Całe życie na planecie składa się z wielu komórek, które utrzymują porządek swojej organizacji dzięki energii zawartej w jądrze. Informacja genetyczna. Jest przechowywany, realizowany i przekazywany przez złożone związki wielkocząsteczkowe - kwasy nukleinowe, składające się z jednostek monomerycznych - nukleotydów. Rola kwasy nukleinowe nie można przesadzić. Stabilność ich struktury warunkuje normalne funkcjonowanie organizmu, a wszelkie odchylenia w budowie nieuchronnie prowadzą do zmian organizacja komórkowa, aktywność procesów fizjologicznych i ogólnie żywotność komórek.

Pojęcie nukleotydu i jego właściwości

Każdy RNA składa się z mniejszych związków monomerycznych - nukleotydów. Innymi słowy, nukleotyd jest materiał konstrukcyjny dla kwasów nukleinowych, koenzymów i wielu innych związków biologicznych niezbędnych komórce w trakcie jej życia.

Główne właściwości tych niezbędnych substancji obejmują:

Przechowywanie informacji o cechach dziedziczonych;
. sprawowanie kontroli nad wzrostem i reprodukcją;
. udział w metabolizmie i wielu innych procesach fizjologicznych zachodzących w komórce.

Mówiąc o nukleotydach, nie można nie zatrzymać się nad tak ważną kwestią, jak ich struktura i skład.

Każdy nukleotyd składa się z:

Pozostałość cukru;
. zasada azotowa;
. grupa lub reszta fosforanowa Kwas fosforowy.

Można powiedzieć, że nukleotyd jest kompleksem związek organiczny. W zależności od składu gatunkowego zasad azotowych i rodzaju pentozy w strukturze nukleotydów, kwasy nukleinowe dzielą się na:

Kwas deoksyrybonukleinowy lub DNA;
. kwas rybonukleinowy, czyli RNA.

Skład kwasu nukleinowego

W kwasach nukleinowych cukier jest reprezentowany przez pentozę. Jest to cukier pięciowęglowy, zwany dezoksyrybozą w DNA i rybozą w RNA. Każda cząsteczka pentozy ma pięć atomów węgla, cztery z nich wraz z atomem tlenu tworzą pięcioczłonowy pierścień, a piąta należy do grupy HO-CH2.

Pozycja każdego atomu węgla w cząsteczce pentozy jest oznaczona cyfrą arabską z liczbą pierwszą (1C, 2C, 3C, 4C, 5C). Ponieważ wszystkie procesy odczytu z cząsteczki kwasu nukleinowego mają ścisły kierunek, numeracja atomów węgla i ich położenie w pierścieniu służą jako swego rodzaju wskaźnik prawidłowego kierunku.

W grupie hydroksylowej reszta kwasu fosforowego jest przyłączona do trzeciego i piątego atomu węgla (3C i 5C). Określa przynależność chemiczną DNA i RNA do grupy kwasów.

Zasada azotowa jest przyłączona do pierwszego atomu węgla (1C) w cząsteczce cukru.

Skład gatunkowy zasad azotowych

Nukleotydy DNA oparte na zasadzie azotowej są reprezentowane przez cztery typy:

Adenina (A);
. guanina (G);
. cytozyna (C);
. tymina (T).

Pierwsze dwa należą do klasy puryn, dwa ostatnie należą do klasy pirymidyn. Pod względem masy cząsteczkowej puryny są zawsze cięższe niż pirymidyny.

Nukleotydy RNA oparte na zasadzie azotowej są reprezentowane przez:

Adenina (A);
. guanina (G);
. cytozyna (C);
. uracyl (U).

Uracyl, podobnie jak tymina, jest zasadą pirymidynową.

W literatura naukowa Często można znaleźć inne oznaczenie zasad azotowych - literami łacińskimi (A, T, C, G, U).

Przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo struktura chemiczna puryny i pirymidyny.

Pirymidyny, czyli cytozyna, tymina i uracyl, składają się z dwóch atomów azotu i czterech atomów węgla, tworząc sześcioczłonowy pierścień. Każdy atom ma swój własny numer od 1 do 6.

Puryny (adenina i guanina) składają się z pirymidyny i imidazolu lub dwóch heterocykli. Cząsteczka zasady purynowej jest reprezentowana przez cztery atomy azotu i pięć atomów węgla. Każdy atom jest ponumerowany od 1 do 9.

W wyniku połączenia zasady azotowej i reszty pentozowej powstaje nukleozyd. Nukleotyd jest związkiem nukleozydu i grupy fosforanowej.

Tworzenie wiązań fosfodiestrowych

Ważne jest, aby zrozumieć kwestię, w jaki sposób nukleotydy łączą się w łańcuch polipeptydowy i tworzą cząsteczkę kwasu nukleinowego. Dzieje się tak za sprawą tak zwanych wiązań fosfodiestrowych.

