mikä on nukleotidi?

deoksiribonukleiinihappo, jota kutsutaan mielellään DNA: ksi, on kaksoiskierteen muotoinen molekyyli, joka vastaa geneettisen informaation tallentamisesta kaikkien elävien organismien soluihin. Useimmat ihmiset tietävät tai heidän pitäisi tietää tämä. Mutta mistä DNA on tehty?

Kuvan lähde: Wikimedia Commons

Kuva 1: DNA: n kaksoiskierre ja muut nukleiinihapot, kuten RNA, koostuvat nukleotideista. Nukleotidit ovat DNA: n ja RNA: n rakennuspalikoita. Rakenne ofDNA: n voidaan visualisoida tai ajatella kuin tikkaat. Jos jatkamme tätä analogiaa, jokainen tämän tikapuun ”askel tai Puola” koostuu nukleotidien jonosta hyvin erityisessä ja valvotussa järjestyksessä. Kukin nukleotidi puolestaan koostuu typpiemäksestä, pentoosisokerista ja fosfaatista. InFigure 2, typpipitoinen pohja on suljettu punaisella neliöllä oikealla, kun taas fosfaatti on suljettu sinisellä neliöllä vasemmalla. Molekyylin loppuosa muodostaa pentoosisokerin. Tämä molekyyli on adeniini; saamme lisätietoja tästä myöhemmin.

Kuvan lähde: Wikimedia Commons

kuva 2: Nukleotidin kolmen osan, fosfaatin (sininen laatikko), typpiemäksen (punainen laatikko) ja pentoosisokerin kemiallinen kokoonpano. Tämä erityinen nukleotidi on adeniini

nukleotidien kokoonpano (1) erottaa ne nukleosideista, jotka eivät sisällä fosfaattiryhmää (sinisessä laatikossa); (2) sallii nukleotidin sitoutua muihin nukleotideihin, kun typpiemäs muodostaa vetysidoksen toisen nukleotidin typpiemäksen kanssa; sekä (3) sallii fosfaatin muodostaa fosfodiesterisidoksen toisen nukleotidin pentoosisokerin kanssa. Tuloksena on monimutkainen kaksijuosteinen ”merkkijono tai tikkaat”, kuten kuvassa 1.Tähän perustuu DNA: n muoto.

Typpiemäs

sanan ”nukleotidi” keksi ensimmäisenä P. A. Levene, joka havaitsi DNA: ssa olevan neljä samanlaista rakennusainetta, suurin piirtein yhtä paljon. Nämä rakennuspalikat ovat DNA: ssa ja RNA: ssa olevia typpiemäksiä.

typpiemäs on typpeä sisältävä molekyyli, jonka emäksen kemialliset ominaisuudet johtuvat typpiatomin elektroniparista. Nämä typpiemäkset ovat adeniini (a), sytosiini (C) ja guaniini (g), joita on sekä RNA: ssa että DNA: ssa ja sitten tymiini (T), jota on vain DNA: ssa ja urasiili (U), joka ottaa tymiinin paikan RNA: ssa.

Typpiemäkset voidaan edelleen luokitella pyrimidiineiksi tai puriineiksi. Sytosiini, urasiili ja tymiini ovat kaikki pyrimidiinejä. Toisin sanoen niiden molekyylirakenteessa on typpipitoinen emäs kuusihenkisen yhden renkaan muodossa. Guaniini ja adeniini taas ovat puriineja. Niissä on typpipitoinen emäs yhdeksänjäsenisen kaksoisrenkaan muodossa. Lyhyesti sanottuna pyrimidiineillä on vain yksi rengas, kun taas puriineilla on kaksi (kuva 3).

nyt kun saatte yleiskäsityksen puriineista vs. pyrimidiinit, puhutaan biokemiasta. Puriini on heterosyklinen aromaattinen orgaaninen yhdiste, joka koostuu pyrimidiinirenkaasta, joka on liittynyt imidatsolirenkaaseen. Seuraava looginen kysymys on tietenkin ”mikä sitten on pyrimidiini, biokemiallisesti puhuen”? Pyrimidiinit ovat typpiyhdisteitä, joilla on vain yksi heterosyklinen rengas.

