نوکلئیک اسید چیست

نوکلئیک اسید چیست؟

نوکلئیک اسید همان بیوپلیمر ها (پلیمر های زیستی) و یا بیومولکولهای کوچکی است که برای تمام انواع حیات ضروری می باشد. واژه نوکلئیک اسید نامی کلی است که برای DNA  و RNA به کار برده میشود. این ماده از نوکلئوتیدها ساخته شده، مونومر هایی که سه جز دارند:  قند پنج کربنه،  گروه فسفات و بازهای نیتروژنی. اگر ترکیبی از قند و ریبوز (نوعی قند 5 کربنه که در نوکلئیک اسید یافت میشود) در ماده وجود داشته باشید، پلیمرنهایی ریبونوکلئیک اسید یا RNA خواهد بودو اگر قند به صورت دی اکسی ریبوز از ریبوز گرفته شود، پلیمرنهایی دی اکسی ریبو نوکلئیک اسید و یا DNA خواهد بود.

نوکلئیک اسید ضروری ترین و مهم ترین بیومولکول موجود است و به مقدار فراوانی در موجودات زنده یافت میشود و وظیفه  انها نیز خلق و کدگذاری و ذخیره اطلاعات در هسته ی  سلولهای زنده تمام موجوادت زنده بروی کره زمین است. علاوه بر ان، این نوع از بیوپلیمرها نقش انتقال اطلاعات به داخل و خارج از فضای هسته ی  سلولی را دارند (به بخش های داخلی سلول و در نهایت به نسل بعدی هر موجود زنده). این اطلاعات کد گذاری شده نیز از طریق ترتیبهای نوکلئیک اسید منتقل و حمل میشود. این ترتیب نوعی گام نردبانی است که نوکلئوتیدها را  داخل مولکولهای  DNA و  RNAمرتب میکند.

رشته های نوکلئوتیدی به یکدیگر متصل شده و یک پیکره ی مارپیچ را می سازند که یکی از این پیکره ها به RNA و دوتای دیگر به DNA تعلق دارد. این پیکره ها در زنجیره های دوتایی بازها قرار دارند که از هسته های کانونی و یا اولیه ی پنج تایی ساخته شده اند و ادنین، سیتوزین، گوانین، تیمین، اوراسیل نام دارند. توجه داشته باشید که تیمین فقط در DNA و اوراسیل فقط در RNA وجود دارد. با  استفاده از آمینو اسید ها و فرایندی با نام ترکیب پروتئینی، ترتیب DNA در این جفتهای نوکلئوباز،  امکان انتقال و ذخیره اطلاعات کد شده به عنوان ژن را میدهد.

در RNA، ترتیب جفت بازها باعث میشود تا پروتئین های جدیدی ساخته شوند که خود شکل و بخش ها و مهم ترین فرایندهای شیمیایی انواع فرمها را تعیین میکند.

تاریخچه ی نوکلئیک اسید

• دانشمند سوئیسی با نام Friedrich Miescher  نوکلئیک اسید را در سال 1878 کشف کرد. پس از ان نیز وی ایده ای مطرح کرد که بر مبنای ان نوکلئیک اسیدها میتوانند در انتقال ژن ها و وارثت نقش داشته باشند.
• در اوایل دهه 80، Albrecht Kossel به میزان بیشتری این ماده را خالص ساخت و ویژگی های کاملا اسیدی انها را کشف کرد. پس از ان وی نوکلئوبازها را نیز شناسایی نمود.
• در سال 1898، Richard Altmann  واژه ی نوکلئیک اسید را عنوان نمود
• در سال 1938،  Astbury و Bell اولین انکسار اشعه ایکس از DNA را چاپ کردند.
• در سال1953، Watson و Crick  ساختار پلیمرنهایی دی اکسی ریبو نوکلئیک اسید و یا DNA را تعیین کردند

مطالعات تجربی در حوزه ی نوکلئیک اسیدها شامل بخش اعظم تحقیقات مدرن زیستی و پزشکی است و پایه ای برای علم ژنوم و پزشکی قانونی، بیوتکنولوژی، صنایع دارویی می سازد.

