nukleobáze

nukleobáze sú stavebné bloky, z ktorých sú zložené dlhé reťazce molekúl DNA a RNA vo svojej fosforylovanej nukleotidovej forme.

V DNA, ktorá tvorí dvojité vlákna podobné lanám, tvoria 4 nastávajúce nukleové bázy pevné páry s príslušnou komplementárnou bázou prostredníctvom vodíkových mostíkov. Nukleobázy pozostávajú buď z bicyklického purínu alebo z monocyklického pyrimidínového skeletu.

Čo sú to nukleobázy?

4 nukleobázy adenín, guanín, cytozín a tymín, ako stavebné bloky dlhých reťazcov DNA s dvojitou špirálou, tvoria konštantné páry adenín-tymín (A-T) a guanín-cytozín (G-C).

Obidve bázy adenín a guanín pozostávajú z modifikovaného bicyklického šesťčlenného a päťčlenného kruhu základnej purínovej štruktúry, a preto sa tiež označujú ako purínové bázy. Základná štruktúra ďalších dvoch nukleových báz, cytozínu a tymínu, pozostáva z heterocyklického aromatického šesťčlenného kruhu, ktorý zodpovedá modifikovanému pyrimidínovému skeletu, a preto sa tiež označujú ako pyrimidínové bázy. Pretože RNA je väčšinou prítomná ako jednovláknové, nie sú spočiatku žiadne páry báz. To sa deje iba počas replikácie cez mRNA (messenger RNA).

Kópia vlákna RNA pozostáva z komplementárnych nukleobáz analogických s druhým vláknom DNA. Jediným rozdielom je, že uracil je nahradený tymínom v RNA. Molekuly reťazca DNA a RNA nie sú tvorené vo svojej čistej forme nukleobázami, ale skôr v prípade DNA sa kombinujú s 5-cukornou deoxyribózou za vzniku zodpovedajúceho nukleozidu. V prípade RNA pozostáva cukorná skupina z ribózy. Okrem toho sú nukleozidy fosforylované fosfátovým zvyškom za vzniku takzvaných nukleotidov.

Purínové bázy hypoxantín a xantín, ktoré sa vyskytujú aj v DNA a RNA, zodpovedajú modifikovanému tymínu. Hypoxantín sa tvorí z adenínu nahradením aminoskupiny (-NH3) hydroxylovou skupinou (-OH) a xantín sa tvorí z guanínu. Obe nukleobázy neprispievajú k prenosu genetickej informácie.

Funkcia, účinok a úlohy

Jednou z najdôležitejších funkcií nukleobáz, z ktorých sú vytvorené dvojreťazce DNA, je preukázať prítomnosť v určenej polohe.

Sekvencia nukleobáz zodpovedá genetickému kódu a definuje typ a sekvenciu aminokyselín, z ktorých sú proteíny zložené. To znamená, že najdôležitejšia funkcia nukleobáz ako súčasti DNA spočíva v pasívnej statickej úlohe, t. J. Aktívne nezasahujú do metabolizmu a ich biochemická štruktúra sa počas procesu čítania nemení pomocou messengerovej RNA (mRNA). To čiastočne vysvetľuje životnosť DNA.

Polčas mitochondriálnej DNA (mtDNA), počas ktorej sa polovica pôvodne existujúcich väzieb medzi nukleobázami rozpadá, je vysoko závislý od podmienok prostredia a pohybuje sa medzi približne 520 rokmi pri priemerných podmienkach s pozitívnymi teplotami a až 150 000 rokmi pri podmienkach permafrostu. ,

Ako súčasť RNA hrajú nukleobázy trochu aktívnejšiu úlohu. V zásade, keď sa bunky delia, dvojreťazce DNA sa rozdelia a navzájom sa od seba oddelia, aby mohli tvoriť komplementárne vlákno, mRNA, ktorá, takpovediac, tvorí pracovnú kópiu genetického materiálu a slúži ako základ pre výber a sekvenciu aminokyselín, z ktorých sú zostavené zamýšľané proteíny. Ďalšia nukleová báza, dihydrouracil, sa vyskytuje iba v takzvanej transportnej RNA (tRNA), ktorá sa používa na transport aminokyselín počas syntézy proteínov.

Niektoré nukleobázy plnia úplne inú funkciu ako súčasť enzýmov, ktoré aktívne katalyticky umožňujú a regulujú určité biochemické procesy. Adenín plní svoju najznámejšiu úlohu ako nukleotid v energetickej rovnováhe buniek. Adenín tu hrá dôležitú úlohu ako donor elektrónov ako adenozín difosfát (ADP) a adenozín trifosfát (ATP), ako aj zložka nikotínamid adenín dinukleotidu (NAD).

Vzdelávanie, výskyt, vlastnosti a optimálne hodnoty

V nefosforylovanej forme pozostávajú nukleobázy výlučne z uhlíka, vodíka a kyslíka, látok, ktoré sú všadeprítomné a voľne dostupné. Telo je preto schopné syntetizovať samotné nukleobázy, ale tento proces je zložitý a energeticky náročný.

Preto je výhodné získavanie nukleových kyselín recykláciou, napr. B. štiepením proteínov, ktoré obsahujú určité zlúčeniny, ktoré je možné izolovať a konvertovať na nukleové kyseliny s nízkym energetickým výdajom alebo dokonca s energetickým ziskom. Nukleové kyseliny sa v tele zvyčajne nevyskytujú v čistej forme, ale väčšinou ako nukleozidy alebo deoxynukleozidy s pripojenou molekulou ribózy alebo deoxyribózy. Ako súčasť DNA a RNA a ako súčasť určitých enzýmov sú nukleové kyseliny alebo ich nukleozidy reverzibilne fosforylované jednou až tromi fosfátovými skupinami (PO4-).

Neexistuje referenčná hodnota pre optimálne zásobovanie nukleobázami. Nedostatok alebo nadbytok nukleobáz možno určiť iba nepriamo prostredníctvom určitých porúch metabolizmu.

Choroby a poruchy

Druh nebezpečenstva, porúch a rizík, ktoré sa spájajú s nukleobázami, sú chyby v počte a postupnosti reťazcov DNA alebo RNA, ktoré vedú k zmene kódovania syntézy proteínov.

Ak telo nedokáže napraviť poruchu pomocou opravných mechanizmov, dôjde k syntéze biologicky neaktívnych alebo použiteľných proteínov, čo môže zase viesť k miernym až vážnym metabolickým poruchám. Môže napr. Boli prítomné génové mutácie, ktoré môžu od začiatku vyvolať symptomatické choroby prostredníctvom metabolických porúch, ktoré môžu byť nevyliečiteľné. Ale aj v zdravom genóme sa môžu vyskytnúť chyby pri kopírovaní počas replikácie reťazcov DNA a RNA, ktoré ovplyvňujú metabolizmus.

Známou metabolickou poruchou v purínovej rovnováhe je z. B. späť k genetickému defektu na x chromozóme. V dôsledku genetickej poruchy nemôžu byť purínové bázy hypoxantín a guanín recyklované, čo nakoniec podporuje tvorbu močových kameňov a dnu v kĺboch.