co to jest nukleotyd?

kwas deoksyrybonukleinowy, czule znany jako DNA, jest cząsteczką w kształcie podwójnej helisy, która jest odpowiedzialna za przechowywanie informacji genetycznej w komórkach wszystkich żywych organizmów. Większość ludzi wie lub powinna to wiedzieć. Ale z czego dokładnie składa się DNA?

źródło obrazu: Wikimedia Commons

Rysunek 1: podwójna helisa DNA

DNA i inne kwasy nukleinowe, takie jak RNA, składają się z nukleotydów. Nukleotydy są budulcem DNA i RNA. Strukturę DNA można zwizualizować lub myśleć jak drabinę. Jeśli kontynuujemy tę analogię, każdy „krok lub szczebel” tej drabiny składa się z łańcucha nukleotydów, w bardzo specyficznym i kontrolowanym porządku. Każdy nukleotyd z kolei składa się z zasady azotowej, cukru pentozowego i fosforanu. InFigure 2, azotowa podstawa jest zamknięta w czerwonym kwadracie po prawej stronie, podczas gdy fosforan jest zamknięty w niebieskim kwadracie po lewej stronie. Pozostała część cząsteczki tworzy cukier pentozowy. Ta konkretna cząsteczka to adenina; dowiemy się więcej na ten temat później.

źródło obrazu: Wikimedia Commons

Rysunek 2: Chemiczny montaż trzech części nukleotydu, fosforanu (niebieskie pudełko), Zasady azotowej (czerwone pudełko) i cukru pentozowego. Ten szczególny nukleotyd to adenina

zespół nukleotydów (1) odróżnia je od nukleozydów, które nie zawierają grupy fosforanowej (w niebieskim polu); (2) umożliwia nukleotydowi łączenie się z innymi nukleotydami, gdy zasada azotowa tworzy wiązanie wodorowe z zasadą azotową innego nukleotydu; jak również (3) pozwala fosforanowi tworzyć Wiązanie fosfodiestrowe z cukrem pentozowym innego nukleotydu. Skutkuje to złożonym dwuniciowym „ciągiem lub drabiną”, jak pokazano na rys. 1.Jest to podstawa formy DNA.

azotowa zasada

słowo „nukleotyd” zostało po raz pierwszy ukute przez P. A. Levene ’ a, który zaobserwował, że DNA zawiera cztery podobne elementy konstrukcyjne, w mniej więcej równych ilościach. Te elementy budulcowe są tym, co teraz znamy jako zasady azotowe znajdujące się w DNA i RNA.

zasada azotowa jest cząsteczką zawierającą azot, o właściwościach chemicznych zasady dzięki parze elektronów na atomie azotu. Te zasady azotowe to adenina (a), cytozyna (C) i guanina (G), które znajdują się zarówno w RNA, jak i DNA, a następnie tymina (T), która znajduje się tylko w DNA i uracyl (U), który zajmuje miejsce tyminy w RNA.

Zasady azotowe można dalej zaklasyfikować jako pirymidyny lub puryny. Cytozyna, uracyl i tymina to pirymidyny. Oznacza to, że ich struktura molekularna zawiera azotową zasadę w postaci sześcioczłonowego pojedynczego pierścienia. Z kolei guanina i adenina są purynami. Zawierają one azotową zasadę w postaci dziewięcioczłonowego podwójnego pierścienia. Krótko mówiąc, pirymidyny mają tylko jeden pierścień, podczas gdy puryny mają dwa (ryc. 3).

teraz, kiedy masz ogólne pojęcie o purynach i pirymidynach, porozmawiajmy o biochemii. Puryna jest heterocyklicznym aromatycznym związkiem organicznym, który składa się z pierścienia pirymidynowego połączonego z pierścieniem imidazolowym. Kolejnym logicznym pytaniem, oczywiście, staje się „co to jest pirymidyna, biochemicznie mówiąc”? Pirymidyny są klasą związków azotowych, które mają tylko jeden heterocykliczny pierścień.

