Allt liv på planeten består av många celler som upprätthåller ordningen i sin organisation på grund av den genetiska informationen som finns i kärnan. Det lagras, implementeras och överförs av komplexa högmolekylära föreningar - nukleinsyror, bestående av monomerenheter - nukleotider. Nukleinsyrornas roll kan inte överskattas. Stabiliteten i deras struktur bestämmer den normala vitala aktiviteten hos organismen, och alla avvikelser i strukturen kommer oundvikligen att leda till en förändring i den cellulära organisationen, aktiviteten hos fysiologiska processer och cellernas livsduglighet som helhet.
Begreppet en nukleotid och dess egenskaper
Varje molekyl av DNA eller RNA är sammansatt av mindre monomera föreningar - nukleotider. Med andra ord är en nukleotid ett byggnadsmaterial för nukleinsyror, koenzymer och många andra biologiska föreningar som är väsentliga för en cell under dess livstid.
Till de viktigaste egenskaperna hos dessa oersättligaämnen kan tillskrivas:
• lagring av information om proteinstruktur och nedärvda egenskaper;
• kontroll över tillväxt och reproduktion;
• deltagande i metabolism och många andra fysiologiska processer som förekommer i cellen.
Nukleotidsammansättning
Apropå nukleotider, man kan inte annat än att uppehålla sig vid en så viktig fråga som deras struktur och sammansättning.
Varje nukleotid består av:
• sockerrest;
• kväveh altig bas;
• fosfatgrupp eller fosforsyrarest.
Man kan säga att en nukleotid är en komplex organisk förening. Beroende på artsammansättningen av kväveh altiga baser och typen av pentos i nukleotidstrukturen delas nukleinsyror in i:
• deoxiribonukleinsyra, eller DNA;
• ribonukleinsyra, eller RNA.
Nukleinsyrors sammansättning
I nukleinsyror representeras socker av pentos. Detta är ett socker med fem kolatomer, i DNA kallas det deoxiribos, i RNA kallas det ribos. Varje pentosmolekyl har fem kolatomer, varav fyra tillsammans med en syreatom bildar en femledad ring, och den femte är en del av HO-CH2-gruppen.
Positionen för varje kolatom i en pentosmolekyl indikeras av en arabisk siffra med ett primtal (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Eftersom alla processer för att läsa ärftlig information från en nukleinsyramolekyl har en strikt riktning, fungerar numreringen av kolatomer och deras arrangemang i ringen som ett slags indikator på rätt riktning.
Enligt hydroxylgruppen tillen fosforsyrarest är fäst vid den tredje och femte kolatomen (3С´ och 5´). Den bestämmer den kemiska anknytningen av DNA och RNA till gruppen av syror.
En kvävebas är fäst vid den första kolatomen (1С´) i en sockermolekyl.
Artsammansättning av kväveh altiga baser
DNA-nukleotider med kvävebas representeras av fyra typer:
• adenin (A);
• guanin (G);
• cytosin (C);
• tymin (T).
De två första är puriner, de två sista är pyrimidiner. Med molekylvikt är puriner alltid tyngre än pyrimidiner.
RNA-nukleotider med kvävebas representeras av:
• adenin (A);
• guanin (G);
• cytosin (C);
• uracil (U).
Uracil, liksom tymin, är en pyrimidinbas.
I den vetenskapliga litteraturen kan man ofta hitta en annan beteckning på kväveh altiga baser - med latinska bokstäver (A, T, C, G, U).
Låt oss uppehålla oss mer i detalj vid den kemiska strukturen hos puriner och pyrimidiner.
Pyrimidiner, nämligen cytosin, tymin och uracil, representeras av två kväveatomer och fyra kolatomer, som bildar en sexledad ring. Varje atom har sitt eget nummer från 1 till 6.
Puriner (adenin och guanin) består av pyrimidin och imidazol eller två heterocykler. Purinbasmolekylen representeras av fyra kväveatomer och fem kolatomer. Varje atom är numrerad från 1 till 9.
Som ett resultat av kopplingen av kväveen bas och en pentosrest bildar en nukleosid. En nukleotid är en kombination av en nukleosid och en fosfatgrupp.
Bildning av fosfodiesterbindningar
Det är viktigt att förstå frågan om hur nukleotider är sammankopplade i en polypeptidkedja och bildar en nukleinsyramolekyl. Detta sker på grund av de så kallade fosfodiesterbindningarna.
