Νουκλεοτίδιο: δομή, μάζα, μήκος, αλληλουχία. Νουκλεοτίδια Το νουκλεοτίδιο είναι ένα δομικό συστατικό

Όλη η ζωή στον πλανήτη αποτελείται από πολλά κύτταρα που διατηρούν την τάξη της οργάνωσής τους λόγω της ενέργειας που περιέχεται στον πυρήνα. γενετικές πληροφορίες. Αποθηκεύεται, υλοποιείται και μεταδίδεται από σύνθετες ενώσεις υψηλής μοριακής απόδοσης - νουκλεϊκά οξέα, που αποτελούνται από μονομερείς μονάδες - νουκλεοτίδια. Ρόλος νουκλεϊκά οξέαδεν μπορεί να υπερεκτιμηθεί. Η σταθερότητα της δομής τους καθορίζει την κανονική λειτουργία του σώματος και τυχόν αποκλίσεις στη δομή οδηγούν αναπόφευκτα σε αλλαγές κυτταρική οργάνωση, δραστηριότητα των φυσιολογικών διεργασιών και τη βιωσιμότητα των κυττάρων γενικά.

Η έννοια του νουκλεοτιδίου και οι ιδιότητές του

Κάθε RNA συναρμολογείται από μικρότερες μονομερείς ενώσεις - νουκλεοτίδια. Με άλλα λόγια, ένα νουκλεοτίδιο είναι ΥΛΙΚΟ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣγια νουκλεϊκά οξέα, συνένζυμα και πολλές άλλες βιολογικές ενώσεις που είναι απαραίτητες για το κύτταρο κατά τη διάρκεια της ζωής του.

Οι κύριες ιδιότητες αυτών των βασικών ουσιών περιλαμβάνουν:

Αποθήκευση πληροφοριών σχετικά με και κληρονομικά χαρακτηριστικά.
. άσκηση ελέγχου στην ανάπτυξη και την αναπαραγωγή·
. συμμετοχή στο μεταβολισμό και σε πολλές άλλες φυσιολογικές διεργασίες που συμβαίνουν στο κύτταρο.

Μιλώντας για τα νουκλεοτίδια, κανείς δεν μπορεί παρά να σταθεί σε ένα τόσο σημαντικό ζήτημα όπως η δομή και η σύνθεσή τους.

Κάθε νουκλεοτίδιο αποτελείται από:

Υπολείμματα ζάχαρης;
. αζωτούχα βάση?
. φωσφορική ομάδα ή υπόλειμμα φωσφορικό οξύ.

Μπορούμε να πούμε ότι ένα νουκλεοτίδιο είναι ένα σύμπλοκο οργανική ένωση. Ανάλογα με τη σύσταση του είδους των αζωτούχων βάσεων και τον τύπο της πεντόζης στη νουκλεοτιδική δομή, τα νουκλεϊκά οξέα χωρίζονται σε:

Δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ ή DNA.
. ριβονουκλεϊκό οξύ ή RNA.

Σύνθεση νουκλεϊκού οξέος

Στα νουκλεϊκά οξέα, το σάκχαρο αντιπροσωπεύεται από πεντόζη. Είναι ένα σάκχαρο πέντε άνθρακα, που ονομάζεται δεοξυριβόζη στο DNA και ριβόζη στο RNA. Κάθε μόριο πεντόζης έχει πέντε άτομα άνθρακα, τέσσερα από αυτά, μαζί με το άτομο οξυγόνου, σχηματίζουν έναν πενταμελή δακτύλιο και το πέμπτο είναι μέρος της ομάδας HO-CH2.

Η θέση κάθε ατόμου άνθρακα στο μόριο της πεντόζης υποδεικνύεται με έναν αραβικό αριθμό με πρώτο (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Δεδομένου ότι όλες οι διαδικασίες ανάγνωσης από ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος έχουν μια αυστηρή κατεύθυνση, η αρίθμηση των ατόμων άνθρακα και η θέση τους στον δακτύλιο χρησιμεύουν ως ένα είδος ένδειξης της σωστής κατεύθυνσης.

Στην ομάδα υδροξυλίου, ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος συνδέεται με το τρίτο και το πέμπτο άτομο άνθρακα (3C' και 5C'). Καθορίζει τη χημική συσχέτιση του DNA και του RNA στην ομάδα των οξέων.

Μια αζωτούχα βάση συνδέεται με το πρώτο άτομο άνθρακα (1C´) σε ένα μόριο σακχάρου.

Ειδική σύνθεση αζωτούχων βάσεων

Τα νουκλεοτίδια DNA που βασίζονται στην αζωτούχα βάση αντιπροσωπεύονται από τέσσερις τύπους:

Αδενίνη (Α);
. γουανίνη (G);
. κυτοσίνη (C);
. θυμίνη (Τ).

Τα δύο πρώτα ανήκουν στην κατηγορία των πουρινών, τα δύο τελευταία ανήκουν στην κατηγορία των πυριμιδινών. Όσον αφορά το μοριακό βάρος, οι πουρίνες είναι πάντα βαρύτερες από τις πυριμιδίνες.

Τα νουκλεοτίδια RNA που βασίζονται στην αζωτούχα βάση αντιπροσωπεύονται από:

Αδενίνη (Α);
. γουανίνη (G);
. κυτοσίνη (C);
. ουρακίλη (U).

Η ουρακίλη, όπως και η θυμίνη, είναι μια βάση πυριμιδίνης.

ΣΕ επιστημονική βιβλιογραφίαΜπορείτε συχνά να βρείτε άλλη ονομασία για αζωτούχες βάσεις - με λατινικά γράμματα (A, T, C, G, U).

Ας δούμε πιο αναλυτικά χημική δομήπουρίνες και πυριμιδίνες.

Οι πυριμιδίνες, δηλαδή η κυτοσίνη, η θυμίνη και η ουρακίλη, αποτελούνται από δύο άτομα αζώτου και τέσσερα άτομα άνθρακα, σχηματίζοντας έναν εξαμελή δακτύλιο. Κάθε άτομο έχει τον δικό του αριθμό από το 1 έως το 6.

Οι πουρίνες (αδενίνη και γουανίνη) αποτελούνται από μια πυριμιδίνη και μια ιμιδαζόλη ή δύο ετερόκυκλους. Το μόριο βάσης πουρίνης αντιπροσωπεύεται από τέσσερα άτομα αζώτου και πέντε άτομα άνθρακα. Κάθε άτομο αριθμείται από το 1 έως το 9.

Ως αποτέλεσμα του συνδυασμού μιας αζωτούχου βάσης και ενός υπολείμματος πεντόζης, σχηματίζεται ένας νουκλεοζίτης. Ένα νουκλεοτίδιο είναι μια ένωση ενός νουκλεοσιδίου και μιας φωσφορικής ομάδας.

Σχηματισμός φωσφοδιεστερικών δεσμών

Είναι σημαντικό να κατανοήσουμε το ερώτημα του πώς τα νουκλεοτίδια συνδέονται σε μια πολυπεπτιδική αλυσίδα και σχηματίζουν ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος. Αυτό συμβαίνει λόγω των λεγόμενων φωσφοδιεστερικών δεσμών.

