Structuur en eigenschappen
nucleïsch zuren zijn biomoleculen die in alle levende wezens op aarde voorkomen. Er wordt onderscheid gemaakt tussen ribonucleïnezuur (RNA, RNA, ribonucleïnezuur) en deoxyribonucleïnezuur (DNA, DNA, deoxyribonucleïnezuur). Nucleic zuren zijn polymeren die zijn samengesteld uit zogenaamde nucleotiden. Elke nucleotide bestaat uit de volgende drie eenheden:
- Suiker (koolhydraten, monosaccharide, pentose): ribose in RNA, 2'-deoxyribose in DNA.
- Anorganisch fosfaat (fosforzuurzoals ester).
- Organisch nucleïnezuur bases: Purinebasen: Adenine, guanine; pyrimidinebasen: Cytosine, Thymine (in DNA) en Uracil (in RNA).
Via fosfodiësterbinding, nucleïnezuur zuren vormen soms extreem lange, lineaire ketens. De ruggengraat is afwisselend samengesteld uit de fosfaat- en suikereenheden. Het verschil bases zijn gehecht aan de suikers. De strengen eindigen aan het 5′-uiteinde (fosfaat) en aan het 3′-uiteinde (hydroxylgroep) en hebben daarom één richting (5′3 ′ of vice versa). Nucleïnezuren worden gesynthetiseerd door polymerasen zoals DNA-polymerase (DNA) of RNA-polymerase (RNA). De verbinding van een suiker met een base wordt een nucleoside genoemd in afwezigheid van het fosfaat. Er wordt onderscheid gemaakt tussen ribonucleosiden en deoxyribonucleosiden. De base wordt bijvoorbeeld adenine genoemd, het nucleoside adenosine en het deoxynucleoside deoxyadenosine. Nucleotiden of gefosforyleerde nucleosiden hebben andere functies in het organisme, bijvoorbeeld als energiedragers (adenosine trifosfaat) of voor signaaltransductie (cyclisch guanosinemonofosfaat, cGMP).
Deoxyribonucleïnezuur (DNA).
Deoxyribonucleïnezuur (DNA) is meestal dubbelstrengs en heeft een dubbele helix- en antiparallelle structuur. Dit betekent dat de twee strengen in tegengestelde richting lopen. De volgende vier basen worden gevonden in DNA:
- Purines: adenine (A), guanine (G).
- Pyrimidinen: thymine (T), cytosine (C)
De bases van de twee strengen vormen de zogenaamde basenparen via waterstof obligaties. Ofwel tussen adenine en thymine (A = T) of tussen guanine en cytosine (G≡C).
Ribonucleïnezuur (RNA)
Ribonucleïnezuur (RNA) is, in tegenstelling tot DNA, meestal enkelstrengs en bevat uracil (U) in plaats van thymine. Verder is de suiker ribose in plaats van de 2`-deoxyribose in DNA. Deze twee suikers verschillen alleen in één hydroxygroep, die ontbreekt in de 2`-deoxyribose (deoxy = zonder zuurstof). RNA kan in de ruimte heel verschillende structuren aannemen. Er zijn verschillende typen met verschillende taken:
- Messenger RNA (mRNA): transcriptie.
- Ribosomaal RNA (rRNA): samen met eiwitten, een onderdeel van ribosomen.
- Transfer RNA (tRNA): eiwitsynthese.
In virussenRNA kan de functie van DNA overnemen als drager van genetische informatie, bijvoorbeeld in de invloed virussen or hepatitis C virussen. Dit worden RNA-virussen genoemd.
Genetische code, transcriptie en vertaling.
Drie opeenvolgende basen in elk DNA of mRNA (codon) coderen voor een aminozuur, de bouwstenen van eiwitten. Secties van DNA worden tijdens de transcriptie eerst getranscribeerd in mRNA (boodschapper-RNA). De formatie van eiwitten van mRNA op het ribosoom wordt vertaling genoemd.
Functie en belang
Nucleïnezuren zijn van fundamenteel belang als informatieopslag. DNA bevat de informatie die nodig is voor de vorming, ontwikkeling en homeostase van elk levend wezen. Dit is voornamelijk de volgorde van aminozuren in eiwitten. De sequentie tRNA en het rRNA wordt ook 'opgeslagen' in het DNA. De taken van ribonucleïnezuren (RNA) zijn breder. Net als DNA zijn ze informatiedragers, maar ze hebben ook structurele en katalytische functies en herkenningsfuncties. Nucleïnezuren laten zien dat levende organismen op aarde verwant zijn aan elkaar en afstammen van een gemeenschappelijke voorouder die meer dan 3.5 miljard jaar geleden bestond. Genetica geeft dus antwoord op fundamentele vragen over het leven.
Nucleïnezuren in farmaceutische producten (voorbeelden).
Nucleoside-analogen zoals aciclovir or penciclovir worden toegediend voor de behandeling van virale infecties. Het zijn derivaten van nucleosiden die leiden tot ketenbeëindiging na fosforylering en opname in viraal DNA omdat de suikergroep onvolledig is. Het zijn valse substraten die de DNA-replicatie verstoren, andere antivirale middelen drugs oefenen ook hun effecten uit op het nucleïnezuurniveau. Cytostatica of antimetabolieten hebben een vergelijkbare functie. Ze worden gebruikt voor kanker behandeling. Ze remmen de celdeling en leiden tot celdood van de kanker cellen. Er worden verschillende gentherapieën gebruikt om DNA-segmenten te wijzigen, bijvoorbeeld met de CRISPR-Cas9 methode. Dit wordt bijvoorbeeld gedaan om een mutatie te corrigeren die een ziekte veroorzaakt. Bij gentherapie kunnen nucleïnezuren ook worden geïntroduceerd in cellen die niet in het genoom zijn geïntegreerd. Ze bevinden zich buiten, maar worden ook gebruikt voor eiwitsynthese (bijv. Onasemnogen abeparvovec). Klein interfererend RNA (siRNA) zijn korte RNA-fragmenten die leiden tot de selectieve afbraak van complementair mRNA in het organisme. Op deze manier voorkomen ze specifiek genexpressie en de vorming van eiwitten. Verder veel drugs interactie met nucleïnezuren en invloed op genexpressie. Typische voorbeelden zijn de glucocorticoïden, oestrogenen, androgenen en retinoïden. Ze binden zich aan receptoren in de cel, die vervolgens aan het DNA binden en de eiwitsynthese beïnvloeden. Bovendien spelen nucleïnezuren een zeer belangrijke rol bij de diagnose, het ontdekken van geneesmiddelen en de productie van biologics (Bv insulines, antilichamen), naast andere toepassingen.
