El ácido nucleico es un compuesto macromolecular biológico compuesto por muchos nucleótidos. Es una de las sustancias más básicas de la vida. Los ácidos nucleicos están ampliamente presentes en todas las células y microorganismos animales y vegetales. Los ácidos nucleicos de los organismos a menudo se combinan con proteínas para formar nucleoproteínas. Los diferentes ácidos nucleicos tienen diferentes composiciones químicas y secuencias de nucleótidos. Según sus diferentes composiciones químicas, los ácidos nucleicos se pueden dividir en ácido ribonucleico (ARN) y ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN es la principal base material para almacenar, copiar y transmitir información genética. El ARN desempeña un papel importante en la síntesis de proteínas: el ácido ribonucleico de transferencia (ARNt) desempeña la función de transportar y transportar aminoácidos activos; el ARN mensajero, abreviado como ARNm, es la plantilla para la síntesis de proteínas. El ácido ribonucleico ribosómico, abreviado como ARNr, es el sitio principal donde las células sintetizan proteínas.
El ácido nucleico, al igual que las proteínas, también es una macromolécula biológica. La masa molecular relativa de los ácidos nucleicos es muy grande, normalmente de cientos de miles a millones. Una vez hidrolizado el ácido nucleico, se obtienen muchos nucleótidos. Los experimentos han demostrado que los nucleótidos son las unidades básicas de los ácidos nucleicos, es decir, los monómeros que forman las moléculas de ácido nucleico. Una molécula de nucleótido consta de una molécula de base nitrogenada, una molécula de pentasacárido y una molécula de fosfato. Los nucleótidos se pueden dividir en desoxinucleótidos y ribonucleótidos según los diferentes azúcares de cinco carbonos.
Tipos de ácidos nucleicos
Las macromoléculas de ácido nucleico se pueden dividir en dos categorías: ácido desoxirribonucleico (ADN) y ácido ribonucleico (ARN), que desempeñan un papel en el almacenamiento y la transmisión en el Replicación y síntesis de proteínas. El papel de la información genética. El ácido nucleico no es sólo el material genético básico, sino que también desempeña un papel importante en la biosíntesis de proteínas y, por lo tanto, desempeña un papel decisivo en una serie de fenómenos importantes de la vida, como el crecimiento, la herencia y la mutación.
Los nucleótidos (hé gā n suā n) son una clase de compuestos compuestos por bases purínicas o pirimidínicas, ribosa o desoxirribosa y fosfato. También llamados nucleótidos. Los azúcares pentosas y las bases orgánicas sintetizan nucleósidos, los nucleósidos y los fosfatos sintetizan nucleótidos y cuatro nucleótidos forman ácidos nucleicos. Los nucleótidos participan principalmente en la formación de ácidos nucleicos, y muchos nucleótidos individuales también tienen muchas funciones biológicas importantes, como el trifosfato de adenosina (ATP) y las coenzimas de deshidrogenación relacionadas con el metabolismo energético. Clase de compuestos compuestos de bases purínicas o pirimidínicas, ribosa o desoxirribosa y fosfato. También llamados nucleótidos. Los azúcares de cinco carbonos y las bases orgánicas sintetizan nucleósidos, los nucleósidos y fosfatos sintetizan nucleótidos y los cuatro nucleótidos forman ácidos nucleicos. Los nucleótidos participan principalmente en la formación de ácidos nucleicos, y muchos nucleótidos individuales también tienen muchas funciones biológicas importantes, como el trifosfato de adenosina (ATP) y las coenzimas de deshidrogenación relacionadas con el metabolismo energético. Algunos análogos de nucleótidos pueden interferir con el metabolismo de los nucleótidos y pueden usarse como medicamentos contra el cáncer. Dependiendo del azúcar, los nucleótidos se dividen en ribonucleótidos y desoxinucleótidos. Según las diferentes bases, existen nucleótidos de adenina (AMP), nucleótidos de guanina (GMP), nucleótidos de citosina (CMP), nucleótidos de uracilo (UMP) y nucleótidos de timina (TMP), nucleótidos de inosina (IMP). Los fosfatos en los nucleótidos se presentan en varias formas: una, dos y tres moléculas. Además, las moléculas de nucleótidos se pueden deshidratar y concentrar en nucleótidos cíclicos.