Interaktionen mellan två nukleotider ger en dinukleotid. Bildandet av en ny förening sker genom kondensation, när en fosfodiesterbindning uppstår mellan fosfatresten i en monomer och hydroxigruppen i pentosen i en annan.
Syntes av en polynukleotid är upprepad upprepning av denna reaktion (flera miljoner gånger). Polynukleotidkedjan byggs upp genom bildandet av fosfodiesterbindningar mellan det tredje och femte kolet i sockerarter (3С´ och 5´).
Polynukleotidsammansättning är en komplex process som sker med deltagande av DNA-polymerasenzymet, vilket säkerställer tillväxten av kedjan endast från ena änden (3´) med en fri hydroxigrupp.
DNA-molekylens struktur
En DNA-molekyl, som ett protein, kan ha en primär, sekundär och tertiär struktur.
Sekvensen av nukleotider i en DNA-kedja bestämmer dess primära struktur. Den sekundära strukturen bildas av vätebindningar, som bygger på principen om komplementaritet. Med andra ord, under syntesen av DNA-dubbelhelixen fungerar ett visst mönster: adenin i en kedja motsvarar tymin i den andra, guanin till cytosin och vice versa. Par av adenin och tymin eller guanin och cytosinbildas på grund av två i det första och tre i det sista fallet vätebindningar. En sådan koppling av nukleotider ger en stark bindning mellan kedjorna och ett lika stort avstånd mellan dem.
När du känner till nukleotidsekvensen för en DNA-sträng kan du komplettera den andra genom komplementaritets- eller additionsprincipen.
DNAs tertiära struktur bildas av komplexa tredimensionella bindningar, vilket gör dess molekyl mer kompakt och kan passa in i en liten cellvolym. Så till exempel är längden på E. coli DNA mer än 1 mm, medan längden på cellen är mindre än 5 mikron.
Antalet nukleotider i DNA, nämligen deras kvantitativa förhållande, följer Chergaff-regeln (antalet purinbaser är alltid lika med antalet pyrimidinbaser). Avståndet mellan nukleotiderna är ett konstant värde lika med 0,34 nm, liksom deras molekylvikt.
Strukturen av RNA-molekylen
RNA representeras av en enda polynukleotidkedja bildad genom kovalenta bindningar mellan en pentos (i detta fall ribos) och en fosfatrest. Det är mycket kortare än DNA i längd. Det finns också skillnader i artsammansättningen av kväveh altiga baser i nukleotiden. I RNA används uracil istället för tymins pyrimidinbas. Beroende på de funktioner som utförs i kroppen kan RNA vara av tre typer.
• Ribosomal (rRNA) - innehåller vanligtvis från 3000 till 5000 nukleotider. Som en nödvändig strukturell komponent deltar den i bildandet av det aktiva centrumet av ribosomer, platsen för en av de viktigaste processerna i cellen- proteinbiosyntes.
• Transport (tRNA) - består av i genomsnitt 75 - 95 nukleotider, överför den önskade aminosyran till platsen för polypeptidsyntes i ribosomen. Varje typ av tRNA (minst 40) har sin egen unika sekvens av monomerer eller nukleotider.
• Informationsinformation (mRNA) - mycket olika i nukleotidsammansättning. Överför genetisk information från DNA till ribosomer, fungerar som en matris för syntesen av en proteinmolekyl.
Nukleotidernas roll i kroppen
Nukleotider i cellen utför ett antal viktiga funktioner:
• används som byggstenar för nukleinsyror (nukleotider i purin- och pyrimidinserien);
• är involverade i många metaboliska processer i cellen;
• är en del av ATP - den huvudsakliga energikällan i celler;
• fungerar som bärare av reducerande ekvivalenter i celler (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• utför funktionen av bioregulatorer;
• kan betraktas som andra budbärare extracellulär regelbunden syntes (till exempel cAMP eller cGMP).
Nukleotid är en monomer enhet som bildar mer komplexa föreningar - nukleinsyror, utan vilka överföring av genetisk information, dess lagring och reproduktion är omöjlig. Fria nukleotider är huvudkomponenterna som är involverade i signalerings- och energiprocesser som stöder normal funktion av celler och kroppen som helhet.