Η αλληλεπίδραση δύο νουκλεοτιδίων παράγει ένα δινουκλεοτίδιο. Ο σχηματισμός μιας νέας ένωσης συμβαίνει με συμπύκνωση, όταν εμφανίζεται ένας φωσφοδιεστερικός δεσμός μεταξύ του φωσφορικού υπολείμματος ενός μονομερούς και της υδροξυ ομάδας της πεντόζης ενός άλλου.

Η σύνθεση πολυνουκλεοτιδίων είναι μια επαναλαμβανόμενη επανάληψη αυτής της αντίδρασης (αρκετά εκατομμύρια φορές). Η πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα χτίζεται μέσω του σχηματισμού φωσφοδιεστερικών δεσμών μεταξύ του τρίτου και του πέμπτου άνθρακα των σακχάρων (3C' και 5C').

Το συγκρότημα πολυνουκλεοτιδίου είναι μια πολύπλοκη διαδικασία που λαμβάνει χώρα με τη συμμετοχή του ενζύμου DNA πολυμεράση, το οποίο εξασφαλίζει την ανάπτυξη μιας αλυσίδας μόνο από το ένα άκρο (3') με μια ελεύθερη ομάδα υδροξυλίου.

Δομή μορίου DNA

Ένα μόριο DNA, όπως μια πρωτεΐνη, μπορεί να έχει πρωτοταγή, δευτεροταγή και τριτοταγή δομή.

Η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων σε μια αλυσίδα DNA καθορίζει την πρωταρχική της· σχηματίζεται λόγω δεσμών υδρογόνου, η βάση των οποίων είναι η αρχή της συμπληρωματικότητας. Με άλλα λόγια, κατά τη σύνθεση μιας διπλής αλυσίδας, ισχύει ένα συγκεκριμένο σχέδιο: η αδενίνη της μιας αλυσίδας αντιστοιχεί στη θυμίνη της άλλης, η γουανίνη στην κυτοσίνη και αντίστροφα. Ζεύγη αδενίνης και θυμίνης ή γουανίνης και κυτοσίνης σχηματίζονται λόγω δύο στην πρώτη και τριών στη δεύτερη περίπτωση δεσμών υδρογόνου. Αυτός ο συνδυασμός νουκλεοτιδίων εξασφαλίζει μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ των αλυσίδων και ίση απόστασημεταξυ τους.

Γνωρίζοντας την νουκλεοτιδική αλληλουχία ενός κλώνου DNA, η δεύτερη μπορεί να ολοκληρωθεί χρησιμοποιώντας την αρχή της συμπληρωματικότητας ή της προσθήκης.

Η τριτοταγής δομή του DNA σχηματίζεται λόγω πολύπλοκων τρισδιάστατων δεσμών, γεγονός που καθιστά το μόριο του πιο συμπαγές και ικανό να χωράει σε έναν μικρό όγκο κυττάρων. Για παράδειγμα, το μήκος του DNA του E. coli είναι μεγαλύτερο από 1 mm, ενώ το μήκος του κυττάρου είναι μικρότερο από 5 μικρά.

Ο αριθμός των νουκλεοτιδίων στο DNA, δηλαδή η ποσοτική τους αναλογία, υπακούει στον κανόνα του Chergaff (ο αριθμός των βάσεων πουρίνης είναι πάντα ίσος με τον αριθμό των βάσεων πυριμιδίνης). Η απόσταση μεταξύ των νουκλεοτιδίων είναι μια σταθερή τιμή, ίση με 0,34 nm, όπως και το μοριακό τους βάρος.

Δομή ενός μορίου RNA

Το RNA αντιπροσωπεύεται από μια μοναδική πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα που σχηματίζεται μεταξύ μιας πεντόζης (στην περίπτωση αυτή ριβόζης) και ενός υπολείμματος φωσφορικού. Είναι πολύ μικρότερο σε μήκος από το DNA. Υπάρχουν επίσης διαφορές στη σύνθεση των ειδών των αζωτούχων βάσεων στο νουκλεοτίδιο. Στο RNA, η ουρακίλη χρησιμοποιείται αντί για τη θυμίνη με βάση πυριμιδίνης. Ανάλογα με τις λειτουργίες που εκτελούνται στο σώμα, το RNA μπορεί να είναι τριών τύπων.

Ριβοσωμικό (rRNA) - συνήθως περιέχει από 3000 έως 5000 νουκλεοτίδια. Ως απαραίτητο δομικό συστατικό, συμμετέχει στη διαμόρφωση ενεργό κέντροριβοσώματα, η θέση μιας από τις πιο σημαντικές διεργασίες στο κύτταρο - η βιοσύνθεση πρωτεϊνών.
. Μεταφορά (tRNA) - αποτελείται κατά μέσο όρο από 75 - 95 νουκλεοτίδια, πραγματοποιεί τη μεταφορά του επιθυμητού αμινοξέος στη θέση σύνθεσης πολυπεπτιδίου στο ριβόσωμα. Κάθε τύπος tRNA (τουλάχιστον 40) έχει τη δική του μοναδική αλληλουχία μονομερών ή νουκλεοτιδίων.
. Πληροφορίες (mRNA) - πολύ διαφορετικές σε σύνθεση νουκλεοτιδίων. Μεταφέρει γενετικές πληροφορίες από το DNA στα ριβοσώματα και λειτουργεί ως μήτρα για τη σύνθεση πρωτεϊνικών μορίων.

Ο ρόλος των νουκλεοτιδίων στο σώμα

Τα νουκλεοτίδια στο κύτταρο εκτελούν μια σειρά από σημαντικές λειτουργίες:

Χρησιμοποιείται ως δομικά στοιχεία για νουκλεϊκά οξέα (νουκλεοτίδια της σειράς πουρίνης και πυριμιδίνης).
. συμμετέχουν σε πολλές μεταβολικές διεργασίες στο κύτταρο.
. αποτελούν μέρος του ATP - η κύρια πηγή ενέργειας στα κύτταρα.
. δρουν ως φορείς αναγωγικών ισοδυνάμων στα κύτταρα (NAD+, NADP+, FAD, FMN).
. εκτελεί τη λειτουργία των βιορυθμιστών.
. μπορούν να θεωρηθούν ως δεύτεροι αγγελιοφόροι της εξωκυτταρικής κανονικής σύνθεσης (για παράδειγμα, cAMP ή cGMP).

Το νουκλεοτίδιο είναι μια μονομερής μονάδα που σχηματίζει πιο σύνθετες ενώσεις - νουκλεϊκά οξέα, χωρίς τα οποία η μεταφορά γενετικής πληροφορίας, η αποθήκευση και η αναπαραγωγή της είναι αδύνατη. Τα ελεύθερα νουκλεοτίδια είναι τα κύρια συστατικά που εμπλέκονται στις διεργασίες σηματοδότησης και ενέργειας που υποστηρίζουν την κανονική λειτουργία των κυττάρων και του σώματος συνολικά.

