A nukleotid molekula cukrot, foszfátot és nitrogénbázist tartalmaz. Mint ezek egyszerű alkatrészek lehetővé teszik, hogy a nukleotidok összekapcsolódjanak polimerek, például DNS és RNS, valamint energiahordozó molekulák, például ATP létrehozása érdekében?

Nukleotidok: a DNS szerkezet része

Mi az a nukleotid? Ennek megértéséhez el kell képzelni a DNS-t. A sejtmagban és a kromoszómák feloldása után egy vékony kettős szál látható. Ha ráközelít, láthatja, hogy ezek a szálak mindegyike kis építőelemekből, úgynevezett nukleotidokból áll.

Ha a DNS csavart létrának tűnik, akkor minden egyes építőelem vagy nukleotid tartalmaz egy fél fokot és a létra függőleges részének egy részét. A lépés másik fele a szomszédos DNS-szálhoz tartozik. A nukleotidok önmagukban is létezhetnek, vagy a DNS-en kívül más fontos molekulák részei is lehetnek. Például az energiahordozó ATP a nukleotidok egyik formája.

Egy nukleotid összetevői

A nukleotid olyan komponenseket tartalmaz, mint egy nitrogéntartalmú bázis, cukor és egy vagy több foszfát. Érdemes mindegyiket részletesebben megvizsgálni:

• Nitrogén bázis. Ez lehet adenin, timin, citozin, guanin, uracil. Nem savak, mindegyik több nitrogénatomot tartalmaz. A nukleotidok párosodhatnak egymással: a citozin mindig a guaninnal, az adenin pedig a timinnel párosul a DNS-ben, vagy az uracillal az RNS-ben.
• A nukleotid következő fő összetevője a cukor. Sokféle cukor létezik, de kettő fontos itt: A ribóz az a cukor, amelyet az RNS-ben láthat. A ribóznak van egy olyan változata, amelyből hiányzik az oxigénatom, és ezt cukor-dezoxiribóznak nevezik. Ez egyfajta cukor a DNS-nukleotidokban. Ne feledje, hogy a DNS dezoxiribonukleinsav.
• Az utolsó fő nukleotid fragmentum a foszfát. A foszfát egy foszforatom, amely négy oxigénatomhoz kapcsolódik. A foszfátok közötti kötések nagyon nagy energiájúak, és energiatárolási formaként működnek. Ha a kapcsolat megszakad, a keletkező energiát munkára lehet felhasználni.

Nukleotidok típusai

Amikor a nukleotidok polimerizálódnak vagy összekapcsolódnak, nukleinsavat, például DNS-t vagy RNS-t képeznek. Mindegyik nukleotid-foszfát egy másik cukorral egyesül, és nitrogéntartalmú bázisokkal cukor-foszfát gerincet képez. A nukleozid egy nukleotid része, amely csak cukorból és bázisból áll. Így beszélhetünk nukleotidról mint nukleozidról és foszfátokról:

• A nukleozid-monofoszfát olyan nukleotid, amely egy foszfátot tartalmaz.
• A nukleozid-difoszfát két foszfátot tartalmazó nukleotid.
• A nukleozid-trifoszfát három foszfátot tartalmazó nukleotid. A nukleotidok a DNS és az RNS építőkövei.

Melyek a különböző típusú nukleotidok, mi a szerkezetük, és hogyan befolyásolhatja egy nukleotid megváltoztatása egy szervezet túlélését?

A nukleotid a biológiában van... (definíció)

Az emberi DNS nukleotidokból áll, amelyek alapvetően a DNS párokba rendezett alegység-dimenziói. Körülbelül 3 milliárd ilyen pár van, amelyeket bázispároknak is neveznek. Hogyan lehet meghatározni egy nukleotidot? Minden spermium és minden tojás körülbelül hatmilliárd egyedi nukleotidot tartalmaz a magjában, amelyek kompakt DNS-molekulákká szerveződnek. Így könnyebben tárolhatók és mozgathatók.

Tehát mik azok a nukleotidok? Úgy viselkednek speciális nyelv, amivel recepteket írnak vegyi anyagok, amelyet a szervezet, különösen a fehérjék hoz létre. A legtöbb nukleotid szakaszt ócska DNS-nek nevezik, mert nem kódol semmit. Van azonban egy kis hányada, amelyik igen alapvető a túlélésedért, és azzá tesz, aki vagy. Ez a 2% a szervezet által termelt és a DNS géneknek nevezett szakaszain található fehérjék nukleotidkódja. Minden gén aminosavláncot kódol, amely egy specifikus fehérje kialakulásához vezet.

A mutációk, amelyek egyetlen nukleotidot érintő változások a sejt DNS-ében, triviálisnak tűnhetnek, tekintve, hogy olyan sok nukleotid található az emberi genomban, de amikor bizonyos géneken előfordulnak, életveszélyes betegségekhez vezethetnek. Ahhoz, hogy jobban megértsük ezt a mechanizmust, először meg kell vizsgálnunk néhány nukleotid alapelvet.

Nukleotid szerkezet

A nukleotidok monomerek (vagy építőkockák) nukleinsavak, és egy 5 szénatomos cukorból, egy foszfátcsoportból és egy nitrogénbázisból állnak. Mint már említettük, a cukor és a bázis együtt nukleozidot alkot. Egy foszfátcsoport hozzáadása a molekulát nukleotiddá alakítja. A nukleotidokat a bennük lévő nitrogénbázis és a hozzá kapcsolódó cukor alapján nevezik el (például dezoxiribóz a DNS-nukleotidokban és ribóz az RNS-ben). Mik a nukleotidok a DNS-ben és az RNS-ben? A DNS-ben és az RNS-ben nyolc különböző nukleozid található:

• RNS: adenozin, guanozin, citidin, uridin.
• DNS: dezoxiadenozin, dezoxiguanozin, dezoxicitidin, dezoxitimidin.

Vannak más fontos nukleotidok is, például az anyagcserében (pl. ATP) és a sejtjelátvitelben (pl. GTP) részt vevő nukleotidok.

