Τα νουκλεοτίδια

γενικότητα

Τα νουκλεοτίδια είναι τα οργανικά μόρια που αποτελούν το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων.

Τα νουκλεϊκά οξέα είναι βιολογικά μακρομόρια που έχουν θεμελιώδη σημασία για την επιβίωση ενός ζωντανού οργανισμού και τα νουκλεοτίδια είναι τα δομικά στοιχεία που τα συνθέτουν.

Όλα τα νουκλεοτίδια έχουν γενική δομή που περιλαμβάνει τρία μοριακά στοιχεία: μία φωσφορική ομάδα, μία πεντόζη (δηλ. Μία ζάχαρη με 5 άτομα άνθρακα) και μία αζωτούχο βάση.

Στο DNA, η πεντόζη είναι δεοξυριβόζη. στο RNA, ωστόσο, είναι ριβόζη.

Η παρουσία δεοξυριβόζης στο DNA και της ριβόζης στο RNA αντιπροσωπεύει τη βασική διαφορά που υπάρχει μεταξύ των νουκλεοτιδίων που αποτελούν αυτά τα δύο νουκλεϊνικά οξέα.

Η δεύτερη σημαντική διαφορά αφορά τις αζωτούχες βάσεις: τα νουκλεοτίδια του DNA και του RNA έχουν από κοινού μεταξύ τους μόνο 3 από τις 4 αζωτούχες βάσεις που συνδέονται με αυτές.

Τι είναι τα νουκλεοτίδια;

Τα νουκλεοτίδια είναι τα οργανικά μόρια που συνθέτουν τα μονομερή των DNA και RNA των νουκλεϊνικών οξέων .

Σύμφωνα με έναν άλλο ορισμό, τα νουκλεοτίδια είναι οι μοριακές μονάδες που αποτελούν το DNA και το RNA των νουκλεϊνικών οξέων.

Τα χημικά και βιολογικά μονομερή ορίζουν τις μοριακές μονάδες οι οποίες, τοποθετημένες σε μεγάλες γραμμικές αλυσίδες, αποτελούν μεγάλα μόρια ( μακρομόρια ), καλύτερα γνωστά ως πολυμερή .

Γενική δομή

Τα νουκλεοτίδια έχουν μοριακή δομή που περιλαμβάνει τρία στοιχεία:

• Μια φωσφορική ομάδα, η οποία είναι παράγωγο φωσφορικού οξέος.
• Ένα σάκχαρο με 5 άτομα άνθρακα, δηλαδή μια πεντόζη .
• Μια αζωτούχος βάση, η οποία είναι ένα αρωματικό ετεροκυκλικό μόριο.

Η πεντόζη είναι το κεντρικό στοιχείο των νουκλεοτιδίων, καθώς η φωσφορική ομάδα και η αζωτούχος βάση συνδέονται με αυτήν.

Σχήμα: Στοιχεία που αποτελούν γενικό νουκλεοτίδιο ενός νουκλεϊκού οξέος. Όπως μπορεί να φανεί, η φωσφορική ομάδα και η βάση αζώτου συνδέονται με τη ζάχαρη.

Ο χημικός δεσμός που συγκρατεί την πεντόζη και την φωσφορική ομάδα μαζί είναι ένας δεσμός φωσφοδιεστέρα (ή ένας δεσμός τύπου φωσφοδιεστέρα), ενώ ο χημικός δεσμός που συνδέει την πεντόζη και την αζωτούχο βάση είναι ένας Ν-γλυκοσιδικός δεσμός (ή Ν-γλυκοσιδικός δεσμός ).

ΠΟΙΑ ΠΕΤΡΕΧΟΥΣΑ ΑΝΘΡΑΚΑ ΕΙΝΑΙ ΣΥΜΜΕΤΕΧΟΝΤΑ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΔΟΚΙΜΕΣ;

Προϋπόθεση: οι χημικοί έχουν σκεφτεί ότι αριθμούν τα κάρβουνα που συνθέτουν τα οργανικά μόρια, έτσι ώστε να απλοποιηθεί η μελέτη και η περιγραφή τους. Εδώ, λοιπόν, οι 5 κάρβουνοι μιας πεντόζας γίνονται: άνθρακας 1, άνθρακας 2, άνθρακας 3, άνθρακας 4 και άνθρακας 5. Το κριτήριο για την ανάθεση των αριθμών είναι αρκετά περίπλοκο και επομένως θεωρούμε σκόπιμο να το παραλείψουμε.

Από τους 5 άνθρακες που σχηματίζουν την πεντόζη των νουκλεοτιδίων, εκείνοι που εμπλέκονται στους δεσμούς με την αζωτούχο βάση και την φωσφορική ομάδα είναι αντίστοιχα ο άνθρακας 1 και ο άνθρακας 5 .