4.2.1. Πρωτογενής δομή νουκλεϊκών οξέωνπου ονομάζεται αλληλουχία διάταξης μονονουκλεοτιδίων σε αλυσίδα DNA ή RNA . Η πρωτογενής δομή των νουκλεϊκών οξέων σταθεροποιείται με φωσφοδιεστερικούς δεσμούς 3", 5". Αυτοί οι δεσμοί σχηματίζονται από την αλληλεπίδραση της ομάδας υδροξυλίου στη θέση 3" του υπολείμματος πεντόζης κάθε νουκλεοτιδίου με τη φωσφορική ομάδα του γειτονικού νουκλεοτιδίου (Εικόνα 3.2).

Έτσι, στο ένα άκρο της πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας υπάρχει μια ελεύθερη 5"-φωσφορική ομάδα (5"-άκρο), και στο άλλο υπάρχει μια ελεύθερη υδροξυλομάδα στη θέση 3" (3"-άκρο). Οι αλληλουχίες νουκλεοτιδίων συνήθως γράφονται προς την κατεύθυνση από το άκρο 5" προς το άκρο 3".

Εικόνα 4.2. Η δομή ενός δινουκλεοτιδίου, το οποίο περιλαμβάνει 5"-μονοφωσφορική αδενοσίνη και 5"-μονοφωσφορική κυτιδίνη.

4.2.2. DNA (δεοξυ ριβονουκλεϊκό οξύ) βρίσκεται στον πυρήνα του κυττάρου και έχει μοριακό βάρος περίπου 1011 Da. Τα νουκλεοτίδια του περιέχουν αζωτούχες βάσεις αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη, θυμίνη , υδατάνθρακες δεοξυριβόζη και υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Η περιεκτικότητα σε αζωτούχες βάσεις σε ένα μόριο DNA καθορίζεται από τους κανόνες του Chargaff:

1) ο αριθμός των βάσεων πουρίνης είναι ίσος με τον αριθμό των βάσεων πυριμιδίνης (A + G = C + T).

2) η ποσότητα της αδενίνης και της κυτοσίνης είναι ίση με την ποσότητα της θυμίνης και της γουανίνης, αντίστοιχα (A = T, C = G).

3) Το DNA που απομονώνεται από κύτταρα διαφορετικών βιολογικών ειδών διαφέρει μεταξύ τους ως προς τον συντελεστή ειδικότητας:

(G + C) / (A + T)

Αυτά τα μοτίβα στη δομή του DNA εξηγούνται από τα ακόλουθα χαρακτηριστικά της δευτερογενούς δομής του:

1) ένα μόριο DNA είναι κατασκευασμένο από δύο πολυνουκλεοτιδικές αλυσίδες συνδεδεμένες μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου και προσανατολισμένες αντιπαράλληλες (δηλαδή, το άκρο 3" της μιας αλυσίδας βρίσκεται απέναντι από το άκρο 5" της άλλης αλυσίδας και αντίστροφα).

2) Σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου μεταξύ συμπληρωματικών ζευγών αζωτούχων βάσεων. Η θυμίνη είναι συμπληρωματική της αδενίνης. αυτό το ζεύγος σταθεροποιείται με δύο δεσμούς υδρογόνου. Η κυτοσίνη είναι συμπληρωματική της γουανίνης. αυτό το ζεύγος σταθεροποιείται με τρεις δεσμούς υδρογόνου (βλ. σχήμα β). Όσο περισσότερο DNA υπάρχει σε ένα μόριο G-C ατμός, τόσο μεγαλύτερη είναι η αντοχή του σε υψηλές θερμοκρασίες και ιονίζουσα ακτινοβολία.

Εικόνα 3.3. Δεσμοί υδρογόνου μεταξύ συμπληρωματικών αζωτούχων βάσεων.

3) και οι δύο κλώνοι του DNA συστρέφονται σε μια έλικα που έχει κοινό άξονα. Οι αζωτούχες βάσεις βλέπουν το εσωτερικό της έλικας. Εκτός από τις αλληλεπιδράσεις υδρογόνου, μεταξύ τους προκύπτουν και υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Τα τμήματα φωσφορικής ριβόζης βρίσκονται κατά μήκος της περιφέρειας, σχηματίζοντας τον πυρήνα της έλικας (βλ. Εικόνα 3.4).

Εικόνα 3.4. Διάγραμμα δομής DNA.

4.2.3. RNA (ριβονουκλεϊκό οξύ)βρίσκεται κυρίως στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και έχει μοριακό βάρος στην περιοχή από 104 - 106 Da. Τα νουκλεοτίδια του περιέχουν αζωτούχες βάσεις αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη, ουρακίλη , υδατάνθρακες ριβόζη και υπολείμματα φωσφορικού οξέος. Σε αντίθεση με το DNA, τα μόρια RNA κατασκευάζονται από μια μοναδική πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα, η οποία μπορεί να περιέχει τμήματα που είναι συμπληρωματικά μεταξύ τους (Εικόνα 3.5). Αυτές οι περιοχές μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους, σχηματίζοντας διπλές έλικες που εναλλάσσονται με μη ελικοειδείς περιοχές.

Εικόνα 3.5. Σχέδιο της δομής του RNA μεταφοράς.

Με βάση τη δομή και τη λειτουργία τους, υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι RNA:

1) αγγελιοφόρος RNA (mRNA)μεταδίδουν πληροφορίες σχετικά με τη δομή της πρωτεΐνης από τον πυρήνα του κυττάρου στα ριβοσώματα.

2) RNA μεταφοράς (tRNA)μεταφορά αμινοξέων στη θέση της πρωτεϊνοσύνθεσης.

3) ριβοσωμικό RNA (rRNA)αποτελούν μέρος των ριβοσωμάτων και συμμετέχουν στη σύνθεση πρωτεϊνών.

- πρόκειται για σύνθετα μονομερή από τα οποία συναρμολογούνται μόρια ετεροπολυμερούς. DNA και RNA. Τα ελεύθερα νουκλεοτίδια εμπλέκονται στις διαδικασίες σηματοδότησης και ενέργειας της ζωής. Τα νουκλεοτίδια DNA και τα νουκλεοτίδια RNA έχουν ένα κοινό δομικό σχέδιο, αλλά διαφέρουν στη δομή του σακχάρου πεντόζης. Τα νουκλεοτίδια του DNA χρησιμοποιούν το σάκχαρο δεοξυριβόζη, ενώ τα νουκλεοτίδια του RNA χρησιμοποιούν ριβόζη.

Δομή νουκλεοτιδίων

Κάθε νουκλεοτίδιο μπορεί να χωριστεί σε 3 μέρη:

1. Ο υδατάνθρακας είναι ένα πενταμελές σάκχαρο πεντόζης (ριβόζη ή δεοξυριβόζη).

2. Το υπόλειμμα φωσφόρου (φωσφορικό) είναι ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος.

