nukleotydy

ogólność

Nukleotydy to cząsteczki organiczne tworzące kwasy nukleinowe DNA i RNA.

Kwasy nukleinowe są biologicznymi makrocząsteczkami o fundamentalnym znaczeniu dla przetrwania żywego organizmu, a nukleotydy są składnikami, które je tworzą.

Wszystkie nukleotydy mają ogólną strukturę, która obejmuje trzy elementy cząsteczkowe: grupę fosforanową, pentozę (tj. Cukier z 5 atomami węgla) i zasadę azotową.

W DNA pentoza jest deoksyrybozą; w RNA jest to jednak ryboza.

Obecność deoksyrybozy w DNA i rybozy w RNA reprezentuje główną różnicę istniejącą między nukleotydami tworzącymi te dwa kwasy nukleinowe.

Druga ważna różnica dotyczy zasad azotowych: nukleotydy DNA i RNA mają między sobą tylko 3 z 4 związanych z nimi zasad azotowych.

Czym są nukleotydy?

Nukleotydy to cząsteczki organiczne tworzące monomery kwasów nukleinowych DNA i RNA .

Zgodnie z inną definicją, nukleotydy są jednostkami molekularnymi, które tworzą kwasy nukleinowe DNA i RNA.

Monomery chemiczne i biologiczne definiują jednostki molekularne, które ułożone w długie łańcuchy liniowe tworzą duże cząsteczki ( makrocząsteczki ), lepiej znane jako polimery .

Ogólna struktura

Nukleotydy mają strukturę molekularną obejmującą trzy elementy:

• Grupa fosforanowa, która jest pochodną kwasu fosforowego;
• Cukier z 5 atomami węgla, czyli pentoza ;
• Baza azotowa, która jest aromatyczną cząsteczką heterocykliczną.

Pentoza jest centralnym elementem nukleotydów, ponieważ wiąże się z nią grupa fosforanowa i zasada azotowa.

Rysunek: Elementy, które stanowią ogólny nukleotyd kwasu nukleinowego. Jak widać, grupa fosforanowa i zasada azotowa są związane z cukrem.

Wiązanie chemiczne, które utrzymuje razem pentozę i grupę fosforanową, jest wiązaniem fosfodiestrowym (lub wiązaniem typu fosfodiestrowego), podczas gdy wiązaniem chemicznym, które łączy pentozę i zasadę azotową jest wiązanie N-glikozydowe (lub wiązanie N-glikozydowe ).

JAKIE WĘGLA PENTOSO SĄ ZAANGAŻOWANE W RÓŻNE WĘŻE?

Założenie: chemicy pomyśleli o numerowaniu węgli, które tworzą cząsteczki organiczne, w taki sposób, aby uprościć ich badania i opis. Tutaj zatem, że 5 węgli pentozy staje się: węglem 1, węglem 2, węglem 3, węglem 4 i węglem 5. Kryterium przypisywania liczb jest dość złożone, dlatego uważamy za stosowne pominąć je.

Spośród 5 węgli, które tworzą pentozę nukleotydów, te zaangażowane w wiązania z zasadą azotową i grupą fosforanową są odpowiednio węglem 1 i węglem 5 .

• Pentozowy węgiel 1 → N-glikozydowy → azotowa baza
• Wiązanie pentozy z węglem 5 → fosfodiester → grupa fosforanowa

NUKLEOTYDY SĄ NUKLEOSIDEM Z GRUPĄ FOSFORANOWĄ

Rysunek: Struktura pentozy, numeracja składowych węgli i wiązanie z zasadą azotową i grupą fosforanową.

Bez elementu grupy fosforanowej nukleotydy stają się nukleozydami .

Nukleozyd jest w rzeczywistości cząsteczką organiczną, pochodzącą ze związku między pentozą a bazą azotową.

Ta adnotacja służy do wyjaśnienia niektórych definicji nukleotydów, które stanowią: „nukleotydy są nukleozydami, które mają jedną lub więcej grup fosforanowych związanych z węglem 5”.

Różnica między DNA a RNA

Nukleotydy DNA i RNA różnią się od siebie pod względem strukturalnym.

Główna różnica polega na pentozie : w DNA pentoza to dezoksyryboza ; w RNA jest to jednak ryboza .

Deoksyryboza i ryboza są różne tylko dla jednego atomu: w rzeczywistości na węglu 2 dezoksyrybozy brakuje atomu tlenu (NB: jest tylko jeden wodór), który przeciwnie jest obecny na węglu 2 rybozy (NB: tutaj, tlen łączy się z wodorem, tworząc grupę hydroksylową OH).

