung" yang terakhir adalah gugus fosfat yang terikat pada karbon 5, sedangkan ujung 3 "nya adalah gugus hidroksil yang bergabung dengan karbon 3.
Dalam kedua kasus, s "mengundang pembaca untuk memperhatikan pengulangan numerik: ujung 5" - gugus fosfat pada karbon 5 dan ujung 3 "- gugus hidroksil pada karbon 3.
Fungsi umum
Asam nukleat mengandung, mengangkut, menguraikan, dan mengekspresikan informasi genetik dalam protein.
Terdiri dari asam amino, protein adalah makromolekul biologis, yang memainkan peran mendasar dalam mengatur mekanisme seluler organisme hidup.
Informasi genetik tergantung pada urutan nukleotida, yang membentuk untaian asam nukleat.
Petunjuk sejarah
Penghargaan untuk penemuan asam nukleat, yang terjadi pada tahun 1869, diberikan kepada dokter dan ahli biologi Swiss Friedrich Miescher.
Miescher membuat temuannya saat dia mempelajari inti sel leukosit, dengan maksud untuk lebih memahami komposisi internal mereka.
Eksperimen Miescher mewakili titik balik di bidang biologi molekuler dan genetika, karena mereka memulai serangkaian studi yang mengarah pada identifikasi struktur DNA (Watson dan Crick, pada tahun 1953) dan RNA, hingga pengetahuan tentang mekanisme pewarisan genetik dan identifikasi proses yang tepat dari sintesis protein.
ASAL NAMA
Asam nukleat memiliki nama ini, karena Miescher mengidentifikasinya di dalam inti leukosit (nukleus - nukleat) dan menemukan bahwa mereka mengandung gugus fosfat, turunan asam fosfat (turunan asam fosfat - asam).
DNA
Di antara asam nukleat yang diketahui, DNA adalah yang paling terkenal, karena mewakili gudang informasi genetik (atau gen) yang berfungsi untuk mengarahkan perkembangan dan pertumbuhan sel-sel organisme hidup.
Singkatan DNA berarti asam deoksiribonukleat atau asam deoksiribonukleat.
HELIX GANDA
Pada tahun 1953, untuk menjelaskan struktur "DNA asam nukleat, ahli biologi James Watson dan Francis Crick mengusulkan model - yang kemudian ternyata benar - dari apa yang disebut" heliks ganda ".
Menurut model "heliks ganda", DNA adalah molekul besar, yang dihasilkan dari penyatuan dua untai panjang nukleotida antiparalel dan digulung menjadi satu sama lain.
Istilah "antiparalel" menunjukkan bahwa dua filamen memiliki orientasi yang berlawanan, yaitu: kepala dan ekor dari satu filamen berinteraksi, masing-masing, dengan ekor dan kepala filamen lainnya.
Menurut poin penting lain dari model "heliks ganda", nukleotida asam nukleat DNA memiliki susunan sedemikian rupa sehingga basa nitrogen berorientasi pada sumbu pusat setiap spiral, sedangkan gugus pentosa dan fosfat membentuk perancah. yang terakhir.
APA ITU PENTOSA DNA?
Pentosa yang membentuk nukleotida asam nukleat DNA adalah deoksiribosa.
Gula 5-karbon ini mendapatkan namanya karena kurangnya oksigen pada karbon 2. Bagaimanapun, deoksiribosa berarti "bebas oksigen".
Gambar: deoksiribosa.
Karena adanya deoksiribosa, nukleotida asam nukleat DNA disebut deoksiribonukleotida.
JENIS NUKLEOTIDA DAN DASAR NITROGEN
Asam nukleat DNA memiliki 4 jenis deoksiribonukleotida yang berbeda.
Untuk membedakan 4 jenis deoksiribonukleotida hanya basa nitrogen, terkait dengan pembentukan gugus pentosa-fosfat (yang tidak seperti basa nitrogen tidak pernah bervariasi).