وقوع و نام گذاری

نوکلئیک اسید واژه ای کلی برای توصیف DNA  و  RNA است که به خانواه ی بیوپلیمرها و یا پلیمرهای زیستی تعلق دارند. نام دیگر این ماده پلی نوکلئوتید است. نوکلئیک اسید  ها اولین بار در داخل هسته کشف شدند و دارای گروه های فسفاتی (مرتبط با فسفریک اسید) در هسته ی یاخته هوبر هستند و این نامگذاری نیز ناشی از دلایل یاد شده است. نوکلئوتیک اسید ها در بدن تمام موجودات زنده از جمله باکتری ها، باکتری های باستانی، میتوکندری، کلروپلاست، ویروس و ویروئیدها یافت میشوند. تمام سلولهای زنده دارای  DNA و  RNA میباشند (به جز تعدادی از گلبولهای بالغ قرمز). این در حالی است که ویروس ها یکی از دو ماده یاد شده را دارند و نه هر دو .

ترکیبات مولکولی و سایز

 نوکلئیک اسیدها به طور کلی  مولکولهای غول پیکری هستند. به طور حتم، مولکولهای DNA بزرگترین مولکولهای فردی شناخته شده می باشند. مولکولهای زیستی نوکلئیک اسید که به طور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفته شده اند، سایزی از21 نوکلئوتید ( به عنوان یک RNA تداخل گر کوچک) تا انواع بزرگ را شامل میشوند (کروموزوم انسانی که یک مولکول فردی بوده و دارای 247 میلیون جفت باز است.)

 در اغلب موارد، مولکولهای طبیعی DNA دارای دو رشته و مولکولهای طبیعی RNA

 تک رشته ای هستند. البته موارد استثنایی هم وجود دارد. تعدادی از ویروس ها دارای ژنومهایی با RNA دو رشته ای بوده و تعدادی هم دارای DNA های تک رشته ای هستند. در مواردی هم این امکان وجود دارد که ساختارهای نوکلئیک اسیدی با سه یا چهار رشته بوجود ایند.

نوکلئیک اسیدها نوعی پلیمر باریک از نوکلئوتیک ها هستند. هر نوکلئوتیک شامل سه جز میباشد: پورین یا پیریمیدین، نوکلئوباز که گاهی با نام گروه فسفات  با باز نیز شناخته میشود، قند پنتوز و گروه فسفاتی. ساختاری که ترکیبی از قند و نوکلئوباز دارد، نوکلئوساید نامیده میشود. همچنین دو نوع نوکلئوباز یافت شده در دو فرم نوکلئیک اسید از هم متمایز می باشند: آدنین، سیتوزین و گوانی نار که در هر دو نوع یاد شده وجود دارند. تیمین در DNA  و اوراسیل در RNA وجود دارد.

قند و فسفات موجود در نوکلئیک اسیدها در یک زنجیره ی متناوب  با استفاده از پیوندهای فسفو دی استر به یکدیگر متصل شده اند (پیکره ی قند-فسفات). در نام گذاری رسمی، کربنهایی که گروه های فسفاتی به ان متصل میشوند، همان کربنهایی با سه پایان رشته ای و پنج پایان رشته ای در قند هستند. نوکلئوباز ها از طریق یک پیوند N تایی گلیکوسیدیک که شامل حلقه نیتروژن نوکلئوباز و حلقه ی کربن قند پنتوز میشود، به قند متصل میشوند.

 انواع غیر استانداردی نیز از نوکلئوساید ها در دو نوع نوکلئیک اسید یاد شده وجود دارد که معمولا از ایجاد تغییراتی در نوکلئوساید های استاندارد در مولکول های DNA  و یا نسخه اولیه ی RNA بوجود می اید. مولکولی انتقالی RNA دارای تعداد زیادی از نوکلئوساید های اصلاح شده میباشند.

ساختار DNA  

DNA از یک پیکره ی  قند فسفات- دی اکسی ریبوز  و چهار باز نیتروژنی تشکیل شده است: آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین. DNA یک مولکول سلولی است که شامل دستوراتی برای عملکرد تمام وظایف سلولی  می باشد. زمانی که سلول تقسیم میشود، این ساختار کپی شده  و از یک نسل سلولی به نسل بعدی منتقل میشود.  ساختار یاد شده  در داخل کروموزومها دسته بندی شده و در داخل هسته ی سلولی قرار میگیرد. این ماده حاوی دستورات برنامه ریزی شده برای فعالیت های سلولی است. زمانی که موجودات باردار میشوند، این دستورات از طریق DNA منتقل میشوند.

