nukleotidy

všeobecnost

Nukleotidy jsou organické molekuly, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA.

Nukleové kyseliny jsou biologické makromolekuly zásadního významu pro přežití živého organismu a nukleotidy jsou stavebními kameny, které je tvoří.

Všechny nukleotidy mají obecnou strukturu, která obsahuje tři molekulární prvky: fosfátovou skupinu, pentózu (tj. Cukr s 5 atomy uhlíku) a dusíkatou bázi.

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

Přítomnost deoxyribózy v DNA a ribózy v RNA představuje hlavní rozdíl existující mezi nukleotidy tvořícími tyto dvě nukleové kyseliny.

Druhý důležitý rozdíl se týká dusíkatých bází: nukleotidy DNA a RNA mají mezi sebou pouze 3 ze 4 dusíkatých bází, které jsou s nimi spojeny.

Co jsou nukleotidy?

Nukleotidy jsou organické molekuly, které tvoří monomery nukleových kyselin DNA a RNA .

Podle jiné definice jsou nukleotidy molekulární jednotky, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA.

Chemické a biologické monomery definují molekulární jednotky, které jsou uspořádány v dlouhých lineárních řetězcích a tvoří velké molekuly ( makromolekuly ), lépe známé jako polymery .

Obecná struktura

Nukleotidy mají molekulární strukturu, která obsahuje tři elementy:

• Fosfátová skupina, která je derivátem kyseliny fosforečné;
• Cukr s 5 atomy uhlíku, což je pentóza ;
• Dusíkatá báze, což je aromatická heterocyklická molekula.

Pentóza je ústředním prvkem nukleotidů, protože fosfátová skupina a dusíkatá báze se k ní váží.

Obrázek: Prvky, které tvoří generický nukleotid nukleové kyseliny. Jak je vidět, fosfátová skupina a dusíkatá báze jsou vázány na cukr.

Chemická vazba, která drží pentózu a fosfátovou skupinu dohromady, je fosfodiesterová vazba (nebo vazba fosfodiesterového typu), zatímco chemická vazba, která spojuje pentózu a dusíkatou bázi, je N-glykosidová vazba (nebo N-glykosidová vazba). ).

CO JSOU PENTOSO KARBONY ZALOŽENY V RŮZNÝCH TIESECH?

Předpoklad: chemici mysleli na číslování uhlí, které tvoří organické molekuly, tak, aby se zjednodušilo jejich studium a popis. Zde tedy, že 5 uhlíků pentózy se stane: uhlíkem 1, uhlíkem 2, uhlíkem 3, uhlíkem 4 a uhlíkem 5. Kritériem pro přiřazení čísel je poměrně složité, a proto považujeme za vhodné jej vynechat.

Z 5 uhlí, které tvoří pentózu nukleotidů, jsou ty, které se účastní vazeb s dusíkatou bází a fosfátovou skupinou, uhlík 1 a uhlík 5 .

• Pentose carbon 1 → N-glykosidická vazba → dusíkatá báze
• Pentose uhlíku 5 → fosfodiesterová vazba → fosfátová skupina

NUKLEOTIDY JSOU NUKLEOSID S SKUPINOU FOSFÁTU

Obrázek: Struktura pentózy, číslování jejích uhlíků a vazeb s dusíkatou bází a fosfátovou skupinou.

Bez prvku fosfátové skupiny se nukleotidy stávají nukleosidy .

Nukleosid je ve skutečnosti organická molekula, odvozená od spojení mezi pentózou a dusíkatou bází.

Tato anotace slouží k vysvětlení některých definic nukleotidů, které uvádějí: "nukleotidy jsou nukleosidy, které mají jednu nebo více fosfátových skupin vázaných na uhlík 5".

Rozdíl mezi DNA a RNA

Nukleotidy DNA a RNA se liší ze strukturního hlediska.

Hlavní rozdíl spočívá v pentse : v DNA je pentóza deoxyribóza ; v RNA je však ribóza .

Deoxyribóza a ribóza jsou odlišné pouze pro jeden atom: ve skutečnosti na uhlíku 2 deoxyribózy chybí atom kyslíku (Pozn .: je zde pouze jeden vodík), který je naopak přítomen na uhlíku 2 ribózy (pozn. kyslík se připojí k vodíku a vytvoří hydroxylovou skupinu OH).