3. Μια αζωτούχα βάση είναι μια ένωση που περιέχει πολλά άτομα αζώτου. Τα νουκλεϊκά οξέα χρησιμοποιούν μόνο 5 τύπους αζωτούχων βάσεων: Αδενίνη, Θυμίνη, Γουανίνη, Κυτοσίνη, Ουρακίλη. Υπάρχουν 4 τύποι στο DNA: Αδενίνη, Θυμίνη, Γουανίνη, Κυτοσίνη. Υπάρχουν επίσης 4 τύποι στο RNA: Αδενίνη, Ουρακίλη, Γουανίνη, Κυτοσίνη.Είναι εύκολο να παρατηρήσετε ότι στο RNA η θυμίνη αντικαθίσταται από ουρακίλη σε σύγκριση με το DNA.

Γενικός δομικός τύποςπεντόζη (ριβόζη ή δεοξυριβόζη), τα μόρια της οποίας αποτελούν τον «σκελετό» των νουκλεϊκών οξέων:

Εάν το Χ αντικατασταθεί από Η (Χ = Η), τότε λαμβάνονται δεοξυριβονουκλεοζίτες. εάν το Χ αντικατασταθεί από ΟΗ (Χ = ΟΗ), τότε λαμβάνονται ριβονουκλεοσίδες. Εάν αντικαταστήσετε μια αζωτούχα βάση (πουρίνη ή πυριμιδίνη) αντί για R, λαμβάνετε ένα συγκεκριμένο νουκλεοτίδιο.

Είναι σημαντικό να δοθεί προσοχή σε εκείνες τις θέσεις των ατόμων άνθρακα στην πεντόζη, οι οποίες ορίζονται ως 3" και 5". Η αρίθμηση των ατόμων άνθρακα ξεκινά από το άτομο οξυγόνου στην κορυφή και πηγαίνει δεξιόστροφα. Το τελευταίο είναι ένα άτομο άνθρακα (5"), το οποίο βρίσκεται έξω από τον δακτύλιο της πεντόζης και σχηματίζει, θα έλεγε κανείς, μια "ουρά" της πεντόζης. Έτσι, όταν αναπτύσσεται μια αλυσίδα νουκλεοτιδίων, το ένζυμο μπορεί να προσκολλήσει μόνο ένα νέο νουκλεοτίδιο σε άνθρακα 3" και όχι σε κανένα άλλο . Επομένως, το άκρο 5" της νουκλεοτιδικής αλυσίδας δεν μπορεί ποτέ να συνεχιστεί· μόνο το άκρο 3" μπορεί να επεκταθεί.

Συγκρίνετε το νουκλεοτίδιο για το RNA με το νουκλεοτίδιο για το DNA.

Προσπαθήστε να μάθετε τι νουκλεοτίδιο είναι σε αυτήν την αναπαράσταση:

ΑΤΡ - ελεύθερο νουκλεοτίδιο

Το cAMP είναι ένα μόριο ATP «βρόχου».

Διάγραμμα δομής νουκλεοτιδίων

Σημειώστε ότι το ενεργοποιημένο νουκλεοτίδιο, ικανό να επεκτείνει την αλυσίδα DNA ή RNA, έχει μια «ουρά τριφωσφορικού». Είναι με αυτήν την «κορεσμένη με ενέργεια» ουρά που μπορεί να ενώσει μια υπάρχουσα αλυσίδα αναπτυσσόμενου νουκλεϊκού οξέος. Η φωσφορική ουρά βρίσκεται στον 5ο άνθρακα, επομένως αυτή η θέση άνθρακα καταλαμβάνεται ήδη από φωσφορικά άλατα και είναι εκεί για προσκόλληση. Σε τι να το επισυνάψω; Μόνο στον άνθρακα στη θέση 3". Μόλις συνδεθεί, ένα δεδομένο νουκλεοτίδιο θα γίνει το ίδιο στόχος για τη σύνδεση του επόμενου νουκλεοτιδίου. Η "πλευρά λήψης" παρέχει τον άνθρακα στη θέση 3" και η "πλευρά που φτάνει" προσκολλάται σε αυτό με τη φωσφορική ουρά να βρίσκεται στη θέση 5". Γενικά η αλυσίδα μεγαλώνει από την πλευρά των 3".

Επέκταση της νουκλεοτιδικής αλυσίδας του DNA

Η επέκταση της αλυσίδας λόγω «διαμήκων» δεσμών μεταξύ νουκλεοτιδίων μπορεί να πάει μόνο προς μία κατεύθυνση: από 5" ⇒ έως 3", επειδή ένα νέο νουκλεοτίδιο μπορεί να προστεθεί μόνο στο άκρο 3" της αλυσίδας, αλλά όχι στο άκρο 5".

Ζεύγη νουκλεοτιδίων που συνδέονται με συμπληρωματικές διασταυρώσεις των αζωτούχων βάσεων τους

Τμήμα διπλής έλικας DNA

Βρείτε σημάδια ότι δύο κλώνοι DNA είναι αντιπαράλληλοι.

Βρείτε ζεύγη νουκλεοτιδίων με διπλούς και τριπλούς συμπληρωματικούς δεσμούς.

Το μόριο νουκλεοτιδίου περιέχει σάκχαρο, φωσφορικό άλας και μια αζωτούχα βάση. Πώς αυτά τα απλά συστατικά επιτρέπουν στα νουκλεοτίδια να ενωθούν για να δημιουργήσουν πολυμερή όπως το DNA και το RNA, καθώς και μόρια που μεταφέρουν ενέργεια όπως το ATP;

Νουκλεοτίδια: μέρος της δομής του DNA

Τι είναι ένα νουκλεοτίδιο; Για να το καταλάβετε αυτό, πρέπει να φανταστείτε το DNA. Μόλις μπει στον πυρήνα του κυττάρου και ξετυλίξει τα χρωμοσώματα, μπορεί να φανεί ένα λεπτό διπλό νήμα. Όταν κάνετε μεγέθυνση, μπορείτε να δείτε ότι κάθε ένα από αυτά τα σκέλη αποτελείται από μικρά δομικά στοιχεία που ονομάζονται νουκλεοτίδια.

Εάν το DNA μοιάζει με στριμμένη σκάλα, κάθε δομικό στοιχείο ή νουκλεοτίδιο περιλαμβάνει το μισό σκαλί και ένα κομμάτι από το κατακόρυφο τμήμα της σκάλας. Το άλλο μισό του βήματος ανήκει στον παρακείμενο κλώνο DNA. Τα νουκλεοτίδια μπορούν επίσης να υπάρχουν μόνα τους ή να αποτελούν μέρος άλλων σημαντικών μορίων εκτός από το DNA. Για παράδειγμα, ο ενεργειακός φορέας ATP είναι μια μορφή νουκλεοτιδίου.