źródło obrazu: Wikimedia Commons

Rysunek 3: Struktura chemiczna puryn (A, G) i pirymidyn (C, T/U)

Zasady azotowe tworzą ze sobą pary zasad w DNA: adenina zawsze łączy się z tyminą; guanina jest zawsze związana z cytozyną. Jeśli zwróciłeś uwagę, zauważysz, że oznacza to, że pirymidyna jest zawsze związana z puryną. Utworzone Wiązanie jest wiązaniem wodorowym i jest odpowiedzialne za szczeble utworzone w „drabinie”DNA.Ta architektura jest bardzo ważna dla doskonałej budowy cząsteczki DNA. W przeciwnym razie na cząsteczce pojawiłyby się guzki i szczeliny. Nie zrobiłoby to w ogóle, ponieważ bardzo ostrożne pakowanie, odwijanie i nawijanie DNA byłoby bałaganem z niektórymi trudniejszymi do utrzymania niż inne.

to powiązanie jest zatem kluczowe dla funkcji genetycznych i jest podstawą replikacji DNA i ekspresji genów. Kolejność pojawienia się par zasad decyduje o funkcjonowaniu Twojej fizjologii. W syntezie białek, na przykład, kod jest odczytywany w triplicates gdzie trzy zasady kodują dla danego aminokwasu. Delecje i insercje nukleotydów w tej sytuacji mogą prowadzić do całkowitego przesunięcia ramki zakłócającego syntezę danego białka. Podstawienia mogą być również problematyczne, chociaż mniej, ponieważ mogą zmienić tożsamość aminokwasu w kodzie białka.

Grupa fosforanowa

Grupa fosforanowa (PO4) odróżnia nukleotyd od nukleozydu. Ten dodatek zmienia nukleozyd z zasady na kwas. Te grupy fosforanowe są ważne, ponieważ tworzą wiązania fosfodiestrowe z cukrami pentozowymi, tworząc boki „drabiny”DNA. Jest to krytyczne, ponieważ wiązania wodorowe, które łączą się z zasadami azotowymi, nie są bardzo silne. Te boki drabiny są hydrofilowe (przyciągane do wody), umożliwiając cząsteczce DNA Wiązanie się z wodą.

czym są Difosforany nukleozydów i Trifosforany?

wiadomo, że nukleotyd odróżnia się od nukleozydu jedną grupą fosforanową. W związku z tym nukleotyd może być również monofosforanem nukleozydu (fig.4). Jeśli więcej fosforanów wiąże się z nukleotydem (monofosforan nukleozydu), może stać się difosforanem nukleozydu (jeśli dwa fosforany wiążą się) lub trifosforanem nukleozydu (jeśli trzy fosforany wiążą się), takim jak adenozynotrifosforan (ATP). ATP jest kluczowym składnikiem oddychania i fotosyntezy, między innymi.

źródło obrazu: Wikimedia Commons

Rysunek 4: Struktura molekularna mono-, di – i trifosforanu nukleozydów

polinukleotyd jest łańcuchem ponad 20 nukleotydów połączonych wiązaniem fosfodiestrowym.

cukier Pentozowy

cukier pentozowy jest 5-węglowym monosacharydem o wzorze (CH2O)5. Tworzą one dwie grupy: aldopentozy i ketopentozy. Cukry pentozowe występujące w nukleotydach to aldopentozy. Deoksyryboza i ryboza to dwa z tych cukrów.