Nukleotidkötés

Az RNS és DNS képződéséhez vezető polimer láncok (vagy többszörös egységek) létrehozásához a nukleotidok egy cukor-foszfát gerincen keresztül kapcsolódnak egymáshoz, amely akkor képződik, amikor az egyik nukleotid foszfátja egy másik nukleotidjához kapcsolódik. Ez az erős kovalens kötések, az úgynevezett foszfodiészter kötések miatt lehetséges.

Mivel a DNS egy kétszálú molekula, ezek közül a polimerláncok közül kettőnek létraként kell egymáshoz kapcsolódnia. A „fokokat” nukleotidpárok alkotják, amelyek hidrogénkötésekkel kötik össze a létra két oldalát. Mi az a nukleotid? Ez szerkezeti egység DNS, amely egy nitrogéntartalmú bázisból és egy cukor-foszfát gerincből áll, amely egy foszfátcsoportból és egy cukorból áll. A DNS számos nukleotidból áll, amelyek egy organizmus genetikai kódjait tartalmazzák és védik.

Nukleinsavak

A nukleinsavak olyan biopolimerek, amelyek a fehérjékkel együtt fontos szerepet játszanak minden élő szervezet sejtjében. Ezek a kapcsolatok felelősek a tárolásért, továbbításért és megvalósításért örökletes információk. Mik azok a nukleotidok? Ezek nukleinsavak monomerei.

Kovalens kötések jönnek létre a nukleotid részei között kémiai kötések, amelyek kondenzációs reakciók eredményeként keletkeznek. Az ilyen reakciók a hidrolízis fordítottja. Érdekes tény az, hogy a DNS-molekulák általában nemcsak hosszabbak, mint az RNS-molekulák, hanem két láncot is tartalmaznak, amelyek nitrogéntartalmú bázisok között hidrogénkötésekkel kapcsolódnak egymáshoz.

Nukleotidok

Nézzük meg közelebbről a nukleotidokat. Ismeretes, hogy a nukleotidokat adeninnek, guaninnak, timinnek, citozinnak és uracilnak nevezik - nitrogéntartalmú bázisok, ezeket az alábbi ábra mutatja be.

A nukleotidok nukleinsavak monomerei. Az eukarióta sejtekben található nukleinsavak a sejtmagban találhatók. Minden élő szervezetben vannak (azokban, amelyeknek nincs sejtmagjuk, még vannak nukleinsavak - ezek a baktériumokban a sejt közepén helyezkednek el, és nukleoidokat képeznek). A monomerek, amelyekből nukleinsavak épülnek fel, nitrogénbázisból, cukormaradékból (dezoxiribóz vagy ribóz) és foszfátból állnak. A cukrokat nitrogénbázissal együtt nukleozidoknak (adenozin, guanozin, timidin, citidin) nevezik. Ha 1-, 2- vagy 3-foszformaradék kapcsolódik hozzájuk, akkor ezt az egész szerkezetet nukleotid-monofoszfátnak, difoszfátnak vagy trifoszfátnak vagy nukleotidnak (adenin, guanin, timin, citozin) nevezzük.

Így néz ki az ATP modell az űrben. A DNS-t alkotó nitrogénbázis két csoportra oszlik - pirimidinre és purinra. A DNS adenint, timint, citozint és guanint tartalmaz, az RNS pedig uracilt tartalmaz timin helyett. Mint tudják, a DNS egy nagy archívum, amelyben az információkat tárolják, az RNS pedig egy olyan molekula, amely az információt a sejtmagból a citoplazmába továbbítja a fehérjék szintéziséhez. A funkcióbeli különbségek a szerkezeti különbségek. Az RNS kémiailag aktívabb, mivel cukra, a ribóz hidroxilcsoportot tartalmaz, míg a dezoxiribóz oxigént nem tartalmaz. Az oxigénhiány miatt a DNS inertebb, ami fontos információtároló funkciója miatt, hogy ne menjen keresztül semmilyen reakcióba.

A nukleotidok képesek kölcsönhatásba lépni egymással, ilyenkor két foszfor „kidobódik”, és kötés jön létre a szomszédos nukleotidok között. A furanóz molekulában a szénmolekulák számozottak. Az első nitrogénbázishoz kötődik. Amikor egy nukleotidlánc képződik, a kötés az egyik ötödik szénatomja és a másik harmadik szénatomja között van. foszforsav. Ezért a nukleinsavak láncának különböző, egyenlőtlen végei vannak, amelyekhez képest a molekula nem szimmetrikus.

Egyláncú molekulák, amelyek kiegészítik egymást nukleinsav képes kétszálú szerkezet kialakítására. Ezen a hélixen belül az adenin a timinnel, a guanin pedig a citozinnal párosul. Van egy kijelentés, hogy a nukleotidok töredékként illeszkednek egymáshoz törött üveg, ezért alkotnak párokat. De ez az állítás hamis. A nukleotidok bármilyen módon képesek párokat alkotni. Az egyetlen ok, amiért így és nem másként kapcsolódnak, az az, hogy a cukrokhoz jutó „farok” közötti szög csak ezeknél a pároknál esik egybe, ráadásul a méretük is egybeesik. Más pár nem alkot ilyen konfigurációt. És mivel egybeesnek, a cukor-foszfát gerincen keresztül kapcsolódhatnak egymáshoz. A kettős hélix szerkezetet James Watson és Francis Crick fedezte fel 1953-ban.

Ha egymáshoz kapcsolódnak, az egyik szál 5' végével szemben van a másik szál 3' vége. Vagyis a szálak oda mennek ellentétes irányokba- azt mondják, hogy a DNS szálai antiparallelek.

Az ábrán a DNS modellje látható, hogy az adenin a timinhez két hidrogénkötéssel, a guanin pedig a citozinnal hármas hidrogénkötéssel kapcsolódik. Ha egy DNS-molekulát hevítenek, nyilvánvaló, hogy két kötés könnyebben felszakad, mint három, ez elengedhetetlen a DNS tulajdonságaihoz.

Erejénél fogva térbeli elrendezés cukor-foszfát gerinc és nukleotidok, amikor a nukleotidok egymásra helyezkednek, és a cukor-foszfát gerincen keresztül „keresztkötésbe” kerülnek, a lánc elkezd hajtogatni, és így kialakul a híres kettős spirál.

