Definitie

zelfstandig naamwoord
plural: nucleic acid
nu-cle-ic ac-id, nuˈkleɪ.ɪk ˈæsɪd
Een van de groepen complexe verbindingen bestaande uit lineaire ketens van monomere nucleotiden waarbij elke monomere eenheid is opgebouwd uit fosforzuur, suiker en stikstofhoudende base, en betrokken bij de bewaring, replicatie, en uitdrukking van erfelijke informatie in elke levende cel

Details

Overzicht

Een biomolecule verwijst naar elk molecuul dat door levende organismen wordt geproduceerd. Als zodanig zijn de meeste ervan organische moleculen. De vier hoofdgroepen van biomoleculen zijn aminozuren en eiwitten, koolhydraten (vooral polysacchariden), lipiden, en nucleïnezuren. Onder nucleïnezuur wordt verstaan een groep complexe verbindingen die bestaan uit lineaire ketens van monomere nucleotiden. Elk nucleotidebestanddeel bestaat op zijn beurt uit fosforzuur, suiker en stikstofhoudende base. Nucleïnezuren zijn betrokken bij de bewaring, replicatie en uitdrukking van erfelijke informatie. Twee belangrijke soorten nucleïnezuren zijn desoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA).

Geschiedenis en terminologie

De ontdekking van nucleïnezuren werd toegeschreven aan de Zwitserse arts en bioloog, Friedrich Miescher 1844 -1895, in 1868. Hij slaagde erin uit de kernen van witte bloedcellen een biologische molecule te isoleren die noch een eiwit, noch een koolhydraat, noch een lipide was. Hij gaf de verbinding de naam nucleïne, naar de plaats waar hij het vandaan had.1 De zure eigenschappen van de verbinding werden ontdekt door de Duitse scheikundige Albrecht Kossel 1853 -1927. Hij stond ook bekend als de eerste die de nucleobasen identificeerde: adenine, cytosine, guanine, thymine, en uracil. Later werd nucleïnezuur vervangen door nucleïnezuur; de term werd in 1889 bedacht door de Duitse patholoog, Richard Altmann 1852 -1900.2 Het door Miescher ontdekte nucleïne werd later met name geïdentificeerd als DNA. Het model van de dubbele spiraal van DNA werd in 1953 toegeschreven aan de moleculair biologen James Watson (Amerikaan) en Francis Crick (Brit). Hun dubbel spiraalvormig model van DNA was grotendeels gebaseerd op de röntgendiffractie-opname (foto 51 genoemd) door Rosalind Franklin 1920 – 1958 en Raymond Gosling in1952.

Structuur

Een nucleïnezuur is een biopolymeer dat bestaat uit monomere eenheden van nucleotiden. Elke nucleotide waaruit een nucleïnezuur is opgebouwd, bestaat uit fosforzuur, suiker (5-koolstof), en stikstofhoudende base. De nucleotidenketens in een nucleïnezuur zijn verbonden door 3′-5′ fosfodiësterverbindingen. Dit betekent dat de 5′-fosforgroep van één nucleotide veresterd is met het 3′-hydroxyl van het aangrenzende nucleotide.

Soorten

Twee hoofdtypen nucleïnezuren zijn DNA en RNA. DNA is een dubbelstrengs nucleïnezuur dat de genetische informatie van een levend wezen bevat. Het is essentieel voor de celgroei, deling en functie van een organisme. RNA is een enkelstrengs nucleïnezuur met uitzondering van sommige virale RNA’s en siRNA die dubbelstrengs zijn.

	DNA	RNA
Structuur	DNA is samengesteld uit twee strengen die in elkaar draaien om een helix te vormen, waardoor een ladderachtige structuur ontstaat. Elke streng bestaat uit afwisselend fosfaat (PO4) en pentose suiker (2-deoxyribose), en aan de suiker is een stikstofhoudende base gehecht, die adenine, thymine, guanine, of cytosine kan zijn. In DNA paart adenine met thymine en guanine met cytosine. Niet alle DNA’s zijn dubbelstrengs. Een groep virussen bijvoorbeeld heeft een enkelstrengs DNA-genoom.	RNA bestaat uit een lange lineaire keten van nucleotiden. Elke nucleotide-eenheid bestaat uit een suiker, een fosfaatgroep en een stikstofhoudende base. Het verschilt van DNA in het hebben van ribose als suiker, (deoxyribose in DNA) en de basen zijn adenine, guanine, cytosine, en uracil. In RNA paart adenine met uracil en guanine met cytosine. RNA’s zijn enkelstrengs met uitzondering van bepaalde virussen, waarvan het genoom uit dubbelstrengs RNA bestaat.
Locatie	In eukaryoten bevinden de meeste DNA’s zich in de nucleoli en de chromosomen in de celkern. Een kleine fractie van het totale DNA is aanwezig in mitochondriën, chloroplasten en cytoplasma. Bij prokaryoten en virussen bevindt het DNA zich in het cytoplasma.	In eukaryoten wordt RNA aangetroffen in de kern en in het cytoplasma. Bij prokaryoten en virussen bevindt het zich in het cytoplasma.
Functie	DNA is een lang polymeer van nucleotiden dat codeert voor de volgorde van aminozuren tijdens de eiwitsynthese. DNA draagt de genetische ‘blauwdruk’, omdat het de instructies of informatie (genen genoemd) bevat die nodig zijn om cellulaire componenten zoals eiwitten en RNA’s te construeren.	In sommige virussen is RNA het genetisch materiaal. Bij de meeste organismen zijn RNA’s betrokken bij: eiwitsynthese (b.v. mRNA, tRNA, rRNA, enz.), post-transcriptionele modificatie of DNA-replicatie (b.v. snRNA, snoRNA, enz.), en genregulatie (b.v. miRNA, siRNA, tasiRNA, enz.).

