Ogólność
Nukleotydy to organiczne cząsteczki, które tworzą kwasy nukleinowe DNA i RNA.
Kwasy nukleinowe są biologicznymi makrocząsteczkami o fundamentalnym znaczeniu dla przetrwania żywego organizmu, a nukleotydy są ich budulcem.
Wszystkie nukleotydy mają ogólną strukturę, która obejmuje trzy elementy molekularne: grupę fosforanową, pentozę (tj. cukier 5-węglowy) i zasadę azotową.
W DNA pentoza jest dezoksyrybozą; z drugiej strony w RNA jest to ryboza.
Obecność dezoksyrybozy w DNA i rybozy w RNA stanowi główną różnicę między nukleotydami tworzącymi te dwa kwasy nukleinowe.
Druga ważna różnica dotyczy zasad azotowych: nukleotydy DNA i RNA mają wspólne tylko 3 z 4 związanych z nimi zasad azotowych.
Czym są nukleotydy?
Nukleotydy to organiczne cząsteczki stanowiące monomery kwasów nukleinowych DNA i RNA.
Zgodnie z inną definicją, nukleotydy to jednostki molekularne tworzące kwas nukleinowy DNA i RNA.
Monomery chemiczne i biologiczne definiują jednostki molekularne, które ułożone w długie liniowe łańcuchy tworzą duże cząsteczki (makrocząsteczki), lepiej znane jako polimery.
Struktura ogólna
Nukleotydy posiadają strukturę molekularną, która obejmuje trzy elementy:
- Grupa fosforanowa, która jest pochodną kwasu fosforowego;
- Cukier o 5 atomach węgla, czyli pentoza;
- Zasada azotowa, która jest aromatyczną cząsteczką heterocykliczną.
Pentoza stanowi centralny element nukleotydów, ponieważ wiążą się z nią grupa fosforanowa i zasada azotowa.
Rysunek: Elementy tworzące ogólny nukleotyd kwasu nukleinowego. Jak widać, grupa fosforanowa i zasada azotowa wiążą się z cukrem.
Wiązanie chemiczne, które utrzymuje razem pentozę i grupę fosforanową, jest wiązaniem fosfodiestrowym (lub wiązaniem fosfodiestrowym), podczas gdy wiązanie chemiczne, które wiąże pentozę i zasadę azotową, jest wiązaniem N-glikozydowym (lub wiązaniem N-glikozydowym).
KTÓRE WĘGLE Z PENTOSA SĄ UWZGLĘDNIONE W RÓŻNE POWIĄZANIA?
Przesłanka: chemicy pomyśleli o numerowaniu węgli, które tworzą cząsteczki organiczne, w taki sposób, aby uprościć ich badanie i opis. Tutaj więc, że 5 węgli pentozy staje się: węgiel 1, węgiel 2, węgiel 3, węgiel 4 i węgiel 5. Kryterium przypisywania liczb jest dość złożone, dlatego uważamy, że należy je pominąć.
Spośród 5 atomów węgla, które tworzą pentozę nukleotydów, te zaangażowane w wiązania z zasadą azotową i grupą fosforanową to odpowiednio węgiel 1 i węgiel 5.
- Pentoza węgiel 1 → wiązanie N-glikozydowe → zasada azotowa
- Węgiel pentozowy 5 → wiązanie fosfodiestrowe → grupa fosforanowa
NUKLEOTYDY TO NUKLEOZYDY Z GRUPĄ FOSFORAN
Rysunek: Struktura pentozy, numeracja wchodzących w jej skład węgli i wiązań z zasadą azotową i grupą fosforanową.
Bez elementu grupy fosforanowej nukleotydy stają się nukleozydami.
W rzeczywistości nukleozyd jest cząsteczką organiczną wywodzącą się z połączenia pentozy z zasadą azotową.
Ta adnotacja służy wyjaśnieniu niektórych definicji nukleotydów, które stwierdzają: „nukleotydy to nukleozydy, które mają jedną lub więcej grup fosforanowych związanych z węglem 5”.
Różnica między DNA a RNA
Nukleotydy DNA i RNA różnią się od siebie ze strukturalnego punktu widzenia.
Główna różnica polega na pentoza: w DNA pentoza jest deoksyrybozą; z drugiej strony w RNA jest to ryboza.
