Všeobecnost
Nukleotidy jsou organické molekuly, které tvoří nukleové kyseliny DNA a RNA.
Nukleové kyseliny jsou biologické makromolekuly, které mají zásadní význam pro přežití živého organismu, a nukleotidy jsou jejich stavebními kameny.
Všechny nukleotidy mají obecnou strukturu, která zahrnuje tři molekulární prvky: fosfátovou skupinu, pentózu (tj. 5-uhlíkový cukr) a dusíkatou bázi.
V DNA je pentóza deoxyribóza; v RNA je to naopak ribóza.
Přítomnost deoxyribózy v DNA a ribózy v RNA představuje hlavní rozdíl mezi nukleotidy tvořícími tyto dvě nukleové kyseliny.
Druhý důležitý rozdíl se týká dusíkatých bází: nukleotidy DNA a RNA mají společné pouze 3 ze 4 dusíkatých bází s nimi spojených.
Co jsou nukleotidy?
Nukleotidy jsou organické molekuly tvořící monomery nukleových kyselin DNA a RNA.
Podle jiné definice jsou nukleotidy molekulární jednotky, které tvoří DNA a RNA nukleových kyselin.
Chemické a biologické monomery definují molekulární jednotky, které jsou uspořádány do dlouhých lineárních řetězců a tvoří velké molekuly (makromolekuly), lépe známé jako polymery.
Obecná struktura
Nukleotidy mají molekulární strukturu, která zahrnuje tři prvky:
- Fosfátová skupina, která je derivátem kyseliny fosforečné;
- Cukr s 5 atomy uhlíku, tj. Pentóza;
- Dusíkatá báze, což je aromatická heterocyklická molekula.
Pentóza představuje centrální prvek nukleotidů, protože se na ni váže fosfátová skupina a dusíkatá báze.
Obrázek: Prvky, které tvoří generický nukleotid nukleové kyseliny. Jak je vidět, fosfátová skupina a dusičná báze se vážou na cukr.
Chemická vazba, která drží pentózu a fosfátovou skupinu pohromadě, je fosfodiesterová vazba (nebo fosfodiesterová vazba), zatímco chemická vazba, která váže pentózu a dusíkatou bázi, je N-glykosidická vazba (nebo N-glykosidová vazba.).
KTERÉ UHLÍ PENTOSA JSOU ZAPOJENY DO RŮZNÝCH ODKAZŮ?
Předpoklad: chemici mysleli na číslování uhlíků, které tvoří organické molekuly, takovým způsobem, aby se zjednodušilo jejich studium a popis. Zde tedy platí, že 5 uhlíků pentózy se stává: uhlík 1, uhlík 2, uhlík 3, uhlík 4 a uhlík 5. Kritérium pro přiřazování čísel je poměrně složité, proto považujeme za vhodné ho vynechat.
Z 5 uhlíků, které tvoří pentózu nukleotidů, jsou uhlíky 1 a uhlík 5 zapojené do vazeb s dusíkatou bází a fosfátovou skupinou.
- Pentózový uhlík 1 → N-glykosidická vazba → dusíková báze
- Pentózový uhlík 5 → fosfodiesterová vazba → fosfátová skupina
NUCLEOTIDY JSOU NUCLEOSIDY SE SKUPINOU FOSFÁTŮ
Obrázek: Struktura pentózy, číslování jejích základních uhlíků a vazby s dusíkovou bází a fosfátovou skupinou.
Bez prvku fosfátové skupiny se z nukleotidů stanou nukleosidy.
Nukleosid je ve skutečnosti organická molekula, která pochází ze 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 navzájem liší, a to ze strukturálního hlediska.
Hlavní rozdíl spočívá v pentóze: v DNA je pentóza deoxyribóza; v RNA je to naopak ribóza.
Deoxyribóza a ribóza se liší pouze pro jeden atom: ve skutečnosti chybí atom kyslíku na uhlíku 2 deoxyribózy (NB: c "je pouze vodík), který je naopak přítomen na uhlíku 2 ribózy (Pozn. zde se kyslík spojí s vodíkem a vytvoří hydroxylovou skupinu (OH).