W wyniku interakcji dwóch nukleotydów powstaje dinukleotyd. Tworzenie nowego związku następuje poprzez kondensację, gdy pomiędzy resztą fosforanową jednego monomeru a grupą hydroksylową pentozy innego monomeru powstaje wiązanie fosfodiestrowe.

Synteza polinukleotydów to wielokrotne powtórzenie tej reakcji (kilka milionów razy). Łańcuch polinukleotydowy jest zbudowany poprzez tworzenie wiązań fosfodiestrowych pomiędzy trzecim i piątym węglem cukrów (3C i 5C).

Składanie polinukleotydów jest złożonym procesem zachodzącym przy udziale enzymu polimerazy DNA, który zapewnia wzrost łańcucha tylko z jednego końca (3') z wolną grupą hydroksylową.

Struktura cząsteczki DNA

Cząsteczka DNA, podobnie jak białko, może mieć strukturę pierwszorzędową, drugorzędową i trzeciorzędową.

Kolejność nukleotydów w łańcuchu DNA określa jego pierwotną sekwencję, powstaje ona w wyniku wiązań wodorowych, których podstawą jest zasada komplementarności. Innymi słowy, podczas syntezy podwójnego łańcucha obowiązuje pewien schemat: adenina jednego łańcucha odpowiada tyminie drugiego, guanina cytozynie i odwrotnie. Pary adeniny i tyminy lub guaniny i cytozyny powstają w wyniku dwóch w pierwszym przypadku i trzech w drugim przypadku wiązań wodorowych. Ta kombinacja nukleotydów zapewnia silne połączenie między łańcuchami i równa odległość między nimi.

Znając sekwencję nukleotydową jednej nici DNA, drugą można uzupełnić stosując zasadę komplementarności lub addycji.

Trzeciorzędowa struktura DNA powstaje w wyniku złożonych wiązań trójwymiarowych, co sprawia, że ​​jego cząsteczka jest bardziej zwarta i może zmieścić się w małej objętości komórki. Na przykład długość DNA E. coli jest większa niż 1 mm, podczas gdy długość komórki jest mniejsza niż 5 mikronów.

Liczba nukleotydów w DNA, czyli ich stosunek ilościowy, podlega prawu Chergaffa (liczba zasad purynowych jest zawsze równa liczbie zasad pirymidynowych). Odległość pomiędzy nukleotydami jest wartością stałą, równą 0,34 nm, podobnie jak ich masa cząsteczkowa.

Struktura cząsteczki RNA

RNA jest reprezentowany przez pojedynczy łańcuch polinukleotydowy utworzony pomiędzy pentozą (w tym przypadku rybozą) i resztą fosforanową. Jest znacznie krótszy niż DNA. Istnieją również różnice w składzie gatunkowym zasad azotowych w nukleotydzie. W RNA zamiast tyminy, zasady pirymidynowej, stosuje się uracyl. W zależności od funkcji pełnionych w organizmie, RNA może być trzech typów.

Rybosomalny (rRNA) - zawiera zwykle od 3000 do 5000 nukleotydów. Jako niezbędny element konstrukcyjny bierze udział w formowaniu aktywny ośrodek rybosomy, miejsce jednego z najważniejszych procesów w komórce - biosyntezy białek.
. Transport (tRNA) - składa się średnio z 75 - 95 nukleotydów, przeprowadza transfer pożądanego aminokwasu do miejsca syntezy polipeptydu w rybosomie. Każdy typ tRNA (co najmniej 40) ma swoją własną, unikalną sekwencję monomerów lub nukleotydów.
. Informacja (mRNA) - bardzo zróżnicowana pod względem składu nukleotydów. Przenosi informację genetyczną z DNA do rybosomów i pełni rolę matrycy do syntezy cząsteczek białek.

Rola nukleotydów w organizmie

Nukleotydy w komórce pełnią szereg ważnych funkcji:

Stosowane jako elementy budulcowe kwasów nukleinowych (nukleotydy szeregu purynowego i pirymidynowego);
. uczestniczyć w wielu procesach metabolicznych w komórce;
. są częścią ATP – głównego źródła energii w komórkach;
. pełnią w komórkach rolę nośników równoważników redukujących (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. pełnić funkcję bioregulatorów;
. można uważać za wtórnych przekaźników regularnej syntezy zewnątrzkomórkowej (na przykład cAMP lub cGMP).

Nukleotyd to jednostka monomeryczna, która tworzy bardziej złożone związki - kwasy nukleinowe, bez których przekazywanie informacji genetycznej, jej przechowywanie i reprodukcja jest niemożliwe. Wolne nukleotydy są głównymi składnikami zaangażowanymi w procesy sygnalizacyjne i energetyczne, które wspierają normalne funkcjonowanie komórek i organizmu jako całości.

