STRUKE:

nukleinske kiseline

ilustracija
NUKLEINSKE KISELINE, dio lanca DNA
ilustracija1ilustracija2ilustracija3ilustracija4ilustracija5

nukleinske kiseline (prema lat. nucleus: jezgra), skupina bioloških makromolekula funkcija kojih je pohrana genetičke informacije te njezino prevođenje u strukturu bjelančevina. U svim stanicama živoga svijeta postoje dva tipa nukleinskih kiselina: ribonukleinska kiselina (RNK ili RNA) i deoksiribonukleinska kiselina (DNK ili DNA), dok virusi obično sadrže samo jedan tip. Nukleinske kiseline su polinukleotidi, tj. polimeri nukleotida. Građevna jedinica RNK je ribonukleotid, koji sadrži molekulu šećera riboze, fosfat i jednu od baza (adenin, citozin, gvanin, uracil, kratice A, C, G, U). U DNK građevna je jedinica deoksiribonukleotid, koji sadrži molekulu šećera 2"-deoksiriboze, fosfat i jednu od baza (adenin, citozin, gvanin, timin, kratice A, C, G, T). Lanci RNK mogu sadržavati do nekoliko tisuća nukleotida, a lanci DNK i do nekoliko stotina milijuna nukleotida. Dva kraja polinukleotidnih lanaca kemijski se razlikuju, pa se označavaju kao 5"-kraj i 3"-kraj. Slijed (specifični raspored) nukleotida, u kojem je zapisana genetička informacija, dogovorno se piše počevši od 5"-kraja.

Deoksiribonukleinsku kiselinu izolirao je J. F. Miescher 1869. iz jezgri ljudskih stanica, a potom iz riblje sperme, te ju nazvao »nuklein«, no tek je u razdoblju između dvaju svjetskih ratova razjašnjena primarna (kovalentna) polimerna struktura nukleinskih kiselina. Zanimanje za nukleinske kiseline poraslo je nakon 1944., kada je O. T. Avery pokazao da je DNK nositelj genetičke informacije. Osnovno je svojstvo nasljedne tvari mogućnost udvostručivanja (→ replikacija), a pretpostavljalo se da će otkriće prostorne građe DNK objasniti taj biološki fenomen. Na temelju kristalografskih istraživanja M. H. F. Wilkinsa i Rosalind Franklin, J. D. Watson i F. H. C. Crick predložili su 1953. model dvostruke uzvojnice DNK i mehanizam njezina udvostručivanja. U tom su modelu dva lanca DNK međusobno uvijena duž zajedničke osi, pri čem se nasuprot bazi A u jednom lancu uvijek nalazi baza T u drugom, a nasuprot bazi G uvijek baza C. Prema tomu, raspored baza na jednom lancu određuje raspored baza na drugome, komplementarnom lancu jedne molekule. Parovi baza međusobno su povezani vodikovim mostovima. Molekule DNK svih organizama jednake su s obzirom na oblik i građu, a razlikuju se samo u rasporedu parova baza. Pri replikaciji, dvostruka se uzvojnica DNK razmotava i na svakom se lancu gradi novi polinukleotidni lanac, poštujući načelo komplementarnosti. Tako nastaju dvije molekule DNK, identične majčinskoj molekuli. U procesu replikacije sudjeluju mnogobrojni enzimi i ostale bjelančevine, a među njima je ključan enzim DNK-polimeraza (→ a. kornberg). On katalizira polimerizaciju deoksiribonukleotida iz deoksiribonukleozid-trifosfata na temelju komplementarnosti s lancem DNK koji služi kao kalup, pri čem nastaje fosfodiesterska veza, a oslobađa se anorganski pirofosfat. Sinteza novoga lanca uvijek se odvija u smjeru od 5"-kraja prema 3"-kraju molekule DNK. Replikacijom nastaju vjerne kopije izvorne genetičke informacije, jer se možebitne nastale pogreške odmah enzimski popravljaju. Kemijske promjene nastale na DNK nakon replikacije (spontano, zračenjem ili kemijskim djelovanjem) također neprekidno popravljaju enzimi. To omogućuje dvolančana struktura DNK, jer se nakon oštećenja jednoga lanca genetička informacija ne gubi, već postoji i u drugom lancu.

