нуклеотиди

загальність

Нуклеотиди - це органічні молекули, що складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот.

Нуклеїнові кислоти є біологічними макромолекулами, що мають фундаментальне значення для виживання живого організму, і нуклеотиди є будівельними блоками, які їх утворюють.

Всі нуклеотиди мають загальну структуру, яка включає три молекулярні елементи: фосфатну групу, пентозу (тобто цукор з 5 атомами вуглецю) і азотисту базу.

У ДНК пентоза являє собою дезоксирибозу; в РНК, однак, це рибоза.

Присутність дезоксирибози, в ДНК і рибози, в РНК, є основною відмінністю між нуклеотидами, що складають ці дві нуклеїнові кислоти.

Друга важлива різниця стосується азотистих основ: нуклеотиди ДНК і РНК мають спільні між собою тільки 3 з 4 азотистих основ, пов'язаних з ними.

Що таке нуклеотиди?

Нуклеотиди являють собою органічні молекули, що утворюють мономери ДНК і РНК нуклеїнових кислот .

Згідно з іншим визначенням, нуклеотиди являють собою молекулярні одиниці, які складають ДНК і РНК нуклеїнових кислот.

Хімічні та біологічні мономери визначають молекулярні одиниці, які, будучи розташовані в довгих лінійних ланцюгах, утворюють великі молекули ( макромолекули ), більш відомі як полімери .

Загальна структура

Нуклеотиди мають молекулярну структуру, яка включає три елементи:

• Фосфатна група, яка є похідною фосфорної кислоти;
• Цукор з 5 атомами вуглецю, тобто пентоза ;
• Азотиста основа, яка є ароматичною гетероциклічною молекулою.

Пентоза є центральним елементом нуклеотидів, оскільки з нею зв'язуються фосфатна група і азотиста база.

Малюнок: Елементи, що складають загальний нуклеотид нуклеїнової кислоти. Як видно, фосфатна група і азотна основа пов'язані з цукром.

Хімічний зв'язок, що утримує пентозу і фосфатну групу разом, є фосфодіефірним зв'язком (або зв'язком фосфодіестерного типу), тоді як хімічний зв'язок, що об'єднує пентозу і азотисту основу, є N-глікозидним зв'язком (або N-глікозидним зв'язком). ).

Які карбони PENTOSO ВЗЯВЛЯЮТЬСЯ В РІЗНИХ ЗАВЕРШЕННЯХ?

Передумова: хіміки подумали про нумерацію вугілля, що складають органічні молекули, таким чином, щоб спростити їхнє вивчення і опис. Отже, 5 вугілля пентози стають: вуглецем 1, вуглецем 2, вуглецем 3, вуглецем 4 і вуглецем 5. Критерій призначення чисел досить складний, тому вважаємо за доцільне його опустити.

З 5 вугілля, які утворюють пентозу нуклеотидів, ті, які беруть участь у зв'язках з азотистим підставою і фосфатною групою, є, відповідно, вуглецем 1 і вуглецем 5 .

• Пентозний вуглець 1 → N-глікозидний зв'язок → азотиста основа
• Пентаза вуглецю 5 → фосфодіефірна зв'язок → фосфатна група

NUCLEOTIDS НУКЛЕОСИДУ З ФОСФАТНОЇ ГРУПИ

Малюнок: Структура пентози, нумерація складових її вуглеводів і зв'язків з азотистою основою і фосфатною групою.

Без елемента фосфатної групи нуклеотиди стають нуклеозидами .

Нуклеозид, по суті, являє собою органічну молекулу, що походить від об'єднання між пентозою і азотистим підставою.

Ця анотація служить для пояснення деяких визначень нуклеотидів, в яких зазначається: «нуклеотиди - це нуклеозиди, які мають одну або більше фосфатних груп, пов'язаних з вуглецем 5».

Різниця між ДНК і РНК

Нуклеотиди ДНК і РНК відрізняються один від одного з структурної точки зору.

Основна відмінність полягає в пентозі : в ДНК, пентоза являє собою дезоксирибозу ; в РНК, однак, це рибоза .

Дезоксирибоза і рибоза відрізняються тільки для одного атома: насправді, на вуглеці 2 дезоксирибози відсутній атом кисню (NB: є тільки один водень), який, навпаки, присутній на вуглеці 2 рибози (NB: тут, кисень приєднується до водню, утворюючи гідроксильну групу OH).