4.2.1. Podstawowa struktura kwasów nukleinowych zwany sekwencja ułożenia mononukleotydów w łańcuchu DNA lub RNA . Podstawowa struktura kwasów nukleinowych jest stabilizowana przez wiązania fosfodiestrowe 3”, 5”. Wiązania te powstają w wyniku oddziaływania grupy hydroksylowej w pozycji 3" reszty pentozowej każdego nukleotydu z grupą fosforanową sąsiedniego nukleotydu (Rysunek 3.2),

Zatem na jednym końcu łańcucha polinukleotydowego znajduje się wolna grupa 5"-fosforanowa (koniec 5"), a na drugim wolna grupa hydroksylowa w pozycji 3" (koniec 3"). Sekwencje nukleotydów są zwykle zapisywane w kierunku od końca 5" do końca 3".

Rysunek 4.2. Struktura dinukleotydu, który obejmuje 5"-monofosforan adenozyny i 5"-monofosforan cytydyny.

4.2.2. DNA (deoksy kwas rybonukleinowy) występuje w jądrze komórkowym i ma masę cząsteczkową około 1011 Da. Jego nukleotydy zawierają zasady azotowe adenina, guanina, cytozyna, tymina , węglowodany dezoksyryboza i reszty kwasu fosforowego. Zawartość zasad azotowych w cząsteczce DNA określają reguły Chargaffa:

1) liczba zasad purynowych jest równa liczbie zasad pirymidynowych (A + G = C + T);

2) ilość adeniny i cytozyny jest równa ilości odpowiednio tyminy i guaniny (A = T; C = G);

3) DNA wyizolowane z komórek różnych gatunków biologicznych różni się między sobą współczynnikiem specyficzności:

(G + C) / (A + T)

Te wzorce w strukturze DNA można wyjaśnić następującymi cechami jego struktury drugorzędowej:

1) cząsteczka DNA zbudowana jest z dwóch łańcuchów polinukleotydowych połączonych ze sobą wiązaniami wodorowymi i zorientowanych antyrównolegle (tzn. koniec 3" jednego łańcucha znajduje się naprzeciw końca 5" drugiego łańcucha i odwrotnie);

2) wiązania wodorowe powstają pomiędzy komplementarnymi parami zasad azotowych. Tymina jest uzupełnieniem adeniny; para ta jest stabilizowana dwoma wiązaniami wodorowymi. Cytozyna jest uzupełnieniem guaniny; para ta jest stabilizowana trzema wiązaniami wodorowymi (patrz rysunek b). Im więcej DNA jest w cząsteczce Para G-C, tym większa jest jego odporność na wysokie temperatury i promieniowanie jonizujące;

Rysunek 3.3. Wiązania wodorowe pomiędzy komplementarnymi zasadami azotowymi.

3) obie nici DNA są skręcone w helisę o wspólnej osi. Zasady azotowe skierowane są do wnętrza helisy; Oprócz oddziaływań wodorowych powstają między nimi także oddziaływania hydrofobowe. Ugrupowania fosforanu rybozy są rozmieszczone wzdłuż obwodu, tworząc rdzeń helisy (patrz rysunek 3.4).


Rysunek 3.4. Schemat struktury DNA.

4.2.3. RNA (kwas rybonukleinowy) występuje głównie w cytoplazmie komórki i ma masę cząsteczkową w zakresie 104 - 106 Da. Jego nukleotydy zawierają zasady azotowe adenina, guanina, cytozyna, uracyl , węglowodany ryboza i reszty kwasu fosforowego. W przeciwieństwie do DNA, cząsteczki RNA zbudowane są z pojedynczego łańcucha polinukleotydowego, który może zawierać sekcje, które są względem siebie komplementarne (rysunek 3.5). Regiony te mogą oddziaływać ze sobą, tworząc podwójne helisy na przemian z obszarami niehelikalnymi.

Rysunek 3.5. Schemat struktury transferowego RNA.

W zależności od struktury i funkcji istnieją trzy główne typy RNA:

1) informacyjny RNA (mRNA) przekazywać informacje o strukturze białka z jądra komórkowego do rybosomów;

2) transferowe RNA (tRNA) transportują aminokwasy do miejsca syntezy białek;

3) rybosomalny RNA (rRNA) wchodzą w skład rybosomów i uczestniczą w syntezie białek.

- są to złożone monomery, z których składają się cząsteczki heteropolimeru. DNA i RNA. Wolne nukleotydy biorą udział w procesach sygnalizacyjnych i energetycznych życia. Nukleotydy DNA i nukleotydy RNA mają wspólny plan strukturalny, ale różnią się budową cukru pentozowego. Nukleotydy DNA wykorzystują deoksyrybozę cukrową, podczas gdy nukleotydy RNA wykorzystują rybozę.

