Kaj je nukleotid? Sestava, struktura, število in zaporedje nukleotidov v verigi DNA

Vse živa bitja na planetu sestavljajo množica celic, ki podpirajo urejenost svoje organizacije na račun genetskih informacij v jedru. Ohrani, realizira in prenaša kompleksne visoko molekulske spojine - nukleinske kisline, sestavljene iz monomernih enot - nukleotidov. Vloga nukleinskih kislin ni mogoče preveč poudariti. Stabilnost njihovih struktur, ki jih normalno delovanje organizma določi, in morebitna odstopanja v strukturi bo neizogibno vodilo do sprememb v celični organizaciji, dejavnosti fizioloških procesov in sposobnost preživetja celic na splošno.

Koncept nukleotida in njegovih lastnosti

Vsak Molekula DNA ali RNA zberemo iz manjših monomernih spojin - nukleotidov. Z drugimi besedami, nukleotid je gradbeni material za nukleinske kisline, koencime in mnoge druge biološke spojine, ki so nujno potrebni za celico v procesu njegove vitalne aktivnosti.

Glavne lastnosti teh nenadomestljivih snovi so:

• shranjevanje informacij o strukturo proteina in podedovani znaki -
• nadzorovanje rasti in razmnoževanja,
• sodelovanje v metabolizmu in številnih drugih fizioloških procesov, ki potekajo v celici.

Nukleotidni sestavek

Ko govorimo o nukleotidih, ne moremo pomagati, ampak se osredotočiti na tako pomembno vprašanje kot njihova struktura in sestava.

Vsak nukleotid sestoji iz:

• ostanki sladkorja,
• Dušikova baza -
• fosfatna skupina ali ostanek fosforna kislina.

Lahko rečemo, da je nukleotid kompleksna organska spojina. Glede na vrsto sestave dušikovih baz in vrsto pentoze v nukleotidni strukturi so nukleinske kisline razdeljene na:

• deoksiribonukleinska kislina ali DNA-
• Ribonukleinska kislina ali RNA.

Sestava nukleinskih kislin

V nukleinskih kislinah je sladkor pentoza. To je petogljični sladkor, v DNK se imenuje deoksibrioza, v RNA-ribozi. Vsaka molekula pentoze ima pet atomov ogljika, od katerih štiri skupaj z atomom kisika tvorita petčlenski obroč, peta pa v skupini HO-CH2.

Položaj vsak atom ogljika v molekuli pentoze označena arabska številka s prime (1Cacute-, 2Cacute-, 3Cacute-, 4Cacute-, 5Cacute-). Od vseh procesov branja dedne informacije z molekulo nukleinske kisline imajo strogo usmerjenost, oštevilčenje atomov ogljika in njihova lokacija v obroču služita kot nekakšen kazalec v pravo smer.

Na hidroksilni skupini ostane fosforna kislina pritrjena na tretji in peti atom ogljika (3Cacute- in 5Cacute-). Določa kemično pripadnost DNK in RNK v skupino kislin.

Dušikova baza je vezana na prvi atom ogljika (1Cacute-) v molekuli sladkorja.

Vrsta sestave dušikovih baz

Nukleotide DNA vzdolž dušikove baze predstavljajo štiri vrste:

• adenin (A) -
• gvanin (D) -
• citozin (C) -
• Thymine (T).

Prvi dve spadata v razred purinov, slednji pa pripadata pirimidinom. Z molekulsko težo je purina vedno težja od pirimidina.

RNK nukleotidi na dušikovi osnovi so:

• adenin (A) -
• gvanin (D) -
• citozin (C) -
• uracil (Y).

Uracil, podobno kot timin, je pirimidinska baza.

V znanstveni literaturi je pogosto mogoče najti drugo oznako dušikovih baz - latinske črke (A, T, C, G, U).

Več podrobnosti o kemični strukturi purin in pirimidinov.

Pirimidini, namreč citozin, timin in uracil, v svoji sestavi predstavljata dva atoma dušika in štiri atome ogljika, ki tvorita šestčlenski obroč. Vsak atom ima svojo številko od 1 do 6.

Purini (adenin in gvanin) so sestavljeni iz pirimidina in imidazola ali dveh heterociklov. Molekulo purinskih baz predstavljajo štiri atomi dušika in pet ogljikovih atomov. Vsak atom je oštevilčen od 1 do 9.

Zaradi povezave dušikove baze in ostanka pentoze se tvori nukleozid. Nukleotid je spojina nukleozida in fosfatne skupine.

