NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE
NUCLEIC ACIDS
Two types of nucleic acid are found in
body cells: DNA and RNA, both of which
are long, chainlike molecules (strands).
DNA consists of two intertwined
strands (a double helix), and RNA is
usually just a single strand.
Nucleic acids are made up of units
called nucleotides, each consisting of a
sugar, a phosphate group, and a base.
There are four different bases in DNA:
adenine (A), cytosine (C), guanine (G),
and thymine (T). These bases pair up,
adenine with thymine and cytosine
with guanine, to form the characteristic
double helix structure of DNA. RNA is
like a single strand of DNA but has a
base called uracil (U), instead of
thymine, which pairs with adenine.
O n e n u c l e o t i d e
DNA molecule
S u g a r
B a s e
P h o s p h a t e
I
A
'
G u a n in e (G )
A d e n i n e (A)
C y t o s in e (C)
T h y m in e (T)
N u c l e a r
e n e r g y
i s
r e l e a s e d
i n
c e r t a i n
n a t u r a l
p r o c e s s e s ,
e x a m p l e s
o f w h i c h
i n c l u d e t h e s p o n t a n e o u s d e c a y o f r a d i o -
a c t i v e s u b s t a n c e s , s u c h a s u r a n i u m o r e s ,
a n d t h e n u c l e a r r e a c t i o n s t h a t p o w e r t h e
s u n . N u c l e a r e n e r g y i s a l s o r e l e a s e d i n
s p e c i f i c a l l y
d e s i g n e d
d e v i c e s ,
f o r
e x -
a m p l e i n n u c l e a r r e a c t o r s .
n u c le a r m a g n e tic re s o n a n c e
S e e
M R I
.
n u c le a r m e d ic in e
T e c h n i q u e s
t h a t
u s e
r a d i o a c t i v e
s u b -
s t a n c e s ( s e e
r a d i o a c t i v i t y
)
i n t h e d e t e c t i o n
a n d t r e a t m e n t o f d i s e a s e .
R a d i o a c t i v e m a t e r i a l s , w h i c h m a y b e
i n j e c t e d ,
i n h a l e d ,
o r
s w a l l o w e d ,
a r e
t a k e n u p b y b o d y t i s s u e s o r o r g a n s i n
d i f f e r e n t c o n c e n t r a t i o n s , a n d a n i n s t r u -
m e n t c a l l e d a
g a m m a c a m e r a
i s u s e d t o
d e t e c t a n d m a p t h e d i s t r i b u t i o n o f r a d i -
a t i o n w i t h i n t h e b o d y
( s e e
r a d i o n u c l i d e
s c a n n i n g
) .
T h e
t e c h n i q u e
u s e s
o n l y
m i n u s c u l e q u a n t i t i e s o f r a d i a t i o n .
I n
t e c h n i q u e s
f o r
t r e a t m e n t ,
h i g h e r
d o s e s o f r a d i a t i o n a r e u s e d . D i s e a s e d t i s -
s u e s a r e
d e s t r o y e d b y
e x p o s u r e t o a n
e x t e r n a l r a d i o a c t i v e s o u r c e o r b y i n s e r -
t i o n
o f a r a d i o a c t i v e
s u b s t a n c e i n t o
a
b o d y c a v i t y
( s e e
r a d i o t h e r a p y ; i n t e r s t i t i a l
r a d i o t h e r a p y ; i n t r a c a v i t a r y t h e r a p y
) .
n u c le ic a c id
A s u b s t a n c e f o u n d i n a l l l i v i n g m a t t e r
t h a t h a s a f u n d a m e n t a l r o l e i n t h e p r o p -
a g a t i o n o f l i f e . N u c l e i c a c i d s p r o v i d e t h e
i n h e r i t e d c o d e d i n s t r u c t i o n s ( o r “ b l u e -
p r i n t ” ) f o r a n o r g a n i s m ’s d e v e l o p m e n t ;
t h e y a l s o
p r o v i d e
a p p a r a t u s
b y w h i c h
t h e s e i n s t r u c t i o n s a r e c a r r i e d o u t .