Struktura nukleotydów

Każdy nukleotyd można podzielić na 3 części:

1. Węglowodan to pięcioczłonowy cukier pentozowy (ryboza lub deoksyryboza).

2. Pozostałość fosforu (fosforan) to pozostałość kwasu fosforowego.

3. Zasada azotowa to związek zawierający wiele atomów azotu. Kwasy nukleinowe wykorzystują tylko 5 rodzajów zasad azotowych: adeninę, tyminę, guaninę, cytozynę, uracyl. W DNA występują 4 typy: adenina, tymina, guanina, cytozyna. W RNA również występują 4 typy: Adenina, Uracyl, Guanina, Cytozyna. Łatwo zauważyć, że w RNA Tymina jest zastępowana przez Uracyl w porównaniu do DNA.

Ogólny formuła strukturalna pentoza (ryboza lub dezoksyryboza), której cząsteczki tworzą „szkielet” kwasów nukleinowych:

Jeżeli X zastąpimy H (X = H), wówczas otrzymamy deoksyrybonukleozydy; jeśli X zastąpi się OH (X = OH), wówczas otrzymuje się rybonukleozydy. Jeśli zastąpisz zasadę azotową (purynę lub pirymidynę) zamiast R, otrzymasz określony nukleotyd.

Ważne jest, aby zwrócić uwagę na te pozycje atomów węgla w pentozie, które są oznaczone jako 3” i 5”. Numeracja atomów węgla rozpoczyna się od atomu tlenu u góry i przebiega zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Ten ostatni to atom węgla (5"), który znajduje się na zewnątrz pierścienia pentozowego i tworzy, można powiedzieć, „ogon” pentozy. Zatem podczas wzrostu łańcucha nukleotydów enzym może przyłączyć tylko nowy nukleotyd do węgla 3”, a nie do żadnego innego. Dlatego 5-calowy koniec łańcucha nukleotydowego nigdy nie może być kontynuowany; przedłużony może być jedynie koniec 3-calowy.


Porównaj nukleotyd dla RNA z nukleotydem dla DNA.

Spróbuj dowiedzieć się, jaki nukleotyd znajduje się w tej reprezentacji:

ATP - wolny nukleotyd

cAMP to „pętla” cząsteczki ATP

Schemat struktury nukleotydów


Należy pamiętać, że aktywowany nukleotyd, zdolny do wydłużania łańcucha DNA lub RNA, ma „ogon trifosforanowy”. To właśnie dzięki temu „nasyconemu energią” ogonowi może dołączyć do istniejącego łańcucha rosnącego kwasu nukleinowego. Ogon fosforanowy znajduje się na 5. węglu, więc ta pozycja węgla jest już zajęta przez fosforany i jest tam do przyłączenia. Do czego mam to przymocować? Tylko do węgla w pozycji 3”. Po przyłączeniu dany nukleotyd sam stanie się celem przyłączenia następnego nukleotydu. „Strona odbierająca” dostarcza węgiel w pozycji 3”, a „strona przybywająca” przylega do niego z ogonem fosforanowym umieszczonym w pozycji 5”. Ogólnie rzecz biorąc, łańcuch rośnie od strony 3”.

Przedłużenie łańcucha nukleotydowego DNA

Przedłużenie łańcucha spowodowane „podłużnymi” wiązaniami pomiędzy nukleotydami może przebiegać tylko w jednym kierunku: od 5" ⇒ do 3", ponieważ nowy nukleotyd można dodać tylko do końca 3" łańcucha, ale nie do końca 5".

Pary nukleotydów połączone komplementarnymi wiązaniami poprzecznymi zasad azotowych

Region podwójnej helisy DNA

Znajdź oznaki świadczące o tym, że dwie nici DNA są antyrównoległe.

Znajdź pary nukleotydów z podwójnymi i potrójnymi wiązaniami komplementarnymi.

Cząsteczka nukleotydowa zawiera cukier, fosforan i zasadę azotową. W jaki sposób te proste składniki pozwalają nukleotydom łączyć się ze sobą, tworząc polimery, takie jak DNA i RNA, a także cząsteczki przenoszące energię, takie jak ATP?

Nukleotydy: część struktury DNA

Co to jest nukleotyd? Aby to zrozumieć, trzeba sobie wyobrazić DNA. Po wejściu do jądra komórkowego i rozwikłaniu chromosomów można zobaczyć cienką podwójną nić. Po powiększeniu widać, że każda z tych nici składa się z małych elementów zwanych nukleotydami.

Jeśli DNA wygląda jak skręcona drabina, każdy element składowy lub nukleotyd zawiera połowę szczebla i kawałek pionowej części drabiny. Druga połowa etapu należy do sąsiedniej nici DNA. Nukleotydy mogą również istnieć samodzielnie lub być częścią innych ważnych cząsteczek oprócz DNA. Na przykład nośnik energii ATP jest formą nukleotydu.