A képeken a DNS golyós modelljei láthatók, ahol minden atomot egy golyó képvisel. A spirál belsejében hornyok vannak: kicsi és nagy. A fehérjék ezeken a barázdákon keresztül lépnek kölcsönhatásba a DNS-sel, és felismerik az ott található nukleotidszekvenciát.

Amikor a DNS-t felmelegítik hidrogénkötések elszakad, és a kettős spirálban lévő szálak kibomlanak. A hevítési folyamatot DNS-olvadásnak nevezik, ami lebontja az A-T és a G-C párok közötti kötéseket gőz A-T, minél kevésbé szorosan kapcsolódnak egymáshoz a szálak, annál könnyebben olvad meg a DNS. A kettős szálú DNS-ről az egyszálú DNS-re való átmenetet spektrofotométereken mérjük 260 nm-es fényelnyeléssel. A DNS olvadási hőmérséklete függ az A-T/G-C összetételétől és a molekulafragmens méretétől. Nyilvánvaló, hogy ha egy fragmentum több tucat nukleotidból áll, akkor sokkal könnyebben megolvad, mint a hosszabb fragmentumok.

Az embernek haploid genomja van, vagyis egyetlen kromoszómakészlete, 3 milliárd pár nukleotidja van, és ezek hossza 1,7 m, a sejt pedig sokkal kisebb, ahogy sejthető. Ahhoz, hogy a DNS elférjen benne, elég szorosan össze van hajtva, és egy eukarióta sejtben fehérjék - hisztonok - segítik a hajtogatást. A hisztonoknak van pozitív töltés, és mivel a DNS negatív töltésű, a hisztonok affinitást mutatnak a DNS-hez. A hisztonokkal csomagolt DNS gyöngyök, úgynevezett nukleoszómák formáját ölti. 200 nukleotidpár jut egy nukleoszómához, 146 pár a hisztonokra tekercselődik, a maradék 54 pedig linker (nukleoszómakötő) DNS formájában lóg. Ez a DNS-tömörítés első szintje. A kromoszómákban a DNS még többször összehajt, hogy kompakt struktúrákat hozzon létre.

A DNS mellett a nukleinsavak közé tartozik az RNS is. A sejtben különböző típusú RNS található: riboszómális, templát, transzport. Vannak más típusú RNS-ek is, amelyekről később fogunk beszélni. Az RNS-t egyszálú molekulaként szintetizálják, de egyes szakaszai kétszálú hélixek részei. Az RNS esetében beszélnek primer szerkezetről (nukleotidszekvencia) és másodlagos szerkezetről (kétszálú régiók kialakulása) is.

Lipidek

A lipidek hosszú szénláncú zsírsavakat tartalmaznak. A zsírsavak hidrofóbok, azaz vízben oldhatatlanok.

A lipidek zsírsavak glicerinnel (észterekkel) alkotott vegyületei. Például a képen lecitin látható.

A lipidek fontos szerepet játszanak a sejtben, amelyben egy foszforsav-maradék kötődik a glicerinhez és a 2. zsírsavak. Ezeket foszfolipideknek nevezik. A foszfolipid molekulák a molekula egyik végén poláris (azaz hidrofil, jól oldódó) csoporttal és hosszú hidrofób farokkal rendelkeznek. A foszfolipidek közé tartozik a foszfatidilkolin.

Vizes oldatban a foszfolipidek micellákat képeznek, amelyekben a molekulák poláris „fejükkel” kifelé, a víz felé néznek, a hidrofób „farok” pedig a micellák belsejében, a víz elől rejtve található. A sejtmembrán lipidekből is áll, amelyek poláris "fejei" vannak, amelyek a membrán mindkét oldalán kifelé néznek, és hidrofób "farok", amelyek a lipid kettős rétegben találhatók.

Bibliográfia

A munka elkészítéséhez a http://bio.fizteh.ru webhelyről származó anyagokat használtuk fel

A nukleinsavak nagy molekulatömegű vegyületek, amelyek molekulatömege 25 ezer és 1 millió között van.

A nukleinsavak polimerláncai monomer egységekből - nukleotidokból - épülnek fel, ezért a nukleinsavakat polinukleotidoknak nevezik.

Jellemzően egy „oszthatatlan” monomer egység (például egy aminosav a fehérjékben) a nukleotidokban egy háromkomponensű képződmény, amely magában foglal egy heterociklusos bázist, egy szénhidrátmaradékot és egy foszfátcsoportot.

A szénhidrát komponensek pentózok - D-ribóz és 2-dezoxi-e-ribóz. Ennek függvényében a nukleinsavakat felosztják ribonukleinsav(RNS) tartalmazó ribóz, és dezoxiribonukleinsav(DNS), amely dezoxiribózt tartalmaz.

A DNS főként a sejtek magjában, az RNS elsősorban a riboszómákban, valamint a sejtek protoplazmájában található. Az RNS-ek közvetlenül részt vesznek a fehérje bioszintézisében.

14.1. Nukleotidok

14.1.1. Nukleozidok

A nukleinsavak kémiájában az összetételükben szereplő pirimidin és purin sorozat heterociklusos vegyületeit általában ún. nukleinsav bázisok.

A nukleinbázisok, mint szubsztituensek a heterociklusban, a következőket tartalmazhatják:

Vagy egy oxocsoport, mint az uracilban és a timinben;

Vagy egy aminocsoport, mint az adeninben;

Vagy mindkét csoport egyszerre, mint a citozinban és a guaninban.

Az oxigéntartalmú bázisokat a laktám tautomer formák képviselik, amelyekben az aromásság nem károsodik (lásd 13.4). Minden alap esetében a hárombetűs rövidítéseket alkalmazzák, amelyek a latin nevük kezdőbetűiből állnak.

A nukleinsavak a bennük lévő heterociklusos bázisokban különböznek: az uracil csak az RNS-ben, a timin pedig -

a DNS-ben:

A nukleinbázisok az egyik nitrogénatomon keresztül kötést képeznek a pentóz anomer központjával (D-ribóz vagy 2-dezoxi-D-ribóz). Ez a fajta kötés hasonló a normál glikozidos kötéshez, és ún N-glikozidos kötés, magukat a glikozidokat pedig N-glikozidoknak nevezzük. A nukleinsavkémiában ún nukleozidok.

