Wat is een Nucleotide?

deoxyribonucleïnezuur, met liefde bekend als DNA, is een molecuul in de vorm van een dubbele helix, dat verantwoordelijk is voor het opslaan van genetische informatie in de cellen van alle levende organismen. De meeste mensen weten of zouden dit moeten weten. Maar waar is DNA precies van gemaakt?

bron: Wikimedia Commons

figuur 1: de dubbele helix van het DNA

DNA en andere nucleïnezuren zoals RNA, bestaan uit nucleotiden. Nucleotiden zijn de bouwstenen van DNA en RNA. De structuur van DNA ‘ s kan worden gevisualiseerd of gedacht van als een ladder. Als we doorgaan met deze analogie, elke “stap of sport” van deze ladder is opgebouwd uit een reeks nucleotiden, in een zeer specifieke en gecontroleerde volgorde. Elk nucleotide, op zijn beurt, bestaat uit een stikstofhoudende base, een pentose suiker, en een fosfaat. In figuur 2 is de stikstofhoudende base ingesloten in het rode vierkant aan de rechterkant, terwijl het Fosfaat is ingesloten in het blauwe vierkant aan de linkerkant. De rest van het molecuul vormt de pentosesuiker. Dit specifieke molecuul is adenine; daar komen we later meer over te weten.

Afbeeldingsbron: Wikimedia Commons

Figuur 2: De chemische assemblage van de drie delen van het nucleotide, het fosfaat (blue box), stikstofhoudende base (red box) en de pentose suiker. Dit specifieke nucleotide is adenine

De Assemblage van nucleotiden (1) onderscheidt deze van nucleosiden, die geen fosfaatgroep bevatten (in de blue box); (2) maakt het mogelijk dat het nucleotide zich verbindt met andere nucleotiden wanneer de stikstofhoudende base een waterstofbinding vormt met de stikstofhoudende base van een ander nucleotide; en (3) maakt het mogelijk dat het fosfodiësterbinding vormt met de pentosesuiker van een ander nucleotide. Dit resulteert in een complexe double-stranded “string of ladder”, zoals te zien in figuur 1.Dit is de basis van de vorm van DNA.

de stikstofhoudende Base

Het woord “nucleotide” werd voor het eerst bedacht door P. A. Levene, die opmerkte dat DNA vier soortgelijke bouwstenen bevatte, in ongeveer gelijke hoeveelheden. Deze bouwstenen zijn wat we nu kennen als de stikstofhoudende basen gevonden in DNA en RNA.

een stikstofhoudende base is een molecuul dat stikstof bevat, met de chemische eigenschappen van een base als gevolg van een paar elektronen op het stikstofatoom. Deze stikstofhoudende basen zijn Adenine (A), Cytosine (C) en Guanine (G) die worden gevonden in zowel RNA en DNA en dan Thymine (T) die alleen wordt gevonden in DNA en Uracil (U), die de plaats van Thymine in RNA.

stikstofhoudende basen kunnen verder worden ingedeeld als pyrimidinen of purinen. Cytosine, uracil en thymine zijn allemaal pyrimidines. Dat wil zeggen, hun moleculaire structuur bestaat uit een stikstofhoudende base in de vorm van een zes-Lid enkele ring. Guanine en adenine daarentegen zijn purines. Deze bevatten een stikstofhoudende base in de vorm van een negen-Lid dubbele ring. In het kort, pyrimidines hebben slechts één ring terwijl purines er twee hebben (figuur 3).

nu je het algemene idee krijgt van purines versus pyrimidines, laten we het hebben over biochemie. Een purine is een heterocyclische aromatische organische verbinding die bestaat uit een pyrimidinering die is verbonden met een imidazoolring. De volgende logische vraag, natuurlijk, wordt”wat is dan een pyrimidine, biochemisch gesproken”? Pyrimidines zijn een klasse stikstofverbindingen met maar één heterocyclische ring.

Afbeeldingsbron: Wikimedia Commons

Figuur 3: chemische structuur van purines (A, G) en pyrimidines (C, T/U)

stikstofhoudende basen vormen basenparen met elkaar in DNA: Adenine paren altijd met thymine; guanine is altijd gebonden aan cytosine. Als je oplet, zul je merken dat dit betekent dat een pyrimidine altijd gebonden is aan een purine. De gevormde band is een waterstofband, en is verantwoordelijk voor de sporten die in de “ladder”van DNA worden gevormd.Deze architectuur is erg belangrijk voor de perfecte constructie van het DNA-molecuul. Anders zouden er hobbels en spleten op het molecuul zijn. Dit zou helemaal niet doen, omdat de zeer zorgvuldige verpakking, afwikkelen en wikkelen van het DNA een puinhoop zou zijn met sommige moeilijker te onderhouden dan anderen.

deze koppeling is daarom cruciaal voor de genetische functie en is de basis voor DNA-replicatie en genexpressie. De volgorde waarin basenparen verschijnen bepaalt het functioneren van uw fysiologie. In eiwitsynthese, bijvoorbeeld, wordt de code gelezen in triplicaten waar drie basissen voor een bepaald aminozuur coderen. Schrappingen en inserties van nucleotiden in deze situatie kunnen leiden tot een volledige kaderverschuiving die de synthese van de proteã ne in kwestie verstoort. Substituties kunnen ook problematisch zijn, hoewel minder, omdat ze de identiteit van een aminozuur in de eiwitcode kunnen veranderen.

de fosfaatgroep

de fosfaatgroep (PO4) is wat een nucleotide onderscheidt van een nucleoside. Deze toevoeging verandert het nucleoside van een base in een zuur. Deze fosfaatgroepen zijn belangrijk, aangezien zij fosfodiësterbanden met de pentose suikers vormen om de kanten van de “ladder”van DNA te creëren. Dit is van cruciaal belang, omdat de waterstofbindingen die de stikstofhoudende basen verbinden niet erg sterk zijn. Deze kanten van de ladder zijn hydrofiel (aangetrokken tot water), waardoor de molecule van DNA zich aan water kan binden.