Συστατικά ενός νουκλεοτιδίου

Το νουκλεοτίδιο περιέχει συστατικά όπως μια αζωτούχα βάση, ζάχαρη και ένα ή περισσότερα φωσφορικά άλατα. Αξίζει να εξετάσουμε καθένα από αυτά με περισσότερες λεπτομέρειες:

• Αζωτούχα βάση. Μπορεί να είναι αδενίνη, θυμίνη, κυτοσίνη, γουανίνη, ουρακίλη. Δεν είναι οξέα· το καθένα περιέχει πολλά άτομα αζώτου. Τα νουκλεοτίδια μπορούν να ζευγαρώσουν μεταξύ τους: η κυτοσίνη πάντα ζευγαρώνει με τη γουανίνη και η αδενίνη με τη θυμίνη στο DNA ή η ουρακίλη στο RNA.
• Το επόμενο κύριο συστατικό ενός νουκλεοτιδίου είναι η ζάχαρη. Υπάρχουν πολλά είδη ζάχαρης, αλλά δύο είναι σημαντικά εδώ: Η ριβόζη είναι το σάκχαρο που θα δείτε στο RNA. Υπάρχει μια εκδοχή της ριβόζης στην οποία λείπει το άτομο οξυγόνου και θα ονομαζόταν δεοξυριβόζη σακχάρου. Είναι ένας τύπος σακχάρου στα νουκλεοτίδια του DNA. Θυμηθείτε ότι το DNA είναι δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ.
• Το τελευταίο κύριο θραύσμα νουκλεοτιδίου είναι το φωσφορικό. Το φωσφορικό είναι ένα άτομο φωσφόρου συνδεδεμένο με τέσσερα άτομα οξυγόνου. Οι δεσμοί μεταξύ των φωσφορικών αλάτων είναι πολύ υψηλής ενέργειας και λειτουργούν ως μια μορφή αποθήκευσης ενέργειας. Όταν διακοπεί μια σύνδεση, η ενέργεια που προκύπτει μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση εργασιών.

Τύποι νουκλεοτιδίων

Όταν τα νουκλεοτίδια πολυμερίζονται ή ενώνονται μεταξύ τους, σχηματίζουν ένα νουκλεϊκό οξύ όπως το DNA ή το RNA. Κάθε φωσφορικό νουκλεοτίδιο συνδυάζεται με ένα άλλο σάκχαρο για να σχηματίσει μια ραχοκοκαλιά φωσφορικού σακχάρου με αζωτούχες βάσεις. Ένα νουκλεοσίδιο είναι ένα μέρος ενός νουκλεοτιδίου που αποτελείται μόνο από ένα σάκχαρο και μια βάση. Έτσι, μπορούμε να μιλήσουμε για ένα νουκλεοτίδιο ως νουκλεοζίτη και φωσφορικά άλατα:

• Ένα μονοφωσφορικό νουκλεοσίδιο είναι ένα νουκλεοτίδιο που περιέχει ένα φωσφορικό.
• Ο διφωσφορικός νουκλεοζίτης είναι ένα νουκλεοτίδιο που περιέχει δύο φωσφορικά άλατα.
• Ο τριφωσφορικός νουκλεοζίτης είναι ένα νουκλεοτίδιο που περιέχει τρία φωσφορικά άλατα. Τα νουκλεοτίδια είναι τα δομικά στοιχεία του DNA και του RNA.

Ποιοι είναι οι διαφορετικοί τύποι νουκλεοτιδίων, ποια είναι η δομή τους και πώς μπορεί η αλλαγή ενός νουκλεοτιδίου να επηρεάσει την επιβίωση ενός οργανισμού;

Το νουκλεοτίδιο είναι στη βιολογία... (ορισμός)

Το ανθρώπινο DNA αποτελείται από νουκλεοτίδια, τα οποία είναι βασικά μια διάσταση υπομονάδας του DNA διατεταγμένα σε ζεύγη. Υπάρχουν περίπου 3 δισεκατομμύρια από αυτά τα ζεύγη, που ονομάζονται επίσης ζεύγη βάσεων. Πώς μπορείτε να ορίσετε ένα νουκλεοτίδιο; Κάθε σπέρμα και κάθε ωάριο περιέχει περίπου έξι δισεκατομμύρια μεμονωμένα νουκλεοτίδια στον πυρήνα του, τα οποία είναι οργανωμένα σε συμπαγή μόρια DNA. Αυτό διευκολύνει την αποθήκευση και τη μετακίνησή τους.

Τι είναι λοιπόν τα νουκλεοτίδια; Λειτουργούν ως μια ειδική γλώσσα που χρησιμοποιείται για τη σύνταξη συνταγών ΧΗΜΙΚΕΣ ΟΥΣΙΕΣ, που δημιουργείται από το σώμα σας, ιδίως πρωτεΐνες. Τα περισσότερα τμήματα νουκλεοτιδίων ονομάζονται ανεπιθύμητο DNA επειδή δεν κωδικοποιούν τίποτα. Ωστόσο, υπάρχει μια μικρή μερίδα που είναι κρίσιμη για την επιβίωσή σας και σας κάνει αυτό που είστε. Αυτό το 2% είναι ο κώδικας νουκλεοτιδίων για κάθε πρωτεΐνη που παράγει το σώμα σας και έχει σε τμήματα του DNA που ονομάζονται γονίδια. Κάθε γονίδιο κωδικοποιεί μια αλυσίδα αμινοξέων που οδηγεί στο σχηματισμό μιας συγκεκριμένης πρωτεΐνης.

Οι μεταλλάξεις, οι οποίες είναι αλλαγές στο DNA ενός κυττάρου που περιλαμβάνει ένα μόνο νουκλεοτίδιο, μπορεί να φαίνονται ασήμαντες δεδομένου ότι υπάρχουν τόσα πολλά νουκλεοτίδια στο ανθρώπινο γονιδίωμα, αλλά όταν συμβαίνουν σε ορισμένα γονίδια μπορεί να οδηγήσουν σε απειλητικές για τη ζωή ασθένειες. Για να κατανοήσουμε καλύτερα αυτόν τον μηχανισμό, πρέπει πρώτα να δούμε μερικά βασικά νουκλεοτίδια.

Δομή νουκλεοτιδίων

Τα νουκλεοτίδια είναι μονομερή (ή δομικά στοιχεία) νουκλεϊκών οξέων και αποτελούνται από ένα σάκχαρο 5 άνθρακα, μια φωσφορική ομάδα και μια αζωτούχα βάση. Όπως ήδη αναφέρθηκε, η ζάχαρη και η βάση μαζί σχηματίζουν έναν νουκλεοζίτη. Η προσθήκη μιας φωσφορικής ομάδας μετατρέπει το μόριο σε νουκλεοτίδιο. Τα νουκλεοτίδια ονομάζονται σύμφωνα με την αζωτούχα βάση που περιέχουν και το σάκχαρο που είναι προσαρτημένο σε αυτήν (για παράδειγμα, δεοξυριβόζη στα νουκλεοτίδια DNA και ριβόζη στο RNA). Ποια είναι τα νουκλεοτίδια στο DNA και στο RNA; Υπάρχουν οκτώ διαφορετικοί νουκλεοζίτες στο DNA και το RNA:

• RNA: αδενοσίνη, γουανοσίνη, κυτιδίνη, ουριδίνη.
• DNA: δεοξυαδενοσίνη, δεοξυγουανοσίνη, δεοξυκυτιδίνη, δεοξυθυμιδίνη.

Υπάρχουν και άλλα σημαντικά νουκλεοτίδια, όπως αυτά που εμπλέκονται στον μεταβολισμό (π.χ. ATP) και στην κυτταρική σηματοδότηση (π.χ. GTP).

