Vad är en nukleotid?

deoxiribonukleinsyra, känd som DNA, är en molekyl i form av en dubbel helix, som är ansvarig för lagring av genetisk information i cellerna i alla levande organismer. De flesta vet eller borde veta detta. Men vad är DNA gjord av exakt?

bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 1: dubbelhelixen av DNA

DNA och andra nukleinsyror, såsom RNA, består av nukleotider. Nukleotider är byggstenarna i DNA och RNA. Strukturen avdna kan visualiseras eller betraktas som en stege. Om vi fortsätter med denna analogi består varje ”steg eller steg” i denna stege av en sträng nukleotider, i en mycket specifik och kontrollerad ordning. Varje nukleotid består i sin tur av en kvävebas, ett pentossocker och ett fosfat. Ifigur 2 är kvävebasen innesluten i den Röda torget till höger, medan fosfatet är inneslutet i den blå torget till vänster. Resten av molekylen bildar pentosockret. Denna speciella molekyl är adenin; vi kommer att ta reda på mer om detta senare.

bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 2: Den kemiska sammansättningen av de tre delarna av nukleotiden, fosfat (blå låda), kvävebas (röd låda) och pentossocker. Denna speciella nukleotid är adenin

sammansättningen av nukleotider (1) skiljer dem från nukleosider, som inte innehåller en fosfatgrupp (i den blå rutan); (2) tillåter nukleotiden att ansluta till andra nukleotider när kvävebasen bildar en vätebindning med en annan nukleotids kvävebas; såväl som (3) tillåter fosfatet att bilda en fosfodiesterbindning med en annan nukleotids pentosocker. Detta resulterar i en komplex dubbelsträngad ”sträng eller stege”, vilket ses i figur1.Detta är grunden för DNA-formen.

kvävebasen

ordet ”nukleotid” myntades först av P. A. Levene, som observerade att DNA innehöll fyra liknande byggstenar, i ungefär lika stora mängder. Dessa byggstenar är vad vi nu vet som kvävebaser som finns i DNA och RNA.

en kvävebas är en molekyl innehållande kväve, med de kemiska egenskaperna hos en bas på grund av ett par elektroner på kväveatomen. Dessa kvävebaser är adenin (a), cytosin (C) och guanin (G) som finns i både RNA och DNA och sedan tymin (T) som endast finns i DNA och Uracil (U), som tar platsen för tymin i RNA.

kvävebaser kan vidare klassificeras som pyrimidiner eller puriner. Cytosin, uracil och tymin är alla pyrimidiner. Det vill säga deras molekylära struktur innefattar en kvävebas i form av en sex-medlems enda ring. Guanin och adenin är å andra sidan puriner. Dessa innehåller en kvävebas i form av en nio-medlems dubbelring. Kort sagt, pyrimidiner har bara en ring medan puriner har två (figur 3).

Nu när du får den allmänna tanken på puriner kontra pyrimidiner låt oss tala biokemi. En purin är en heterocyklisk aromatisk organisk förening som består av en pyrimidinring som är förenad med en imidazolring. Nästa logiska fråga blir naturligtvis ”vad är då en pyrimidin, biokemiskt sett”? Tja, pyrimidiner är en klass av kväveföreningar som bara har en heterocyklisk ring.

Bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 3: kemisk struktur av puriner (A, G) och pyrimidiner (C, T/U)

kvävebaser bildar baspar med varandra i DNA: adenin parar alltid med tymin; guanin är alltid bunden till cytosin. Om du Var uppmärksam märker du att detta innebär att en pyrimidin alltid är bunden till en purin. Den bildade bindningen är en vätebindning och är ansvarig för de steg som bildas i DNA – ”stegen”.Denna arkitektur är mycket viktig för den perfekta konstruktionen av DNA-molekylen. Annars skulle det finnas stötar och sprickor på molekylen. Detta skulle inte göra alls eftersom mycket noggrann förpackning, avveckling och lindning av DNA skulle vara en röra med lite svårare att underhålla än andra.

denna parning är därför avgörande för genetisk funktion och är grunden för DNA-replikation och genuttryck. Ordningen i vilken baspar visas bestämmer hur din fysiologi fungerar. I proteinsyntes läses till exempel koden i triplikat där tre baser kodar för en viss aminosyra. Deletioner och Infogningar av nukleotider i denna situation kan leda till en fullständig ramförskjutning som stör syntesen av proteinet i fråga. Substitutioner kan också vara problematiska men mindre, eftersom de kan ändra identiteten hos en aminosyra i proteinkoden.

fosfatgruppen

fosfatgruppen (PO4) är det som skiljer en nukleotid från en nukleosid. Detta tillägg ändrar nukleosiden från en bas till en syra. Dessa fosfatgrupper är viktiga, eftersom de bildar fosfodiesterbindningar med pentos sockerarter för att skapa sidorna av DNA – ”stegen”. Detta är kritiskt, eftersom vätebindningarna som går med i kvävebaserna inte är särskilt starka. Dessa sidor av stegen är hydrofila (lockade till vatten), vilket gör att DNA-molekylen kan bindas med vatten.

