Nukleinsäuren sind biologische Moleküle, die für das Leben notwendig sind, und schließen DNA (deoxyribonucleic Säure) und RNS (Ribonukleinsäure) ein. Zusammen mit Proteinen setzen Nukleinsäuren die wichtigsten Makromoleküle zusammen; jeder wird in Hülle und Fülle in allen Wesen gefunden, wo sie in der Verschlüsselung, dem Übertragen und dem Ausdrücken genetischer Information fungieren.

Nukleinsäuren wurden von Friedrich Miescher 1869 entdeckt. Experimentelle Studien von Nukleinsäuren setzen einen Hauptteil der modernen biologischen und medizinischen Forschung ein, und bilden ein Fundament für das Genom und die Gerichtsmedizin, sowie die Biotechnologie und die pharmazeutischen Industrien.

Ereignis und Nomenklatur

Der Begriff Nukleinsäure ist der gesamte Name für die DNA und RNS, Mitglieder einer Familie von biopolymers, und ist mit polynucleotide synonymisch. Nukleinsäuren wurden für ihre anfängliche Entdeckung innerhalb des Kerns, und für die Anwesenheit von Phosphatgruppen (verbunden mit phosphoriger Säure) genannt. Obwohl zuerst entdeckt innerhalb des Kerns von eukaryotic Zellen, wie man jetzt bekannt, Nukleinsäuren in allen Lebensformen, einschließlich innerhalb von Bakterien, archaea, mitochondria, Chloroplasten, Viren und viroids gefunden werden. Alle lebenden Zellen und organelles enthalten sowohl DNA als auch RNS, während Viren entweder DNA oder RNS, aber gewöhnlich nicht beide enthalten.

Der grundlegende Bestandteil von biologischen Nukleinsäuren ist die nucleotide, von denen jeder einen pentose Zucker (ribose oder deoxyribose), eine Phosphatgruppe und ein nucleobase enthält.

Nukleinsäuren werden auch innerhalb des Laboratoriums, durch den Gebrauch von Enzymen (DNA und RNS polymerases) und durch die fest-phasige chemische Synthese erzeugt. Die chemischen Methoden ermöglichen auch die Generation von veränderten Nukleinsäuren, die in der Natur, zum Beispiel peptide Nukleinsäuren nicht gefunden werden.

Molekulare Zusammensetzung und Größe

Nukleinsäuren können sich in der Größe ändern, aber sind allgemein sehr große Moleküle. Tatsächlich sind DNA-Moleküle wahrscheinlich die größten individuellen bekannten Moleküle. Die gut studierte biologische Nukleinsäure-Molekül-Reihe in der Größe von 21 nucleotides (kleine Stör-RNS) zu großen Chromosomen (ist menschliches Chromosom 1 ein einzelnes Molekül, das 247 Millionen Grundpaare enthält).

In den meisten Fällen werden natürlich vorkommende DNA-Moleküle doppelt gestrandet, und RNS-Moleküle werden einzeln gestrandet. Es gibt zahlreiche Ausnahmen jedoch — einige Viren ließen Genome der doppelt gestrandeten RNS machen, und andere Viren haben DNA-Genome, und in einigen Verhältnissen einzeln stranden lassen, Nukleinsäure-Strukturen mit drei oder vier Ufern können sich formen.

Nukleinsäuren sind geradlinige Polymer (Ketten) von nucleotides. Jeder nucleotide besteht aus drei Bestandteilen: Ein purine oder pyrimidine nucleobase (hat manchmal stickstoffhaltige Basis genannt oder stützen einfach), ein pentose Zucker und eine Phosphatgruppe. Der Unterbau, der aus einem nucleobase plus Zucker besteht, wird ein nucleoside genannt. Nukleinsäure-Typen unterscheiden sich in der Struktur des Zuckers in ihrem nucleotides - DNA enthält 2 '-deoxyribose, während RNS ribose enthält (wo der einzige Unterschied die Anwesenheit einer hydroxyl Gruppe ist). Außerdem sind die in den zwei Nukleinsäure-Typen gefundenen nucleobases verschieden: Adenin, cytosine, und guanine werden sowohl in der RNS als auch in DNA gefunden, während thymine in der DNA vorkommt und uracil in der RNS vorkommt.

Der Zucker und die Phosphate in Nukleinsäuren werden mit einander in einer Wechselkette (Zuckerphosphat-Rückgrat) durch phosphodiester Verbindungen verbunden. In der herkömmlichen Nomenklatur ist der Kohlenstoff, dem die Phosphatgruppen anhaften, das 3 '-Ende und der 5 '-Endkohlenstoff des Zuckers. Das gibt Nukleinsäuren directionality, und die Enden von Nukleinsäure-Molekülen werden 5 '-Ende und 3 '-Ende genannt. Die nucleobases werden mit dem Zucker über eine N-glycosidic Verbindung angeschlossen, die mit einem Nucleobase-Ringstickstoff (n-1 für pyrimidines und n-9 für purines) und der 1' Kohlenstoff des pentose Zuckerrings verbunden ist.

Umgangssprachliche nucleosides werden auch sowohl in der RNS als auch in DNA gefunden und entstehen gewöhnlich aus der Modifizierung des Standards nucleosides innerhalb des DNA-Moleküls oder der primären (anfänglichen) RNS-Abschrift. Übertragungs-RNS (tRNA) Moleküle enthält eine besonders hohe Zahl von modifiziertem nucleosides.

