Hvad er et nukleotid?

deoksyribonukleinsyre, kendt som DNA, er et molekyle i form af en dobbelt spiral, som er ansvarlig for opbevaring af genetisk information i cellerne i alle levende organismer. De fleste mennesker ved eller burde vide dette. Men hvad er DNA lavet af nøjagtigt?

Billedkilde: Commons

Figur 1: DNA ‘ ens dobbelt spiral

DNA og andre nukleinsyrer, såsom RNA, består af nukleotider. Nukleotider er byggestenene i DNA og RNA. Strukturen afdna ‘ er kan visualiseres eller tænkes som en stige. Hvis vi fortsætter med denne analogi, består hvert “trin eller trin” af denne stige af en streng nukleotider i en meget specifik og kontrolleret rækkefølge. Hvert nukleotid består igen af en nitrogenholdig base, et pentosesukker og et fosfat. InFigure 2 er den nitrogenholdige base indesluttet i den røde firkant til højre, mens fosfatet er indesluttet i den blå firkant til venstre. Resten af molekylet danner pentosesukker. Dette særlige molekyle er adenin; vi vil finde ud af mere om dette senere.

Billedkilde: Commons

figur 2: Den kemiske samling af de tre dele af nukleotid, fosfat (blå boks), nitrogenholdig base (rød boks) og pentosesukker. Dette særlige nukleotid er adenin

samlingen af nukleotider (1) adskiller dem fra nukleosider, som ikke indeholder en fosfatgruppe (i den blå boks); (2) tillader nukleotid at forbinde til andre nukleotider, når den nitrogenholdige base danner en hydrogenbinding med et andet nukleotids nitrogenholdige base; såvel som (3) tillader phosphatet at danne en phosphodiesterbinding med et andet nukleotids pentosesukker. Dette resulterer i en kompleks dobbeltstrenget “streng eller stige”, som det ses i figur1.Dette er grundlaget for formen af DNA.

den nitrogenholdige Base

ordet “nukleotid” blev først opfundet af P. A. Levene, der observerede, at DNA indeholdt fire lignende byggesten i omtrent lige store mængder. Disse byggesten er det, vi nu kender som de nitrogenholdige baser, der findes i DNA og RNA.

en nitrogenholdig base er et molekyle indeholdende nitrogen med de kemiske egenskaber af en base på grund af et par elektroner på nitrogenatomet. Disse nitrogenholdige baser er adenin (a), cytosin (C) og guanin (G), som findes i både RNA og DNA og derefter thymin (T), som kun findes i DNA og Uracil (U), som træder i stedet for thymin i RNA.

nitrogenholdige baser kan yderligere klassificeres som pyrimidiner eller puriner. Cytosin, uracil og thymin er alle pyrimidiner. Det vil sige, at deres molekylære struktur omfatter en nitrogenholdig base i form af en seks-medlems enkeltring. Guanin og adenin er derimod puriner. Disse indeholder en nitrogenholdig base i form af en ni-medlem dobbeltring. Kort sagt har pyrimidiner kun en ring, mens puriner har to (figur 3).

nu hvor du får den generelle ide om puriner versus pyrimidiner, lad os tale biokemi. En purin er en heterocyklisk aromatisk organisk forbindelse, der består af en pyrimidinring, der er forbundet med en imidasolring. Det næste logiske spørgsmål bliver selvfølgelig”hvad er en pyrimidin, biokemisk set”? Pyrimidiner er en klasse af nitrogenholdige forbindelser, der kun har en heterocyklisk ring.

Billedkilde:

figur 3: kemisk struktur af puriner (A, G) og pyrimidiner (C, T/U)

nitrogenholdige baser danner basepar med hinanden i DNA: adenin parrer altid med thymin; guanin er altid bundet til cytosin. Hvis du var opmærksom, vil du bemærke, at det betyder, at en pyrimidin altid er bundet til en purin. Den dannede binding er en hydrogenbinding og er ansvarlig for de trin, der er dannet i DNA “stigen”.Denne arkitektur er meget vigtig for den perfekte konstruktion af DNA-molekylet. Ellers ville der være bump og sprækker på molekylet. Dette ville slet ikke gøre, fordi den meget omhyggelige emballage, afvikling og vikling af DNA ‘ et ville være et rod med nogle sværere at vedligeholde end andre.

denne parring er derfor afgørende for genetisk funktion og er grundlaget for DNA-replikation og genekspression. Den rækkefølge, i hvilken basepar vises, bestemmer funktionen af din fysiologi. I proteinsyntese læses for eksempel koden i triplicater, hvor tre baser koder for en bestemt aminosyre. Sletninger og indsættelser af nukleotider i denne situation kan føre til et komplet rammeskift, der forstyrrer syntesen af det pågældende protein. Substitutioner kan også være problematiske, men mindre, da de kan ændre identiteten af en aminosyre i proteinkoden.

phosphatgruppen

phosphatgruppen (PO4) er det, der adskiller et nukleotid fra et nukleosid. Denne tilsætning ændrer nukleosidet fra en base til en syre. Disse fosfatgrupper er vigtige, da de danner phosphodiesterbindinger med pentosesukkerne for at skabe siderne af DNA “stigen”. Dette er kritisk, da hydrogenbindingerne, der forbinder de nitrogenholdige baser, ikke er meget stærke. Disse sider af stigen er hydrofile (tiltrukket af vand), hvilket gør det muligt for DNA-molekylet at binde sig til vand.