TYPES
T h e r e
a r e
t w o
t y p e s
o f n u c l e i c
a c i d :
d e o x y r i b o n u c l e i c a c i d ( D N A ) a n d r i b o -
n u c l e i c a c i d
( R N A ) .
I n a l l a n i m a l a n d
p l a n t c e l l s , i n c l u d i n g h u m a n c e l l s , D N A
p e r m a n e n t l y
h o l d s
t h e
c o d e d
i n s t r u c -
t i o n s , w h i c h a r e f i r s t t r a n s l a t e d a n d t h e n
i m p l e m e n t e d b y R N A . D N A i s t h e m a i n
c o n s t i t u e n t
o f
c h r o m o s o m e s
,
w h i c h a r e
c a r r i e d i n t h e n u c l e u s o f t h e c e l l .
STRUCTURE
D N A a n d R N A a r e s i m i l a r i n s t r u c t u r e ,
b o t h
c o m p r i s i n g
l o n g ,
c h a i n l i k e
m
o l -
e c u l e s .
H o w e v e r ,
D N A u s u a l l y
c o n s i s t s
o f
t w o
i n t e r t w i n e d
c h a i n s ,
w h e r e a s
R N A i s g e n e r a l l y s i n g l e - s t r a n d e d .
T h e b a s i c s t r u c t u r e o f D N A i s l i k e a
r o p e l a d d e r ;
t h e
c h a i n s f o r m
t h e t w o
s i d e s , a n d i n t e r l i n k i n g s t r u c t u r e s i n b e t -
w e e n f o r m t h e r u n g s . T h e l a d d e r t w i s t s
i n t o a s p i r a l s h a p e c a l l e d a d o u b l e h e l i x .
E a c h D N A c h a i n h a s a “ b a c k b o n e ”
c o n -
s i s t i n g o f a s t r i n g o f s u g a r a n d p h o s p h a t e
c h e m i c a l g r o u p s . A t t a c h e d t o e a c h s u g a r
i s a c h e m i c a l c a l l e d a b a s e , w h i c h c a n b e
a n y
o f f o u r
t y p e s
( a d e n i n e ,
t h y m i n e ,
g u a n i n e , a n d c y t o s i n e ) a n d f o r m s h a l f a
r u n g o f t h e D N A l a d d e r . T h e f o u r b a s e s
c a n
o c c u r
i n
a n y
s e q u e n c e
a l o n g
t h e
c h a i n . T h e
s e q u e n c e ,
o f t e n
m a n y
m
i l -
l i o n s o f i n d i v i d u a l b a s e s l o n g , p r o v i d e s
t h e c o d e f o r t h e a c t i v i t i e s o f t h e c e l l ( s e e
g e n e t i c c o d e
) .
B e c a u s e t h e t w o b a s e s t h a t
f o r m e a c h r u n g o f t h e l a d d e r c o n f o r m t o
c e r t a i n
p a i r i n g s ,
k n o w n
a s
b a s e
p a i r s
( a d e n i n e p a i r s w i t h t h y m i n e ; a n d g u a -
n i n e
w i t h
c y t o s i n e )
t h e
s e q u e n c e
o f
b a s e s
o n
o n e
c h a i n
d e t e r m i n e s
t h e
s e q u e n c e o n t h e o t h e r . T h i s i s o f f u n d a -
m e n t a l i m p o r t a n c e f o r
t h e
c o p y i n g
o f
D N A m o l e c u l e s w h e n a c e l l d i v i d e s .
R N A i s l i k e a s i n g l e s t r a n d o f D N A ;
t h e
m a i n
d i f f e r e n c e
i s
t h a t
t h e
b a s e
t h y m i n e
i s
r e p l a c e d
b y
a n o t h e r
b a s e ,
u r a c i l ,
a n d
t h e
s u g a r
a n d
p h o s p h a t e
c h a i n i s c h e m i c a l l y s l i g h t l y d i f f e r e n t .
