nukleotidy

všeobecnosť

Nukleotidy sú organické molekuly, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.

Nukleové kyseliny sú biologické makromolekuly zásadného významu pre prežitie živého organizmu a nukleotidy sú stavebnými kameňmi, ktoré ich tvoria.

Všetky nukleotidy majú všeobecnú štruktúru, ktorá obsahuje tri molekulárne prvky: fosfátovú skupinu, pentózu (tj cukor s 5 atómami uhlíka) a dusíkatú bázu.

V DNA je pentóza deoxyribóza; v RNA je to však ribóza.

Prítomnosť deoxyribózy v DNA a ribózy v RNA predstavuje hlavný rozdiel medzi nukleotidmi tvoriacimi tieto dve nukleové kyseliny.

Druhý dôležitý rozdiel sa týka dusíkatých báz: nukleotidy DNA a RNA majú medzi sebou spoločné iba 3 zo 4 dusíkatých báz, ktoré sú s nimi spojené.

Čo sú nukleotidy?

Nukleotidy sú organické molekuly, ktoré tvoria monoméry nukleových kyselín DNA a RNA .

Podľa inej definície sú nukleotidy molekulárne jednotky, ktoré tvoria nukleové kyseliny DNA a RNA.

Chemické a biologické monoméry definujú molekulárne jednotky, ktoré sú usporiadané v dlhých lineárnych reťazcoch a predstavujú veľké molekuly ( makromolekuly ), lepšie známe ako polyméry .

Všeobecná štruktúra

Nukleotidy majú molekulovú štruktúru, ktorá obsahuje tri elementy:

• Fosfátová skupina, ktorá je derivátom kyseliny fosforečnej;
• Cukor s 5 atómami uhlíka, čo je pentóza ;
• Dusíkatá báza, ktorá je aromatickou heterocyklickou molekulou.

Pentóza je centrálnym prvkom nukleotidov, pretože fosfátová skupina a dusíkatá báza sa na ňu viažu.

Obrázok: Prvky, ktoré tvoria generický nukleotid nukleovej kyseliny. Ako je možné vidieť, fosfátová skupina a dusíkatá báza sú viazané na cukor.

Chemická väzba, ktorá drží pentózu a fosfátovú skupinu spolu, je fosfodiesterová väzba (alebo väzba fosfodiesterového typu), zatiaľ čo chemická väzba, ktorá spája pentózu a dusíkatú bázu, je N-glykozidová väzba (alebo N-glykozidová väzba ).

ČO SÚ PENTOSO CARBONES ZAPOJENÉ DO RÔZNYCH TIES?

Predpoklad: chemici si mysleli, že číslovanie uhlia, ktoré tvoria organické molekuly, takým spôsobom, aby sa zjednodušilo ich štúdium a opis. Tu sa teda 5 uhľovodíkov pentózy stane: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5. Kritérium pre prideľovanie čísel je dosť zložité, preto ho považujeme za vhodné vynechať.

Z 5 uhlíkov, ktoré tvoria pentózu nukleotidov, sú tie, ktoré sa podieľajú na väzbách s dusíkatou bázou a fosfátovou skupinou, uhlík 1 a uhlík 5 .

• Pentose carbon 1 → N-glykozidová väzba → dusíkatá báza
• Pentose uhlíka 5 → fosfodiesterová väzba → fosfátová skupina

NUKLEOTIDY SÚ NUKLEOSIDOM S FOSFÁTOVOU SKUPINOU

Obrázok: Štruktúra pentózy, číslovanie jej uhlíkov a väzieb s dusíkatou bázou a fosfátovou skupinou.

Bez prvku fosfátovej skupiny sa nukleotidy stanú nukleozidmi .

Nukleozid je v skutočnosti organická molekula, odvodená od spojenia medzi pentózou a dusíkatou bázou.

Táto anotácia slúži na vysvetlenie niektorých definícií nukleotidov, ktoré uvádzajú: "nukleotidy sú nukleozidy, ktoré majú jednu alebo viac fosfátových skupín viazaných na uhlík 5".

Rozdiel medzi DNA a RNA

Nukleotidy DNA a RNA sa navzájom líšia zo štrukturálneho hľadiska.

Hlavný rozdiel spočíva v pentse : v DNA je pentóza deoxyribóza ; v RNA je to však ribóza .

Deoxyribóza a ribóza sú rozdielne len pre jeden atóm: v skutočnosti na uhlíku 2 deoxyribózy chýba atóm kyslíka (pozn .: je tu len jeden vodík), ktorý je naopak prítomný na uhlíku 2 ribózy (pozn. kyslík sa pripája k vodíku a vytvára hydroxylovú skupinu OH).

