Back to the topics list

nukleinsäuren

Lernziele

In dieser Lektion werden wir lernen

1. Was ist eine Nukleinsäure?
2. Zwei Haupttypen von Nukleinsäuren - DNA und RNA
3. Struktur von Nukleinsäuren einschließlich stickstoffhaltiger Basen in DNA und RNA
4. Warum sind Nukleinsäuren wichtig?
5. Merkmale von DNA und RNA

Was ist eine Nukleinsäure?

Nukleinsäuren sind große Biomoleküle, die für die Kontinuität des Lebens von größter Bedeutung sind. Diese befinden sich im Zellkern und im Zytoplasma einer Zelle. Sie sind verantwortlich für die Kontrolle der wichtigen biosynthetischen Zellaktivitäten und tragen Erbinformationen von einer Generation zur anderen. Daher sind Nukleinsäuren Makromoleküle von größter Bedeutung.

Sie sind natürlich vorkommende chemische Verbindungen, die zu Phosphorsäure, Zuckern und einer Mischung organischer Basen (Purine und Pyrimidine) abgebaut werden können.

Sie sind den Chromosomen zugeordnet. Sie übermitteln unterschiedliche Informationen an das Zytoplasma.

Arten von Nukleinsäuren

Es gibt zwei Haupttypen von Nukleinsäuren – Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA).

DNA stellt das genetische Material in allen lebenden Organismen dar, von einzelligen Bakterien bis hin zu vielzelligen Säugetieren. Bei Eukaryoten kommt es im Zellkern und in den Chloroplasten und Mitochondrien vor. In Prokaryoten ist es nicht von einer membranösen Hülle umschlossen, sondern frei im Zytoplasma schwebend. Der gesamte genetische Inhalt einer Zelle wird als Genom bezeichnet, und die Untersuchung von Genomen ist Genomik.

Alle genetischen oder erblichen Informationen in einer Zelle sind in verschlüsselter Form in Molekülen gespeichert, die als DNA bekannt sind. Genetische oder erbliche Informationen beziehen sich auf alle Informationen, die notwendig sind, um einen neuen Organismus zu reproduzieren und zu erhalten. DNA wird repliziert und während der Zellteilung an die Tochterzellen verteilt. Daher werden Erbinformationen von einer Zelle zur anderen und von einer Generation eines Organismus zur anderen weitergegeben.

Die DNA ist der wichtigste genetische Informationsspeicher. Durch Transkription werden die Informationen in RNA- Moleküle übertragen. Der Prozess der Translation von RNA führt zur Synthese von Proteinen. RNA hilft beim Ausdruck dieser Informationen als spezifische Muster der Proteinsynthese. RNS ist das genetische Material bestimmter Viren, kommt aber auch in allen lebenden Zellen vor, wo es bei bestimmten Prozessen wie der Herstellung von Proteinen eine wichtige Rolle spielt.

In höheren Zellen findet sich DNA hauptsächlich im Zellkern als Teil der Chromosomen. Kleine Mengen an DNA finden sich im Zytoplasma in den Chloroplasten und Mitochondrien. RNA ist sowohl im Zytoplasma als auch im Zellkern vorhanden. RNA wird im Zellkern synthetisiert und die Proteinsynthese findet im Zytoplasma statt.

Struktur von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren bestehen aus Zucker (Pentose), Phosphorsäure und stickstoffhaltigen Basen (Pyrimidine und Purine). Ein Nukleinsäuremolekül hat ein lineares Polymer, in dem Nukleotide durch einen Phosphodiester oder eine Bindung miteinander verbunden sind.

Unten ist eine Illustration des DNA-Nukleotids:

Unten ist eine Illustration des RNA-Nukleotids:

Lassen Sie uns jede der drei Einheiten von Nukleinsäuren diskutieren:

Pentosezucker

Es gibt zwei grundlegende Arten von Zucker in Nukleinsäuren:

• Desoxyribose-Zucker in der DNA
• Ribosezucker in RNA

Der Unterschied zwischen den Zuckern in Gegenwart der Hydroxylgruppe am zweiten Kohlenstoff der Ribose und Wasserstoff am zweiten Kohlenstoff der Desoxyribose. Die Kohlenstoffatome des Zuckermoleküls sind mit 1', 2', 3', 4' und 5' nummeriert (1' wird als „ein Strich“ gelesen).

Phosphatgruppe

Diese sind mit dem Kohlenstoffatom Nummer 5 des Zuckermoleküls verbunden.

Stickstoffbase

Die stickstoffhaltigen Basen sind organische Moleküle und werden so genannt, weil sie Kohlenstoff und Stickstoff enthalten.

Stickstoffbasen sind – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) in einem DNA-Molekül und Uracil (U) in einem RNA-Molekül. Uracil findet sich nur in RNA statt Thymin in DNA. Jede Base ist mit dem Kohlenstoffatom Nummer 1 des Zuckermoleküls verbunden. Nukleinsäuren unterscheiden sich durch den Unterschied der sie bildenden stickstoffhaltigen Basen.

Adenin und Guanin werden als Purine klassifiziert. Die Primärstruktur eines Purins besteht aus zwei Kohlenstoff-Stickstoff-Ringen. Cytosin, Thymin und Uracil werden als Pyrimidine klassifiziert, die als Primärstruktur einen einzigen Kohlenstoff-Stickstoff-Ring aufweisen. An jeden dieser grundlegenden Kohlenstoff-Stickstoff-Ringe sind unterschiedliche funktionelle Gruppen gebunden.