Tento rozdíl má obrovský biologický význam: DNA je genetické dědictví, na kterém závisí vývoj a adekvátní fungování buněk živého organismu; RNA je naopak biologická makromolekula, která je zodpovědná zejména za kódování, dekódování, regulaci a expresi genů DNA.

Další důležitý rozdíl mezi nukleotidy DNA a RNA se týká dusíkatých bází .

Abychom plně porozuměli této druhé nerovnosti, je nutné udělat malý krok zpět.

Obrázek: 5-uhlíkové cukry, které tvoří nukleotidy RNA (ribóza) a DNA (deoxyribóza).

Dusíkaté báze jsou molekuly organické povahy, které v nukleových kyselinách představují odlišný prvek různých typů nukleotidů. Ve skutečnosti, v nukleotidech DNA také jak v nukleotidech RNA, jediný variabilní element je dusíkatá báze; kostra cukr-fosfátová skupina zůstává nezměněna.

V DNA i RNA existují 4 možné dusíkaté báze; proto jsou typy nukleotidů pro každou nukleovou kyselinu celkem 4.

Když jsme se vrátili k druhému významnému rozdílu mezi nukleotidy DNA a RNA, mají tyto dvě nukleové kyseliny společný pouze 3 dusíkaté báze ze 4. V tomto případě jsou adenin, guanin a cytosin 3 dusíkaté báze přítomné v DNA i RNA; tymin a uracil jsou na druhé straně čtvrtou dusíkatou bází DNA a čtvrtou bází RNA.

Tedy, kromě pentózy, jsou nukleotidy DNA a nukleotidy RNA stejné pro 3 ze 4 typů.

Třídy, ke kterým patří dusíkaté báze

Adenin a guanin patří do třídy dusíkatých bází, známých jako puriny . Puriny jsou aromatické heterocyklické sloučeniny s dvojitým kruhem.

Tymin, cytosin a uracil, na druhé straně, patří do třídy dusíkatých bází, známých jako pyrimidiny . Pyrimidiny jsou aromatické heterocyklické sloučeniny s jedním kruhem.

OSTATNÍ NÁZEV NUKLEOTIDŮ DNA A RNA

Nukleotidy s deoxyribózovým cukrem, tj. Nukleotidy DNA, odebírají alternativní název deoxyribonukleotidů právě díky přítomnosti výše uvedeného cukru.

Z podobných důvodů mají nukleotidy s ribózovým cukrem, tj. Nukleotidy RNA, alternativní název ribonukleotidů .

Organizace nukleové kyseliny

Při skládání nukleové kyseliny se nukleotidy organizují do dlouhých vláken, podobných řetězcům.

Každý nukleotid tvořící tyto dlouhé řetězce se váže k dalšímu nukleotidu prostřednictvím fosfodiesterové vazby mezi uhlíkem 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostředně následujícího nukleotidu.

KONEC

Nukleotidová vlákna (nebo nukleotidová vlákna), která tvoří nukleové kyseliny, mají dva konce, známé jako 5 'konec (čtěte "tip pět první") a konec 3' (čtěte "tip tři první"). Podle konvencí biologové a genetici zjistili, že 5 ' konec představuje hlavu vlákna tvořícího nukleovou kyselinu, zatímco 3' konec představuje jeho ocas .

Z chemického hlediska se 5 'konec shoduje s fosfátovou skupinou prvního nukleotidu řetězce, zatímco 3' konec se shoduje s hydroxylovou skupinou (OH) umístěnou na uhlíku 3 posledního nukleotidu.

Na základě této organizace jsou nukleotidová vlákna popsána v genetických a biologických molekulárních knihách: P-5 '→ 3'-OH.

* Pozn .: písmeno P označuje atom fosforu fosfátové skupiny.

Biologická role

Exprese genů závisí na DNA nukleotidové sekvenci. Geny jsou více či méně dlouhé segmenty DNA (tj. Nukleotidové segmenty), které obsahují informace nezbytné pro syntézu proteinů . Proteiny jsou tvořeny aminokyselinami a jsou biologickými makromolekulami, které hrají zásadní roli v regulaci buněčných mechanismů organismu.

Nukleotidová sekvence daného genu specifikuje aminokyselinovou sekvenci příbuzného proteinu.