Sama ta różnica ma ogromne znaczenie biologiczne: DNA jest dziedzictwem genetycznym, od którego zależy rozwój i odpowiednie funkcjonowanie komórek żywego organizmu; Z drugiej strony RNA jest biologiczną makrocząsteczką odpowiedzialną głównie za kodowanie, dekodowanie, regulację i ekspresję genów DNA.

Inna ważna różnica między nukleotydami DNA i RNA dotyczy zasad azotowych .

Aby w pełni zrozumieć tę drugą nierówność, konieczne jest cofnięcie się o krok.

Rysunek: cukry 5-węglowe, które tworzą nukleotydy RNA (rybozy) i DNA (dezoksyryboza).

Zasady azotowe są cząsteczkami natury organicznej, które w kwasach nukleinowych reprezentują wyróżniający się element różnych typów nukleotydów składowych. W rzeczywistości, w nukleotydach DNA, jak również w nukleotydach RNA, jedynym zmiennym elementem jest zasada azotowa; szkielet grupy cukrowo-fosforanowej pozostaje niezmieniony.

Zarówno w DNA, jak i RNA istnieją 4 możliwe zasady azotowe; dlatego typy nukleotydów dla każdego kwasu nukleinowego są łącznie 4.

Powiedziawszy to, wracając do drugiej istotnej różnicy istniejącej między nukleotydami DNA i RNA, te dwa kwasy nukleinowe mają łącznie tylko 3 zasady azotowe spośród 4. W tym przypadku adenina, guanina i cytozyna są 3 zasadami azotowymi obecne zarówno w DNA, jak i RNA; tymina i uracyl, z drugiej strony, są odpowiednio czwartą zasadą azotową DNA i czwartą zasadą RNA.

Tak więc, oprócz pentozy, nukleotydy DNA i nukleotydy RNA są równe dla 3 z 4 typów.

Klasy, do których należą zasady azotowe

Adenina i guanina należą do klasy zasad azotowych, zwanych purynami . Puryny są aromatycznymi związkami heterocyklicznymi o podwójnym pierścieniu.

Tymina, cytozyna i uracyl, z drugiej strony, należą do klasy zasad azotowych, znanych jako pirymidyny . Pirymidyny są jednopierścieniowymi aromatycznymi związkami heterocyklicznymi.

INNE NAZWA NUKLEOTIDÓW DNA I RNA

Nukleotydy z cukrem dezoksyrybozowym, czyli nukleotydami DNA, przyjmują alternatywną nazwę deoksyrybonukleotydów, właśnie ze względu na obecność wspomnianego wyżej cukru.

Z podobnych powodów nukleotydy z cukrem rybozy, tj. Nukleotydy RNA, przyjmują alternatywną nazwę rybonukleotydów .

Organizacja kwasu nukleinowego

Tworząc kwas nukleinowy, nukleotydy organizują się w długie włókna, podobne do łańcuchów.

Każdy nukleotyd tworzący te długie nici wiąże się z następnym nukleotydem za pomocą wiązania fosfodiestrowego między węglem 3 jego pentozy i grupą fosforanową bezpośrednio następującego nukleotydu.

KOŃCÓWKI

Włókna nukleotydowe (lub włókna nukleotydowe), które tworzą kwasy nukleinowe, mają dwa końce, znane jako koniec 5 ' (czytaj „najpierw końcówka pięć”) i koniec 3 ” (czytaj„ najpierw końcówka trzy ”). Zgodnie z konwencją, biologowie i genetycy ustalili, że koniec 5 'reprezentuje głowę włókna tworzącego kwas nukleinowy, podczas gdy koniec 3' reprezentuje jego ogon .

Z chemicznego punktu widzenia koniec 5 'pokrywa się z grupą fosforanową pierwszego nukleotydu łańcucha, podczas gdy koniec 3' pokrywa się z grupą hydroksylową (OH) umieszczoną na węglu 3 ostatniego nukleotydu.

Na podstawie tej organizacji włókna nukleotydowe są opisane w genetycznych i biologicznych książkach molekularnych: P-5 '→ 3'-OH.

* Uwaga: litera P oznacza atom fosforu w grupie fosforanowej.

Rola biologiczna

Ekspresja genów zależy od sekwencji nukleotydowej DNA. Geny są mniej lub bardziej długimi segmentami DNA (tj. Segmentami nukleotydowymi), które zawierają informacje niezbędne do syntezy białek . Składające się z aminokwasów białka są biologicznymi makrocząsteczkami, które odgrywają zasadniczą rolę w regulowaniu mechanizmów komórkowych organizmu.

Sekwencja nukleotydowa danego genu określa sekwencję aminokwasową pokrewnego białka.