Wat zijn Nucleosidedifosfaten en trifosfaten?

u weet dat een nucleotide wordt onderscheiden van een nucleoside door één fosfaatgroep. Dienovereenkomstig kan een nucleotide ook een nucleosidemonofosfaat zijn(figuur 4). Als meer fosfaten binden aan het nucleotide (nucleoside monofosfaat) kan het een nucleoside difosfaat (als twee fosfaten binden), of een nucleoside trifosfaat (als drie fosfaten binden), zoals adenosine trifosfaat (ATP). ATP is een cruciaal onderdeel van ademhaling en fotosynthese, onder andere processen.

Afbeeldingsbron: Wikimedia Commons

Figuur 4: De moleculaire structuur van nucleoside mono-, di – en trifosfaat

een polynucleotide is een keten van meer dan 20 nucleotiden verbonden door een fosfodiësterbinding.

de Pentosesuiker

De pentosesuiker is een 5-koolstofmonosacharide met de formule (CH2O) 5. Deze vormen twee groepen: aldopentoses en ketopentoses. De pentose suikers in nucleotiden zijn aldopentoses. Deoxyribose en ribose zijn twee van deze suikers.

deze suikers verschillen in DNA en RNA. De suiker in DNA is deoxyribonucleic zuur, dat deoxyribose bevat. De suiker in RNA is ribonucleïnezuur, dat ribose bevat. Het structurele verschil tussen deze suikers is dat ribonucleïnezuur een hydroxyl (- OH) groep bevat, terwijl deoxyribonucleïnezuur slechts een waterstofatoom bevat in plaats van deze hydroxylgroep. Nucleotiden die deoxyribonucleïnezuur bevatten zijn bekend als deoxyribonucleotiden. Die die ribonucleic zuur bevatten staan bekend als ribonucleotides. Aldus, bepaalt de suikermolecule of een nucleotide deel van een molecuul van DNA of een molecuul van RNA vormt. Hieronder is een lijst van de namen gegeven aan de suikers gevonden in RNA en 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 nucleotiden verschillen in DNA en RNA.

Het Fosfaat is verbonden met de pentosesuiker; de pentosesuiker is verbonden met het stikstofhoudende basenpaar (A, C, G of T), dat in DNA verbonden is met de basenpaarpartner. Iets als dit:

bron: Wikimedia Commons

Figuur 5: Nucleotidebindingen in het DNA-molecuul met waterstof-en fosfaatbindingen.

de chemische structuur van fosfaat, pentosesuiker en stikstofhoudende basen van adenine, thymine, cytosine en guanine is hierboven weergegeven (figuur 5).

een DNA-streng wordt gevormd wanneer de stikstofhoudende basen door waterstofbindingen worden verbonden en de fosfaten van de ene groep met een fosfodiësterbinding worden verbonden met de pentosesuikers van de volgende groep (figuur 5).

De dubbele helixvorm is het resultaat van de waterstofbindingen tussen de stikstofbasen, die de “Sporten” van de ladder vormen, terwijl de fosfaat-en pentosesuiker (die fosfodiësterbindingen vormen) de opstaande delen van de ladder vormen.tot slot zijn nucleotiden belangrijk omdat ze de bouwstenen vormen van nucleïnezuren, zoals DNA en RNA. Nucleotiden bestaan uit 3 delen. De eerste is een verschillende stikstofhoudende base, die adenine, cytosine, guanine of thymine. In RNA wordt thymine vervangen door uracil. Deze stikstofhoudende basen zijn ofwel purines of pyrimidines. De basisparen worden gevormd wanneer adenine een waterstofband met thymine vormt, of cytosine een waterstofband met guanine vormt. Het tweede deel van een nucleotide is het fosfaat, dat het nucleotidemolecuul van een nucleosidemolecuul onderscheidt. Dit fosfaat is belangrijk in de vorming van fosfodiësterbanden, die verscheidene nucleotiden op een lineaire manier verbinden. Het derde deel van een nucleotide is de pentose (5 koolstof) suiker. De pentose suikers die in nucleotiden worden gevonden zijn aldopentoses: ribose in RNA en deoxyribose in DNA. Deze suikers bepalen of het nucleotide deel zal uitmaken van een DNA-of een RNA-molecuul, en deel zal uitmaken van de fosfodiësterbindingen die verschillende nucleotiden met elkaar verbinden. De combinatie van waterstofbindingen tussen stikstofhoudende basen en fosfodiësterbindingen tussen fosfaten en suikers is wat DNA zijn dubbele spiraalvorm geeft.

laten we alles in de praktijk brengen. Probeer deze cellulaire en Moleculaire Biologie praktijk vraag:

op zoek naar meer cellulaire en Moleculaire Biologie praktijk?

Bekijk onze andere artikelen over cellulaire en Moleculaire Biologie.

u kunt ook duizenden oefenvragen vinden op Albert.io. Albert.io Hiermee kunt u uw leerervaring aan te passen aan de praktijk te richten waar u de meeste hulp nodig hebt. We geven je uitdagende oefenvragen om je te helpen meesterschap te bereiken in cellulaire en Moleculaire Biologie.

begin hier met oefenen.

bent u een docent of beheerder die geïnteresseerd is in het stimuleren van studentenresultaten op het gebied van cellulaire en Moleculaire Biologie?

leer hier meer over onze schoollicenties.