Σύνδεση νουκλεοτιδίων

Για να δημιουργηθούν οι πολυμερείς αλυσίδες (ή πολλαπλές μονάδες) που οδηγούν στο σχηματισμό RNA και DNA, τα νουκλεοτίδια συνδέονται μεταξύ τους μέσω μιας ραχοκοκαλιάς σακχάρου-φωσφορικού, η οποία σχηματίζεται όταν το φωσφορικό ενός νουκλεοτιδίου προσκολλάται στο σάκχαρο ενός άλλου. Αυτό είναι δυνατό χάρη στους δυνατούς ομοιοπολικούς δεσμούςπου ονομάζονται φωσφοδιεστερικοί δεσμοί.

Δεδομένου ότι το DNA είναι ένα δίκλωνο μόριο, δύο από αυτές τις αλυσίδες πολυμερών πρέπει να συνδέονται μεταξύ τους σαν μια σκάλα. Τα «σκαλοπάτια» αποτελούνται από ζεύγη νουκλεοτιδίων που συνδέουν τις δύο πλευρές της σκάλας χρησιμοποιώντας δεσμούς υδρογόνου. Τι είναι ένα νουκλεοτίδιο; Είναι μια δομική μονάδα DNA που αποτελείται από μια αζωτούχα βάση και μια ραχοκοκαλιά σακχάρου-φωσφορικού που αποτελείται από μια φωσφορική ομάδα και ένα σάκχαρο. Το DNA αποτελείται από πολλά νουκλεοτίδια που περιέχουν και προστατεύουν γενετικούς κώδικεςσώμα.

Νουκλεϊκά οξέα

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι βιοπολυμερή που, μαζί με τις πρωτεΐνες, παίζουν σημαντικό ρόλο στα κύτταρα όλων των ζωντανών οργανισμών. Αυτές οι συνδέσεις είναι υπεύθυνες για την αποθήκευση, μετάδοση και υλοποίηση κληρονομικών πληροφοριών. Τι είναι τα νουκλεοτίδια; Αυτά είναι μονομερή νουκλεϊκών οξέων.

Ομοιοπολικοί χημικοί δεσμοί προκύπτουν μεταξύ τμημάτων του νουκλεοτιδίου, τα οποία σχηματίζονται ως αποτέλεσμα αντιδράσεων συμπύκνωσης. Τέτοιες αντιδράσεις είναι το αντίστροφο της υδρόλυσης. Ενδιαφέρον γεγονόςείναι ότι τα μόρια DNA είναι συνήθως όχι μόνο μακρύτερα από τα μόρια RNA, αλλά περιλαμβάνουν επίσης δύο αλυσίδες που συνδέονται μεταξύ τους με δεσμούς υδρογόνου που εμφανίζονται μεταξύ αζωτούχων βάσεων.

Τα νουκλεοτίδια είναι εστέρες φωσφόρου των νουκλεοζιτών.

Η χημική τους σύσταση: αζωτούχα βάση (Α.Ο.) + πεντόζη + φωσφορικό οξύ

Οι εστέρες φωσφόρου σχηματίζονται με τη συμμετοχή υδροξυλομάδων πεντόζων. Οι θέσεις των ομάδων εστέρα φωσφόρου συνήθως ορίζονται με τη σημείωση ("), για παράδειγμα: 5" , 3 "

Προκαταρκτικός σύντομες πληροφορίες: Τα νουκλεοτίδια παίζουν εξαιρετικά σημαντικό ρόλο στη ζωή του κυττάρου.

Ταξινόμηση νουκλεοτιδίων

Νουκλεοτίδια που αποτελούνται από ένα μόριο A.O, πεντόζη, φωσφορικό οξύ,λέγονται μονονουκλεοτίδια.Τα μονονουκλεοτίδια μπορεί να περιέχουν ένα μόριο φωσφορικού οξέος, δύο ή τρία μόρια φωσφορικού οξέος συνδεδεμένα μεταξύ τους.

Συνδυασμός των δύο μονονουκλεοτίδιασυνήθως ονομάζεται δινουκλεοτίδιο. ΣΕ Το δινουκλεοτίδιο συνήθως περιέχει διαφορετικές αζωτούχες βάσεις ή μια άλλη κυκλική ένωση, για παράδειγμα, μια βιταμίνη.

Τα κυκλικά μονονουκλεοτίδια παίζουν ιδιαίτερο ρόλο στις βιοχημικές διεργασίες.

Ονοματολογία μονονουκλεοτιδίων.

Προς τον τίτλο νουκλεοζίτηςπροστίθεται με βάση την ποσότητα των φωσφορικών υπολειμμάτων, ʼʼ μονοφωσφορικόʼʼ, ʼʼδιφωσφορικόʼʼ, "τριφωσφορικό"ʼʼ, υποδεικνύοντας τη θέση τους στον κύκλο πεντόζης - ψηφιακός προσδιορισμός του τόπου με σύμβολο ("),

Η θέση της φωσφορικής ομάδας στη θέση (5") είναι η πιο κοινή και τυπική, επομένως μπορεί να παραλειφθεί (AMP, GTP, UTP, ρε AMF, κλπ.)

Οι υπόλοιπες θέσεις πρέπει να υποδεικνύονται (3" - AMP, 2" - AMP, 3" - ρε AMF)

5"-μονοφωσφορική αδενοσίνη

(5" - AMF ή AMF)

Ονόματα των πιο κοινών νουκλεοτιδίων

νουκλεοζίτης	μονοφωσφορικός νουκλεοζίτης	διφωσφορικό νουκλεοζίτη	τριφωσφορικός νουκλεοζίτης
αδενοσίνη	5"-μονοφωσφορική αδενοσίνη (5"-AMP ή AMP) 5"-αδενυλικό οξύ	5"-Διφωσφορική αδενοσίνη (5"-ADP ή ADP)	5"-τριφωσφορική αδενοσίνη (5"-ATP ή ATP)
αδενοσίνη	3"-μονοφωσφορική αδενοσίνη (3"-AMP) 3"-αδενυλικό οξύ	δεν βρέθηκε in vivo	δεν βρέθηκε in vivo
γουανοσίνη	5"-μονοφωσφορική γουανοσίνη (5"-GMP ή GMF)	5"-διφωσφορική γουανοσίνη (5"-GDP ή HDF)	5"-τριφωσφορική γουανοσίνη (5"-GTP ή GTP)
γουανοσίνη	3"-μονοφωσφορική γουανοσίνη (3"-GMP) 3"-γουανυλικό οξύ	δεν βρέθηκε in vivo	δεν βρέθηκε in vivo
δεοξυ αδενοσίνη	5"-μονοφωσφορική δεοξυαδενοσίνη (5"- ρε AMF ή ρε AMF)	5"-διφωσφορική δεοξυαδενοσίνη (5"- ρεΑΔΦυλή ρε ADF)	5"-τριφωσφορική δεοξυαδενοσίνη (5"- ρεΑΤΦυλή ρε ATP)
ουριδίνη	5"-μονοφωσφορική ουριδίνη (5"-UMP ή UMP)	5"-διφωσφορική ουριδίνη (5"-UDP ή UDF)	5"-τριφωσφορική ουριδίνη (5"-UTP ή UTP)
κυτιδίνη	5"-μονοφωσφορική κυτιδίνη (5"- CMP ή CMP)	Διφωσφορική 5"-κυτιδίνη (5"-CDP ή CDP)	5"-τριφωσφορική κυτιδίνη (5"-CTP ή CTP)

Τα νουκλεοτίδια που σχηματίζονται με τη συμμετοχή ριβόζης μπορούν να περιέχουν υπολείμματα φωσφορικού οξέος σε τρεις θέσεις (5", 3", 2") και με τη συμμετοχή δεοξυριβόζης - μόνο σε δύο θέσεις (5", 3"), στη θέση 2" εκεί Δεν είναι υδροξυ ομάδα.Αυτή η περίσταση είναι πολύ σημαντική για τη δομή του DNA.

