Nukleobaze

Nukleobaze so gradniki, iz katerih so sestavljene dolge verige molekul DNK in RNK v svoji fosforilirani nukleotidni obliki.

V DNK, ki tvori dvojne niti podobne vrvi, 4 nastale nukleinske baze tvorijo trdne pare z ustreznimi komplementarnimi osnovami preko vodikovih mostov. Nukleobaze so sestavljene iz bicikličnega purina ali monocikličnega pirimidinskega okostja.

Kaj so nukleobaze?

Štiri nukleobaze adenin, gvanin, citozin in timin kot gradniki dolgih verig molekul z dvojno vijačnico DNA tvorijo konstantno združevanje adenin-timin (A-T) in gvanin-citozin (G-C).

Obe bazi adenin in gvanin sta sestavljeni iz modificiranega bicikličnega obroča, ki ima šest in pet osnovnih purinskih struktur, zato jih imenujemo tudi purinske baze. Osnovna struktura drugih dveh nukleinskih baz, citozina in timina, je sestavljena iz heterocikličnega aromatičnega šestčlanskega obroča, ki ustreza spremenjenemu okolju pirimidina, zato jih imenujemo tudi pirimidinske baze. Ker je RNA večinoma prisotna kot enojni prameni, na začetku ni baznih parov. To se zgodi samo med podvajanjem prek mRNA (messenger RNA).

Kopija niza RNA je sestavljena iz komplementarnih nukleobaz, analognih drugemu nizu DNK. Edina razlika je v tem, da je uracil nadomeščen s timinom v RNK. Verižne molekule DNA in RNA nukleobaz ne tvorijo v svoji čisti obliki, temveč se v primeru DNK kombinirajo s 5-sladkorno deoksiribozo, da tvorijo ustrezen nukleozid. V primeru RNK skupino sladkorja sestavlja riboza. Poleg tega so nukleozidi fosforilirani s fosfatnim ostankom, da nastanejo tako imenovani nukleotidi.

Purinski osnovi hipoksantin in ksantin, ki ju najdemo tudi v DNK in RNK, ustrezata spremenjenemu timinu. Hipoksantin nastane iz adenina z nadomeščanjem amino skupine (-NH3) s hidroksilno skupino (-OH), ksantin pa iz gvanina. Obe nukleobazi ne prispevata k prenosu genetskih informacij.

Funkcija, učinek in naloge

Ena najpomembnejših funkcij nukleobaz, iz katerih so zgrajene dvojne verige DNK, je, da pokažejo prisotnost na predvidenem položaju.

Zaporedje nukleobaz ustreza genetskemu zapisu in določa vrsto in zaporedje aminokislin, iz katerih so sestavljeni proteini. To pomeni, da je najpomembnejša funkcija nukleobaz kot sestavine DNK sestavljena iz pasivne, statične vloge, to je, da ne aktivno posegajo v metabolizem in njihova biokemična struktura se v bralnem RNA (mRNA) ne spreminja. To deloma razlaga dolgo življenjsko dobo DNK.

Razpolovni čas mitohondrijske DNK (mtDNA), med katerim se razgradi polovica prvotno obstoječih vezi med nukleobazami, je močno odvisen od okoljskih razmer in se giblje med povprečnimi pogoji s pozitivnimi temperaturami in do 150 000 let v obdobju večne zmrzale med približno 520 leti. .

Kot del RNK igrajo nukleobaze nekoliko bolj aktivno vlogo. Načeloma, ko se celice razdelijo, se dvojni prameni DNK ločijo in ločijo drug od drugega, da bi lahko tvorili komplementarni niz, mRNA, ki, tako rekoč, tvori delovno kopijo genskega materiala in služi kot osnova za izbiro in zaporedje aminokislin, iz katerih predvideni beljakovine so sestavljene. Druga nukleinska baza, dihidrouracil, se pojavlja le v tako imenovani transportni RNA (tRNA), ki se uporablja za transport aminokislin med sintezo beljakovin.

Nekatere nukleobaze izpolnjujejo povsem drugačno funkcijo kot del encimov, ki aktivno katalitično omogočajo in nadzorujejo nekatere biokemijske procese. Adenin izpolni svojo najbolj znano nalogo kot nukleotid v energijskem ravnovesju celic. Adenin ima pomembno vlogo kot darovalec elektronov kot adenozin-difosfat (ADP) in adenozin-trifosfat (ATP) ter kot sestavina nikotinamid adenin dinukleotida (NAD).

Izobraževanje, pojav, lastnosti in optimalne vrednosti

V nefosforilirani obliki so nukleobaze sestavljene izključno iz ogljika, vodika in kisika, snovi, ki so vseprisotne in so prosto dostopne. Telo je torej sposobno sintetizirati nukleobaze, vendar je postopek zapleten in energijsko zahteven.

Zato je prednostno pridobivanje nukleinskih kislin z recikliranjem, npr. B. z razgradnjo beljakovin, ki vsebujejo določene spojine, ki jih je mogoče izolirati in pretvoriti v nukleinske kisline z malo porabe energije ali celo z energijsko pridobitvijo. Nukleinske kisline se v telesu običajno ne pojavljajo v čisti obliki, ampak večinoma kot nukleozidi ali deoksinenukleozidi s priloženo molekulo riboze ali deoksiriboze. Kot sestavni del DNK in RNK ter kot sestavina nekaterih encimov so nukleinske kisline ali njihovi nukleozidi tudi reverzibilno fosforilirani z eno do tremi fosfatnimi skupinami (PO4-).

Za optimalno oskrbo nukleobaz ni referenčne vrednosti. Pomanjkanje ali presežek nukleobaz lahko določimo samo posredno z določenimi motnjami v presnovi.

Bolezni in motnje

Narava nevarnosti, motenj in tveganj, ki so povezane z nukleobazami, so napake v številu in zaporedju na verigi DNK ali RNK, ki vodijo do spremembe kodiranja sinteze beljakovin.

Če telo ne more odpraviti napake s svojimi mehanizmi popravljanja, pride do sinteze biološko neaktivnih ali uporabnih beljakovin, kar posledično lahko vodi do blagih do resnih presnovnih motenj. Lahko npr. Prisotne so mutacije genov B., ki lahko že od začetka sprožijo simptomatske bolezni zaradi presnovnih motenj, ki so lahko neozdravljive. Toda tudi pri zdravem genomu lahko med podvajanjem verig DNA in RNA pride do napak pri kopiranju, ki vplivajo na presnovo.

Znana presnovna motnja v purinskem ravnovesju je z. B. nazaj na gensko napako na x kromosomu. Zaradi genske okvare purinske baze hipoksantina in gvanina ni mogoče reciklirati, kar na koncu spodbuja nastanek sečnih kamnov in protina v sklepih.