Desoxyribonukleinsäure (DNA)

Dies bildet ungefähr 9% des Kerns. Chemisch besteht es aus drei Hauptkomponenten: Basen, Zucker und Phosphorsäure.

1. Phosphorsäure - Kann auch als Phosphat vorkommen. Dies bildet zusammen mit dem Zuckermolekül das Rückgrat des DNA-Moleküls. Es verbindet die Nukleotide, indem es die Desoxyribose (Pentosezucker) zweier benachbarter Nukleotide mit einer Esterphosphatgruppe verknüpft. Diese Bindungen verbinden Kohlenstoff 3' mit Kohlenstoff 5' im nächsten Nukleotid.
2. Pentosen - Es gibt zwei Arten; Ribose und Desoxyribose. Ribose kommt in RNA und Desoxyribose in DNA vor. RNA hat ein Sauerstoffatom mehr als DNA.
3. Basen - Es gibt zwei Arten; Purine und Pyrimidine. Purine sind durch zwei kondensierte Benzolringe gekennzeichnet. Sie können Guanin und Adenin sein. In RNA ist Thymin durch Uracil ersetzt. Pyrimidine sind durch einen einzigen Benzolring gekennzeichnet. Sie sind Cytosin und Thymin.

Ribonukleinsäure (RNA)

RNA kommt hauptsächlich im Nukleolus vor, aber in geringen Mengen auch auf Chromosomen. Kleine Mengen an RNA werden auch in Chloroplasten und Mitochondrien gefunden. RNA ist ein langkettiges Molekül, das aus sich wiederholenden Einheiten von Nukleotiden besteht. Ribose ist der Zuckerbestandteil der RNA und besteht aus den vier Basen Cytosin, Adenin, Guanin und Uracil.

Der Vorgang, bei dem die Kopie der DNA erstellt wird, wird als Transkription bezeichnet. Dies ist, wenn die Zelle eine Kopie (oder ein „Transkript“) der DNA erstellt. Die Kopie der DNA wird RNA genannt, weil sie eine andere Art von Nukleinsäure verwendet, die als Ribonukleinsäure bezeichnet wird. Die DNA, die eine Doppelhelix ist, wird in eine einzelne Helix – die RNA – transkribiert oder kopiert.

Als nächstes wird RNA in eine Sequenz von Aminosäuren umgewandelt (oder „übersetzt“), aus denen das Protein besteht. Der Übersetzungsprozess zur Herstellung des neuen Proteins aus den RNA-Anweisungen findet in einer komplexen Maschine in der Zelle statt, die als Ribosom bezeichnet wird.

Drei allgemeine Klassen von RNA-Molekülen sind an der Expression der Gene beteiligt, die in der DNA einer Zelle kodiert sind.

Boten-RNA (mRNA)-Moleküle tragen die codierenden Sequenzen für die Proteinsynthese und werden Transkripte genannt;

ribosomale RNA (rRNA)-Moleküle bilden den Kern der Ribosomen einer Zelle (die Strukturen, in denen die Proteinsynthese stattfindet),

Transfer-RNA (tRNA)-Moleküle transportieren während der Proteinsynthese Aminosäuren zu den Ribosomen.

In eukaryotischen Zellen hat jede RNA-Klasse ihre eigene Polymerase, während in prokaryotischen Zellen eine einzelne RNA-Polymerase die verschiedenen RNA-Klassen synthetisiert.

Bedeutung von Nukleinsäuren

Nukleinsäuren werden auf den Chromosomen im Zellkern getragen. Sie sind dafür verantwortlich, die genetischen Eigenschaften bei der Zellteilung von einer Generation zur nächsten weiterzugeben.

• Die DNA trägt die genetischen Informationen, die für die Schaffung der charakteristischen Merkmale des lebenden Organismus verantwortlich sind, und organisiert alle lebenswichtigen Aktivitäten der Zelle.
• Andererseits wird RNA von der Nukleinsäure-DNA transkribiert und in das Zytoplasma übertragen, um von der Zelle verwendet zu werden, um die Proteine zu synthetisieren, die für die Schaffung der genetischen Merkmale verantwortlich sind, und diejenigen, die für die Organisation der lebenswichtigen Aktivitäten verantwortlich sind.

Zusammenfassung: Merkmale von DNA und RNA

Zusammenfassung der Lektion

• Nukleinsäuren sind große Biomoleküle, die für zwei Dinge verantwortlich sind – die Steuerung der wichtigen biosynthetischen Zellaktivitäten und die Übertragung von Erbinformationen von einer Generation zur anderen.
• Zwei Haupttypen von Nukleinsäuren sind Desoxyribonukleinsäure (DNA) und Ribonukleinsäure (RNA).
• Drei Komponenten von Nukleinsäuren sind Zucker (Pentose), Phosphorsäure und stickstoffhaltige Basen (Pyrimidine und Purine).
• Es gibt zwei grundlegende Arten von Zucker in Nukleinsäuren: Desoxyribose-Zucker in DNA und Ribose-Zucker in RNA
• Stickstoffbasen sind – Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T) in einem DNA-Molekül und Uracil (U) in einem RNA-Molekül. Uracil findet sich nur in RNA statt Thymin in DNA.
• DNA besteht im Allgemeinen aus zwei Strängen, die durch Wasserstoffbrückenbindungen miteinander verbunden sind und eine Doppelhelixstruktur erzeugen.
• RNA ist fast identisch mit DNA, außer dass der Zucker eine zusätzliche OH-Gruppe hat und Uracil anstelle von Thymin verwendet wird.
• DNA stellt das genetische Material dar; RNA ist für die Proteinsynthese verantwortlich.