Als onderdeel van Metabolisme van nucleïnezuur het gaat over de opbouw en afbraak van de nucleïnezuren DNA en RNA. Beide moleculen hebben de taak om genetische informatie op te slaan. Verstoringen in de synthese van DNA kunnen leiden tot mutaties en dus tot veranderingen in de genetische informatie.
Wat is het metabolisme van nucleïnezuren?
Het nucleïnezuurmetabolisme zorgt voor de vorming en afbraak van deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA). Het DNA slaat de volledige genetische informatie lange tijd op in de celkern. Het RNA is op zijn beurt verantwoordelijk voor de eiwitsynthese en draagt zo de genetische informatie over aan de eiwitten.
Zowel DNA als RNA bestaan uit nucleobasen, een suiker- en een fosfaatresidu. Het suikermolecuul is via een verestering met het fosfaatresidu verbonden en bindt zich aan twee fosfaatresten. Er ontstaat een keten van zich herhalende fosfaat-suikerverbindingen, waaraan een nucleïnezuurbase glucosidisch aan de suiker is gebonden.
Naast fosforzuur en suiker zijn er vijf verschillende nucleobasen beschikbaar voor de synthese van DNA en RNA. De twee stikstofbasen adenine en guanine behoren tot de purinederivaten en de twee stikstofbasen cytosine en thymine behoren tot de pirimidinederivaten.
In het RNA is thymine uitgewisseld tegen uracil, dat wordt gekenmerkt door een extra CH3-groep. De structurele eenheid stikstofbase, suikerresidu en fosfaatresidu wordt een nucleotide genoemd. In het DNA wordt een dubbele helixstructuur gevormd met twee nucleïnezuurmoleculen, die door waterstofbruggen met elkaar zijn verbonden om een dubbele streng te vormen. Het RNA bestaat uit slechts één streng.
Functie en taak
Het nucleïnezuurmetabolisme is van groot belang voor de opslag en overdracht van de genetische code. De genetische informatie wordt in eerste instantie opgeslagen in het DNA door de opeenvolging van stikstofbasen. De genetische informatie voor een aminozuur wordt gecodeerd via drie opeenvolgende nucleotiden. De opeenvolgende basistrippen slaan de informatie op over de structuur van een bepaalde eiwitketen. Het begin en het einde van de keten worden bepaald door signalen die niet coderen voor aminozuren.
De mogelijke combinaties van nucleobasen en de resulterende aminozuren zijn extreem groot, zodat er met uitzondering van eeneiige tweelingen geen genetisch identieke organismen zijn.
Om de genetische informatie over te dragen aan de te synthetiseren eiwitmoleculen, worden eerst RNA-moleculen gevormd. Het RNA fungeert als zender van genetische informatie en stimuleert de synthese van eiwitten. Het chemische verschil tussen RNA en DNA is dat in plaats van deoxyribose, de suikerribose in zijn molecuul is gebonden. Verder is de stikstofbase thymine ingeruild voor uracil.
Het andere suikerresidu veroorzaakt ook de lagere stabiliteit en de enkelstrengs aard van het RNA. De dubbele streng in het DNA beschermt de genetische informatie tegen veranderingen. Twee nucleïnezuurmoleculen zijn met elkaar verbonden via waterstofbruggen. Dit is echter alleen mogelijk met complementaire stikstofbasen. In het DNA kunnen alleen de basenparen adenine / thymine of guanine / cytosine aanwezig zijn.
Wanneer de dubbele streng zich splitst, wordt de complementaire streng keer op keer gevormd. Als er bijvoorbeeld een verandering is in een nucleïnezuurbasis, herkennen bepaalde enzymen die hiervoor verantwoordelijk zijn tijdens het herstel van het DNA welk defect aanwezig is op de complementaire basis. De veranderde stikstofbase wordt meestal correct vervangen. Dit is hoe de genetische code wordt beveiligd. Soms kan een fout worden doorgegeven met het resultaat van een mutatie.
Naast DNA en RNA zijn er ook belangrijke mononucleotiden die een grote rol spelen bij het energiemetabolisme. Dit zijn bijvoorbeeld ATP en ADP. ATP is adenosinetrifosfaat. Het bevat een adenineresidu, ribose en het trifosfaatresidu. Het molecuul levert energie en bij het vrijkomen van energie wordt het omgezet in adenosinedifosfaat, waardoor een fosfaatresidu wordt afgesplitst.
Ziekten en aandoeningen
Als er stoornissen optreden tijdens het metabolisme van nucleïnezuren, kunnen ziekten het gevolg zijn. Er kunnen fouten optreden in de structuur van het DNA, in dat geval wordt de verkeerde nucleobase gebruikt. Er treedt mutatie op. Veranderingen in de stikstofbasen kunnen optreden door chemische reacties zoals deaminering. Hier worden NH2-groepen vervangen door O = groepen.
Normaal gesproken wordt de code nog steeds door de complementaire streng in het DNA opgeslagen, zodat de herstelmechanismen bij het corrigeren van de fout kunnen terugvallen op de complementaire stikstofbase. Bij enorme chemische en fysische invloeden kunnen echter zoveel defecten optreden dat er soms foutieve correcties kunnen worden aangebracht.
Meestal vinden deze mutaties plaats op minder relevante plaatsen in het genoom, zodat geen effecten te vrezen zijn. Als er zich echter een fout voordoet in een belangrijke regio, kan dit leiden tot een ernstige verandering in de genetische samenstelling met enorme gevolgen voor de gezondheid.
Somatische mutaties zijn vaak de oorzaak van kwaadaardige tumoren. Dit is hoe kankercellen zich elke dag ontwikkelen. Deze worden in de regel echter onmiddellijk vernietigd door het immuunsysteem. Als er echter veel mutaties worden gevormd door sterke chemische of fysische effecten (bijv. Straling) of door een defect herstelmechanisme, kan kanker ontstaan. Hetzelfde geldt voor een verzwakt immuunsysteem.
In het kader van het nucleïnezuurmetabolisme kunnen echter ook totaal verschillende ziekten ontstaan. Wanneer de nucleobasen worden afgebroken, wordt de volledig recyclebare beta-alanine geproduceerd uit pyrimidinebasen. Het slecht oplosbare urinezuur wordt geproduceerd uit purinebasen. Mensen moeten urinezuur via de urine uitscheiden. Als de enzymen om het urinezuur opnieuw te gebruiken om purinebasen op te bouwen ontbreken, kan de urinezuurconcentratie zo hoog oplopen dat urinezuurkristallen in de gewrichten neerslaan en jicht ontstaat.
