Nukleinsyror är en av de fyra essentiella biomolekylklasserna som utgör levande celler, tillsammans med proteiner, kolhydrater och lipider. Till skillnad från de andra tre fungerar inte DNA och RNA som en direkt energikälla för organismer, vilket är anledningen till att du inte hittar dem listade på näringsetiketter.
DNA och RNA fungerar som lagrings- och överföringssystem för genetisk information. DNA:t i kärnan i nästan varje cell bildar kromosomer, analogt med en dators hårddisk som innehåller hela operativsystemet. Messenger-RNA (mRNA), å andra sidan, bär koden för ett enstaka protein, som liknar en tummeenhet som transporterar en kritisk fil till ribosomen för översättning.
Nukleinsyror är polymerer av nukleotider, som var och en innefattar ett pentossocker, en fosfatgrupp och en kvävebas. I RNA är sockret ribos; i DNA är det deoxiribos. Medan nukleotider vanligtvis bär ett enda fosfat, kan molekyler som ATP (adenosintrifosfat) innehålla flera fosfater och är centrala för cellulär energiöverföring.
Ribos innehåller en hydroxylgrupp (-OH) vid 2-kolet, medan deoxiribos ersätter denna med en väteatom, vilket ger DNA en mer stabil ryggrad. Kvävebaserna skiljer sig också åt:DNA använder adenin (A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T); RNA ersätter tymin med uracil (U).
DNA lagrar den permanenta genetiska ritningen som styr cellulär funktion och ärftlighet. RNA, särskilt mRNA, extraherar denna information och levererar den till ribosomer där proteiner syntetiseras, vilket möjliggör exekvering av cellulära processer.
Puriner (A, G) har två sammansmälta ringar; pyrimidiner (C, T i DNA, C, U i RNA) har en ring. Komplementär parning – A med T (eller U i RNA) och C med G – säkerställer korrekt inriktning och stabilitet för dubbelhelixen.
Den ikoniska dubbelhelixmodellen, som beskrevs av Watson och Crick 1953, gav dem ett Nobelpris, medan Rosalind Franklins röntgendiffraktionsarbete var avgörande för upptäckten. Den spiralformade formen minimerar energetisk påfrestning, vilket gör att socker-fosfatryggraden och basparets interaktioner kan samexistera optimalt.
DNA-strängar växlar fosfat- och sockerenheter, sammanlänkade av fosfodiesterbindningar som bildas när 5'-fosfatet i en nukleotid fäster vid 3'-hydroxylen i nästa. Denna ryggrad ger strukturell integritet medan baserna är vända inåt och bildar komplementära par över de två strängarna.
RNA är enkelsträngat och saknar en komplementär partner. Detta gör att den kan vikas in i olika sekundära strukturer – öglor, stjälkar och hårnålar – vilket möjliggör mångsidiga roller utöver enkel informationsöverföring.
Med tanke på DNA-sekvensen AAATCGGCATTA Närvaron av tymin bekräftar att det är DNA. Dess kompletterande del skulle vara TTTAGCCGTAA . Motsvarande mRNA-transkript skulle spegla det komplementära DNA:t men ersätta tymin med uracil, vilket ger UUUAGCCGUAA .
Replikering börjar när dubbelspiralen separeras och exponerar enkla strängar. Varje mallsträng styr syntesen av en ny komplementär sträng i motsatta riktningar:ledande strängar växer kontinuerligt, medan eftersläpande strängar bildar Okazaki-fragment som senare sammanfogas, vilket resulterar i två antiparallella dubbla helixar.
Transkription kräver också DNA-strängseparation. RNA-polymeras syntetiserar ett pre-mRNA som innehåller både introner och exoner. Splitsning tar bort introner, länkar exoner till ett moget mRNA som kodar för ett enda protein. Det mogna transkriptet lämnar kärnan och associeras med ribosomer för att initiera translation.
Nukleinsyror kan inte fungera som energikällor utan syntetiseras de novo från nukleosider eller bryts ned till baser, som i slutändan bildar urinsyra. Korrekt nedbrytning av puriner är avgörande för hälsan; nedsatt katabolism leder till gikt på grund av uratkristallavsättning.