Składniki nukleotydu

Nukleotyd zawiera składniki, takie jak zasada azotowa, cukier i jeden lub więcej fosforanów. Warto rozważyć każdy z nich bardziej szczegółowo:

  • Zasada azotowa. Może to być adenina, tymina, cytozyna, guanina, uracyl. Nie są kwasami; każdy zawiera kilka atomów azotu. Nukleotydy mogą się ze sobą łączyć: cytozyna zawsze łączy się w pary z guaniną, a adenina z tyminą w DNA lub uracylem w RNA.
  • Kolejnym głównym składnikiem nukleotydu jest cukier. Istnieje wiele rodzajów cukru, ale dwa są tutaj ważne: Ryboza to cukier, który zobaczysz w RNA. Istnieje wersja rybozy, w której brakuje atomu tlenu i nazywa się ją cukrową dezoksyrybozą. Jest to rodzaj cukru występujący w nukleotydach DNA. Pamiętaj, że DNA to kwas dezoksyrybonukleinowy.
  • Ostatnim głównym fragmentem nukleotydowym jest fosforan. Fosforan to atom fosforu związany z czterema atomami tlenu. Wiązania między fosforanami są bardzo wysokoenergetyczne i działają jako forma magazynowania energii. Kiedy połączenie zostanie zerwane, powstałą energię można wykorzystać do wykonania pracy.

Rodzaje nukleotydów

Kiedy nukleotydy polimeryzują lub łączą się ze sobą, tworzą kwas nukleinowy, taki jak DNA lub RNA. Każdy fosforan nukleotydu łączy się z innym cukrem, tworząc szkielet cukrowo-fosforanowy z zasadami azotowymi. Nukleozyd jest częścią nukleotydu, która składa się tylko z cukru i zasady. Zatem o nukleotydzie możemy mówić jako o nukleozydzie i fosforanach:

  • Monofosforan nukleozydu to nukleotyd zawierający jeden fosforan.
  • Difosforan nukleozydu to nukleotyd zawierający dwa fosforany.
  • Trifosforan nukleozydu to nukleotyd zawierający trzy fosforany. Nukleotydy są elementami budulcowymi DNA i RNA.

Jakie są różne typy nukleotydów, jaka jest ich struktura i jak zmiana jednego nukleotydu może wpłynąć na przeżycie organizmu?

Nukleotyd jest w biologii... (definicja)

Ludzkie DNA składa się z nukleotydów, które w zasadzie stanowią podjednostkę DNA ułożoną parami. Istnieje około 3 miliardów takich par, zwanych także parami zasad. Jak zdefiniować nukleotyd? Każdy plemnik i każde jajo zawiera w jądrze około sześciu miliardów pojedynczych nukleotydów, które są zorganizowane w zwarte cząsteczki DNA. Ułatwia to ich przechowywanie i przenoszenie.

Czym więc są nukleotydy? Działają jak specjalny język używany do pisania przepisów substancje chemiczne, wytwarzane przez Twój organizm, w szczególności białka. Większość odcinków nukleotydów nazywa się śmieciowym DNA, ponieważ niczego nie kodują. Jednakże istnieje niewielka część, która ma kluczowe znaczenie dla twojego przetrwania i czyni cię tym, kim jesteś. Te 2% to kod nukleotydowy każdego białka wytwarzanego przez organizm i znajdującego się w odcinkach DNA zwanych genami. Każdy gen koduje łańcuch aminokwasów, który prowadzi do powstania określonego białka.

Mutacje, czyli zmiany w DNA komórki obejmujące pojedynczy nukleotyd, mogą wydawać się trywialne, biorąc pod uwagę dużą liczbę nukleotydów w ludzkim genomie, ale gdy zachodzą w określonych genach, mogą prowadzić do chorób zagrażających życiu. Aby lepiej zrozumieć ten mechanizm, musimy najpierw przyjrzeć się pewnym podstawom nukleotydów.

Struktura nukleotydów

Nukleotydy są monomerami (lub cegiełkami) kwasów nukleinowych i składają się z 5-węglowego cukru, grupy fosforanowej i zasady azotowej. Jak już wspomniano, cukier i zasada razem tworzą nukleozyd. Dodatek grupy fosforanowej przekształca cząsteczkę w nukleotyd. Nazwy nukleotydów zależą od zawartej w nich zasady azotowej i przyłączonego do niej cukru (na przykład deoksyryboza w nukleotydach DNA i ryboza w RNA). Z jakich nukleotydów składa się DNA i RNA? W DNA i RNA występuje osiem różnych nukleozydów:

  • RNA: adenozyna, guanozyna, cytydyna, urydyna.
  • DNA: deoksyadenozyna, deoksyguanozyna, deoksycytydyna, deoksytymidyna.

Istnieją inne ważne nukleotydy, takie jak te zaangażowane w metabolizm (np. ATP) i sygnalizację komórkową (np. GTP).

Wiązanie nukleotydów

Aby utworzyć łańcuchy polimerowe (lub wiele jednostek), które prowadzą do powstania RNA i DNA, nukleotydy są połączone ze sobą poprzez szkielet cukrowo-fosforanowy, który powstaje, gdy fosforan jednego nukleotydu przyłącza się do cukru innego. Jest to możliwe dzięki sile wiązania kowalencyjne zwane wiązaniami fosfodiestrowymi.