Саме ця різниця має величезне біологічне значення: ДНК - це генетична спадщина, від якої залежить розвиток і адекватне функціонування клітин живого організму; РНК, з іншого боку, є біологічною макромолекулою, головним чином відповідальною за кодування, декодування, регуляцію і експресію генів ДНК.

Інша важлива відмінність між нуклеотидами ДНК і РНК стосується азотистих основ .

Щоб повністю зрозуміти цю другу нерівність, необхідно зробити невеликий крок назад.

Малюнок: 5-вуглецеві цукру, що складають нуклеотиди РНК (рибози) і ДНК (дезоксирибоза).

Азотисті основи є молекулами органічної природи, які в нуклеїнових кислотах являють собою відмінний елемент різних типів складових нуклеотидів. Насправді, в нуклеотидах ДНК, а також у нуклеотидах РНК, єдиним змінним елементом є азотиста база; каркас цукрово-фосфатної групи залишається незмінним.

І в ДНК, і в РНК є 4 можливі азотисті основи; тому типи нуклеотидів, для кожної нуклеїнової кислоти, в цілому 4.

Сказавши, що повертаючись до другої важливої ​​різниці, що існує між нуклеотидами ДНК і РНК, ці дві нуклеїнові кислоти мають у загальному тільки 3 азотних підстави з 4. У цьому випадку аденін, гуанін і цитозин є 3 азотистими основами. присутні в обох ДНК і РНК; Тимін і урацил, з іншого боку, являють собою, відповідно, четверту азотисту основу ДНК і четверту базу РНК.

Таким чином, крім пентози, нуклеотиди ДНК і РНК нуклеотиди рівні для 3 з 4 типів.

Класи, до яких належать азотисті основи

Аденін і гуанін відносяться до класу азотистих основ, відомих як пурини . Пурини - це подвійне кільце ароматичних гетероциклічних сполук.

Тимін, цитозин і урацил, з іншого боку, належать до класу азотистих основ, відомих як піримідини . Піримідини являють собою ароматичні гетероциклічні сполуки з одним кільцем.

ІНШЕ ІМЕНИ НУКЛЕОТИДІВ ДНК І РНК

Нуклеотиди з цукром дезоксирибози, тобто нуклеотиди ДНК, приймають альтернативну назву дезоксирибонуклеотидів, саме через наявність вищезазначеного цукру.

З аналогічних причин нуклеотиди з рибозом, тобто нуклеотидами РНК, приймають альтернативне назва рибонуклеотидов .

Організація нуклеїнових кислот

При складанні нуклеїнової кислоти нуклеотиди організуються в довгі нитки, подібні до ланцюгів.

Кожен нуклеотид, що утворює ці довгі ланцюги, зв'язується з наступним нуклеотидом за допомогою фосфодіефірного зв'язку між вуглецем 3 його пентози і фосфатною групою безпосередньо наступного нуклеотиду.

КРАЇНИ

Нуклеотидні нитки (або нуклеотидні філаменти), які складають нуклеїнові кислоти, мають два кінці, відомі як 5 'кінець (прочитані "перші п'ять") і кінець 3' (прочитайте "перший третій"). За згодою, біологи і генетики встановили, що 5 ' кінець являє собою головку нитки, що утворює нуклеїнову кислоту, тоді як 3' кінець являє собою хвіст .

З хімічної точки зору, 5 'кінець збігається з фосфатною групою першого нуклеотиду ланцюга, в той час як 3' кінець збігається з гідроксильної групою (OH), розміщеною на вуглеці 3 останнього нуклеотиду.

Саме на основі цієї організації нуклеотидні нитки описані в генетичних і біологічних молекулярних книгах: P-5 '→ 3'-OH.

* NB: буква P вказує на атом фосфору групи фосфатів.

Біологічна роль

Експресія генів залежить від нуклеотидної послідовності ДНК. Гени є більш-менш довгими сегментами ДНК (тобто нуклеотидними сегментами), які містять інформацію, необхідну для синтезу білка . Складені з амінокислот, білки є біологічними макромолекулами, які відіграють фундаментальну роль у регулюванні клітинних механізмів організму.

Нуклеотидна послідовність даного гена визначає аминокислотную послідовність спорідненого білка.