Vad är Nukleosiddifosfater och trifosfater?

Du vet att en nukleotid skiljer sig från en nukleosid med en fosfatgrupp. Följaktligen kan en nukleotid också vara ett nukleosidmonofosfat (figur 4). Om fler fosfater binds till nukleotiden (nukleosidmonofosfat) kan det bli ett nukleosiddifosfat (om två fosfater binds) eller ett nukleosidtrifosfat (om tre fosfater binds), såsom adenosintrifosfat (ATP). ATP är en viktig komponent i andning och fotosyntes, bland andra processer.

bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 4: Molekylstrukturen hos nukleosidmono -, di-och trifosfat

en polynukleotid är en kedja av mer än 20 nukleotider förenade med en fosfodiesterbindning.

Pentosockret

pentosockret är en 5-kolmonosackarid med formeln (CH2O) 5. Dessa bildar två grupper: aldopentoser och ketopentoser. Pentos sockerarter som finns i nukleotider är aldopentoser. Deoxiribos och ribos är två av dessa sockerarter.

dessa sockerarter skiljer sig åt i DNA och RNA. Sockret i DNA är deoxiribonukleinsyra, som innehåller deoxiribos. Sockret i RNA är ribonukleinsyra, som innehåller ribos. Den strukturella skillnaden mellan dessa sockerarter är att ribonukleinsyra innehåller en hydroxylgrupp (-OH), medan deoxiribonukleinsyra endast innehåller en väteatom i stället för denna hydroxylgrupp. Nukleotider som innehåller deoxiribonukleinsyra är kända som deoxiribonukleotider. De som innehåller ribonukleinsyra är kända som ribonukleotider. Således bestämmer sockermolekylen om en nukleotid utgör en del av en DNA-molekyl eller en RNA-molekyl. Nedan följer en lista över namnen på sockerarterna som finns i RNA och DNA.

Putting it All Together

To recap, we have covered what a nucleotide is, what the three parts of a nucleotide are, we have covered the specifics of nitrogenous bases, pentose sugars, and phosphates, and we have discussed how nukleotider skiljer sig åt i DNA och RNA.

fosfatet är anslutet till pentosockret; pentosockret är anslutet till kvävebasparet (A, C, G eller T), vilket i DNA är anslutet till dess basparpartner. Något så här:

bildkälla: Wikimedia Commons

Figur 5: Nukleotidbindning i DNA-molekylen med väte-och fosfatbindningar.

den kemiska strukturen hos fosfat -, pentossocker-och kvävebaserna av adenin, tymin, cytosin och guanin visas ovan (figur 5).

en DNA-sträng bildas när kvävebaserna förenas med vätebindningar och fosfaterna i en grupp förenas med pentos sockerarter i nästa grupp med en fosfodiesterbindning (figur 5).

den dubbla helixformen är resultatet av vätebindningarna mellan kvävebaserna, som bildar stegens ”stegpinnar” medan fosfat-och pentossocker (bildar fosfodiesterbindningar) bildar de upprättstående delarna av stegen.avslutningsvis är nukleotider viktiga eftersom de bildar byggstenarna för nukleinsyror, såsom DNA och RNA. Nukleotider består av 3 delar. Den första är en distinkt kvävebas, som är adenin, cytosin, guanin eller tymin. I RNA ersätts tymin med uracil. Dessa kvävebaser är antingen puriner eller pyrimidiner. Baspar bildas när adenin bildar en vätebindning med tymin, eller cytosin bildar en vätebindning med guanin. Den andra delen av en nukleotid är fosfatet, som skiljer nukleotidmolekylen från en nukleosidmolekyl. Detta fosfat är viktigt vid bildandet av fosfodiesterbindningar, som länkar flera nukleotider på ett linjärt sätt. Den tredje delen av en nukleotid är pentos (5 kol) socker. Pentos sockerarter som finns i nukleotider är aldopentoser: ribos i RNA och deoxiribos i DNA. Dessa sockerarter bestämmer om nukleotiden kommer att utgöra en del av ett DNA eller en RNA-molekyl och utgör en del av fosfodiesterbindningarna som länkar flera nukleotider. Kombinationen av vätebindningar mellan kvävebaser och fosfodiesterbindningar mellan fosfater och sockerarter är det som ger DNA sin dubbla helixform.

Låt oss omsätta allt i praktiken. Prova denna cellulära och molekylärbiologiska övningsfråga:

letar du efter mer cellulär och molekylärbiologisk praxis?

kolla in våra andra artiklar om cellulär och molekylärbiologi.

Du kan också hitta tusentals övningsfrågor på Albert.io. Albert.io låter dig anpassa din inlärningsupplevelse för att rikta in dig på övning där du behöver mest hjälp. Vi ger dig utmanande övningsfrågor som hjälper dig att uppnå behärskning inom cellulär och molekylärbiologi.

börja träna här.

Är du en lärare eller administratör intresserad av att öka cellulära och molekylärbiologiska studentresultat?

Läs mer om våra skollicenser här.