• Πεντόζη άνθρακα 1 → Ν-γλυκοσιδικός δεσμός → αζωτούχος βάση
• Πεντόζη άνθρακα 5 → δεσμός φωσφοδιεστέρα → φωσφορική ομάδα

Τα νουκλεοτίδια είναι νουκλεοζίτης με ομάδα φώσφορου

Σχήμα: Δομή μίας πεντόζης, αρίθμηση των συστατικών άνθρακα και δεσμοί με αζωτούχο βάση και ομάδα φωσφορικών.

Χωρίς το στοιχείο της φωσφορικής ομάδας, τα νουκλεοτίδια γίνονται νουκλεοζίτες .

Ένα νουκλεοσίδιο, στην πραγματικότητα, είναι ένα οργανικό μόριο, που προέρχεται από την ένωση μεταξύ μιας πεντόζης και μιας αζωτούχου βάσης.

Αυτός ο σχολιασμός χρησιμεύει για να εξηγήσει μερικούς ορισμούς των νουκλεοτιδίων, οι οποίοι δηλώνουν ότι "τα νουκλεοτίδια είναι νουκλεοζίτες που έχουν μία ή περισσότερες φωσφορικές ομάδες δεσμευμένες στον άνθρακα 5".

Διαφορά μεταξύ DNA και RNA

Τα νουκλεοτίδια του DNA και του RNA διαφέρουν το ένα από το άλλο από τη δομική άποψη.

Η κύρια διαφορά έγκειται στην πεντόζη : στο DNA, η πεντόζη είναι η δεσοξυριβόζη . στο RNA, ωστόσο, είναι ριβόζη .

Η δεοξυριβόζη και η ριβόζη είναι διαφορετικές για ένα μόνο άτομο: στην πραγματικότητα, στον άνθρακα 2 της δεοξυριβόζης λείπει ένα άτομο οξυγόνου (Σημείωση: υπάρχει μόνο ένα υδρογόνο), το οποίο, αντίθετα, υπάρχει στον άνθρακα 2 της ριβόζης (ΣΗΜ .: εδώ, το οξυγόνο ενώνεται με ένα υδρογόνο, σχηματίζοντας μία ομάδα υδροξυλίου ΟΗ).

Αυτή η διαφορά έχει μόνο τεράστια βιολογική σημασία: το DNA είναι η γενετική κληρονομιά στην οποία εξαρτάται η ανάπτυξη και η επαρκής λειτουργία των κυττάρων ενός ζωντανού οργανισμού. Το RNA, από την άλλη πλευρά, είναι το βιολογικό μακρομόριο που είναι κυρίως υπεύθυνο για την κωδικοποίηση, αποκωδικοποίηση, ρύθμιση και έκφραση γονιδίων DNA.

Η άλλη σημαντική διαφορά μεταξύ των νουκλεοτιδίων ϋΝΑ και RNA αφορά τις αζωτούχες βάσεις .

Για να κατανοήσουμε πλήρως αυτή τη δεύτερη ανισότητα, είναι απαραίτητο να κάνουμε ένα μικρό βήμα πίσω.

Σχήμα: τα σάκχαρα 5-άνθρακα που αποτελούν τα νουκλεοτίδια του RNA (ριβόζη) και του DNA (δεσοξυριβόζη).

Οι αζωτούχες βάσεις είναι μόρια οργανικής φύσης, τα οποία, στα νουκλεϊκά οξέα, αντιπροσωπεύουν το διακριτικό στοιχείο των διαφόρων τύπων συστατικών νουκλεοτιδίων. Στην πραγματικότητα, στα νουκλεοτίδια του DNA καθώς και στα νουκλεοτίδια RNA, το μόνο μεταβλητό στοιχείο είναι η αζωτούχος βάση. ο σκελετός της ομάδας ζάχαρης-φωσφορικής ομάδας παραμένει αμετάβλητος.

Σε DNA και RNA, υπάρχουν 4 πιθανές αζωτούχες βάσεις. Επομένως, οι τύποι νουκλεοτιδίων, για κάθε νουκλεϊκό οξύ, είναι συνολικά 4.

Τούτου λεχθέντος, επιστρέφοντας στη δεύτερη σημαντική διαφορά που υπάρχει μεταξύ των νουκλεοτιδίων ϋΝΑ και RNA, αυτά τα δύο νουκλεϊνικά οξέα έχουν κοινά μόνο 3 βάσεις αζώτου από 4. Στην περίπτωση αυτή, η αδενίνη, η γουανίνη και η κυτοσίνη είναι οι 3 βάσεις αζώτου που υπάρχει τόσο στο DNA όσο και στο RNA. η θυμίνη και η ουρακίλη, από την άλλη πλευρά, είναι αντίστοιχα η τέταρτη αζωτούχος βάση του DNA και η τέταρτη βάση του RNA.