A természetes nukleozidok pentózokat tartalmaznak furanóz formában (a bennük lévő szénatomok prímszámmal vannak számozva). A glikozidos kötés a pirimidin N-1 nitrogénatomjával és a purinbázisok N-9 nitrogénatomjával jön létre.

A természetes nukleozidok mindigβ-anomerek.

A szénhidrát-maradék természetétől függően vannak ribonukleozidokÉs dezoxiribonukleozidok. A nukleozidokhoz olyan neveket használnak, amelyek a megfelelő nukleinbázis triviális nevéből származnak utótagokkal -idin pirimidinben és -osin purin nukleozidokban.

Kivételt képez a „timidin” (nem dezoxitimidin) név, amelyet a DNS részét képező dezoxiribozid-timinre használnak. Azokban a ritka esetekben, amikor a timin előfordul az RNS-ben, a megfelelő nukleozidot ribotimidinnek nevezik.

A nukleozidok hárombetűs szimbólumai az utolsó betűvel különböznek a bázisok szimbólumaitól. Az egybetűs szimbólumokat csak az összetettebb szerkezetekben lévő nukleozid-maradékokra (gyökökre) használjuk.

A nukleozidok enyhén lúgos környezetben ellenállnak a hidrolízisnek, de savas környezetben hidrolizálnak. A purin nukleozidok könnyen hidrolizálhatók, míg a pirimidin nukleozidok nehezebben hidrolizálhatók.

Mint gyógyszerek az onkológiában a pirimidin és purin sorozat szintetikus származékait használják, amelyek szerkezetükben hasonlóak a természetes metabolitokhoz (jelen esetben nukleinbázisokhoz), de nem teljesen azonosak velük, azaz antimetabolitok. Például, 5-fluor-uraciláll

mint az uracil és a timin antagonistája, 6-merkaptopurin- adenin. A metabolitokkal versenyezve különböző szakaszokban megzavarják a nukleinsavak szintézisét a szervezetben.

14.1.2. Nukleotidok

A nukleotidokat nukleozidok foszfátjainak nevezik. A foszforsav általában észterezi a ribóz (ribonukleotidok) vagy dezoxiribóz (dezoxiribonukleotidok) maradékában a C-5" vagy C-3" helyen lévő alkohol-hidroxilcsoportot.

A nukleotidok szerkezetének általános elvét az adenozin-foszfátok példája szemlélteti. A három komponens egy nukleotid molekulában történő összekapcsolásához észter- és N-glikozidkötéseket használnak.

A nukleotidok egyrészt a nukleozidok (foszfátok) észtereinek, másrészt savaknak tekinthetők (a foszforsav-maradék jelenléte miatt).

A foszfátmaradék miatt a nukleotidok kétbázisú savak, ill. élettani állapotok pH ~7-nél teljesen ionizált állapotban vannak.

A nukleotidokhoz kétféle név használatos (14.1. táblázat). Az egyik tartalmazza a nukleozid nevét, amely a benne lévő foszfátmaradék helyzetét jelzi, például adenozin-3"-foszfát, uridin-5"-foszfát; egy másik kombináció hozzáadásával épül fel -ilsav egy pirimidinbázis, például 5"-uridilsav vagy egy purinbázis, például 3"-adenilsav maradékának nevéhez fűződik.

A nukleozidokhoz használt egybetűs kódot használva az 5"-foszfátokat a latin "p" betű hozzáadásával írják. előtt nukleozid szimbólum, 3"-foszfátok - után nukleozid szimbólum. Az adenozin-5"-foszfát jelölése pA, adenozin-3"-foszfát - Ap stb. Ezeket a rövidítéseket a nukleinsavakban lévő nukleotid-maradékok szekvenciájának írásához használják. A szabad nukleotidokkal kapcsolatban a biokémiai irodalomban

A túrák széles körben monofoszfátként használják a nevüket, és ez a tulajdonság egy rövidített kódban tükröződik, például AMP (vagy AMP) az adenozin-5"-foszfáthoz stb. (lásd 14.1. táblázat).

14.1. táblázat.A nukleinsavakat alkotó legfontosabb nukleotidok

Ciklofoszfátok.Ide tartoznak azok a nukleotidok, amelyekben egy foszforsavmolekula egyidejűleg egy szénhidrátmaradék két hidroxilcsoportját észterezi. Szinte minden sejt tartalmaz két nukleozid ciklofoszfátot - adenozin-3",5"-ciklofoszfátot (cAMP) és guanozin-3",5"-ciklofoszfátot (cGMP).

14.2. Nukleinsav szerkezete

14.2.1. Elsődleges szerkezet

A polinukleotid láncokban a nukleotid egységek egy foszfátcsoporton keresztül kapcsolódnak egymáshoz. A foszfátcsoport két észterkötést képez: az előző nukleotidegység C-3"-jával és a következő nukleotidegységek C-5"-ével (14.1. ábra). A lánc gerincét váltakozó pentóz és foszfát csoportok alkotják, a heterociklusos bázisok pedig a pentózmaradékokhoz kapcsolódó "oldalsó" csoportok. A szabad 5"-OH csoporttal rendelkező nukleotidot 5"-terminálisnak, a szabad 3"-OH csoportot tartalmazó nukleotidot 3"-terminálisnak nevezzük.

A 14.2. ábra egy DNS-lánc tetszőleges szakaszának szerkezetét mutatja, amely négy nukleinbázist tartalmaz. Könnyen elképzelhető, hogy négy nukleotid szekvenciájának változtatásával hány kombinációt lehet elérni. Az RNS-lánc felépítésének elve ugyanaz, mint a DNS-é, két kivétellel: az RNS-ben lévő pentózmaradék D-ribóz, a heterociklusos bázisok halmaza pedig timint helyett uracilt használ.

A nukleinsavak elsődleges szerkezetét a kapcsolt nukleotid egységek sorrendje határozza meg kovalens kötések folytonos polinukleotid láncba.

