Nucleïnezuren zijn lange ketens van nucleotiden die met fosfodiësterbindingen aan elkaar verbonden zijn. Er zijn twee soorten nucleïnezuren: deoxyribonucleïnezuur of DNA en ribonucleïnezuur of RNA. Nucleotiden in zowel DNA als RNA bestaan uit een suiker, een stikstofbase en een fosfaatmolecuul.
Het erfelijke materiaal van een cel bestaat uit nucleïnezuren, waardoor levende organismen genetische informatie van de ene generatie op de andere kunnen doorgeven. Er zijn twee soorten nucleïnezuren: deoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA). DNA en RNA verschillen amper in hun chemische samenstelling, maar spelen een totaal andere biologische rol.
Nucleïnezuren zijn polynucleotiden – ketens van nucleotiden. Een nucleotide is samengesteld uit drie componenten: een pentosesuiker, een stikstofbase en een fosfaatgroep. De suiker en de base smelten samen om een nucleoside te vormen. Daarom wordt een nucleotide soms een nucleosidemonofosfaat genoemd. Elk van de drie componenten van een nucleotide speelt een sleutelrol bij de algehele samenstelling van nucleïnezuren.
Zoals de naam doet vermoeden, heeft een pentosesuiker vijf koolstofatomen, die worden aangeduid als 1 o , 2 o , 3 o , 4 o en 5 o . De pentosesuiker in RNA is ribose, wat betekent dat de 2 o koolstof een hydroxylgroep draagt. De suiker in het DNA is deoxyribose, wat betekent dat een waterstofatoom aan de 2 o koolstof gebonden is. De suiker zit vast aan de stikstofbase op de 1 o koolstof en het fosfaatmolecuul op de 5 o koolstof.
Het fosfaatmolecuul dat aan de 5 o koolstof van een nucleotide is gebonden, kan een covalente binding vormen met de 3 o hydroxylgroep van een ander nucleotide, waardoor de twee nucleotiden met elkaar worden verbonden. Deze covalente binding wordt een fosfodiësterbindingen genoemd. De fosfodiësterbinding tussen nucleotiden creëert een afwisselende suiker- en fosfaatketen in een polynucleotide. Door het 5 o- uiteinde van een nucleotide te koppelen aan het 3 o- uiteinde van een andere, ontstaat de polynucleotideketen, die een sleutelrol speelt bij DNA-replicatie en RNA-synthese. Aan het ene uiteinde van de polynucleotideketen, het 3 o- uiteinde genoemd, heeft de suiker een vrije 3 o- hydroxylgroep. Aan het andere uiteinde, het 5 o- uiteinde, heeft de suiker een vrije 5 o- fosfaatgroep.
Stikstofbasen zijn moleculen die een of twee ringen bevatten en zijn opgebouwd uit koolstof- en stikstofatomen. Deze moleculen worden ‘basen’ genoemd omdat ze chemisch basisch zijn en kunnen binden aan waterstofionen. Er zijn twee klassen stikstofbasen: pyrimidinen en purinen. De pyrimidinen hebben een zesledige ringstructuur, terwijl purinen zijn samengesteld uit een zesring die gebonden is aan een vijfring. De pyrimidinen omvatten cytosine (C), thymine (T) en uracil (U). De purines omvatten adenine (A) en guanine (G).
Cytosine, adenine en guanine zijn aanwezig in zowel DNA als RNA. Thymine is echter specifiek voor DNA en uracil komt alleen in RNA voor. De purines en pyrimidines kunnen waterstofbruggen met elkaar vormen in een bepaald patroon, gebaseerd op de aanwezigheid van complementaire chemische groepen die analoog zijn aan stukjes van een legpuzzel. Onder normale cellulaire omstandigheden vormt adenine waterstofbruggen met thymine (in DNA) of uracil (in RNA), terwijl guanine waterstofbruggen vormt met cytosine. Deze complementaire basenparing is cruciaal voor de DNA-structuur en -functie.
DNA vormt een dubbele helixstructuur in de cel. Een dubbele helix is samengesteld uit twee polynucleotideketens, strengen genaamd, die spiraalvormig (dwz spiraalvormig) om elkaar heen wikkelen. De twee strengen zijn hebben tegenovergestelde oriëntaties, of zijn "antiparallel" aan elkaar zijn, wat betekent dat het 5 o uiteinde van een streng dicht bij het 3 o uiteinde van een andere ligt. De twee strengen worden bij elkaar gehouden door complementaire basenparing (bijv. Cytosine met guanine).
De suikerfosfaatketens bevinden zich aan de buitenkant van een dubbele DNA-helix en de waterstofgebonden basen bevinden zich aan de binnenkant. RNA komt meestal voor als een enkelstrengs molecuul. De enkele RNA-streng kan lokaal ook secundaire structuren vormen door complementaire basenparing tussen strengen. Verschillende soorten secundaire RNA-structuren hebben verschillende functies binnen de cel.