cukry te różnią się DNA i RNA. Cukrem w DNA jest kwas deoksyrybonukleinowy, który zawiera deoksyrybozę. Cukrem w RNA jest kwas rybonukleinowy, który zawiera rybozę. Strukturalna różnica między tymi cukrami polega na tym, że kwas rybonukleinowy zawiera grupę hydroksylową (-OH), podczas gdy kwas deoksyrybonukleinowy zawiera tylko atom wodoru w miejsce tej grupy hydroksylowej. Nukleotydy zawierające kwas deoksyrybonukleinowy są znane jako deoksyrybonukleotydy. Te zawierające kwas rybonukleinowy są znane jako rybonukleotydy. Tak więc cząsteczka cukru określa, czy nukleotyd stanowi część cząsteczki DNA, czy cząsteczki RNA. Poniżej znajduje się lista nazw nadanych cukrom znalezionym w RNA i 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 nukleotydy różnią się DNA i RNA.

fosforan jest połączony z cukrem pentozowym; cukier pentozowy jest połączony z azotową parą zasad (A, C, G lub T), która w DNA jest połączona z jego partnerem pary zasad. Coś w tym stylu:

źródło obrazu: Wikimedia Commons

Rysunek 5: Wiązanie nukleotydowe w cząsteczce DNA wiązaniami wodorowo-fosforanowymi.

struktura chemiczna fosforanu, cukru pentozy i zasad azotowych adeniny, tyminy, cytozyny i guaniny przedstawiono powyżej (ryc. 5).

nić DNA powstaje, gdy zasady azotowe są połączone wiązaniami wodorowymi, a fosforany jednej grupy są połączone z cukrami pentozowymi następnej grupy wiązaniem fosfodiestrowym (fig.5).

kształt podwójnej helisy jest wynikiem wiązań wodorowych między zasadami azotowymi, które tworzą „szczeble” drabiny, podczas gdy fosforan i cukier pentozowy (tworząc wiązania fosfodiestrowe) tworzą pionowe części drabiny.

podsumowując, nukleotydy są ważne, ponieważ tworzą bloki budulcowe kwasów nukleinowych, takich jak DNA i RNA. Nukleotydy składają się z 3 części. Pierwsza z nich jest odrębną zasadą azotową, którą jest adenina, cytozyna, guanina lub tymina. W RNA tymina jest zastępowana przez uracyl. Te zasady azotowe są albo purynami lub pirymidynami. Pary zasad powstają, gdy adenina tworzy wiązanie wodorowe z tyminą lub cytozyna tworzy wiązanie wodorowe z guaniną. Drugą częścią nukleotydu jest fosforan, który odróżnia cząsteczkę nukleotydu od cząsteczki nukleozydu. Fosforan ten jest ważny w tworzeniu wiązań fosfodiestrowych, które łączą kilka nukleotydów w sposób liniowy. Trzecią częścią nukleotydu jest cukier pentozowy (5 węglowy). Cukry pentozowe występujące w nukleotydach to aldopentozy: ryboza w RNA i deoksyryboza w DNA. Cukry te określają, czy nukleotyd będzie stanowił część DNA czy cząsteczki RNA i będzie stanowił część wiązań fosfodiestrowych, które łączą kilka nukleotydów. Połączenie wiązań wodorowych między zasadami azotowymi i wiązaniami fosfodiestrowymi między fosforanami i cukrami nadaje DNA kształt podwójnej helisy.

wprowadźmy wszystko w życie. Wypróbuj tę praktykę biologii komórkowej i Molekularnej pytanie:

szukasz więcej praktyki biologii komórkowej i Molekularnej?

sprawdź nasze inne artykuły na temat biologii komórkowej i Molekularnej.

Możesz również znaleźć tysiące pytań praktycznych na Albert.io. Albert.io pozwala dostosować swoje doświadczenie uczenia się do praktyki docelowej tam, gdzie potrzebujesz największej pomocy. Zadamy Ci trudne pytania praktyczne, które pomogą Ci osiągnąć mistrzostwo w biologii komórkowej i Molekularnej.

zacznij ćwiczyć tutaj.

czy jesteś nauczycielem lub administratorem zainteresowanym zwiększeniem wyników studentów biologii komórkowej i Molekularnej?

Dowiedz się więcej o naszych licencjach szkolnych tutaj.