Los nucleótidos son las unidades estructurales básicas de los ácidos nucleicos. Los nucleótidos en el cuerpo humano son sintetizados principalmente por las propias células. Los nucleótidos están ampliamente distribuidos en el cuerpo. Las células existen principalmente en forma de 5'-nucleótidos. La concentración de ribonucleótidos en las células supera con creces la de desoxinucleótidos. El contenido de varios nucleótidos en diferentes tipos de células varía mucho, y el contenido de varios nucleótidos en la misma célula también varía, pero el número total de nucleótidos no cambia mucho.
El ADN (ácido desoxirribonucleico, abreviado como ácido desoxirribonucleico), también conocido como ácido desoxirribonucleico, es una molécula que puede formar instrucciones genéticas para guiar el desarrollo biológico y el funcionamiento de las funciones vitales. Su función principal es el almacenamiento de información a largo plazo y puede compararse con un "plan" o "receta". Contiene instrucciones necesarias para construir otros compuestos en las células, como proteínas y ARN. Los fragmentos de ADN que contienen información genética se llaman genes. Otras secuencias de ADN, algunas de las cuales funcionan directamente con su propia estructura, otras participan en la regulación de la expresión de la información genética.
El ácido desoxirribonucleico es un polímero de cadena larga cuyos componentes básicos se llaman nucleótidos, y las moléculas de azúcar y fosfato están conectadas mediante enlaces éster para formar su columna vertebral de cadena larga.
Cada molécula de azúcar está unida a una de las cuatro bases, que forman una secuencia a lo largo de la larga cadena de ADN que forma el código genético, que es la base de la secuencia de aminoácidos utilizada para sintetizar proteínas. El proceso de lectura de códigos se llama transcripción, que consiste en copiar una molécula de ácido nucleico llamada ARN basándose en la secuencia de ADN. La mayoría de los ARN transportan información para sintetizar proteínas, mientras que otros ARN tienen sus propias funciones especiales, como el ARNr, el ARNsn y el ARNip. En las células, el ADN se puede organizar en estructuras cromosómicas y el conjunto completo de cromosomas se denomina colectivamente genoma. Los cromosomas se copian antes de que las células se dividan, un proceso llamado replicación del ADN. Para los eucariotas, como los animales, las plantas y los hongos, los cromosomas se almacenan en el núcleo; para los procariotas, como las bacterias, se almacenan en el material nucleoide del citoplasma. Las proteínas de cromatina en los cromosomas, como las histonas, organizan y compactan el ADN y lo ayudan a interactuar con otras proteínas para regular la transcripción genética.
El ácido ribonucleico (abreviado como ARN) es el portador de información genética en las células biológicas y en algunos virus y viroides. El ARN es una molécula en cadena formada por la condensación de ribonucleótidos y enlaces fosfato. Las moléculas de ribonucleótidos están compuestas de fosfato, ribosa y bases. El ARN tiene cuatro bases principales, a saber, A adenina, G guanina, C citosina y U uracilo, donde U (uracilo) reemplaza a la T en el ADN.
Clasificación
El ácido ribonucleico
El ARN es una cadena única transcrita basándose en el principio de apareamiento de bases complementarias utilizando una cadena de ADN como plantilla. Su función principal es realizar la expresión de la información genética en proteínas y es un puente en el proceso de transmisión de la información genética. La función del ARNt es transportar los aminoácidos necesarios y utilizar el ARNm como plantilla para sintetizar proteínas. El ARN es una molécula en cadena formada por la condensación de ribonucleótidos y enlaces fosfato. Las moléculas de ribonucleótidos están compuestas de fosfato, ribosa y bases. El ARN tiene cuatro bases principales: A adenina, G guanina, C citosina y U uracilo. Entre ellos, el U-uracilo reemplazó a la T-timina en el ADN y se convirtió en la base característica del ARN.
Ácido ribonucleico mensajero
La función del ARNm es transcribir con precisión la información genética en ADN, y luego la secuencia de bases del ARNm determina la secuencia de aminoácidos de la proteína, completando así la proceso de expresión genética. El proceso de transmisión de información genética. En los eucariotas, el ARN precursor formado por transcripción contiene una gran cantidad de secuencias no codificantes, de las cuales sólo alrededor del 25% se procesa en ARNm y finalmente se traduce en proteína. Debido a que este ARNm precursor no procesado (pre-ARNm) varía mucho en tamaño molecular, a menudo se lo denomina ARN nuclear heterólogo (ARNH). Si el ARNm es el modelo para la síntesis de proteínas, entonces los ribosomas son las fábricas para la síntesis de proteínas. Sin embargo, las materias primas para la síntesis de proteínas de 20 aminoácidos carecen de afinidad específica por las bases del ARNm. Por lo tanto, se debe utilizar un tipo especial de ARN, el ARN de transferencia (ARNt), para transportar aminoácidos al ribosoma y poder conectar de forma precisa y secuencial los aminoácidos que transporta de acuerdo con el código genético del ARNm para formar una cadena polipeptídica. Cada aminoácido puede unirse a entre 1 y 4 ARNt y se conocen más de 40 ARNt.