Ponieważ DNA jest cząsteczką dwuniciową, dwa z tych łańcuchów polimerowych muszą łączyć się ze sobą jak drabina. „Szczeble” składają się z par nukleotydów, które łączą dwie strony drabiny za pomocą wiązań wodorowych. Co to jest nukleotyd? Jest to jednostka strukturalna DNA składająca się z zasady azotowej i szkieletu cukrowo-fosforanowego składającego się z grupy fosforanowej i cukru. DNA składa się z wielu nukleotydów, które zawierają i chronią kody genetyczne ciało.

Kwasy nukleinowe

Kwasy nukleinowe to biopolimery, które wraz z białkami odgrywają ważną rolę w komórkach wszystkich żywych organizmów. Połączenia te odpowiadają za przechowywanie, przekazywanie i wdrażanie informacji dziedzicznych. Co to są nukleotydy? Są to monomery kwasów nukleinowych.

Kowalencyjne wiązania chemiczne powstają pomiędzy częściami nukleotydu, które powstają w wyniku reakcji kondensacji. Takie reakcje są odwrotnością hydrolizy. Interesujący fakt polega na tym, że cząsteczki DNA są zwykle nie tylko dłuższe niż cząsteczki RNA, ale także zawierają dwa łańcuchy połączone ze sobą wiązaniami wodorowymi zachodzącymi pomiędzy zasadami azotowymi.

Nukleotydy to estry fosforowe nukleozydów.

Ich skład chemiczny: zasada azotowa (A.O.) + pentoza + kwas fosforowy

Estry fosforowe powstają z udziałem grup hydroksylowych pentoz. Pozycje grup estrów fosforu są zwykle oznaczane za pomocą zapisu ("), na przykład: 5" , 3 "

Wstępny krótka informacja: Nukleotydy odgrywają niezwykle ważną rolę w życiu komórki.

Klasyfikacja nukleotydów

Nukleotydy składające się z jednej cząsteczki A.O, pentoza, kwas fosforowy, są nazywane mononukleotydy. Mononukleotydy mogą zawierać jedną cząsteczkę kwasu fosforowego, dwie lub trzy cząsteczki kwasu fosforowego połączone ze sobą.

Kombinacja dwa mononukleotydy zwykle tzw dinukleotyd. W Dinukleotyd zwykle zawiera różne zasady azotowe lub jeden inny związek cykliczny, na przykład witaminę.

Mononukleotydy cykliczne odgrywają szczególną rolę w procesach biochemicznych.

Nazewnictwo mononukleotydów.

Do tytułu nukleozyd dodany w oparciu o ilość reszt fosforanowych, „”. monofosforanʼʼ, „difosforan”.ʼʼ, „trifosforan”``, wskazujące ich położenie w cyklu pentozowym – cyfrowe oznaczenie miejsca symbolem (”),

Pozycja grupy fosforanowej w pozycji (5") jest najbardziej powszechna i typowa, dlatego można ją pominąć (AMP, GTP, UTP, D AMF itp.)

Należy wskazać pozostałe pozycje (3” – AMP, 2” – AMP, 3” – D AMF)

5"-monofosforan adenozyny

(5" - AMF lub AMF)

Nazwy najczęstszych nukleotydów

nukleozyd monofosforan nukleozydu difosforan nukleozydu trifosforan nukleozydu
adenozyna Monofosforan 5"-adenozyny (5"-AMP lub AMP) Kwas 5"-adenylowy Difosforan 5"-adenozyny (5"-ADP lub ADP) Trifosforan 5"-adenozyny (5"-ATP lub ATP)
adenozyna Monofosforan 3"-adenozyny (3"-AMP) Kwas 3"-adenylowy nie znaleziono in vivo nie znaleziono in vivo
guanozyna Monofosforan 5"-guanozyny (5"-GMP lub GMF) Difosforan 5"-guanozyny (5"-GDP lub HDF) Trifosforan 5"-guanozyny (5"-GTP lub GTP)
guanozyna Monofosforan 3"-guanozyny (3"-GMP) Kwas 3"-guanylowy nie znaleziono in vivo nie znaleziono in vivo
deoksyadenozyna Monofosforan 5"-deoksyadenozyny (5"- D AMF lub D AMF) Difosforan 5"-deoksyadenozyny (5"- D ADFili D ADF) Trifosforan 5"-deoksyadenozyny (5"- D ATFili D ATP)
urydyna Monofosforan 5"-urydyny (5"-UMP lub UMP) Difosforan 5"-urydyny (5"-UDP lub UDP) Trifosforan 5"-urydyny (5"-UTP lub UTP)
cytydyna Monofosforan 5"-cytydyny (5"-CMP lub CMP) Difosforan 5"-cytydyny (5"-CDP lub CDP) Trifosforan 5"-cytydyny (5"-CTP lub CTP)

Nukleotydy powstałe z udziałem rybozy mogą zawierać reszty kwasu fosforowego w trzech pozycjach (5”, 3”, 2”), a przy udziale dezoksyrybozy – tylko w dwóch pozycjach (5”, 3”), w pozycji 2” nie ma grupy hydroksylowej. Ta okoliczność jest bardzo ważna dla struktury DNA.