Tento rozdiel má obrovský biologický význam: DNA je genetické dedičstvo, na ktorom závisí vývoj a adekvátne fungovanie buniek živého organizmu; RNA je na druhej strane biologická makromolekula, ktorá je hlavne zodpovedná za kódovanie, dekódovanie, reguláciu a expresiu génov DNA.

Ďalší dôležitý rozdiel medzi nukleotidmi DNA a RNA sa týka dusíkatých báz .

Na úplné pochopenie tejto druhej nerovnosti je potrebné urobiť malý krok späť.

Obrázok: 5-uhlíkové cukry, ktoré tvoria nukleotidy RNA (ribóza) a DNA (deoxyribóza).

Dusíkaté bázy sú molekuly organickej povahy, ktoré v nukleových kyselinách predstavujú charakteristický prvok rôznych typov nukleotidov. V nukleotidoch DNA, ako aj v nukleotidoch RNA je jediným variabilným prvkom dusíkatá báza; kostra cukru a fosfátovej skupiny zostáva nezmenená.

V DNA aj RNA existujú 4 možné dusíkaté bázy; preto sú typy nukleotidov pre každú nukleovú kyselinu celkovo 4.

Keď sme sa vrátili k druhému dôležitému rozdielu, ktorý existuje medzi nukleotidmi DNA a RNA, tieto dve nukleové kyseliny majú spoločné iba 3 dusíkové bázy zo 4. V tomto prípade sú adenín, guanín a cytozín 3 dusíkaté bázy prítomné v DNA aj RNA; tymín a uracil sú na druhej strane štvrtou dusíkatou bázou DNA a štvrtou bázou RNA.

Takže okrem pentózy sú nukleotidy DNA a nukleotidy RNA rovnaké pre 3 zo 4 typov.

Triedy, ku ktorým patria dusíkaté bázy

Adenín a guanín patria do triedy dusíkatých báz, známych ako puríny . Puríny sú aromatické heterocyklické zlúčeniny s dvojitým kruhom.

Tymín, cytozín a uracil na druhej strane patria do triedy dusíkatých báz, známych ako pyrimidíny . Pyrimidíny sú aromatické heterocyklické zlúčeniny s jedným kruhom.

INÝ NÁZOV NUKLEOTIDOV DNA A RNA

Nukleotidy s deoxyribózovým cukrom, to je nukleotidy DNA, berú alternatívny názov deoxyribonukleotidov, presne kvôli prítomnosti vyššie uvedeného cukru.

Z podobných dôvodov majú nukleotidy s ribózovým cukrom, tj nukleotidmi RNA, alternatívny názov ribonukleotidov .

Organizácia nukleovej kyseliny

Pri zostavovaní nukleovej kyseliny sa nukleotidy organizujú do dlhých vlákien, podobných reťazcom.

Každý nukleotid tvoriaci tieto dlhé reťazce sa viaže na nasledujúci nukleotid prostredníctvom fosfodiesterovej väzby medzi uhlíkom 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostredne nasledujúceho nukleotidu.

KONIEC

Nukleotidové filamenty (alebo nukleotidové filamenty), ktoré tvoria nukleové kyseliny, majú dva konce, známe ako 5 'koniec (čítať "tip päť prvý") a koniec 3' (čítať "tip tri prvé"). Podľa konvencie biológovia a genetici zistili, že 5 ' koniec predstavuje hlavu vlákna tvoriaceho nukleovú kyselinu, zatiaľ čo 3' koniec predstavuje jeho chvost .

Z chemického hľadiska sa 5 'koniec zhoduje s fosfátovou skupinou prvého nukleotidu reťazca, zatiaľ čo 3' koniec sa zhoduje s hydroxylovou skupinou (OH) umiestnenou na uhlíku 3 posledného nukleotidu.

Na základe tejto organizácie sú nukleotidové vlákna opísané v genetických a biologických molekulárnych knihách: P-5 '→ 3'-OH.

* Poznámka: písmeno P označuje atóm fosforu fosfátovej skupiny.

Biologická úloha

Expresia génov závisí od DNA nukleotidovej sekvencie. Gény sú viac či menej dlhé segmenty DNA (tj nukleotidové segmenty), ktoré obsahujú informácie nevyhnutné pre syntézu proteínov . Vyrobené z aminokyselín, proteíny sú biologické makromolekuly, ktoré zohrávajú zásadnú úlohu pri regulácii bunkových mechanizmov organizmu.

Nukleotidová sekvencia daného génu špecifikuje aminokyselinovú sekvenciu príbuzného proteínu.