Az elsődleges szerkezet megírásának megkönnyítése érdekében számos rövidítés létezik. Az egyik ilyen a nukleozidok korábban megadott rövidített elnevezéseinek használata. ábrán látható például. 14.2 Egy DNS-lánc fragmentuma írható

Rizs. 14.1.A polinukleotid lánc szerkezetének általános elve

Rizs. 14.2.A DNS-szál szakasz elsődleges szerkezete

mint a d(ApCpGpTp...) vagy a d(A-C-G-T...). Gyakran a d kihagyásra kerül, ha nyilvánvaló, hogy a DNS érintett.

A nukleinsavak fontos jellemzője a nukleotid összetétel, vagyis a nukleotid komponensek halmaza és mennyiségi aránya. A nukleotid-összetételt általában a nukleinsavak hidrolitikus hasítási termékeinek tanulmányozásával határozzák meg.

A DNS és az RNS viselkedésében különbözik lúgos és savas hidrolízis. A DNS ellenáll a lúgos környezetben történő hidrolízisnek. Az RNS könnyen hidrolizálódik enyhe körülmények között lúgos környezetben nukleotidokká, amelyek viszont lúgos környezetben képesek lehasítani a foszforsav-maradékot, és nukleozidokat képeznek. Nukleozidok benne savas környezet hidrolizálnak heterociklusos bázisokká és szénhidrátokká.

14.2.2. A DNS másodlagos szerkezete

Alatt másodlagos szerkezet megérteni a polinukleotid lánc térbeli szerveződését. A Watson-Crick modell szerint a DNS-molekula két polinukleotid láncból áll, amelyeket jobbra egy közös tengely körül csavarnak, így kettős hélixet alkotnak. A purin és pirimidin bázisok a hélix belseje felé irányulnak. Hidrogénkötések jönnek létre az egyik lánc purinbázisa és a másik lánc pirimidinbázisa között. Ezek az alapok alkotják komplementer párok.

Hidrogénkötések jönnek létre az egyik bázis aminocsoportja és egy másik bázis karbonilcsoportja között -NH...O=C-, valamint az amid és az imin nitrogénatomjai között -NH...N- Például, amint az alábbiakban látható, az adenin és a timin között két hidrogénkötés jön létre, és ezek a bázisok egy komplementer párt alkotnak, azaz az adenin egy láncban megfelel timin a többi láncban. Egy másik komplementer bázispár a guanin és a citozin, amelyek között három hidrogénkötés található.

A komplementer bázisok közötti hidrogénkötések a stabilizálódó kölcsönhatások egyik fajtája kettős spirál. A kettős hélixet alkotó két DNS-szál nem azonos, de komplementerek egymással. Ez azt jelenti, hogy az egyik lánc elsődleges szerkezete, azaz nukleotidszekvenciája határozza meg a második lánc elsődleges szerkezetét (14.3. ábra).

Rizs. 14.3.Polinukleotid láncok komplementaritása kettős hélixben

DNS

14.3. Nukleotid koenzimek

A nukleotidoknak van nagyon fontos nemcsak hogyan építőanyag nukleinsavak esetében. Részt vesznek a biokémiai folyamatokban, és különösen fontosak szerepükben koenzimek, azaz olyan anyagok, amelyek szorosan kapcsolódnak az enzimekhez, és szükségesek ahhoz, hogy enzimaktivitást fejtsenek ki.

14.3.1. Nukleozid polifoszfátok

A test minden szövete tartalmaz nukleozidok mono-, di- és trifoszfátjait. Különösen széles körben ismertek az adenint tartalmazó nukleotidok - adenozin-5"-foszfát (AMP), adenozin-5"-difoszfát (ADP)

és adenozin 5"-trifoszfát (ATP) (ezekre a vegyületekre, a megadott rövidítésekkel együtt latin betűkkel A hazai irodalomban a megfelelő orosz nevek rövidítéseit használják - AMP, ADP, ATP).

In foszforilált nukleotidok változó mértékben, képesek a foszfátcsoportok növelésével vagy megszüntetésével interkonverziókra. A difoszfát csoport egy, a trifoszfát csoport két anhidrid kötést, ún. makroergikus, mert nagy az energiakészletük. Az ilyen kapcsolat kialakításához szükséges energiaköltségeket a szénhidrát-anyagcsere során felszabaduló energia pótolja. Amikor a nagy energiájú P~O kötés (ezt a hullámvonal jelzi) felhasad, ~32 kJ/mol szabadul fel. Ehhez kapcsolódik az ATP kritikus szerepe, mint minden élő sejt energiaellátója.

Az AMP, ADP és ATP alább bemutatott interkonverziói során ezeknek a vegyületeknek a képlete megfelel a nem ionizált állapotuknak. Fiziológiás körülmények között ~7 pH mellett a foszfátcsoportok szinte teljesen ionizálódnak, ezért a biokémiai irodalomban ezeket és minden más nukleotidot ennek megfelelően anionként írják le.

Nukleozid polifoszfátok a biokémiai folyamatokban. Az ATP és az ADP részvételével a szervezetben a legfontosabb biokémiai folyamatok zajlanak - foszfátcsoportok átvitele. Például észterek (foszfátok) képződése - tipikus reakció a szénhidrát anyagcserében. A glikolízis minden szakasza (a glükóz piruváttá alakítása) csak foszfát formában történik. A hidroxil-tartalmú vegyületek foszfátjainak előállítása egy általános séma formájában ábrázolható.

Így a laktóz lebomlása során képződő galaktóz a metabolikus glükózzá való átalakulás kezdeti szakaszában kölcsönhatásba lép az ATP-vel, és monofoszfátot képez.

14.3.2. Nikotinamid nukleotidok

Ennek a vegyületcsoportnak a legfontosabb képviselői a nikotinamid-adenin-dinukleotid(NAD, vagy az orosz szakirodalomban NAD) és foszfátja (NADP, vagy NADP). Ezek a vegyületek sok esetben fontos szerepet játszanak koenzimként

redox reakciók. Ennek megfelelően oxidált (NAD +, NADP +) és redukált (NADH, NADPH) formában egyaránt létezhetnek.

A NAD + és NADP + szerkezeti fragmentuma egy nikotinamid-maradék piridinium-kation formájában. A NADH és NADPH részeként ez a fragmentum 1,4-dihidropiridin-maradékká alakul.