Η απουσία μιας ομάδας υδροξυλίου στη δεύτερη θέση έχει δύο σημαντικές συνέπειες:

Η πόλωση του γλυκοσιδικού δεσμού στο DNA μειώνεται και γίνεται πιο ανθεκτικό στην υδρόλυση.

Η 2-Ο-δεοξυριβόζη δεν μπορεί να υποστεί ούτε επιμερισμό ούτε μετατροπή σε κετόζη.

Στο κύτταρο, ο μονοφωσφορικός νουκλεοζίτης μετατρέπεται διαδοχικά σε διφωσφορικό και στη συνέχεια σε τριφωσφορικό.

Για παράδειγμα: AMP ---> ADP ---> ATP

Βιολογικός ρόλος των νουκλεοτιδίων

Ολα διφωσφορικά νουκλεοσίδιαΚαι τριφωσφορικά νουκλεοσίδιαανήκουν σε ενώσεις υψηλής ενέργειας (μακροεργικές).

Τριφωσφορικά νουκλεοσίδιασυμμετέχουν στη σύνθεση νουκλεϊκών οξέων, διασφαλίζουν την ενεργοποίηση βιοοργανικών ενώσεων και βιοχημικών διεργασιών που απαιτούν κατανάλωση ενέργειας. Η τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) είναι η πιο κοινή ένωση υψηλής ενέργειας στο ανθρώπινο σώμα. Η περιεκτικότητα σε ATP στους σκελετικούς μύες των θηλαστικών είναι έως 4 g/kg, η συνολική περιεκτικότητα είναι περίπου 125 ᴦ. Στον άνθρωπο, ο ρυθμός μεταβολισμού του ATP φτάνει τα 50 kg/ημέρα. Στο Υδρόλυση ATPσχηματίζεται διφωσφορική αδενοσίνη(ADF)

Μακροεργικές συνδέσεις

Το ATP περιέχει ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙ χημικοί δεσμοί:

Ν-β-γλυκοσιδικό

Αστήρ

Δύο ανυδρίτες (βιολογικά υψηλής ενέργειας)

Σε συνθήκες in vivoΗ υδρόλυση του δεσμού ATP υψηλής ενέργειας συνοδεύεται από την απελευθέρωση ενέργειας (περίπου 35 kJ/mol), η οποία παρέχει άλλες βιοχημικές διεργασίες που εξαρτώνται από την ενέργεια.

ATP + H2O - ένζυμο ATP υδρολάση -> ADP + H3 PO4

ΣΕ υδατικά διαλύματα ADP και ATPασταθής . Στο 0 0 το SATP είναι σταθερό στο νερό για λίγες μόνο ώρες και όταν βράσει για 10 λεπτά.

Υπό την επίδραση των αλκαλίων, τα δύο τερματικά φωσφορικά άλατα (δεσμοί ανυδρίτη) υδρολύονται εύκολα, αλλά το τελευταίο (εστερικός δεσμός) είναι δύσκολο. Κατά την όξινη υδρόλυση, ο Ν-γλυκοσιδικός δεσμός καταστρέφεται εύκολα.

Για πρώτη φορά, το ATP απελευθερώθηκε από τους μυς 1929 ᴦ. Κ. Λόμαν. Η χημική σύνθεση πραγματοποιήθηκε σε 1948 ᴦ. Α. Τοντ.

Κυκλικά νουκλεοτίδια είναι ενδιάμεσοι στη μετάδοση ορμονικών σημάτων, αλλάζοντας τη δραστηριότητα των ενζύμων στο κύτταρο.

Τα Οʜᴎ σχηματίζονται από τριφωσφορικούς νουκλεοζίτες.

ΑΤΡ - ένζυμο κυκλάσης -> cAMP + Η4Ρ2Ο7

Αφού ολοκληρωθεί η δράση, λαμβάνει χώρα υδρόλυση του κυκλικού νουκλεοτιδίου. . Δύο ενώσεις, 5"-AMP και 3"-AMP, μπορούν να σχηματιστούν, αλλά υπό βιολογικές συνθήκες σχηματίζεται μόνο 5"-AMP,

Κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη (cAMP)

11.5.Δομή νουκλεϊκών οξέων

Η πρωταρχική δομή του RNA και του DNA είναι η διαδοχική σύνδεση νουκλεοτιδίων σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα. Ο σκελετός μιας πολυνουκλεοτιδικής αλυσίδας αποτελείται από υπολείμματα υδατανθράκων και φωσφορικών· οι ετεροκυκλικές αζωτούχες βάσεις συνδέονται με υδατάνθρακες μέσω γλυκοσιδικών δεσμών Ν-β. Από βιολογική άποψη, οι πιο σημαντικές είναι οι τριπλέτες - μπλοκ νουκλεοτιδίων που αποτελούνται από τρεις αζωτούχες βάσεις, καθεμία από τις οποίες κωδικοποιεί ένα αμινοξύ ή έχει μια συγκεκριμένη λειτουργία σηματοδότησης.

Η δομή του NC μπορεί να αναπαρασταθεί σχηματικά:

5" 3" 5" 3" 5" 3"

φωσφορικό -- πεντόζη -- φωσφορικό -- πεντόζη -- φωσφορικό -- πεντόζη -ΟΗ

ΣΕ πρωτογενής δομή DNA ΑρχήΟι αλυσίδες προσδιορίζονται από μια πεντόζη που περιέχει ένα φωσφορικό άλας στη θέση 5". Οι πεντόζες σε μια πολυνουκλεοτιδική αλυσίδα συνδέονται μέσω φωσφορικών δεσμών 3 "→ 5". Επί τέλοςΟι αλυσίδες στη θέση 3"-ομάδα ΟΗ-πεντόζης παραμένουν ελεύθερες.

Δομή DNA ανώτερης τάξης - διπλή έλικα

Επιστημονική περιγραφήη δευτερογενής δομή του DNA αναφέρεται σε μεγαλύτερες ανακαλύψειςανθρωπότητα στον εικοστό αιώνα. Βιοχημικός D. Watson και φυσικός Φ. Κρικ το 1953, πρότειναν ένα μοντέλο της δομής του DNA και του μηχανισμού της διαδικασίας αντιγραφής. Το 1962. τιμήθηκαν με το βραβείο Νόμπελ.