Brak grupy hydroksylowej na drugiej pozycji ma dwie ważne konsekwencje:

Polaryzacja wiązania glikozydowego w DNA zmniejsza się i staje się ono bardziej odporne na hydrolizę.

2-O-deoksyryboza nie może ulegać epimeryzacji ani konwersji do ketozy.

W komórce monofosforan nukleozydu jest sukcesywnie przekształcany w difosforan, a następnie w trifosforan.

Na przykład: AMP ---> ADP ---> ATP

Biologiczna rola nukleotydów

Wszystko difosforany nukleozydów I trifosforany nukleozydów należą do związków wysokoenergetycznych (makroergicznych).

Trifosforany nukleozydów biorą udział w syntezie kwasów nukleinowych, zapewniają aktywację związków bioorganicznych i procesów biochemicznych wymagających zużycia energii. Trifosforan adenozyny (ATP) jest najpowszechniejszym związkiem wysokoenergetycznym w organizmie człowieka. Zawartość ATP w mięśniach szkieletowych ssaków wynosi do 4 g/kg, całkowita zawartość wynosi około 125 ᴦ. U ludzi tempo metabolizmu ATP sięga 50 kg/dzień. Na Hydroliza ATP jest uformowany difosforan adenozyny(ADF)

Połączenia makroergiczne

ATP zawiera różne rodzaje wiązania chemiczne:

N-β-glikozydowy

Ester

Dwa bezwodniki (biologicznie wysokoenergetyczne)

W warunkach na żywo hydrolizie wysokoenergetycznego wiązania ATP towarzyszy uwolnienie energii (około 35 kJ/mol), co zapewnia inne, zależne od energii procesy biochemiczne.

ATP + H2O - enzym Hydrolaza ATP -> ADP + H3 PO4

W roztwory wodne ADP i ATP nietrwały . W temperaturze 0 0 SATP jest stabilny w wodzie tylko przez kilka godzin i po gotowaniu przez 10 minut.

Pod wpływem zasad dwa końcowe fosforany (wiązania bezwodnikowe) łatwo ulegają hydrolizie, natomiast ostatnie (wiązanie estrowe) jest trudne. Podczas hydrolizy kwasowej wiązanie N-glikozydowe łatwo ulega zniszczeniu.

Po raz pierwszy ATP zostało uwolnione z mięśni 1929 ᴦ. K. Lomana. Syntezę chemiczną przeprowadzono w 1948 ᴦ. A. Todda.

Nukleotydy cykliczne pośredniczą w przekazywaniu sygnałów hormonalnych, zmieniając aktywność enzymów w komórce.

Οʜᴎ powstają z trifosforanów nukleozydów.

ATP - enzym cyklaza -> cAMP + H4 P2 O7

Po zakończeniu działania następuje hydroliza cyklicznego nukleotydu. . Mogą powstać dwa związki, 5"-AMP i 3"-AMP, ale w warunkach biologicznych powstaje tylko 5"-AMP,

Cykliczny monofosforan adenozyny (cAMP)

11.5.Struktura kwasów nukleinowych

Podstawową strukturą RNA i DNA jest sekwencyjne połączenie nukleotydów w łańcuchu polinukleotydowym. Szkielet łańcucha polinukleotydowego składa się z reszt węglowodanowych i fosforanowych; heterocykliczne zasady azotowe są połączone z węglowodanami poprzez wiązania N-β-glikozydowe. Z biologicznego punktu widzenia najważniejsze są triplety – bloki nukleotydów składające się z trzech zasad azotowych, z których każda koduje aminokwas lub pełni specyficzną funkcję sygnalizacyjną.

Strukturę NC można przedstawić schematycznie:

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

fosforan - pentoza - fosforan - pentoza - fosforan - pentoza -OH

W struktura pierwotna DNA Początekłańcuchy są określone przez pentozę zawierającą fosforan w pozycji 5. Pentozy w łańcuchu polinukleotydowym są połączone wiązaniami fosforanowymi 3 "→ 5". NA koniecłańcuchy w pozycji 3"-pentozowej grupy OH pozostają wolne.

Struktura DNA wyższego rzędu - podwójna helisa

Opis naukowy odnosi się do drugorzędowej struktury DNA największe odkrycia ludzkość w XX wieku. Biochemik D. Watsona i fizyk F. Cricka w 1953 roku zaproponowali model struktury DNA i mechanizmu procesu replikacji. W 1962 r. otrzymali Nagrodę Nobla.