Oblikovanje fosfodiesternih vezi

Pomembno je razumeti vprašanje, kako se nukleotidi vežejo na polipeptidno verigo in tvorijo molekulo nukleinske kisline. To je posledica ti fosfodiesternih vezi.

Interakcija dveh nukleotidov daje dinukleotid. Tvorba nove spojine nastane s kondenzacijo, ko se pojavi fosfodiesterna vez med fosfatnim delom enega monomera in hidroksi skupino pentoze drugega.

Sinteza polinukleotida - ponovitev ponovitve te reakcije (več milijonov krat). Polinukleotidna veriga je zasnovana z oblikovanjem fosfodiesternih vezi med tretjim in petim ogljikovim hidratom sladkorjev (3Cacute- in 5Cacute-).

Sestava polinukleotida je kompleksen proces, ki vključuje encim DNA polimeraze, ki zagotavlja rast verige samo na enem koncu (3acute-) s prosto hidroksi skupino.

Struktura molekule DNA

Molekula DNA, kot beljakovina, ima primarno, sekundarno in terciarno strukturo.

Zaporedje nukleotidov v verigi DNA določa njegovo primarno strukturo. Sekundarna struktura nastane zaradi vodikovih vezi, ki temeljijo na načelu komplementarnosti. Z drugimi besedami, v sintezi dvojne vijačnice DNK deluje določeno pravilnost: adenin, timin ustreza vezje drugega gvanin - citozin in obratno. Pari adenina in timina ali gvanina in citozina se tvorijo zaradi dveh v prvem in treh v zadnjem primeru vodikovih vezi. Taka nukleotidna spojina zagotavlja močno vez med verigama in enako razdaljo med njimi.

Poznavanje zaporedja nukleotidov ene DNA verige, drugo pa lahko zaključimo v skladu z načelom komplementarnosti ali dodajanja.

Terciarna struktura DNK se oblikuje zaradi zapletenih tridimenzionalnih vezi, zaradi česar je njegova molekula bolj kompaktna in se lahko nahaja v majhni celični prostornini. Na primer, dolžina E. coli DNA je več kot 1 mm, dolžina celice pa je manjša od 5 μm.

Število nukleotidov v DNK, in sicer njihovo količinsko razmerje, sledi Chergaffovemu pravilu (število baz za purino je vedno enako količini pirimidinskih baz). Razdalja med nukleotidi je konstantna vrednost 0,34 nm, tako kot njihova molekulska masa.

Struktura molekule RNK

RNA je predstavljena z eno samo polinukleotidno verigo, ki se tvori skozi kovalentne vezi med pentozo (v tem primeru ribozo) in ostankom fosfata. V dolžini je veliko krajši od DNK. Obstajajo tudi razlike v sestavi vrste dušikovih baz v nukleotidu. Namesto pirimidinske baze timina se uracil uporablja v RNA. Glede na funkcije, ki se izvajajo v telesu, je RNA lahko tri vrste.

• Ribosomal (rRNA) - običajno vsebuje od 3.000 do 5.000 nukleotidov. Ker potreben strukturni sestavni del sodeluje pri nastanku aktivnega središča ribosomov, je lokacija enega najpomembnejših procesov v celici beljakovinska biosinteza.
• Transport (tRNA) - sestavlja povprečje 75-95 nukleotidov, izvede prenos želene aminokisline do mesta sinteze polipeptida v ribosomu. Vsaka vrsta tRNK (vsaj 40) ima svoje zaporedje monomerov ali nukleotidov, ki so neločljivo povezani z njo.
• Informacije (mRNA) - z nukleotidno sestavo so zelo raznolike. Prenese genetske informacije od DNA do ribosomov, deluje kot matrika za sintezo proteinske molekule.

Vloga nukleotidov v telesu

Nukleotidi v celici opravljajo številne pomembne funkcije:

• se uporabljajo kot strukturni bloki za nukleinske kisline (nukleotide purinske in pirimidinske serije) -
• sodeluje pri številnih presnovnih procesih v celici,
• so del ATP - glavni vir energije v celicah -
• delujejo kot nosilci zmanjšanja ekvivalentov v celicah (NAD +, NADP +, FAD, FMN) -
• opravlja funkcijo bioregulatorjev -
• se lahko štejejo za druge poslanke zunajcelične redne sinteze (npr. CAMP ali cGMP).

Nukleotid je monomerna enota, ki tvori bolj zapletene spojine-nukleinske kisline, brez katerih ni mogoče prenesti genskih informacij, jih shraniti in jih reproducirati. Prosti nukleotidi so glavne komponente, vključene v signalne in energetske procese, ki podpirajo normalno vitalno aktivnost celic in organizma kot celote.