Έτσι, εκτός από την πεντόζη, τα νουκλεοτίδια DNA και τα νουκλεοτίδια RNA είναι ίσα για 3 από τους 4 τύπους.

Τάξεις στις οποίες ανήκουν οι αζωτούχες βάσεις

Η αδενίνη και η γουανίνη ανήκουν στην κατηγορία των αζωτούχων βάσεων, που είναι γνωστές ως πουρίνες . Τα πουρίνες είναι αρωματικές ετεροκυκλικές ενώσεις διπλού δακτυλίου.

Η θυμίνη, η κυτοσίνη και η ουρακίλη, από την άλλη πλευρά, ανήκουν στην κατηγορία των αζωτούχων βάσεων, γνωστές ως πυριμιδίνες . Οι πυριμιδίνες είναι αρωματικές ετεροκυκλικές ενώσεις ενός δακτυλίου.

ΑΛΛΟΣ ΟΝΟΜΑΣ ΤΩΝ ΝΟΥΚΛΕΩΤΩΝ ΤΟΥ DNA ΚΑΙ ΤΟΥ RNA

Τα νουκλεοτίδια με το σάκχαρο δεοξυριβόζης, δηλαδή τα νουκλεοτίδια του ϋΝΑ, παίρνουν την εναλλακτική ονομασία των δεοξυριβονουκλεοτιδίων, ακριβώς λόγω της παρουσίας του προαναφερθέντος σακχάρου.

Για παρόμοιους λόγους, τα νουκλεοτίδια με ζάχαρη ριβόζης, δηλαδή νουκλεοτίδια RNA, παίρνουν την εναλλακτική ονομασία των ριβονουκλεοτιδίων .

Οργάνωση νουκλεϊνικών οξέων

Κατά τη σύνθεση ενός νουκλεϊκού οξέος, τα νουκλεοτίδια οργανώνονται σε μακριές ίνες, παρόμοιες με τις αλυσίδες.

Κάθε νουκλεοτίδιο που σχηματίζει αυτούς τους μακριούς κλώνους δεσμεύεται στο επόμενο νουκλεοτίδιο, μέσω ενός δεσμού φωσφοδιεστέρα μεταξύ του άνθρακα 3 της πεντόζης του και της φωσφορικής ομάδας του αμέσως επόμενου νουκλεοτιδίου.

ΤΑ ΚΟΙΝΟΤΗΤΑ

Τα νημάτια νουκλεοτιδίων (ή νημάτια νουκλεοτιδίων), τα οποία αποτελούν νουκλεϊνικά οξέα, έχουν δύο άκρα, γνωστά ως 5 'άκρο (διαβάσετε "άκρη πέντε πρώτα") και άκρο 3' (διαβάστε "πρώτα το άκρο τρία"). Με σύμβαση, βιολόγοι και γενετιστές έχουν διαπιστώσει ότι το 5 ' άκρο αντιπροσωπεύει την κεφαλή ενός νήματος που σχηματίζει ένα νουκλεϊκό οξύ, ενώ το 3' άκρο αντιπροσωπεύει την ουρά του .

Από χημική άποψη, το 5 'άκρο συμπίπτει με την φωσφορική ομάδα του πρώτου νουκλεοτιδίου της αλυσίδας, ενώ το 3' άκρο συμπίπτει με την ομάδα υδροξυλίου (ΟΗ) που τοποθετείται στον άνθρακα 3 του τελευταίου νουκλεοτιδίου.

Είναι στη βάση αυτής της οργάνωσης ότι τα νημάτια νουκλεοτιδίων περιγράφονται στα γενετικά και βιολογικά μοριακά βιβλία: Ρ-5 '→ 3'-ΟΗ.

* Σημείωση: Το γράμμα P δείχνει το άτομο φωσφόρου της φωσφορικής ομάδας.

Βιολογικός ρόλος

Η έκφραση γονιδίων εξαρτάται από την αλληλουχία νουκλεοτιδίων DNA. Τα γονίδια είναι περισσότερο ή λιγότερο μακρά τμήματα του DNA (δηλαδή τμήματα νουκλεοτιδίων), τα οποία περιέχουν τις απαραίτητες πληροφορίες για τη σύνθεση πρωτεϊνών . Αποτελείται από αμινοξέα, οι πρωτεΐνες είναι βιολογικά μακρομόρια, τα οποία παίζουν βασικό ρόλο στη ρύθμιση των κυτταρικών μηχανισμών ενός οργανισμού.

Η αλληλουχία νουκλεοτιδίων ενός δεδομένου γονιδίου προσδιορίζει την αλληλουχία αμινοξέων της σχετικής πρωτεΐνης.