Nucleïnezuren zijn samengesteld uit een reeks individuele nucleotiden om macromoleculen te vormen en, als hoofdbestanddeel van de genen in de celkernen, de dragers van genetische informatie, en ze katalyseren veel biochemische reacties.
De afzonderlijke nucleotiden bestaan elk uit een fosfaat- en een nucleobasecomponent, evenals het pentose-ringmolecuul ribose of deoxyribose. De biochemische effectiviteit van nucleïnezuren is niet alleen gebaseerd op hun chemische samenstelling, maar ook op hun secundaire structuur, op hun driedimensionale ordening.
Wat zijn nucleïnezuren?
De bouwstenen van nucleïnezuren zijn individuele nucleotiden, elk samengesteld uit een fosfaatresidu, de monosaccharide ribose of deoxyribose, elk met 5 C-atomen gerangschikt in een ring en een van de vijf mogelijke nucleobasen. De vijf mogelijke nucleobasen zijn adenine (A), guanine (G), cytosine (C), thymine (T) en uracil (U).
Nucleotiden die deoxyribose als suikercomponent bevatten, worden aan elkaar geregen tot desoxyribonucleïnezuren (DNA) en nucleotiden met ribose als suikercomponent worden opgebouwd tot ribonucleïnezuren (RNA). Uracil komt als nucleïnezuur uitsluitend voor in het RNA. Uracil vervangt daar thymine, dat alleen in het DNA wordt aangetroffen. Dit betekent dat er slechts 4 verschillende nucleotiden beschikbaar zijn voor de structuur van het DNA en het RNA.
In Engels en internationaal gebruik, evenals in Duitse technische artikelen, worden de afkortingen DNA (desoxyribonucleïnezuur) meestal gebruikt in plaats van DNS en RNA (ribonucleïnezuur) in plaats van RNA. Naast de natuurlijk voorkomende nucleïnezuren in de vorm van DNA of RNA, worden in de chemie synthetische nucleïnezuren ontwikkeld die als katalysatoren bepaalde chemische processen mogelijk maken.
Anatomie en structuur
Nucleïnezuren bestaan uit een ketting van een groot aantal nucleotiden. Een nucleotide is altijd samengesteld uit de ringvormige monosuikerdeoxyribose in het geval van DNA of uit ribose in het geval van RNA en uit een fosfaatresidu en een nucleobase-deel. Ribose en deoxyribose verschillen alleen doordat in deoxyribose een OH-groep door reductie, d.w.z. door toevoeging van een elektron, wordt omgezet in een H-ion, waardoor het chemisch stabieler wordt.
Uitgaande van het ribose of deoxyribose dat aanwezig is in de vorm van een ring, elk met 5 koolstofatomen, is de nucleobasegroep voor elk nucleotide verbonden met hetzelfde koolstofatoom via een N-glycosidebinding. N-glycosidisch betekent dat het overeenkomstige koolstofatoom van de suiker is verbonden met de NH2-groep van de nucleobase. Als je het C-atoom met de glycosidebinding nr. 1 aanwijst, dan is - met de klok mee kijkend - het C-atoom met nr. 3 verbonden met de fosfaatgroep van het volgende nucleotide via een fosfodiësterbinding, en het C-atoom met nr. 5 Veresterd met zijn “eigen” fosfaatgroep. Beide nucleïnezuren, DNA en RNA, bestaan elk uit zuivere nucleotiden.
Dit betekent dat de centrale suikermoleculen van de DNA-nucleotiden altijd uit deoxyribose bestaan en die van het RNA altijd uit ribose. De nucleotiden van een bepaald nucleïnezuur verschillen alleen in de volgorde van de 4 mogelijke nucleïnezuurbasen. Het DNA kan worden gezien als dunne banden die rond zijn gedraaid en worden aangevuld door een complementaire tegenhanger, zodat het DNA meestal aanwezig is als een dubbele helix. De basenparen adenine en thymine evenals guanine en cytosine staan altijd tegenover elkaar.
Functie en taken
DNS en RNS hebben verschillende taken en functies. Hoewel het DNA geen functionele taken op zich neemt, grijpt het RNA in bij verschillende metabolische processen. Het DNA dient als centrale opslaglocatie voor genetische informatie in elke cel. Het bevat de bouwinstructies voor het hele organisme en stelt deze indien nodig ter beschikking.
De structuur van alle eiwitten wordt in het DNA opgeslagen in de vorm van aminozuursequenties. Bij de praktische implementatie wordt de gecodeerde informatie van het DNA eerst "gekopieerd" via het proces van transcriptie en vertaald in de overeenkomstige aminozuursequentie (getranscribeerd). Al deze noodzakelijke complexe werkfuncties worden uitgevoerd door speciale ribonucleïnezuren. Het RNA neemt dus de taak op zich om een complementaire enkele streng te vormen met het DNA in de celkern en het als ribosomaal RNA door de nucleaire poriën uit de celkern naar het cytoplasma naar de ribosomen te transporteren, om bepaalde aminozuren te assembleren en te synthetiseren tot de beoogde eiwitten.
Het tRNA (transfer RNA), dat bestaat uit relatief korte ketens van zo'n 70 tot 95 nucleotiden, speelt een belangrijke rol. Het tRNA heeft een klaverachtige structuur. Hun taak is om de aminozuren die volgens de codering door het DNA worden geleverd, op te nemen en beschikbaar te maken voor de ribosomen voor eiwitsynthese. Sommige tRNA's zijn gespecialiseerd in bepaalde aminozuren, maar andere tRNA's zijn verantwoordelijk voor meerdere aminozuren tegelijk.
Ziekten
De complexe processen in verband met celdeling, d.w.z. de replicatie van de chromosomen en de vertaling van de genetische code in aminozuursequenties, kunnen leiden tot een aantal storingen, die zich uiten in een breed scala aan mogelijke effecten van dodelijk (niet-levensvatbaar) tot nauwelijks merkbaar.
In zeldzame uitzonderlijke gevallen kunnen de willekeurige storingen ook leiden tot een verbeterde aanpassing van het individu aan de omgevingsomstandigheden en daarmee tot positieve effecten. De replicatie van het DNA kan leiden tot spontane veranderingen (mutaties) in individuele genen (genmutatie) of er kan een fout optreden in de verdeling van de chromosomen over de cellen (genoommutatie). Een bekend voorbeeld van een genoommutatie is trisomie 21, ook wel het syndroom van Down genoemd.
Ongunstige omgevingsfactoren in de vorm van een enzymarm dieet, aanhoudende stressvolle situaties, overmatige blootstelling aan UV-straling vergemakkelijken de schade aan het DNA, wat kan leiden tot een verzwakking van het immuunsysteem en de vorming van kankercellen. Giftige stoffen kunnen ook de diverse functies van RNA aantasten en tot aanzienlijke beperkingen leiden.
