Struktuur ja omadused
Nukleiin happed on biomolekulid, mida leidub kõigis Maa elusolendites. Eristatakse ribonukleiinhapet (RNA, RNA, ribonukleiinhape) ja deoksüribonukleiinhapet (DNA, DNA, deoksüribonukleiinhape). Nukleiin happed on nn nukleotiididest koosnevad polümeerid. Iga nukleotiid koosneb kolmest järgmisest ühikust:
- Suhkur (süsivesikud, monosahhariid, pentoos): riboos RNA-s 2'-deoksüriboos DNA-s.
- Anorgaaniline fosfaat (fosforhappe, Kui ester).
- Orgaaniline nukleiinne alused: Puriinialused: adeniin, guaniin; pürimidiini alused: tsütosiin, tümiin (DNA-s) ja Uracil (RNA-s).
Nukleiinne fosfodiesteri sideme kaudu happed mõnikord moodustavad ülipikad, lineaarsed ahelad. Selgroog koosneb vaheldumisi fosfaadi- ja suhkruühikutest. Erinevat alused on suhkrute külge kinnitatud. Kiud lõpevad 5'-otsas (fosfaat) ja 3'-otsas (hüdroksüülrühm) ja seetõttu on neil üks suund (5'3 'või vastupidi). Nukleiinhapped sünteesitakse polümeraaside, näiteks DNA polümeraasi (DNA) või RNA polümeraasi (RNA) abil. Alusega suhkru ühendit nimetatakse fosfaadi puudumisel nukleosiidiks. Eristatakse ribonukleosiide ja deoksüribonukleosiide. Näiteks nimetatakse alust adeniiniks, nukleosiidiks adenosiin ja deoksünukleosiiddeoksüadenosiin. Nukleotiididel või fosforüülitud nukleosiididel on organismis muid funktsioone, näiteks energiakandjatena (adenosiin trifosfaat) või signaaliülekandeks (tsükliline guanosiinmonofosfaat, cGMP).
Deoksüribonukleiinhape (DNA).
Deoksüribonukleiinhape (DNA) on tavaliselt kaheahelaline ning sellel on kahekordne spiraalne ja antiparalleelne struktuur. See tähendab, et kaks suunda kulgevad vastupidises suunas. DNA-s on järgmised neli alust:
- Puriinid: adeniin (A), guaniin (G).
- Pürimidiinid: tümiin (T), tsütosiin (C)
. alused kahest ahelast moodustavad nn aluspaare via vesinik võlakirjad. Kas adeniini ja tümiini (A = T) või guaniini ja tsütosiini (G≡C) vahel.
Ribonukleiinhape (RNA)
Ribonukleiinhape (RNA) on erinevalt DNA-st tavaliselt üheahelaline ja sisaldab tümiini asemel uratsiili (U). Lisaks on suhkur riboos 2`-desoksüriboosi asemel DNA-s. Need kaks suhkrut erinevad ainult ühes hüdroksürühmas, mis puudub 2'-deoksüriboosil (deoksü = ilma hapnik). RNA võib kosmoses eeldada väga erinevaid struktuure. Erinevate ülesannetega on olemas erinevad tüübid:
- Messenger RNA (mRNA): transkriptsioon.
- Ribosomaalne RNA (rRNA): koos valgud, komponent ribosoomid.
- Transfer RNA (tRNA): valkude süntees.
In viirused, RNA võib üle võtta DNA funktsiooni geneetilise teabe kandjana, näiteks mõjutama viirused or hepatiidi C viirused. Neid nimetatakse RNA viirusteks.
Geneetiline kood, transkriptsioon ja tõlge.
Kolm järjestikust alust igas DNA-s või mRNA-s (koodon) kodeerivad aminohapet valgud. DNA lõigud transkribeeritakse kõigepealt transkriptsiooni käigus mRNA-ks (messenger RNA). Tekkimine valgud mRNA-st ribosoomis nimetatakse translatsiooniks.
Funktsioon ja tähtsus
Nukleiinhapetel on teabehoidlatena oluline roll. DNA sisaldab teavet, mis on vajalik iga elusolendi moodustamiseks, arenguks ja homöostaasiks. See on peamiselt aminohapped valkudes. Samuti järjestatakse tRNA ja rRNA järjestused DNA-sse. Ribonukleiinhapete (RNA) ülesanded on laiemad. Nagu DNA, on nad ka infokandjad, kuid neil on ka struktuursed ja katalüütilised ning äratundmisfunktsioonid. Nukleiinhapped paljastavad, et maa elus olevad organismid on omavahel suguluses ja pärinevad enam kui 3.5 miljardit aastat tagasi eksisteerinud ühiselt esivanemalt. Geneetika annab seega vastused eluküsimustele.
Nukleiinhapped farmaatsias (näited).
Nukleosiidi analoogid nagu atsükloviir or pentsükloviir manustatakse viirusnakkuste raviks. Need on nukleosiidide derivaadid, mis viivad pärast fosforüülimist ja viiruse DNA-sse lülitamist ahela lõppemiseni, kuna suhkrurühm on puudulik. Need on valesubstraadid, mis häirivad DNA replikatsiooni. Muud viirusevastased ravimid avaldavad oma mõju ka nukleiinhappetasemel. Tsütostaatikumid või antimetaboliitidel on sarnane funktsioon. Neid kasutatakse vähk teraapia. Need pärsivad rakkude jagunemist ja põhjustavad raku surma vähk rakke. DNA segmentide modifitseerimiseks kasutatakse näiteks geeniterapeutilisi ravimeid, näiteks CRISPR-case.9 meetod. Seda tehakse näiteks eesmärgiga korrigeerida haigust põhjustavat mutatsiooni. Geeniteraapias saab nukleiinhappeid sisestada ka rakkudesse, mis pole genoomi integreerunud. Need asuvad väljaspool, kuid neid kasutatakse ka valgusünteesiks (nt onasemnogen abeparvovec). Väike sekkuv RNA (siRNA) on lühikesed RNA fragmendid, mis viivad organismis komplementaarse mRNA selektiivse lagunemiseni. Sel moel takistavad nad spetsiifiliselt geeniekspressiooni ja valkude moodustumist. Lisaks paljud ravimid suhelda nukleiinhapetega ja mõjutada geeniekspressiooni. Tüüpilised näited on glükokortikoidid, östrogeenid, androgeenid ja retinoidid. Nad seonduvad raku sees olevate retseptoritega, mis seonduvad seejärel DNA-ga ja mõjutavad valgusünteesi. Lisaks on nukleiinhapetel diagnoosimisel, ravimite avastamisel ja nende tootmisel väga oluline roll bioloogia (nt insuliinid, antikehade) muude rakenduste hulgas.