ARNt
El ARNt es el ARN más pequeño, con un peso molecular medio aproximado de 27.000 (25.000-30.000) y compuesto por 70 a 90 nucleótidos. Y tiene las características de bases raras. A excepción de la pseudouridina y la hipoxantina, las bases raras son principalmente ARNt de purina y pirimidina metilados. Estas bases raras generalmente se crean mediante modificaciones especiales después de la transcripción.
Desde 1969, se han estudiado las estructuras de más de una docena de ARNt de levadura, E. coli, trigo, ratones y otros organismos, demostrando que sus secuencias de bases pueden plegarse en estructuras secundarias en forma de trébol. (Figura 3-23), y todos tienen las siguientes * * * propiedades: ① Hay G (principalmente) en el extremo 5' o c ② El extremo 3' termina en orden ACC. ③Hay un anillo rico en guanina. ④En la parte superior de este bucle hay un bucle de anticodones con tres bases expuestas, llamados anticodones. Los anticodones pueden emparejarse con codones complementarios en la cadena de ARNm. ⑤Hay un anillo de timina.
ARN ribosómico (ribosomal RNA)
El ARN (ARN ribosómico (rRNA)) es el componente principal de los ribosomas, son las fábricas que sintetizan las proteínas.
En E. coli, el ARNr representa entre el 75% y el 85% del ARN celular total, mientras que el ARNt representa el 15% y el ARNm sólo entre el 3% y el 5%. Generalmente, el ARNr se combina con proteínas ribosómicas para formar ribosomas. Si se elimina el ARNr del ribosoma, la estructura del ribosoma colapsa. Los ribosomas de los procariotas contienen tres tipos de ARNr: 5S, 16S y 23S. s es el coeficiente de sedimentación. Cuando la velocidad de sedimentación de una partícula se mide mediante ultracentrifugación, la velocidad es proporcional al tamaño y diámetro de la partícula. 5S contiene 120 nucleótidos, 16S contiene 1540 nucleótidos y 23S contiene 2900 nucleótidos. Hay cuatro tipos de ARNr en eucariotas. Sus tamaños moleculares son 5S, 5,8S, 18S y 28S, con aproximadamente 120, 160, 1900 y 4700 nucleótidos respectivamente. El ARNr es monocatenario y contiene cantidades variables de A y U, G y C, pero tiene extensas regiones bicatenarias. En la región de doble hebra, las bases están unidas por enlaces de hidrógeno y forman una hélice en forma de horquilla. La función del ARNr en la síntesis de proteínas no se comprende completamente. Sin embargo, hay una secuencia de nucleótidos en el extremo 3' de 16S que es complementaria a la secuencia líder del ARNm, lo que puede ayudar a la unión del ARNm a los ribosomas.
Mona (nombre femenino)
Los microARN (miARN) son un tipo de ARN endógeno no codificante que se encuentra en eucariotas con funciones reguladoras de miARN, con un tamaño de unos 20~25 nucleótidos. Los miARN maduros se producen a partir de transcripciones primarias largas después de una serie de procesos de escisión con nucleasas y luego se ensamblan en complejos silenciadores inducidos por ARN, que reconocen los ARNm diana a través del emparejamiento complementario de bases y guían los complejos silenciadores de acuerdo con diferentes grados de complementariedad. o inhibir la traducción del ARNm objetivo. Estudios recientes han demostrado que los miARN están involucrados en múltiples vías reguladoras, incluido el desarrollo, la defensa viral, los procesos hematopoyéticos, la formación de órganos, la proliferación y apoptosis celular, el metabolismo de las grasas, etc.
Además del ARN principal mencionado anteriormente, existen algunos otros ARN:
ARN pequeño
El ARN pequeño existe en el núcleo y el citoplasma de los eucariotas, varían de 100 a 300 bases de longitud (la más larga en levadura tiene aproximadamente 1000 bases). Muchas células pueden contener entre 105 y 106 moléculas de ARN y algunas no pueden detectarse directamente. Son sintetizados por la ARN polimerasa II o la ARN polimerasa III, y algunos de ellos pueden estar protegidos como ARNm. Hay dos tipos principales de ARN pequeños: snRNA (pequeño ARN nuclear), que existe en el núcleo; y scRNA (pequeño ARN citoplasmático), que existe en el citoplasma. Las pequeñas moléculas de ARN suelen formar complejos con proteínas y desempeñan un papel importante en las actividades vitales de las células.