kuvalähde: Wikimedia Commons

kuva 3: puriinien (A, G) ja pyrimidiinien (C, T/U) kemiallinen rakenne

Typpiemäkset muodostavat DNA: ssa emäspareja keskenään: adeniini parittaa aina tymiinin kanssa; guaniini sitoutuu aina sytosiiniin. Jos kiinnitit huomiota, huomaat, että tämä tarkoittaa, että pyrimidiini on aina sitoutunut puriiniin. Muodostunut sidos on vetysidos, ja se vastaa DNA: n ”tikapuissa”muodostuneista puolista.Tämä arkkitehtuuri on erittäin tärkeää DNA-molekyylin täydelliselle rakentumiselle. Muuten molekyylissä olisi kuoppia ja rakoja. Tämä ei toimisi ollenkaan, koska erittäin huolellinen Pakkaus, purkautuminen, ja käämitys DNA olisi sekaisin joidenkin vaikeampi ylläpitää kuin toiset.

tämä parinmuodostus on siis ratkaisevan tärkeää geneettisen toiminnan kannalta, ja se on perusta DNA: n replikaatiolle ja geeniekspressiolle. Emäsparien esiintymisjärjestys määrittää fysiologianne toiminnan. Esimerkiksi proteiinisynteesissä koodi luetaan kolmena kappaleena, joissa kolme emästä koodaa tiettyä aminohappoa. Nukleotidien poistot ja insertiot voivat tässä tilanteessa johtaa täydelliseen kehyksenmuutokseen, joka häiritsee kyseisen proteiinin synteesiä. Substituutiot voivat olla myös ongelmallisia, joskin vähemmän, sillä ne saattavat muuttaa aminohapon identiteettiä proteiinikoodissa.

fosfaattiryhmä

fosfaattiryhmä (PO4) erottaa nukleotidin nukleosidista. Tämä additio muuttaa nukleosidin emäksestä hapoksi. Nämä fosfaattiryhmät ovat tärkeitä, sillä ne muodostavat fosfodiesterisidoksia pentoosisokereiden kanssa muodostaen DNA: n sivut ”tikapuut”. Tämä on kriittistä, sillä typpiemäksiin liittyvät vetysidokset eivät ole kovin vahvoja. Tikapuiden nämä sivut ovat hydrofiilisiä (vetävät puoleensa vettä), jolloin DNA-molekyyli sitoutuu veteen.

mitä Nukleosididifosfaatit ja Trifosfaatit ovat?

tiedät, että nukleotidi erilaistuu nukleosidista yhden fosfaattiryhmän verran. Näin ollen nukleotidi voi olla myös nukleosidimonofosfaatti(kuva 4). Jos useampi fosfaatti sitoutuu nukleotidiin (nukleosidimonofosfaattiin), siitä voi tulla nukleosididifosfaatti (jos kaksi fosfaattisidosta) tai nukleosiditrifosfaatti (jos kolme fosfaattisidosta), kuten Adenosiinitrifosfaatti (ATP). ATP on tärkeä osa muun muassa hengitystä ja fotosynteesiä.

Kuvan lähde: Wikimedia Commons

Kuva 4: Nukleosidimono -, di-ja trifosfaatin molekyylirakenne

a polynukleotidi on yli 20 nukleotidin ketju, johon liittyy fosfodiesterisidos.

Pentoosisokeri

pentoosisokeri on 5-Hiilinen monosakkaridi, jonka kaava (CH2O)5. Nämä muodostavat kaksi ryhmää: aldopentoosit ja ketopentoosit. Nukleotideissa esiintyvät pentoosisokerit ovat aldopentooseja. Deoksiriboosi ja riboosi ovat kaksi näistä sokereista.

nämä sokerit eroavat toisistaan DNA: n ja RNA: n osalta. DNA: n sokeri on deoksiribonukleiinihappoa, joka sisältää deoksiriboosia. RNA: n sisältämä sokeri on ribonukleiinihappoa, joka sisältää riboosia. Näiden sokerien rakenteellinen ero on se, että ribonukleiinihappo sisältää hydroksyyli- (- OH) ryhmän, kun taas deoksiribonukleiinihappo sisältää vain vetyatomin tämän hydroksyyliryhmän sijasta. Deoksiribonukleiinihappoa sisältäviä nukleotideja kutsutaan deoksiribonukleotideiksi. Ribonukleiinihappoa sisältävät tunnetaan ribonukleotideina. Näin sokerimolekyyli määrittää, onko nukleotidi osa DNA-molekyyliä vai RNA-molekyyliä. Alla on luettelo RNA: ssa ja DNA: ssa esiintyvien sokereiden nimistä.