Už jen tento rozdíl má obrovský biologický význam: DNA je genetické dědictví, na kterém závisí vývoj a adekvátní fungování buněk živého organismu; Na druhé straně RNA je biologická makromolekula zodpovědná hlavně 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: Cukry s 5 uhlíky, které tvoří nukleotidy RNA (ribózy) a DNA (deoxyribózy).
Dusíkaté báze jsou molekuly organické povahy, které v nukleových kyselinách představují charakteristický prvek různých typů základních nukleotidů. Ve skutečnosti jsou v nukleotidech DNA a v nukleotidech RNA jediným variabilním prvkem dusíkatá báze. kostra skupiny cukr-fosfát zůstává nezměněna.
Jak v DNA, tak v RNA jsou možné dusíkaté báze 4; proto typy nukleotidů pro každou nukleovou kyselinu jsou ve všech 4.
Když se však vrátíme k druhému důležitému rozdílu mezi nukleotidy DNA a RNA, mají tyto dvě nukleové kyseliny společné pouze 3 ze 4 dusíkatých bází. V tomto případě jsou 3 dusíkaté báze adenin, guanin a cytosin. DNA i RNA; thymin a uracil jsou naopak čtvrtou dusíkatou bází DNA a čtvrtou bází RNA.
Kromě pentózy jsou tedy nukleotidy DNA a RNA nukleotidy stejné pro 3 ze 4 typů.
Třídy členství dusíkatých bází
Adenin a guanin patří do třídy dusíkatých bází, známých jako puriny. Puriny jsou aromatické heterocyklické sloučeniny s dvojitým kruhem.
Tymin, cytosin a uracil naopak patří do třídy dusíkatých bází, známých jako pyrimidiny.Pyrimidiny jsou aromatické heterocyklické sloučeniny s jedním kruhem.
JINÝ NÁZEV NUCLEOTIDŮ DNA A RNA
Nukleotidy s deoxyribózovým cukrem, tj. Nukleotidy DNA, mají alternativní název deoxyribonukleotidů, právě kvůli přítomnosti výše uvedeného cukru.
Z podobných důvodů mají nukleotidy s cukrovou ribózou, tj. Nukleotidy RNA, alternativní název ribonukleotidů.
- Deoxyribonukleotid adenin
- Guanin deoxyribonukleotid
- Deoxyribonukleotidový cytosin
- Deoxyribonukleotidový thymin
- Ribonukleotid adenin
- Guaninový ribonukleotid
- Cytosin ribonukleotid
- Uracil ribonukleotid
Organizace v nukleových kyselinách
Při skládání nukleové kyseliny se nukleotidy organizují do dlouhých vláken, podobných řetězcům.
Každý nukleotid tvořící tato dlouhá vlákna se váže na další nukleotid pomocí fosfodiesterové vazby mezi uhlíkem 3 jeho pentózy a fosfátovou skupinou bezprostředně následujícího nukleotidu.
EXTREMITY
Nukleotidová vlákna (nebo nukleotidová vlákna), z nichž se skládají nukleové kyseliny, mají dva konce, známé jako 5 "konec (čti" pět end prime ") a 3" konec (čti "tři konce prime"). Biologové a genetici konvencí stanovili, že „konec 5“ představuje hlavu vlákna tvořícího nukleovou kyselinu, zatímco „konec 3“ 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.
Právě na základě této organizace jsou v knihách o genetice a molekulární biologii popsána nukleotidová vlákna následovně: P -5 "→ 3" -OH.
* Poznámka: písmeno P označuje atom fosforu fosfátové skupiny.
Biologická role
Exprese genů závisí na nukleotidové sekvenci DNA. Geny jsou více či méně dlouhé segmenty DNA (tj. Segmenty nukleotidů), které obsahují informace nezbytné pro syntézu proteinů. Proteiny, které jsou tvořeny aminokyselinami, jsou biologické makromolekuly, které hrají zásadní roli při regulaci buněčných mechanismů organismu.
Nukleotidová sekvence daného genu specifikuje aminokyselinovou sekvenci příbuzného proteinu.