A biológiai dehidrogénezés során a szubsztrát két hidrogénatomot, azaz két protont és két elektront (2H+, 2e) vagy egy protont és egy hidridiont (H+ és H -) veszít. A NAD+ koenzimet általában a H-hidridion akceptorának tekintik (bár még nem állapították meg véglegesen, hogy a hidrogénatom átvitele ehhez a koenzimhez az elektrontranszferrel egyidejűleg történik-e, vagy ezek a folyamatok külön-külön mennek végbe).

A NAD+-hoz hidridion hozzáadásával végzett redukció eredményeként a piridiniumgyűrű 1,4-dihidropiridin-fragmenssé alakul. Ez a folyamat visszafordítható.

Az oxidációs reakció során az aromás piridiniumgyűrű nem aromás 1,4-dihidropiridingyűrűvé alakul. Az aromásság elvesztése miatt a NADH energiája megnő a NAD +-hoz képest. Ily módon a NADH energiát tárol, amelyet aztán más, energiát igénylő biokémiai folyamatokhoz használnak fel.

A NAD+ részvételével zajló biokémiai reakciók tipikus példái az alkoholcsoportok oxidációja aldehid csoportokká (például a retinol átalakulása retinává, lásd 15.4), valamint a NADH részvételével a karbonilcsoportok alkoholcsoportokká történő redukálása (az piroszőlősav tejsavvá, lásd 9.2).

Az emberi testben van nagyszámú szerves vegyületek, amely nélkül elképzelhetetlen az anyagcsere-folyamatok stabil lefutása, amely mindenki életfunkcióit támogatja. Ezen anyagok egyike a nukleotidok – ezek a nukleozidok foszfor-észterei, amelyek játszanak létfontosságú szerepet információs adatok továbbításában, valamint kémiai reakciók intracelluláris energia felszabadulásával.

Független szerves egységként az összes nukleinsav és a legtöbb koenzim kitöltő összetételét alkotják. Nézzük meg közelebbről, mik azok a nukleozid-foszfátok, és milyen szerepet játszanak az emberi szervezetben.

Miből áll az anyag nukleotid? Rendkívülinek tartják észter, a foszforsavak és nukleozidok csoportjába tartozó, amelyek bennük biokémiai tulajdonságai N-glikozidok, és glükózmolekulákkal és nitrogénatommal kapcsolatos heterociklusos fragmentumokat tartalmaznak.

A természetben a leggyakoribb nukleotidok a DNS.

Ezen kívül megkülönböztetik szerves anyag Val vel hasonló jellemzőket szerkezetek: ribonukleotidok, valamint dezoxiribonukleotidok. Kivétel nélkül mindegyikük összetett szerkezetű monomer molekula biológiai anyagok polimer típusú.

Belőlük az összes élőlény RNS-e és DNS-e keletkezik, a legegyszerűbb mikroorganizmusoktól és vírusfertőzésektől az emberi szervezetig.

A foszfor molekulaszerkezetének fennmaradó része a nukleozid-foszfátok között észterkötést képez egyszerre két, három, esetenként öt hidroxilcsoporttal. Szinte minden nukleotid kivétel nélkül esszenciális anyag, amely ortofoszforsav-maradékokból képződik, ezért kötéseik stabilak, nem bomlanak szét a belső és külső környezet kedvezőtlen tényezőinek hatására.

Jegyzet! A nukleotidok szerkezete mindig összetett, és monoésztereken alapul. A nukleotid szekvencia stressztényezők hatására megváltozhat.

Biológiai szerep

A nukleotidok hatását az élőlények testében zajló összes folyamat lefolyására kutató tudósok tanulmányozzák molekuláris szerkezet intracelluláris tér.

A tudósok sokéves munkája után kapott laboratóriumi leletek alapján különböző országokban világot, emelje ki a nukleozid-foszfátok következő szerepét:

• univerzális forrás életenergia, melynek köszönhetően a sejtek táplálkoznak és ennek megfelelően a kialakuló szövetek normális működése belső szervek, biológiai folyadékok, hámborítás, érrendszer;
• a glükóz monomerek transzporterei bármilyen típusú sejtben (ez a szénhidrát-anyagcsere egyik formája, ha cukrot fogyasztunk, hatása alatt emésztőenzimek glükózzá alakul, amely a nukleozid-foszfátokkal együtt a test minden sarkába eljut);
• koenzim funkciót lát el (vitamin és ásványi vegyületek, amelyek segítik a sejteket tápanyagokkal ellátni);
• A komplex és ciklikus mononukleotidok a hormonok biológiai vezetői, amelyek a véráramlással együtt terjednek, és fokozzák az idegi impulzusok hatását;
• alloszterikusan szabályozzák a hasnyálmirigy-szövet által termelt emésztőenzimek aktivitását.

A nukleotidok a nukleinsavak részét képezik. Három és öt foszfodiészter kötés köti össze őket. Genetikusok és tudósok, akik életüket szentelték molekuláris biológia, a nukleozid-foszfátokkal kapcsolatos laboratóriumi kutatások folytatódnak, így évről évre még érdekesebb dolgokat tud meg a világ a nukleotidok tulajdonságairól.

A nukleotidszekvencia a genetikai egyensúly és az aminosavak elrendeződésének egyensúlya a DNS-szerkezetben, az észtercsoportok elhelyezésének sajátos sorrendje a nukleinsavak összetételében.

segítségével van meghatározva hagyományos módszer az elemzésre kiválasztott biológiai anyagok szekvenálása.

T – timin;

A – adenin;

G – guanin;

C – citozin;

R – GA adenin komplexben guanin- és purinbázisokkal;

Y – TC pirimidin vegyületek;

K – ketocsoportot tartalmazó GT nukleotidok;

M – az aminocsoportba tartozó AC;

S – GC erős, három hidrogénvegyülettel különbözik;

A W – AT instabilak, mindössze két hidrogénkötést képeznek.

A nukleotidsorrend változhat, latin betűs jelölések szükségesek olyan esetekben, amikor az étervegyületek elrendezési sorrendje ismeretlen, nem fontos, vagy már megvannak a primer kutatások eredményei.

