Nukleīnskābes.
Nukleīnskābes ir polimēri, to monomēri ir nukleotīdi. Katrs nukleotīds sastāv no slāpekļa bāzes, pentozes un fosforskābes atlikuma.
Nukleotīds = N bāze + pentoze + fosfātgrupa
Nukleīnskābes ir 2 veidu – dezoksiribonukleīnskābe (DNS) un ribonukleīnskābes (RNS). To atšķirības nosaka dažādais ķīmiskais sastāvs.
Pentoze Slāpekļa bāzes Polinukleotīdu ķēžu skaits
DNS Dezoksiriboze Timīns, adenīns, citozīns, guanīns 2
RNS Riboze Uracils, adenīns, citozīns, guanīns 1
DNS ietilpst pentoze dezoksiriboze, tāpēc tās nukleotīdus sauc par dezoksiribonukleotīdiem. RNS ietilpst pentoze riboze, tāpēc tās nukleotīdus sauc par ribonukleotīdiem.
Nukleotīdi savā starpā veido ķīmiskas saites. Ar saitēm savienotu nukleotīdu virkni sauc par polinukleotīdķēdi. RNS ir veidota no 1 polinukleotīdķēdes, bet DNS no divām polinukleotīdķēdēm.
Nukleīnskābes veidojošās polinukleotīdķēdes ir ļoti garas, tāpēc arī nukleīnskābēm izšķir pirmējo, otrējo un trešējo struktūras. Gan DNS, gan RNS pirmējā struktūra ir polinukleotīdķēde.
Dezoksiribonukleīnskābe (DNS)
DNS ir vislielākā organiskā molekula šūnā. Tā atrodas kodolā, mitohondrijos un hloroplastos, baktēriju šūnām – brīvi citoplazmā.
DNS uzbūvi noskaidroja Kembridžas universitātes zinātnieki Frānsiss Kriks un Džeimss Vatsons 1953. gadā. Pēc 9 gadiem viņi par šo atklājumu saņēma Nobela prēmiju.
Abas DNS veidojošās polinukleotīdķēdes ir savienotas ar ūdeņraža saitēm. Ūdeņraža saites veidojas starp slāpekļa bāzēm, kuras atbilst viena otrai pēc formas. Tās ir adenīns un timīns, un citozīns un guanīns. Slāpekļa bāzes, kuras spēj savienoties ar ūdeņraža saitēm, sauc par komplementārajām (viena otrai atbilstošajām) bāzēm vai par komplementārajiem bāzu pāriem. (A un T, C un G). Pašu savienošanās principu sauc par komplementaritātes principu. Tāpēc A un T daudzumi DNS vienmēr ir vienādi, kā arī C un G daudzumi ir vienādi. Zinot vienas slāpekļa bāzes daudzumu DNS, ir iespējams aprēķināt pārējo slāpekļa bāzu daudzumu. (Ja A ir 33%, tad arī T ir 33%. C un G summāro daudzumu iegūstam atņemot no 100% – 66% = 34%. Gan C, gan G ir 22%).
DNS otrējā struktūra ir dubultspirāle, ko veido 2 polinukleotīdķēdes. DNS trešējā struktūra ir dezoksiribonukleoproteīds (DNP) – DNS apvienojums ar histoniem un citām OBV. Visu šūnas kodolā esošo DNS sauc par hromatīnu.
Šūnām daloties nepieciešams dubultot mātšūnā esošo DNS, lai tās pietiktu abām meitšūnām. Dubultošanas procesu sauc par replikāciju, tas vienmēr notiek pirms šūnas dalīšanās. Replikācija notiek pēc komplementaritātes principa, tāpēc tās rezultātā iegūst 2 identiskas DNS molekulas un pilnīgi saglabā mātšūnas DNS esošo informāciju. Replikāciju veic dažādi fermenti. Vispirms dubultspirāli atritina, tad abas polinukleotīdķēdes atdala, saraujot ūdeņraža saites starp tām, tad komplementāri abām atdalītajām ķēdēm ferments DNS polimerāze sintezē jaunas ķēdes no kodolā esošajiem nukleotīdiem.
DNS galvenā funkcija ir iedzimtības informācijas glabāšana. Cilvēka DNS satur 32000 – 36000 gēnu. Daļa no tiem kodē OBV uzbūvi (struktūrgēni), citi veic regulatoras funkcijas (regulatorie gēni), citi kodē RNS molekulas (RNS gēni). Tāpēc DNS daudzums šūnā nedrīkst mainīties.