Untuk alasan yang jelas, oleh karena itu, basa nitrogen DNA adalah 4, khususnya: adenin (A), guanin (G), sitosin (C) dan timin (T).
Adenin dan guanin termasuk dalam golongan purin, senyawa heterosiklik aromatik cincin ganda.
Sitosin dan timin, di sisi lain, termasuk dalam kategori pirimidin, senyawa heterosiklik aromatik cincin tunggal.
Dengan model "heliks ganda", Watson dan Crick juga menjelaskan organisasi basa nitrogen di dalam DNA:
- Setiap basa nitrogen dari filamen bergabung, melalui ikatan hidrogen, basa nitrogen yang ada pada filamen antiparalel, secara efektif membentuk pasangan, pasangan, basa.
- Pasangan antara basa nitrogen dari dua filamen sangat spesifik.Pada kenyataannya, adenin hanya mengikat timin, sedangkan sitosin hanya mengikat guanin.
Penemuan penting ini mendorong ahli biologi molekuler dan ahli genetika untuk menciptakan istilah "saling melengkapi antara basa nitrogen" dan "pasangan komplementer antara basa nitrogen", untuk menunjukkan keunikan pengikatan adenin dengan timin dan sitosin dengan guanin. .
DI MANA ADANYA DI DALAM SEL HIDUP?
Dalam organisme eukariotik (hewan, tumbuhan, jamur dan protista), asam nukleat DNA berada di dalam inti semua sel yang memiliki struktur seluler ini.
Pada organisme prokariotik (bakteri dan archaea), bagaimanapun, asam nukleat DNA berada di sitoplasma, karena sel prokariotik tidak memiliki nukleus.
RNA
Di antara dua asam nukleat yang ada di alam, RNA mewakili makromolekul biologis yang menerjemahkan nukleotida DNA menjadi asam amino penyusun protein (proses sintesis protein).
Faktanya, RNA asam nukleat sebanding dengan kamus informasi genetik, yang dilaporkan pada DNA asam nukleat.
Akronim RNA berarti asam ribonukleat.
PERBEDAAN YANG MEMBEDAKANNYA DENGAN DNA
RNA asam nukleat memiliki beberapa perbedaan dibandingkan dengan DNA:
- RNA adalah molekul biologis yang lebih kecil dari DNA, biasanya terdiri dari satu untai nukleotida.
- Pentosa yang membentuk nukleotida asam ribonukleat adalah ribosa.Tidak seperti deoksiribosa, ribosa memiliki atom oksigen pada karbon 2.
Hal ini karena adanya gula ribosa yang ahli biologi dan ahli kimia telah menetapkan nama asam ribonukleat untuk RNA. - Nukleotida RNA juga dikenal sebagai ribonukleotida.
- RNA asam nukleat hanya berbagi 3 dari 4 basa nitrogen dengan DNA.Bahkan, bukannya timin, ia memiliki basa nitrogen urasil.
- RNA dapat berada di berbagai kompartemen sel, dari nukleus hingga sitoplasma.
JENIS RNA
Gambar: ribosa.
Di dalam sel hidup, RNA asam nukleat ada dalam empat bentuk utama: RNA transpor (atau transfer RNA atau tRNA), messenger RNA (atau RNA utusan atau mRNA), RNA ribosom (atau RNA ribosom atau rRNA) dan RNA nuklir kecil (o RNA nuklir kecil atau snRNA).
Meskipun mereka memainkan peran spesifik yang berbeda, keempat bentuk RNA yang disebutkan di atas bekerja sama untuk tujuan yang sama: sintesis protein, mulai dari urutan nukleotida yang ada dalam DNA.
Model buatan
Dalam beberapa dekade terakhir, ahli biologi molekuler telah mensintesis, di laboratorium, beberapa asam nukleat, yang diidentifikasi dengan kata sifat "buatan".
Di antara asam nukleat buatan layak disebutkan secara khusus: TNA, PNA, LNA dan GNA.