A legtöbb nukleozid-foszfát változat és kombináció a DNS-re jellemző. Az RNS-étervegyületek írásához elegendő az A, C, G, U szimbólumok Az utolsó betűjelölés az uridin anyag, amely csak az RNS-ben található. A szimbolikus jelölések sorozatát mindig szóközök nélkül írjuk le.

Hasznos videó: nukleinsavak (DNS és RNS)

Hány nukleotid van a DNS-ben

Annak érdekében, hogy a lehető legrészletesebben megértsük, mit arról beszélünk, tisztán kell érteni magát a DNS-t. Ez külön faj hosszúkás alakú molekulák, amelyekből állnak szerkezeti elemek nevezetesen nukleozid-foszfátok. Hány nukleotid van a DNS-ben? Az étervegyületeknek 4 típusa van ebből a típusból, amelyek a DNS részei. Ezek az adenin, timin, citozin és guanin. Mindegyik egyetlen láncot alkot, amelyből a DNS molekulaszerkezete alakul ki.

A DNS szerkezetét először 1953-ban Francis Crick és James Watson amerikai tudósok fejtették meg. Egy dezoxiribonukleinsav molekula két nukleozid-foszfát láncot tartalmaz. Úgy vannak elhelyezve, hogy úgy nézzenek ki, mint a tengelye körül csavarodó spirál.

Jegyzet! A DNS-ben lévő nukleotidok száma állandó, és csak négy típusra korlátozódik - ezt a felfedezést közelebb vitte az emberiséget a teljes megfejtéséhez genetikai kód személy.

Ebben az esetben a molekula szerkezetének van egy fontos jellemzője. Minden nukleotid lánc rendelkezik a komplementaritás tulajdonságával. Ez azt jelenti, hogy csak egy bizonyos típusú étervegyületek helyezkednek el egymással szemben. Ismeretes, hogy az adenin mindig a timinnel szemben található. A guaninon kívül más anyag nem található a citozinnal szemben. Az ilyen nukleotidpárok alkotják a komplementaritás elvét, és elválaszthatatlanok.

Súly és hossz

Összetett matematikai számítások segítségével és laboratóriumi kutatás, a tudósok meg tudták állapítani a keletkező éteri vegyületek pontos fizikai és biológiai tulajdonságait molekuláris szerkezet dezoxiribonukleinsav.

Ismeretes, hogy az egyetlen polipeptidláncban lévő aminosavakból álló intracelluláris aminosav meghosszabbított hossza 3,5 angström. Átlagsúlya egy molekulamaradék 110 amu-val egyenlő.

Ezenkívül izolálják a nukleotid típusú monomereket is, amelyek nemcsak aminosavakból képződnek, hanem éterkomponensekkel is rendelkeznek. Ezek a DNS és az RNS monomerei. Az övék lineáris hossz közvetlenül a nukleinsav belsejében mérve, és legalább 3,4 angström. Molekuláris tömeg egy nukleozid-foszfát 345 amu-n belül van. Ezek a gyakorlatban használt kezdeti adatok laboratóriumi munka kísérleteknek, genetikai kutatásoknak és egyéb tudományos tevékenységeknek szentelték.

Orvosi jelölések

A genetika, mint tudomány, abban az időszakban fejlődött ki, amikor még nem kutatták az emberek és más élőlények DNS-szerkezetét. molekuláris szinten. Ezért a premolekuláris genetika időszakában a nukleotid kötéseket úgy jelölték meg legkisebb elem a DNS-molekula szerkezetében. Az ilyen típusú esszenciális anyagokat korábban és jelenleg is alkalmazták. Lehet spontán vagy indukált, ezért a „recon” kifejezést a sérült szerkezetű nukleozid-foszfátok megjelölésére is használják.

A nukleotidkötések nitrogéntartalmú vegyületeiben egy lehetséges mutáció előfordulásának fogalmának meghatározására a „mouton” kifejezést használjuk. Ezekre a megjelölésekre nagyobb az igény a biológiai anyagokkal végzett laboratóriumi munkákban. Genetikusok is használják, akik a DNS-molekulák szerkezetét, az örökletes információ továbbításának módjait, titkosítási módszereit és lehetséges kombinációk két szexuális partner genetikai potenciáljának fúziója eredményeként kapott gének.

Hasznos videó: nukleotid szerkezet

Következtetés

A fentiek alapján megállapíthatjuk, hogy a nukleozid-foszfátok az emberi szervezetben és minden élőlényben az intracelluláris szerkezet fontos alkotóelemei. Az ilyen típusú esszenciális anyagok miatt átterjed a legtöbb Nem csak genetikai információ a szülőktől a leszármazottakig, hanem minden létfontosságú szerv szövetében anyagcsere-folyamatok is zajlanak.

Jelentés

A Testkultúra és Sport Intézet 13. csoportjának 1. éves hallgatói

Egészségügyi Fogyatékos Személyek Testnevelési Kara (Adaptív Testnevelés)

Razmus Alena

Semenova Ekaterina

a témában: „Nukleinsavak”.

Nukleinsavak. Meghatározás. Nyítás. A nukleinsavak típusai.

Nukleotid. Összetett. Szerkezet.

Chaargaf-szabály

DNS. Watson és Crick modell. Szerkezet. Összetett. Funkciók.

RNS. Összetétel és sokfélesége.

A DNS az örökletes információ hordozója.

Rövid összefoglaló.

Nukleinsavak.

Nukleinsavak (NK) – biopolimerek, amelyek biztosítják az örökletes (genetikai) információk tárolását és továbbítását élő szervezetekben.

Az NK-t először 1868-ban írta le egy svájci biokémikus Friedrich Miescher (1844-1895) .

A gennyben lévő sejtmaradványokból izolált egy anyagot, amely N 2 -t és P-t tartalmazott. A tudós elnevezte ezt az anyagot nuklein(lat. nucleus - mag), úgy gondolva, hogy csak a sejtmagokban található. Később ennek az anyagnak a nem fehérje részét nevezték el nukleinsav.