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 nukleotidit eroavat toisistaan DNA: ssa ja RNA: ssa.

fosfaatti on yhteydessä pentoosisokeriin; pentoosisokeri on yhteydessä typpipitoiseen emäspariin (A, C, G tai T), joka DNA: ssa on yhteydessä emäsparipariinsa. Jotain tällaista:

Kuvan lähde: Wikimedia Commons

kuva 5: DNA-molekyylin Nukleotidisidos vety-ja fosfaattisidoksilla.

edellä on esitetty fosfaatin, pentoosisokerin ja adeniinin, tymiinin, sytosiinin ja guaniinin typpiemästen kemiallinen rakenne (kuva 5).

muodostuu DNA-juoste, kun typpiemäkset yhdistyvät vetysidoksilla ja yhden ryhmän fosfaatit liitetään seuraavan ryhmän pentoosisokereihin fosfodiesterisidoksella (kuva 5).

kaksoiskierteen muoto on seurausta typpiemästen välisistä vetysidoksista, jotka muodostavat tikapuiden ”puolat”, kun taas fosfaatti ja pentoosisokeri (muodostaen fosfodiesterisidoksia) muodostavat tikapuiden pystyssä olevat osat.

johtopäätöksenä nukleotidit ovat tärkeitä, sillä ne muodostavat nukleiinihappojen, kuten DNA: n ja RNA: n, rakennusosia. Nukleotidit koostuvat 3 osasta. Ensimmäinen on erillinen typpiemäs, joka on adeniini, sytosiini, guaniini tai tymiini. RNA: ssa tymiini korvautuu urasiilillä. Nämä typpiemäkset ovat joko puriineja tai pyrimidiinejä. Emäspareja muodostuu, kun adeniini muodostaa vetysidoksen tymiinin kanssa tai sytosiini muodostaa vetysidoksen guaniinin kanssa. Nukleotidin toinen osa on fosfaatti, joka erottaa nukleotidimolekyylin nukleosidimolekyylistä. Tämä fosfaatti on tärkeä muodostettaessa fosfodiesterisidoksia,jotka yhdistävät useita nukleotideja lineaarisesti. Nukleotidin kolmas osa on pentoosi (5-Hiilinen) sokeri. Nukleotideissa esiintyvät pentoosisokerit ovat aldopentooseja: RNA: ssa riboosia ja DNA: ssa deoksiriboosia. Nämä sokerit määrittävät, muodostaako nukleotidi osan DNA: sta vai RNA-molekyylistä ja muodostaa osan fosfodiesterisidoksista, jotka yhdistävät useita nukleotideja. Typpiemästen välisten vetysidosten ja fosfaattien ja sokerien välisten fosfodiesterisidosten yhdistelmä antaa DNA: lle sen kaksoiskierteen muodon.

laitetaan kaikki käytäntöön. Kokeile tätä solu-ja molekyylibiologian käytäntökysymystä:

Etsitkö Lisää solu-ja molekyylibiologian käytäntöä?

tutustu muihin solu-ja molekyylibiologiaa käsitteleviin artikkeleihimme.

löydät myös tuhansia harjoituskysymyksiä Albert.io. Albert.io voit muokata oppimiskokemuksesi kohdentamaan käytännön, jossa tarvitset eniten apua. Annamme sinulle haastavia harjoituskysymyksiä, joiden avulla voit saavuttaa solu-ja molekyylibiologian hallinnan.

aloita harjoittelu tästä.

Oletko opettaja tai ylläpitäjä, joka on kiinnostunut solu-ja molekyylibiologian opiskelijoiden tulosten edistämisestä?

Lue lisää koululuvista täältä.