این ساختار معمولا به شکل مولکولهایی با دو رشته وجود دارد و ساختاری مارپیچ و دوگانه دارد. DNA از پیکره ی قندی فسفات- دی اکسی ریبوز و چهار یاز نیتروژنی تشکیل شده است. در انواع دو رشته ای، ادنین با تیامین جفت شده و گوانین نیز با سیتوزین جفت میشود.

ساختار RNA

این نوع از پلیمر شامل پیکره ی قندی فسفات ریبوز و باز های نیتروژنی با نامهای آدنین، سیتوزین و اوراسیل می باشد. این ساختار برای ترکیب پروتئین ها نقش به سزایی دارد. اطلاعات  موجود در کد های ژنتیکی معمولا از DNA به RNA و پروتئین های نهایی  منتقل میشود. RNA دارای چندین نوع متفاوت می باشد:

• RNA های پیغام بر: که رونوشت RNA و یا رونوشت RNA از DNA  و در طی کپی برداری از DNA تولید میشود. RNA پیغام بر به گونه ای ترجمه میشود تا پروتئین ها را تشکیل دهد.
• RNA های انتقالی: دارای شکلی سه بعدی هستند و برای ترجمه نوع پیغام بر در سنتز پروتئین اهمیت دارند.
• RNA های ریبوزومی  که یکی از اجزای ریبوزومها می باشند و در ترکیبات پروتئینی نیز نقش دارند.
• RNA های کوچک: که به شکل گیری ژن کمک میکنند

تمایز بین DNA و RNA

این دو نوع از نوکلئیک اسیدها در ترکیب و ساختار با هم تفاوت دارند. این تمایزات در بخش ذیل اورده است:

DNA

• بازهای نیتروژنی: آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین
• قند پنج کربنه: دی اکسی ریبوز
• ساختار: دو رشته ای
• این نوع از پلیمر معمولا حالتی سه بعدی دارد و دارای فرمی مارپیچی و دوگانه است.  فرم پیچشی این امکان را برای DNA بوجود می اورد تا در هنگام تکثیر و سنتز پروتئین، از هم باز شود.

RNA

• بازهای نیتروژنی: آدنین، گوانین، سیتوزین و اوراسیل
• قند پنج کربنه: ریبوز
• ساختار: تک رشته ای

RNA همانند نوع قبل دارای فرم پیچشی نیست  و به همین دلیل قادر است تا اشکال سه بعدی پیچیده داشته باشد. این مورد از انجایی ممکن میشود که فرم های باز RNA با سایر باز ها در همان رشته، جفت های مکملی را بوجود  می اورند. این مرحله باعث شده تا RNA خم شده  و اشکال متفاوتی را بوجود اورد.

سایر مولکولهای غول پیکر کدامند؟

• پلیمرهای زیستی: این پلیمرها ماکرومولکولهایی هستند که با اتصال مولکولهای ارگانیک کوچک به یکدیگر بوجود می ایند.
• کربوهیدرات ها: که شامل ساکارید یا قند و مشتقات ان می باشند
• پروتئین ها: این نوع از مولکولهای غول پیکر از امنیو اسید ها و مونومر ها بوجود می ایند
• لیپیدها: لیپیدها ترکیبات ارگانیکی هستند که شامل چربی ها، فسفولیپیدها، استروئید ها و موم میشوند.

نوکلئیک اسیدهای مصنوعی

نوکلئیک اسیدهای مصنوعی توسط شیمی دان ها طراحی شده و ترکیب میشوند و شامل پپتاید نوکلئیک اسید، نوکلئیک اسیدهای متصل شده، گلیکولیک ها و ترئوز ها میشود. هر کدام از موارد یاد شده با ایجاد تغییراتی در پیکره ی اصلی مولکولها ی  طبیعی DNA و RNA بوجود می اید.