Gemeenschappelijke biologische reacties

DNA-replicatie is een proces waarbij de oorspronkelijke (ouder)strengen DNA in de dubbele helix worden gescheiden en elke streng wordt gekopieerd om een nieuwe (dochter)streng te produceren. Van dit proces wordt gezegd dat het semi-conservatief is, aangezien één van elke ouderstreng behouden blijft en intact blijft nadat de replicatie heeft plaatsgevonden. Verscheidene enzymen, bijvoorbeeld DNA-polymerasen, zijn bij de DNA-replicatie betrokken. Eén van de ouderstrengen van de DNA-molecule wordt gerepliceerd door basenparing, zodat de nieuw gesynthetiseerde streng complementair is aan de oorspronkelijke of ouderstreng. Dat wil zeggen dat de purine nucleobase (d.w.z. adenine en guanine) wordt gekoppeld aan de pyrimidine nucleobase (d.w.z. cytosine en thymine). In het bijzonder zal adenine aan thymine worden gekoppeld en guanine aan cytosine. DNA-replicatie is noodzakelijk bij de celdeling. In de vroege stadia van mitose (profase) en meiose (profase I) wordt DNA gerepliceerd ter voorbereiding van de late stadia waarin de cel zich deelt om twee cellen te doen ontstaan die identieke kopieën van DNA bevatten. Na de replicatie worden de kopieën van de DNA-molecule gecontroleerd door mechanismen van “proofreading”. DNA-replicatie kan kunstmatig worden uitgevoerd door middel van een laboratoriumtechniek die polymerasekettingreactie wordt genoemd en die het doel-DNA-fragment uit het genoom kan amplificeren.

Gemeenschappelijke biologische reacties

DNA draagt de genetische informatie die codeert voor een bepaald eiwit. Bij de vertaling van eiwitten wordt de genetische code voor een eiwit dus eerst in het RNA (specifiek mRNA) gekopieerd. Dit proces van het maken van een kopie van DNA naar mRNA met behulp van het enzym RNA polymerase wordt transcriptie genoemd. Hoewel RNA-polymerase de DNA-sjabloonstreng van 3′ → 5′ doorkruist, wordt de coderende (niet-sjabloon) streng gewoonlijk als referentiepunt gebruikt. Het proces verloopt dus in de richting 5′ → 3′, net als bij DNA-replicatie. In tegenstelling tot DNA replicatie heeft transcriptie echter geen primer nodig om te beginnen en maakt het gebruik van basenparing om een RNA-kopie te maken die uracil bevat in plaats van thymine.
In prokaryoten vindt transcriptie plaats in het cytoplasma, terwijl het in eukaryoten voornamelijk in de kern plaatsvindt voordat het mRNA naar het cytoplasma wordt getransporteerd voor vertaling of voor eiwitsynthese.

Gemeenschappelijke biologische reacties

De afbraak van nucleïnezuren levert purines, pyrimidines, fosforzuur, en een pentose, hetzij D-ribose of D-deoxyribose.

Biologisch belang

Nucleïnezuren bevatten de genetische informatie die cruciaal is voor alle cellulaire functies en de erfelijkheid. Mutatie in de genetische code kan leiden tot stofwisselingsstoornissen en ziekten. Veel van dergelijke aandoeningen zijn te wijten aan een zogenaamd functioneel eiwit dat kennelijk onvoldoende wordt geproduceerd of disfunctioneel is geworden door een mutatie in het gen of de genen die ervoor coderen. Veel stofwisselingsstoornissen en -ziekten zijn erfelijk, aangezien genen van generatie op generatie worden doorgegeven. Aan de andere kant zijn mutaties evolutionair gezien ook noodzakelijk. Zij vergroten de variabiliteit van levende wezens, waardoor zij zich beter kunnen aanpassen aan de steeds veranderende omgeving.

Aanvullend

Afgeleide term(en)

• desoxyribonucleïnezuur
• ribonucleïnezuur
• Minus-streng nucleïnezuur
• Repetitieve sequenties nucleïnezuur
• In situ nucleïnezuur hybridisatie

Verdere lectuur

Zie ook

• biomolecuul
• nucleotide
• nucleoside
• nucleobase
• gen
• chromosoom
• nucleoproteïne