Katrs struktūrgēns satur informāciju par aminoskābju secību 1 polipeptīdķēdē (1 olbaltumvielā, ja tās augstākā struktūra ir trešējā). 1 aminoskābi kodē 3 slāpekļa bāzu kombinācija, ko sauc par tripletu jeb kodonu. Katru aminoskābi kodē vairāki tripleti, lai samazinātu kļūdu daudzumu replikācijā un transkripcijā. Struktūrgēni atrodas secīgi viens aiz otra tāpēc nepieciešams norādīt, kur viens struktūrgēns beidzas, bet otrs sākas. Struktūrgēna sākumu norāda triplets, ko sauc par iniciatoru (startkodons), beigas – triplets, ko sauc par terminatoru (stopkodons). Startkodons kodē aminoskābi metionīnu, stopkodons nekodē neko.
Katram cilvēkam ir unikāla DNS nukleotīdu secība, kaut arī vairums gēnu ir vienādi. Radinieku nukleotīdu secības ir līdzīgas. DNS nukleotīdu secības noteikšanu (sekvenēšanu) izmanto, lai salīdzinātu dažādu cilvēku DNS. To izmanto paternitātes testos un kriminālistikā, identificējot noziedzniekus.
Ribonukleīnskābes (RNS)
Informācijas (matricu) RNS transporta RNS (t-RNS) ribosomālā RNS (r-RNS)
(i-RNS jeb m-RNS)
RNS ir 3 veidu: un Visām ir augstākās struktūras, tās ir dažādas formas. Visas RNS veidojas kodolā, fermenti RNS polimerāzes tās sintezē pēc DNS esošās informācijas, komplementāri vienai DNS ķēdei. Gēnus, kuri satur informāciju par RNS uzbūvi, sauc par RNS gēniem. RNS darbojas citoplazmā.
Katram RNS veidam ir savas funkcijas, bet visas kopā tās nodrošina OBV sintēzi pēc DNS atrodošās informācijas. I-RNS nokopē viena struktūrgēna informāciju no DNS (1 struktūrgēns satur informāciju par AS secību 1 polipeptīdķēdē) un nogādā to citoplazmā . T-RNS piegādā AS olbaltumvielu sintēzes vietai ( t-RNS ir dažādas, katram no 20 AS veidiem atbilstoša). R-RNS atrodas ribosomās – organoīdos, kas veido peptīdsaiti starp AS.
RNS daudzums šūnā mainās atkarībā no tā, cik intensīvi notiek OBV sintēze.
Adenozīntrifosforskābe (adenozīntrifosfāts) (ATF jeb ATP).
ATF ir nukleotīds, kas sastāv no adenīna, ribozes un 3 fosforskābes molekulu atlikumiem.
ATF = adenīns + riboze + fosfātgrupa + fosfātgrupa + fosfātgrupa
Saišu izveidošanai starp fosforskābes atlikumiem jāpatērē daudz enerģijas, tāpēc tās sauc par makroerģiskajām saitēm un šūnā izmanto kā enerģijas uzkrājējas. Atraujot no ATF vienu fosforskābes atlikumu, pārtrūkst 1 makroerģiskā saite(to veic ferments ATF-āze) un izdalās apmēram 40 kJ enerģijas , kuru šūna lieto dažādām vajadzībām. Iegūto savienojumu sauc par adenozīndifosforskābi (ADF jeb ADP).
ADF = adenīns + riboze + fosfātgrupa + fosfātgrupa
Atraujot no ADF vienu fosfātgrupu, izdalās vēl 40 kJ un paliek adenozīnmonofosforskābe (AMF jeb AMP).
AMF = adenīns + riboze + fosfātgrupa
Šķeļot organiskās vielas šūnā, piemēram glikozi, izdalās enerģija, kuru izmanto lai no AMF un ADF izveidotu ATF. ATF funkcija ir īslaicīgi uzkrāt no barības iegūto enerģiju.
ATF saišu enerģiju lieto šādiem procesiem:
Homeostāzes uzturēšanai
Organismam vajadzīgo vielu sintēzei (piemēram OBV)
Muskuļu kontrakcijām
Vielu transportam
Nervu impulsu vadīšanai
Šūnas bojājumu likvidēšanai.
Bioluminiscencei