Štruktúra a vlastnosti
nukleová kyseliny sú biomolekuly nachádzajúce sa vo všetkom živom na Zemi. Rozlišuje sa medzi ribonukleovou kyselinou (RNA, RNA, ribonukleová kyselina) a deoxyribonukleovou kyselinou (DNA, DNA, deoxyribonukleová kyselina). Nukleové kyseliny sú polyméry zložené z takzvaných nukleotidov. Každý nukleotid pozostáva z nasledujúcich troch jednotiek:
- Cukor (uhľohydrát, monosacharid, pentóza): ribóza v RNA, 2`-deoxyribóza v DNA.
- Anorganický fosfát (kyselina fosforečná, ako ester).
- Organická nukleová základy: Purínové bázy: adenín, guanín; pyrimidínové zásady: cytozín, tymín (v DNA) a uracil (v RNA).
Cez fosfodiesterovú väzbu, nukleová kyseliny niekedy tvoria extrémne dlhé lineárne reťazce. Chrbtová kosť je striedavo zložená z fosfátových a cukrových jednotiek. Iné základy sú pripojené k cukrom. Pramene končia na 5'-konci (fosfát) a na 3'-konci (hydroxylová skupina), a preto majú jeden smer (5'3 'alebo naopak). Nukleové kyseliny sa syntetizujú polymerázami, ako je DNA polymeráza (DNA) alebo RNA polymeráza (RNA). Zlúčenina cukru na báze sa v neprítomnosti fosfátu nazýva nukleozid. Rozlišuje sa medzi ribonukleozidmi a deoxyribonukleozidmi. Napríklad báza sa nazýva adenín, nukleozid adenozín a deoxynukleozid deoxyadenozín. Nukleotidy alebo fosforylované nukleozidy majú v organizme ďalšie funkcie, napríklad ako nosiče energie (adenozín trifosfát) alebo na prenos signálu (cyklický guanozínmonofosfát, cGMP).
Kyselina deoxyribonukleová (DNA).
Kyselina deoxyribonukleová (DNA) je zvyčajne dvojvláknová a má dvojitú špirálovú a antiparalelnú štruktúru. To znamená, že dva pramene prebiehajú opačným smerom. V DNA sa nachádzajú tieto štyri bázy:
- Puríny: adenín (A), guanín (G).
- Pyrimidíny: tymín (T), cytozín (C)
základy z dvoch vlákien tvoria takzvané bázové páry cez vodík dlhopisy. Buď medzi adenínom a tymínom (A = T) alebo medzi guanínom a cytozínom (G≡C).
Ribonukleová kyselina (RNA)
Ribonukleová kyselina (RNA) je na rozdiel od DNA obvykle jednovláknová a namiesto tymínu obsahuje uracil (U). Ďalej je to cukor ribóza namiesto 2`-deoxyribózy v DNA. Tieto dva cukry sa líšia iba jednou hydroxyskupinou, ktorá chýba v 2`-deoxyribóze (deoxy = bez kyslík). RNA môže vo vesmíre nadobúdať veľmi odlišné štruktúry. Existujú rôzne typy s rôznymi úlohami:
- Messenger RNA (mRNA): transkripcia.
- Ribozomálna RNA (rRNA): spolu s proteíny, súčasť ribozómy.
- Transfer RNA (tRNA): Syntéza proteínov.
In vírusyRNA môže prevziať funkciu DNA ako nosiča genetickej informácie, napríklad v DNA vplyv vírusy or zápal pečene C vírusy. Tieto sa označujú ako RNA vírusy.
Genetický kód, prepis a preklad.
Tri po sebe nasledujúce bázy v každej DNA alebo mRNA (kodóne) kódujú aminokyselinu, stavebnú jednotku pre proteíny. Úseky DNA sa počas transkripcie najskôr transkribujú do mRNA (mediátorová RNA). Tvorba proteíny z mRNA na ribozóme sa nazýva preklad.
Funkcia a dôležitosť
Nukleové kyseliny majú zásadný význam ako sklady informácií. DNA obsahuje informácie potrebné na formovanie, vývoj a homeostázu každého živého tvora. Toto je predovšetkým postupnosť aminokyseliny v bielkovinách. Sekvencia tRNA a rRNA sú tiež „uložené“ v DNA. Úlohy ribonukleových kyselín (RNA) sú širšie. Rovnako ako DNA sú to nosiče informácií, ale majú tiež štrukturálne a katalytické funkcie a rozpoznávacie funkcie. Nukleové kyseliny odhaľujú, že živé organizmy na Zemi navzájom súvisia a pochádzajú od spoločného predka, ktorý existoval pred viac ako 3.5 miliardami rokov. Genetika tak poskytuje odpovede na základné otázky o živote.
Nukleové kyseliny vo farmaceutických výrobkoch (príklady).
Nukleozidové analógy ako napr acyklovir or penciklovir sa podávajú na liečenie vírusových infekcií. Sú to deriváty nukleozidov, ktoré vedú k ukončeniu reťazca po fosforylácii a inkorporácii do vírusovej DNA, pretože cukrová časť je neúplná. Sú to falošné substráty, ktoré interferujú s replikáciou DNA. Iné antivírusové drogy tiež uplatňujú svoje účinky na úrovni nukleovej kyseliny. Cytostatika alebo antimetabolity majú podobnú funkciu. Používajú sa na rakovina terapia. Inhibujú bunkové delenie a vedú k bunkovej smrti organizmu rakovina bunky. Na modifikáciu segmentov DNA sa používajú rôzne génové terapeutiká, napríklad pomocou CRISPR-case.9 metóda. Robí sa to napríklad s cieľom napraviť mutáciu, ktorá spôsobuje ochorenie. V génovej terapii môžu byť nukleové kyseliny zavedené aj do buniek, ktoré nie sú integrované do genómu. Sú umiestnené vonku, ale tiež sa používajú na syntézu bielkovín (napr. Onasemnogen abeparvovec). Malá interferujúca RNA (siRNA) sú krátke fragmenty RNA, ktoré vedú k selektívnej degradácii komplementárnej mRNA v organizme. Týmto spôsobom špecificky zabraňujú génovej expresii a tvorbe proteínov. Ďalej veľa drogy interagujú s nukleovými kyselinami a ovplyvňujú génovú expresiu. Typickými príkladmi sú glukokortikoidy, estrogény, androgény a retinoidy. Viažu sa na receptory vo vnútri bunky, ktoré sa následne viažu na DNA a ovplyvňujú syntézu bielkovín. Okrem toho hrajú nukleové kyseliny veľmi dôležitú úlohu v diagnostike, objavovaní liekov a výrobe biologickými (Napr inzulíny, protilátky), okrem iných aplikácií.