Sveukupna DNK neke stanice ili virusa naziva se genom, a dio DNK koji određuje strukturu neke bjelančevine ili RNK naziva se gen. Molekule DNK najveći su biopolimeri. Duljina im iznosi od nekoliko mikrometara kod virusa i staničnih organela (mitohondriji, kloroplasti) te nekoliko milimetara kod bakterija, do više od 1 dm u pojedinim kromosomima sisavaca (→ nukleosom). Premda je promjer dvostruke uzvojnice samo 2 nm, molekulu DNK moguće je vidjeti elektronskim mikroskopom.

Tehnikama sekvenciranja moguće je utvrditi točan redoslijed nukleotida u DNK (→ w. gilbert; f. sanger). Tako je 2001. utvrđen potpuni redoslijed nukleotida u svim kromosomima ljudskoga genoma (oko 3 ∙ 109 nukleotidnih parova). Danas se analiza DNK primjenjuje u različite znanstvene svrhe (npr. u antropologiji), a budući da je ta molekula kemijski vrlo otporna, moguće je analizirati čak i fosilne uzorke. Analiza DNK najpouzdanija je metoda u sudskoj medicini (identifikacija žrtava i počinitelja zločina, utvrđivanje očinstva), a zasniva se na lančanoj reakciji polimerazom (PCR, prema engl. polimerase chain reaction), kojom se na uzorku DNK iz tkiva ili krvi višestruko umnože njezini odabrani mali dijelovi. Biraju se oni dijelovi molekule koji kod svih ljudi sadrže nekoliko puta uzastopno ponavljane nizove nukleotida. Dobiveni uzorak obilježava svakoga pojedinca, a sadrži samo ponovljene nizove naslijeđene od bioloških roditelja. (→ molekularna biologija; molekularna genetika)

Ribonukleinske kiseline služe kao prenositelji genetičke informacije u biosintezi bjelančevina. Tri su osnovna tipa RNK u svim živim stanicama: ribosomska RNK (rRNK), transportna ili transfer-RNK (tRNK, prije se označavala kao topljiva ili sRNK), te glasnička ili messenger-RNK (mRNK). Sve molekule RNK nastaju transkripcijom, tj. prijepisom pojedinih gena. Taj proces kataliziraju enzimi RNK-polimeraze, koji pri sintezi lanca RNK komplementarnoga jednomu lancu DNK, kao supstrate koriste ribonukleozid-trifosfate.

Ribonukleinske kiseline (osim kod nekih virusa) jednolančane su molekule. Oko 80% sveukupne stanične RNK čini rRNK (→ ribosomi). Molekule mRNK služe kao glasnici; kod prokariota one su izravan prijepis strukturnih gena, koji sadrže kodiranu uputu za strukturu pojedinih bjelančevina. Kod eukariota mRNK nastaje izrezivanjem introna (nekodirajuća DNK) iz prvobitnoga transkripta (→ gen). Molekule tRNK najmanje su nukleinske kiseline; sadrže 60-ak nukleotida, od kojih se neki nakon transkripcije mogu modificirati te se u strukturnom prikazu tRNK označavaju specifičnim simbolima. One služe kao posrednici u prevođenju (→ translacija) genetičke informacije, koja je zapisana u mRNK, u slijed aminokiselina polipeptidnoga lanca bjelančevina. Karakteristični je dio svake tRNK antikodon, niz od triju nukleotida komplementaran kodonu u molekuli mRNK (→ genetički kod). Na 3"-kraj tRNK, s pomoću specifičnih enzima aminoacil-tRNK-sintetaza, esterski se vežu proteogene aminokiseline te nastaju aminoacil-tRNK. Genetička se informacija dekodira u ribosomima tako da slijed kodona u molekuli mRNK određuje slijed kojim se vežu molekule aminoacil-tRNK. Enzimskom aktivnošću ribosoma aminokiseline se povezuju peptidnim vezama, tj. nastaje polipeptidni lanac bjelančevina. (→ adaptor-hipoteza; centralna dogma)

nukleinske kiseline. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 21.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=44390>.