Topologie

Doppelt gestrandete Nukleinsäuren werden aus Ergänzungsfolgen zusammengesetzt, auf die umfassende Watson-Muskelkrampf-Grundpaarung auf eine hoch wiederholte und ziemlich gleichförmige doppelt-spiralenförmige dreidimensionale Struktur hinausläuft. Im Gegensatz werden einzeln gestrandete RNS und DNA-Moleküle zu einer regelmäßigen doppelten Spirale nicht beschränkt, und können hoch komplizierte dreidimensionale Strukturen annehmen, die auf dem kurzen Strecken von intramolekularen mit der Basis paarweise angeordneten Folgen basieren, die sowohl Watson-Muskelkrampf als auch nichtkanonische Grundpaare, sowie eine breite Reihe von komplizierten tertiären Wechselwirkungen einschließen.

Nukleinsäure-Moleküle sind gewöhnlich unverzweigt, und können als geradlinige und kreisförmige Moleküle vorkommen. Zum Beispiel sind Bakterienchromosomen, plasmids, mitochondrial DNA und Chloroplast-DNA gewöhnlich kreisförmige doppelt gestrandete DNA-Moleküle, während Chromosomen des eukaryotic Kerns gewöhnlich geradlinige doppelt gestrandete DNA-Moleküle sind. Die meisten RNS-Moleküle sind geradlinige, einzeln gestrandete Moleküle, aber sowohl kreisförmige als auch verzweigte Moleküle können sich aus RNS-Verstärken-Reaktionen ergeben.

Nukleinsäure-Folgen

Ein DNA- oder RNS-Molekül unterscheidet sich von einem anderen in erster Linie in der Folge von nucleotides. Folgen von Nucleotide sind in der Biologie von großer Bedeutung, da sie die äußersten Instruktionen tragen, die alle biologischen Moleküle, molekulare Bauteile, Subzell- und Zellstrukturen, Organe und Organismen verschlüsseln, und direkt Erkennen, Gedächtnis und Verhalten ermöglichen (Sieh: Genetik). Enorme Anstrengungen sind in die Entwicklung von experimentellen Methoden eingetreten, die nucleotide Folge der biologischen DNA und RNS-Moleküle zu bestimmen, und heute sind Hunderte von Millionen von nucleotides sequenced täglich an Genom-Zentren und kleineren Laboratorien weltweit.

Typen von Nukleinsäuren

Säure von Deoxyribonucleic

Säure von Deoxyribonucleic ist eine Nukleinsäure, die die genetischen Instruktionen enthält, die in der Entwicklung und Wirkung aller bekannten lebenden Organismen verwendet sind. Die Hauptrolle von DNA-Molekülen ist die langfristige Lagerung der Information, und DNA ist häufig im Vergleich zu einer Reihe von Entwürfen, da es die Instruktionen enthält, musste andere Bestandteile von Zellen, wie Proteine und RNS-Moleküle bauen. Die DNA-Segmente, die diese genetische Information tragen, werden Gene genannt, aber andere DNA-Folgen haben Strukturzwecke, oder werden an der Regulierung des Gebrauches dieser genetischen Information beteiligt.

Ribonukleinsäure

Ribonukleinsäure (RNS) fungiert im Umwandeln genetischer Information von Genen in die Aminosäure-Folgen von Proteinen. Die drei universalen Typen der RNS schließen Übertragungs-RNS (tRNA), Bote-RNS (mRNA) und ribosomal RNS (rRNA) ein. Bote-RNS handelt, um genetische Folge-Information zwischen DNA und ribosomes zu tragen, Protein-Synthese leitend. Ribosomal RNS ist ein Hauptbestandteil des ribosome, und katalysiert peptide Band-Bildung. Übertragungs-RNS dient als das Transportunternehmen-Molekül für Aminosäuren, die in der Protein-Synthese zu verwenden sind, und ist dafür verantwortlich, den mRNA zu decodieren. Außerdem sind viele andere Klassen der RNS jetzt bekannt.

Künstliche Nukleinsäure-Analoga

Künstliche Nukleinsäure-Analoga sind entworfen und von Chemikern synthetisiert worden, und schließen peptide Nukleinsäure, morpholino-ein und haben Nukleinsäure, sowie Glykol-Nukleinsäure und threose Nukleinsäure geschlossen. Jeder von diesen ist von der natürlich vorkommenden DNA oder RNS durch Änderungen zum Rückgrat des Moleküls bemerkenswert.

Siehe auch

• Geschichte der Biochemie
• Geschichte der molekularen Biologie
• Geschichte der RNS-Biologie
• Nukleinsäure-Simulationen
• Molekulare Biologie
• Nukleinsäure-Struktur
• Nukleinsäure-Methoden
• Nukleinsäure-Thermodynamik
• Synthese von Oligonucleotide
• Quantifizierung von Nukleinsäuren

Weiterführende Literatur

• Wolfram Saenger, Grundsätze der Nukleinsäure-Struktur, 1984, Springer-Verlag New York Inc.
• Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts und Peter Walter Molecular Biology der Zelle, 2007, internationale Standardbuchnummer 978-0-8153-4105-5. Die vierte Ausgabe ist online durch das NCBI Bücherregal verfügbar: Verbindung
• Jeremy M Berg, John L Tymoczko und Lubert Stryer, Biochemie 5. Ausgabe, 2002, W H Freeman. Verfügbar online durch das NCBI Bücherregal: Verbindung

Links

• Interview mit Aaron Klug, der Hofdichter von Nobel für die Strukturerläuterung biologisch wichtiger Nukleinsäure-Protein-Komplexe durch das Wissenschaftsvertrauen von Vega zur Verfügung gestellt.
• Nukleinsäure-Forschung (Zeitschrift)
• Nukleinsäure-Buch (bestellen gratis online auf der Chemie und Biologie von Nukleinsäuren vor)