Hvad er Nukleosiddiphosphater og Triphosphater?

Du ved, at et nukleotid er differentieret fra et nukleosid af en fosfatgruppe. Følgelig kan et nukleotid også være et nukleosidmonophosphat(figur 4). Hvis flere fosfater binder til nukleotid (nukleosidmonophosphat), kan det blive et nukleosiddiphosphat (hvis to fosfater binder) eller et nukleosidtriphosphat (hvis tre fosfater binder), såsom adenosintriphosphat (ATP). ATP er en afgørende komponent i respiration og fotosyntese, blandt andre processer.

Billedkilde: Commons

figur 4: Den molekylære struktur af nukleosid mono -, di-og triphosphat

et polynukleotid er en kæde på mere end 20 nukleotider forbundet med en phosphodiesterbinding.

Pentosesukkeret

pentosesukkeret er et 5-carbon monosaccharid med formlen (CH2O)5. Disse udgør to grupper: aldopentoser og ketopentoser. De pentosesukker, der findes i nukleotider, er aldopentoser. Deoksyribose og ribose er to af disse sukkerarter.

disse sukkerarter er forskellige i DNA og RNA. Sukker i DNA er deoksyribonukleinsyre, som indeholder deoksyribose. Sukkeret i RNA er ribonukleinsyre, som indeholder ribose. Den strukturelle forskel mellem disse sukkerarter er, at ribonukleinsyre indeholder en hydroksyl (-OH) gruppe, mens deoksyribonukleinsyre kun indeholder et hydrogenatom i stedet for denne hydroksyl-gruppe. Nukleotider, der indeholder deoksyribonukleinsyre, er kendt som deoksyribonukleotider. De, der indeholder ribonukleinsyre, er kendt som ribonukleotider. Sukkermolekylet bestemmer således, om et nukleotid udgør en del af et DNA-molekyle eller et RNA-molekyle. Nedenfor er en liste over navnene på de sukkerarter, der findes i RNA og 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 er forskellige i DNA og RNA.

fosfatet er forbundet med pentosesukkeret; pentosesukkeret er forbundet med det nitrogenholdige basepar (A, C, G eller T), som i DNA er forbundet med dets baseparpartner. Noget som dette:

Billedkilde: Commons

figur 5: Nukleotidbinding i DNA-molekylet med hydrogen-og fosfatbindinger.

den kemiske struktur af fosfat, pentosesukker og nitrogenholdige baser af adenin, thymin, cytosin og guanin er vist ovenfor (figur 5).

en DNA-streng dannes, når de nitrogenholdige baser er forbundet med hydrogenbindinger, og fosfaterne fra en gruppe er forbundet med pentosesukkerne i den næste gruppe med en phosphodiesterbinding (figur 5).

den dobbelte spiralform er resultatet af hydrogenbindingerne mellem nitrogenbaserne, som danner stigenes “trin”, mens fosfat-og pentosesukkeret (danner phosphodiesterbindinger) danner de lodrette dele af stigen.

for at konkludere er nukleotider vigtige, da de danner byggestenene til nukleinsyrer, såsom DNA og RNA. Nukleotider består af 3 dele. Den første er en særskilt nitrogenholdig base, som er adenin, cytosin, guanin eller thymin. I RNA erstattes thymin med uracil. Disse nitrogenholdige baser er enten puriner eller pyrimidiner. Basepar dannes, når adenin danner en hydrogenbinding med thymin, eller cytosin danner en hydrogenbinding med guanin. Den anden del af et nukleotid er phosphatet, som differentierer nukleotidmolekylet fra et nukleosidmolekyle. Dette fosfat er vigtigt i dannelsen af phosphodiesterbindinger, som forbinder flere nukleotider lineært. Den tredje del af et nukleotid er pentose (5 carbon) sukker. De pentosesukker, der findes i nukleotider, er aldopentoser: ribose i RNA og deoksyribose i DNA. Disse sukkerarter bestemmer, om nukleotid vil udgøre en del af et DNA eller et RNA-molekyle, og udgør en del af phosphodiesterbindingerne, der forbinder flere nukleotider. Kombinationen af hydrogenbindinger mellem nitrogenholdige baser og phosphodiesterbindinger mellem fosfater og sukkerarter er det, der giver DNA sin dobbelte spiralform.

lad os sætte alt i praksis. Prøv dette spørgsmål om cellulær og molekylærbiologisk praksis:

Leder du efter mere cellulær og molekylærbiologisk praksis?

tjek vores andre artikler om cellulær og molekylærbiologi.

Du kan også finde tusindvis af praksis spørgsmål om Albert.io. Albert.io giver dig mulighed for at tilpasse din læringsoplevelse til at målrette praksis, hvor du har brug for mest Hjælp. Vi giver dig udfordrende praksisspørgsmål, der hjælper dig med at opnå mestring inden for Cellulær og molekylærbiologi.

begynd at øve her.

er du en lærer eller administrator interesseret i at øge cellulære og molekylærbiologiske studerendes resultater?

Læs mere om vores skolelicenser her.