①snRNA: snRNA (ácido ribonucleico nuclear pequeño). Es un componente importante del empalme de ARN en el procesamiento postranscripcional en eucariotas. En los mamíferos se encuentran cinco tipos de ARNsn, con una longitud de aproximadamente 100 a 215 nucleótidos. El ARNn siempre existe en el núcleo, formando un espliceosoma de ARN con aproximadamente 40 proteínas nucleares y desempeña un papel importante en el procesamiento postranscripcional del ARN. Algunos snRNP están estrechamente relacionados con el empalme y son complementarios de los sitios de empalme y las secuencias de rama donantes y aceptores, respectivamente.
Entre ellos, el snRNA situado en el nucléolo se denomina ARN nucleosomal pequeño, que interviene en el procesamiento de los precursores del rRNA y en el ensamblaje de las subunidades de los ribosomas.
② SCRNA: El SCRNA (pequeño ARN citoplásmico) se localiza principalmente en el citoplasma, tiene muchos tipos y participa en la síntesis y el transporte de proteínas. Las partículas SRP son partículas de ribonucleoproteína compuestas por un 7SRNA y seis proteínas. Su función principal es reconocer péptidos señal y guiar a los ribosomas hacia el retículo endoplásmico.
ARN terminasa
ARN (ácido ribonucleico telomérico, relacionado con la replicación de los extremos de los cromosomas. ARN terminasa
ARN antisentido
ARN ( El ARN antisentido participa en la regulación de la expresión genética.
Las moléculas de ARN anteriores son todas productos de la transcripción. El ARNm finalmente se traduce en proteína, mientras que el ARNr, el ARNt y el ARNsn no transportan información traducida a proteína. Sus productos finales son todos ARN.
Ribozimas
También existe un tipo especial de ARN (su clasificación no tiene nada que ver con la clasificación de ARN mencionada anteriormente): las ribozimas.
Se utilizan ribozimas. para describir catalítico El término para el ARN activo, que es químicamente ácido ribonucleico (ARN) que tiene la función catalítica de una enzima. Los sustratos de las ribozimas pueden ser moléculas diferentes y algunos sustratos son solo partes de la misma molécula de ARN. Las ribozimas tienen muchas funciones, algunas pueden escindir ARN, otras pueden escindir ADN y algunas tienen ARN ligasa, fosfatasa y otras actividades. En comparación con las proteasas, las ribozimas son enzimas catalíticas primitivas con menor eficiencia catalítica. La mayoría de las ribozimas participan en el proceso de autoescisión y procesamiento del ARN catalizando la hidrólisis de los enlaces fosfato y fosfodiéster, y también son específicas e incluso tienen valores de Km. Este descubrimiento fue hecho por los científicos que después de la escisión de la parte del ARN (MIRNA) que queda en E. coli, tiene actividad enzimática bajo altas concentraciones de iones de magnesio in vitro.
ARN no codificante
El ARN no codificante (ácido ribonucleico), un nuevo tipo de materia oscura en la vida, se llama "materia oscura" en la vida. Recientemente, el profesor Shan Ge de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China descubrió un nuevo tipo de ARN circular no codificante y reveló la función y el mecanismo de este tipo de ARN no codificante. Los resultados se publicaron en la revista de renombre internacional "Nature·Structure·Molecular Biology". El ARN no codificante es una gran clase de moléculas de ARN que no codifican proteínas pero desempeñan un papel regulador en las células. Así como hay muchas "materia oscura" y "energía oscura" que no se pueden ver ni sentir en el universo, también existe una "materia oscura" tan misteriosa (ARN no codificante) en el "pequeño universo" de la vida. Cada vez hay más pruebas de que la aparición y el desarrollo de una serie de enfermedades importantes están relacionados con el desequilibrio de la regulación del ARN no codificante. Las moléculas de ARN circulares sólo han atraído la atención de los investigadores en los últimos años, mientras que las investigaciones anteriores se centraban principalmente en moléculas de ARN lineales. Un nuevo tipo de ARN circular no codificante descubierto por el laboratorio del profesor Shan Ge se denomina ARN circular exón-intrón. En el artículo, también estudiaron por qué este nuevo tipo de ARN circular no codificante se convirtió en una molécula circular en lugar de lineal, y descubrieron que a menudo existen repeticiones complementarias en ambos extremos de la secuencia circular.