Kwasy nukleinowe – budowa i znaczenie

Kwasy nukleinowe to związki wielkocząsteczkowe które występują we wszystkich żywych komórkach głównie w postaci nukleoprotein (białka złożonego). Odgrywają one zasadniczą rolę w przekazywaniu cech dziedzicznych i kierowaniu syntezą białek, czyli reakcji podczas której następuje łączenie się prostych substratów z których powstaje jeden bardziej złożony produkt główny.

Kwasy nukleinowe odkrył w roku 1869 szwed Friedrich Miescher. Znalazł je on w komórkach ropnych, w spermie ryb i w innym materiale biologicznym. Następnie opublikował w swojej pracy, że nukleina (odkryta substancja) wyróżnia się odpornością na działanie enzymów proteolitycznych (trawiących białka), rozpuszcza się w alkaliach (miał charakter kwasowy) oraz zawiera znaczne ilości fosforu. Późniejsze badania dowiodły, każda żywa komórka zawiera nukleoproteidy - substancje zbudowane z białek połączonych z kwasami nukleinowymi.

W organizmach żywych występują dwa rodzaje kwasów nukleinowych:
· kwas dezoksyrybonukleinowy (od ang. deoxyribonucleic acid – DNA) - którego składnikami są;
o cukier - dezoksyryboza
o zasady azotowe: adenina, cytozyna, guanina i tymina
o reszta kwasu fosforowego
· kwasy rybonukleinowe – (od ang. ribonucleic acid - RNA) których składnikami są:
o cukier - ryboza
o zasady azotowe: adenina, cytozyna, guanina i uracyl
o reszta kwasu fosforowego

Kwas DNA jest substancją, w której jest zapisana substancja genetyczna. Na terenie komórki występuje głównie w jądrze, ale również w chromosomach, chloroplastach i mitochondriach, natomiast kwas RNA znajduje się w cytoplazmie, rybosomach i w jąderku - bierze udział w „tłumaczeniu” informacji genetycznych na język białek.

Kwasy nukleinowe przypominają białka, chociaż pod względem chemicznym są od nich całkowicie różne. Podczas gdy szkieletem cząsteczki białka jest łańcuch poliamidowy (polipeptydowy), szkieletem cząsteczki kwasu nukleinowego jest łańcuch poliestrowy, nazywany łańcuchem polinukleotydowym.

Łańcuchy cząsteczek kwasów nukleinowych zbudowane są z elementów zwanych nukleotydami, zawierających 3, wyżej już wymienione składniki - kwas fosforowy, cukier (pentozę) oraz purynową lub pirymidynową zasadę (ogólny wzór budowy cząsteczki na końcu pracy). Łańcuchy powstają, gdy grupy fosforanowe jednego nukleotydu łączą się z cukrem drugiego nukleotydu i w ten sposób powstają długie nici kwasów nukleinowych. Nici te różnią się między sobą jedynie długością.

Podobnie jak w białkach, również i w kwasach nukleinowych wyróżniamy struktury;
· strukturę pierwszorzędową
· strukturę drugorzędową

Struktura pierwszorzędowa - podaje sekwencję nukleotydów w łańcuchu, natomiast struktura drugorzędowa - przestrzenne ukształtowanie cząsteczki.

Oba kwasy mogą występować pod postacią zarówno pojedynczej jak podwójnej nici, przy czym zazwyczaj DNA tworzy nić podwójną, a RNA pojedynczą.

Cząsteczka DNA zbudowana z dwóch nici, które łączą się ze sobą poprzez zasady azotowe nosi nazwę helisy. Cząsteczka ta wygląda jak spirala. Układ zasad w jednym łańcuchu warunkuje kolejność zasad w drugim i tę właściwość nazywamy komplementarnością zasad. Zachowanie odpowiedniej kolejności w przyłączaniu zasad ma podstawowe znaczenie przy replikacji DNA, czyli powstawaniu nowej jego cząsteczki. Podstawowe reguły budowania DNA:
- naprzeciw adeniny może znajdować się tylko tymina;
- naprzeciw guaniny może znajdować się tylko cytozyna.

Wszystkie procesy życiowe takie jak oddychanie, odżywianie, wydalanie potrzebne są komórkom nie po to aby mogły się odżywić, ale po to, by odżywić się mogło DNA i RNA. Tylko dzięki istnieniu tych substancji istnieje życie na Ziemi, bo to właśnie te substancje odpowiedzialne są za ciągły podział i rozwój komórek.

Dopiero dokładne poznanie budowy chemicznej kwasów nukleinowych pozwoli na kontrolowanie genów odpowiedzialnych za choroby genetyczne oraz zapobieganie ciężkich powikłań spowodowanych zaburzeniami w strukturze genomu.