Στη δημοφιλή της μορφή, η ιστορία περιγράφεται στο βιβλίο του James Watson «The Double Helix», M.: Mir, 1973. Το βιβλίο περιγράφει την ιστορία με έναν πολύ ενδιαφέροντα τρόπο. συνεργασία, με χιούμορ και ελαφριά ειρωνεία του συγγραφέα σε αυτό σημαντικό γεγονός, οι ευτυχείς «ένοχοι» του οποίου ήταν δύο νέοι επιστήμονες. Από την ανακάλυψη της δομής του DNA, η ανθρωπότητα έχει λάβει ένα εργαλείο για την ανάπτυξη μιας νέας κατεύθυνσης - βιοτεχνολογία, πρωτεϊνική σύνθεση μέσω ανασυνδυασμού γονιδίων (οι ορμόνες στην ιατρική βιομηχανία παράγονται από την ινσουλίνη, την ερυθροποιητίνη και πολλά άλλα).

Η έρευνα συνέβαλε στην ανακάλυψη της δομής του DNA Ε. Χάργκαφα σε σχέση χημική σύνθεση DNA. Ανακάλυψε:

Ο αριθμός των βάσεων πυριμιδίνης είναι ίσος με τον αριθμό των βάσεων πουρίνης

Η ποσότητα της θυμίνης είναι ίση με την ποσότητα της αδενίνης και η ποσότητα της κυτοσίνης είναι ίση με

A = T G = C

A + G = T + C

A + C = T + G

Αυτή η σχέση ονομάζεται Κανόνες Chargaff .

Το μόριο DNA αποτελείται από δύο στριμμένες έλικες. Ο σκελετός κάθε έλικας είναι μια αλυσίδα από εναλλασσόμενα υπολείμματα δεοξυριβόζης και φωσφορικού οξέος. Οι σπείρες είναι προσανατολισμένες με τέτοιο τρόπο ώστε να σχηματίζουν δύο άνισες σπειροειδείς αυλακώσεις που εκτείνονται παράλληλα στον κύριο άξονα. Αυτές οι αυλακώσεις είναι γεμάτες με πρωτεΐνες ιστόνες.Οι αζωτούχες βάσεις βρίσκονται μέσα στην έλικα, σχεδόν κάθετες στον κύριο άξονα και σχηματίζουν συμπληρωματικά ζεύγη μεταξύ των αλυσίδων Α...Τ και Γ...Γ.

Το συνολικό μήκος των μορίων DNA σε κάθε κύτταρο φτάνει τα 3 εκ. Η διάμετρος του κυττάρου είναι κατά μέσο όρο 10–5 m, η διάμετρος του DNA είναι μόνο 2 ‣‣‣10–9 m.

Βασικές παράμετροι της διπλής έλικας:

* διάμετρος 1,8 – 2 nm,

* μια στροφή περιέχει 10 νουκλεοτίδια

* ύψος βήμα στροφής ~ 3,4 nm

* Η απόσταση μεταξύ δύο νουκλεοτιδίων είναι 0,34 nm.

Οι βάσεις βρίσκονται κάθετα στον άξονα της αλυσίδας.

* οι κατευθύνσεις των πολυνουκλεοτιδικών αλυσίδων είναι αντιπαράλληλες

* σύνδεση μεταξύ των κύκλων φουρανόζης της δεοξυριβόζης μέσω

Το φωσφορικό οξύ πραγματοποιείται από τη θέση 3' έως τη θέση 5' in

καθένα από τα κυκλώματα.

* Αρχή της αλυσίδας – η υδροξυλομάδα της πεντόζης φωσφορυλιώνεται στη θέση της

5`, το άκρο της αλυσίδας είναι η ελεύθερη υδροξυλική ομάδα της πεντόζης στη θέση 3`.

* Στο DNA και το RNA, τα θραύσματα νουκλεοσιδίου βρίσκονται σε αντι-διαμόρφωση· ο δακτύλιος πυριμιδίνης της πουρίνης βρίσκεται στα δεξιά του γλυκοσιδικού δεσμού. Μόνο αυτή η θέση επιτρέπει το σχηματισμό ενός συμπληρωματικού ζεύγους (βλέπε τύπους νουκλεοτιδίων)

* Τρεις τύποι αλληλεπιδράσεων συμβαίνουν μεταξύ αζωτούχων βάσεων:

1. Εγκάρσια, εμπλέκονται συμπληρωματικά ζεύγη δύο αλυσίδων. Μια «κυκλική» μεταφορά ηλεκτρονίων λαμβάνει χώρα μεταξύ δύο αζωτούχων βάσεων (T – A, U – C) και επιπλέον p- ηλεκτρονικό σύστημα, το οποίο παρέχει πρόσθετη αλληλεπίδραση και προστατεύει τις αζωτούχες βάσεις από ανεπιθύμητες χημικές επιδράσεις. Μεταξύ Δύο δεσμοί υδρογόνου δημιουργούνται μεταξύ αδενίνης και θυμίνης και τρεις δεσμοί υδρογόνου μεταξύ γουανίνης και κυτοσίνης.

2. «Κάθετη» (στοίβαξη), λόγω στοίβαξης εμπλέκονται οι αζωτούχες βάσεις μιας αλυσίδας. Η «αλληλεπίδραση στοίβαξης» μάλιστα έχει περισσότεροσημασία στη σταθεροποίηση της δομής από την αλληλεπίδραση σε συμπληρωματικά ζεύγη

3. Η αλληλεπίδραση με το νερό παίζει σημαντικό ρόλο στη διατήρηση χωρική δομήδιπλή έλικα, η οποία υιοθετεί την πιο συμπαγή δομή για τη μείωση της επιφάνειας επαφής με το νερό και κατευθύνει υδρόφοβες ετεροκυκλικές βάσεις στην έλικα.

Δομή και σύνθεση συμπλεγμάτων νουκλεοπρωτεϊνών

Διάφοροι τύποι αλληλεπιδράσεων συμμετέχουν στη δέσμευση του νουκλεϊκού οξέος με την πρωτεΐνη:

Ηλεκτροστατικό

Δεσμοί υδρογόνου

Υδροφόβος

Με βάση τα αποτελέσματα της δομικής ανάλυσης ακτίνων Χ, κατασκευάστηκαν πραγματικά τρισδιάστατα μοντέλα DNA, ριβοσωμάτων, πληροφοριοσωμάτων και ιικών νουκλεϊκών οξέων χρησιμοποιώντας μοντελοποίηση υπολογιστή.

Οι πρωτεΐνες ιστόνης του DNA έχουν ξεχωριστές βασικές ιδιότητες και διαφέρουν υψηλός βαθμόςεξελικτικός συντηρητισμός. Με βάση την αναλογία των δύο βασικών αμινοξέων λυσίνη/αργινίνη χωρίζονται σε 5 κατηγορίες: H1, H2A, H 2B, H3, H4

Νουκλεοτίδια - έννοια και τύποι. Ταξινόμηση και χαρακτηριστικά της κατηγορίας "Νουκλεοτίδια" 2017, 2018.