FUNCTION
D N A c o n t r o l s a c e l l ’s a c t i v i t i e s b y s p e c i -
f y i n g
a n d
r e g u l a t i n g
t h e
s y n t h e s i s
o f
e n z y m e s
( s u b s t a n c e s
t h a t
p r o m o t e
b i o -
c h e m i c a l r e a c t i o n s ) a n d o t h e r p r o t e i n s i n
t h e
c e l l .
D i f f e r e n t
g e n e s
( s e c t i o n s
o f
D N A ) r e g u l a t e t h e p r o d u c t i o n o f d i f f e r -
e n t p r o t e i n s . F o r a p a r t i c u l a r p r o t e i n t o
b e m a d e , a n a p p r o p r i a t e s e c t i o n o f D N A
a c t s a s a t e m p l a t e f o r a n R N A c h a i n . T h i s
“ m e s s e n g e r ” R N A t h e n p a s s e s o u t o f t h e
n u c l e u s i n t o t h e c e l l c y t o p l a s m
( a t h i c k
f l u i d t h a t f o r m s
t h e b u l k o f t h e
c e l l ) ,
w h e r e
i t
i s
d e c o d e d
t o
f o r m
p r o t e i n s
( s e e
p r o t e i n s y n t h e s i s
) .
W
h e n a
c e l l u n d e r g o e s m
i t o t i c
( s e e
m i t o s i s
)
d i v i s i o n , i d e n t i c a l c o p i e s o f i t s
D N A m u s t g o t o e a c h o f t h e t w o d a u g h -
t e r c e l l s . T h e s t r u c t u r e o f D N A m a k e s t h i s
p r o c e s s p o s s i b l e . S t a r t i n g a t o n e e n d o f
t h e m o l e c u l e , t h e t w o c h a i n s “ u n z i p ” . A s
t h e y d o s o , t w o m o r e c h a i n s a r e f o r m e d
( s i d e b y s i d e w i t h t h e o r i g i n a l c h a i n s ) b y
t h e l i n k i n g o f f r e e , u n l i n k e d n u c l e o t i d e s
t h a t
a r e
p r e s e n t i n
c e l l s .
B e c a u s e
o n l y
c e r t a i n
b a s e
p a i r i n g s
a r e
p o s s i b l e ,
t h e
n e w d o u b l e c h a i n s a r e i d e n t i c a l t o t h e
o r i g i n a l D N A m o l e c u l e . T h u s a d i v i d i n g
c e l l p r o v i d e s a n e x a c t c o p y o f i t s D N A t o
i t s d a u g h t e r c e l l s . E a c h o f a p e r s o n ’s c e l l s
c a r r i e s t h e s a m e D N A r e p l i c a t h a t w a s
p r e s e n t i n t h e f e r t i l i z e d o v u m , t h u s t h e
D N A m e s s a g e p a s s e s f r o m o n e g e n e r a -
t i o n o f c e l l s t o t h e n e x t .
n u c le o s id e re v e rs e
tra n s c rip ta s e in h ib ito rs
A n
a n t i r e t r o v i r a l d r u g
u s e d t o
d e l a y t h e
p r o g r e s s o f
H I V
i n f e c t i o n . ( S e e a l s o
A I D S .
)
n u c le o tid e
A
c o m p o u n d
t h a t
c o n s i s t s
o f a
b a s e ,
l i n k e d t o a s u g a r a n d a p h o s p h a t e g r o u p .
T h e
n u c l e i c a c i d s
D N A
a n d
R N A
a r e
c h a i n s
o f l i n k e d n u c l e o t i d e s . T h e r e
a r e
f o u r
d i f f e r e n t
b a s e s
i n
D N A ,
a d e n i n e ,
c y t o s i n e ,
g u a n i n e ,
a n d t h y m i n e , w h i c h
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