W popularnej formie historia ta została opisana w książce Jamesa Watsona „The Double Helix”, M.: Mir, 1973. Książka opisuje tę historię w bardzo ciekawy sposób. współpraca, z humorem i lekką ironią autora do tego istotne wydarzenie, którego szczęśliwymi „sprawcami” byli dwaj młodzi naukowcy. Od czasu odkrycia struktury DNA ludzkość otrzymała narzędzie rozwoju nowego kierunku - biotechnologii, syntezy białek poprzez rekombinację genów (hormony w przemyśle medycznym produkowane są przez insulinę, erytropoetynę i wiele innych).

Badania przyczyniły się do odkrycia struktury DNA E.Chargaffa w związku skład chemiczny DNA. Dowiedział się:

Liczba zasad pirymidynowych jest równa liczbie zasad purynowych

Ilość tyminy jest równa ilości adeniny, a ilość cytozyny jest równa

A = TG = C

A + G = T + C

A + C = T + G

Ten związek nazywa się Zasady Chargaffa .

Cząsteczka DNA składa się z dwóch skręconych helis. Szkielet każdej helisy to łańcuch naprzemiennych reszt dezoksyrybozy i kwasu fosforowego. Spirale są zorientowane w taki sposób, że tworzą dwa nierówne spiralne rowki, biegnące równolegle do osi głównej. Te rowki są wypełnione białkami histony. Zasady azotowe znajdują się wewnątrz helisy, prawie prostopadle do głównej osi i tworzą komplementarne pary pomiędzy łańcuchami A...T i G...C.

Całkowita długość cząsteczek DNA w każdej komórce sięga 3 cm, średnica komórki wynosi średnio 10–5 m, średnica DNA tylko 2 ‣‣‣10–9 m.

Podstawowe parametry podwójnej helisy:

* średnica 1,8 – 2 nm,

* jeden obrót zawiera 10 nukleotydów

* wysokość podziałki skrętu ~ 3,4 nm

* odległość pomiędzy dwoma nukleotydami wynosi 0,34 nm.

Podstawy są umieszczone prostopadle do osi łańcucha.

* kierunki łańcuchów polinukleotydowych są antyrównoległe

* połączenie między cyklami furanozowymi dezoksyrybozy poprzez

kwas fosforowy przeprowadza się z pozycji 3` do pozycji 5`

każdym z obwodów.

* Początek łańcucha – grupa hydroksylowa pentozy jest fosforylowana w pozycji

5', koniec łańcucha stanowi wolna grupa hydroksylowa pentozy w pozycji 3'.

* W DNA i RNA fragmenty nukleozydów są w stanie antykonformacyjnym; pierścień pirymidynowy puryn znajduje się na prawo od wiązania glikozydowego. Tylko ta pozycja pozwala na utworzenie komplementarnej pary (patrz wzory nukleotydów)

* Pomiędzy zasadami azotowymi zachodzą trzy rodzaje interakcji:

1. W grę wchodzą „poprzeczne” komplementarne pary dwóch łańcuchów. „Cykliczny” transfer elektronów zachodzi pomiędzy dwiema zasadami azotowymi (T – A, U – C), a dodatkowo p - układ elektroniczny, który zapewnia dodatkową interakcję i chroni zasady azotowe przed niepożądanymi wpływami chemicznymi. Między powstają dwa wiązania wodorowe między adeniną i tyminą oraz trzy wiązania wodorowe między guaniną i cytozyną.

2. „Pionowy” (układanie w stosy), w wyniku układania w stosy zaangażowane są zasady azotowe jednego łańcucha. Nawet „interakcja układania w stosy” tak ma więcej znaczenie w stabilizacji konstrukcji niż oddziaływanie w uzupełniających się parach

3. Interakcja z wodą odgrywa znaczącą rolę w utrzymaniu strukturę przestrzenną podwójna helisa, która przyjmuje najbardziej zwartą strukturę, aby zmniejszyć powierzchnię kontaktu z wodą i kieruje hydrofobowe zasady heterocykliczne do helisy.

Struktura i skład kompleksów nukleoproteinowych

W wiązaniu kwasu nukleinowego z białkiem bierze udział kilka rodzajów interakcji:

Elektrostatyczny

Wiązania wodorowe

Hydrofobowy

W oparciu o wyniki rentgenowskiej analizy strukturalnej, przy użyciu modelowania komputerowego, skonstruowano rzeczywiste trójwymiarowe modele DNA, rybosomów, informosomów i wirusowych kwasów nukleinowych.

Białka histonowe DNA mają różne podstawowe właściwości i różnią się wysoki stopień konserwatyzm ewolucyjny. Na podstawie stosunku dwóch podstawowych aminokwasów lizyny/argininy dzieli się je na 5 klas: H1, H2A, H2B, H3, H4

Nukleotydy - pojęcie i rodzaje. Klasyfikacja i cechy kategorii „Nukleotydy” 2017, 2018.