Deoksyryboza i ryboza różnią się tylko dla jednego atomu: w rzeczywistości brakuje atomu tlenu na węglu 2 dezoksyrybozy (NB: c „to tylko wodór), który z kolei jest obecny na węglu 2 rybozy (NB: tutaj tlen łączy się z wodorem, tworząc grupę hydroksylową (OH).
Już 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, trzeba zrobić mały krok wstecz.
Rysunek: Cukry 5-węglowe, które tworzą nukleotydy RNA (ryboza) i DNA (dezoksyryboza).
Zasady azotowe są cząsteczkami natury organicznej, które w kwasach nukleinowych stanowią charakterystyczny element różnych typów nukleotydów składowych.W rzeczywistości, zarówno w nukleotydach DNA, jak i nukleotydach RNA, jedynym elementem zmiennym jest zasada azotowa. szkielet grupy cukrowo-fosforanowej pozostaje niezmieniony.
Zarówno w DNA, jak iw RNA, możliwe zasady azotowe to 4, dlatego typy nukleotydów dla każdego kwasu nukleinowego są we wszystkich 4.
Powiedziawszy to, wracając do drugiej ważnej różnicy między nukleotydami DNA i RNA, te dwa kwasy nukleinowe mają wspólne tylko 3 z 4 zasad azotowych.W tym przypadku adenina, guanina i cytozyna są 3 zasadami azotowymi. zarówno DNA, jak i RNA, z drugiej strony tymina i uracyl są odpowiednio czwartą zasadą azotową DNA i czwartą zasadą RNA.
Dlatego oprócz pentozy nukleotydy DNA i nukleotydy RNA są takie same dla 3 z 4 typów.
Klasy przynależności zasad azotowych
Adenina i guanina należą do klasy zasad azotowych, zwanych purynami. Puryny to dwupierścieniowe aromatyczne związki heterocykliczne.
Z kolei tymina, cytozyna i uracyl należą do klasy zasad azotowych, znanych jako pirymidyny.Prymidyny to jednopierścieniowe aromatyczne związki heterocykliczne.
INNA NAZWA NUKLEOTYDÓW DNA I RNA
Nukleotydy z cukrem dezoksyrybozowym, czyli nukleotydy DNA, przyjmują alternatywną nazwę dezoksyrybonukleotydów, właśnie ze względu na obecność wspomnianego cukru.
Z podobnych powodów nukleotydy z rybozą cukrową, czyli nukleotydy RNA, przyjmują alternatywną nazwę rybonukleotydów.
- Deoksyrybonukleotyd adenina
- Deoksyrybonukleotyd guaninowy
- Cytozyna dezoksyrybonukleotydowa
- Tymina dezoksyrybonukleotydowa
- Adenina rybonukleotydowa
- Rybonukleotyd guaninowy
- Rybonukleotyd cytozyny
- Rybonukleotyd uracylowy
Organizacja w kwasach nukleinowych
Tworząc kwas nukleinowy, nukleotydy organizują się w długie nici, 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 następnego nukleotydu.
KOŃCÓWKI
Nici nukleotydowe (lub nici nukleotydowe), które tworzą kwasy nukleinowe, mają dwa końce, znane jako 5 „koniec (odczytaj „pięć końców prim”) i 3” (odczytaj „trzy końce prim”). Zgodnie z konwencją biolodzy i genetycy ustalili, że „koniec 5” reprezentuje głowę nici tworzącej kwas nukleinowy, podczas gdy „koniec 3” reprezentuje jego ogon.
Z chemicznego punktu widzenia „koniec 5” pokrywa się z grupą fosforanową pierwszego nukleotydu łańcucha, natomiast „koniec 3” pokrywa się z grupą hydroksylową (OH) umieszczoną na węglu 3 ostatniego nukleotydu.
To właśnie na podstawie tej organizacji w książkach z dziedziny genetyki i biologii molekularnej nici nukleotydowe są opisane w następujący sposób: P-5 „→ 3” -OH.
* Uwaga: litera P oznacza atom fosforu grupy fosforanowej.
Rola biologiczna
Ekspresja genów zależy od sekwencji nukleotydów DNA Geny to mniej lub bardziej długie odcinki DNA (tj. odcinki nukleotydów), które zawierają informacje niezbędne do syntezy białek Zbudowane z aminokwasów białka są makrocząsteczkami biologicznymi, które odgrywają fundamentalną rolę w regulacji mechanizmów komórkowych organizmu.
Sekwencja nukleotydowa danego genu określa sekwencję aminokwasową pokrewnego białka.