A természetben kétféle nukleinsav létezik, amelyek összetételükben, szerkezetükben és funkciójukban különböznek egymástól. Az egyiket DNS-nek (dizoxiribonuklinsav), a másodikat RNS-nek (ribonuklinsav) hívják.

Nukleinsavak – ezek a legfontosabb biopolimerek, amelyek meghatározzák az élőlények alapvető tulajdonságait.

Nukleotidok. Összetett. Szerkezet.

DNS– több tízezer vagy több millió monomerből álló polimer molekula – dezoxiribonukleotidok.

A DNS-molekulák méretének meghatározása csak speciális módszerek kidolgozása után vált lehetségessé: elektronmikroszkópia, ultracentrifugálás, elektroforézis. A teljes hidrolízis során ezek a molekulák purin és peirimidin bázisokra, pentagonális monoszacharidra, dezoxiribózra és foszforsavra bomlanak.

Purin bázisok - purin származékok. Ezek közé tartoznak a nukleinsav vegyületek adeninÉs guanin:

Pirimidin bázisok nukleinsavakban található - citozinÉs timin a DNS-ben citozinÉs uracil az RNS-ben ezek pirimidin-származékok:

A timin metilcsoport (-CH 3) jelenlétében különbözik az uraciltól. A purin és pirimidin bázisokat ún nitrogéntartalmú bázisok.

A nukleinsavak enyhe hidrolízise olyan vegyületeket eredményezett, amelyeknek a dezoxiribóz egy N2 atomon keresztül purin- vagy pirimidinbázishoz kapcsolódik. Az ilyen vegyületeket ún nukleozidok. A nukleozidok egy foszforsavmolekulával kombinálva összetettebb anyagokat képeznek - nukleotidok. Ezek a DNS és RNS nukleinsavak monomerei.

Így, A nukleotid nitrogéntartalmú bázis, cukor-pentóz és foszforsav maradékaiból áll.

Erwin Chaargaf szabálya.

A DNS nukleotid-összetételét először egy amerikai biokémikus elemezte kvantitatívan Erwin Chaargaf, aki 1951-ben bebizonyította, hogy a DNS négy bázist tartalmaz. E. Chaargaf felfedezte, hogy minden általa vizsgált fajnál a purinbázis adenin mennyisége (A) megegyezik a pirimidinbázis timin mennyiségével (T), azaz A=T.

Hasonlóképpen, a purinbázis guanin mennyisége (G) mindig egyenlő a citozin pirimidinbázisának mennyiségével (C), azaz G=C. És így, a purin DNS száma mindig megegyezik a pirimidin DNS számával, azaz az adenin mennyisége megegyezik az imin mennyiségével, a guanin mennyisége pedig a citozin mennyiségével. Ezt a mintát hívják Chaargaf szabályok.

DNS Watson és Crick modell. Szerkezet. Összetett. Funkciók.

1950-ben angol fizikus Maurice Hugh Wilkins kapott egy röntgenfelvételt a DNS-ről. Megmutatta, hogy a DNS-molekulának van egy bizonyos másodlagos szerkezete, amelynek dekódolása segítene megérteni a DNS működési mechanizmusát. A nagy tisztaságú DNS-en kapott röntgenképek megengedettek Rosalind Franklin, Wilkins kollégája, lásd egy világos kereszt alakú mintát – a kettős spirál azonosító jelét. Ismertté vált az is, hogy a nukleotidok 0,34 nm távolságra helyezkednek el egymástól, és a spirál fordulatánként 10 darab van belőlük. Egy DNS-molekula átmérője körülbelül 2 nm. A röntgendiffrakciós adatokból azonban nem volt világos, hogyan tartják össze a láncokat a DNS-molekulákban.

A kép 1953-ban vált teljesen világossá, amikor James Watson amerikai biokémikus és Francis Crick angol fizikus a DNS szerkezetére vonatkozó ismert adatok összességét mérlegelve arra a következtetésre jutott, hogy a cukor-foszfát gerinc a DNS perifériáján helyezkedik el. DNS-molekula, középen pedig a purin és pirimidin bázis található. Ráadásul az utóbbiak úgy vannak orientálva, hogy az ellentétes láncok bázisai között hidrogénkötések jöhetnek létre. Az általuk épített modellből kiderült, hogy az egyik láncban lévő purin mindig a másik láncban lévő másik pirimidinhez kapcsolódik.

Az ilyen párok a molekula teljes hosszában azonos méretűek. Ugyanilyen fontos, hogy az adenin csak a timinnel, a guanin pedig csak a citozinnal tud párosulni. Ebben az esetben két hidrogénkötés jön létre az adenin és a timin között, három pedig a guanin és a citozin között.

A DNS-szálak mindegyikében a bázisok minden lehetséges módon váltakozhatnak. Ha egy lánc bázisainak sorrendje ismert (pl. T – C – G – C – A – T), akkor a párosítás sajátossága miatt ( kiegészítés elve azok. komplementaritás) azonossá válik és partnerének bázissorrendje - a második lánc ( A – G – C – G – T – A). Az ellentétes szekvenciákat és a megfelelő polinukleotid láncokat nevezzük kiegészítő. Bár a bázispárokat stabilizáló hidrogénkötések viszonylag gyengék, minden DNS-molekula annyi párat tartalmaz, hogy fiziológiás körülmények között (hőmérséklet, pH) a komplementer szálak soha nem válnak el maguktól.

Az 50-es évek elején nagy csoport tudósok egy angol tudós irányítása alatt A. Todd meghatározta az egy lánc nukleotidjait összekötő kötések pontos szerkezetét. Mindezek a kötések azonosnak bizonyultak: a szénatom a dezoxiribóz-maradék 5"-es pozíciójában (a számok prímekkel jelzik szénatomok egy öttagú cukorban - ribóz vagy dezoxiribóz) egy nukleotid egy foszfátcsoporton keresztül kapcsolódik a szomszédos nukleotid 3'-helyzetében lévő szénatomhoz. Nem voltak jelei szokatlan kapcsolatoknak. A. Todd és munkatársai arra a következtetésre jutottak, hogy a DNS polinukleotid láncai, valamint a fehérje polipeptidláncai szigorúan lineárisak. A cukrok és a foszfátcsoportok között szabályosan elrendezett kötések alkotják a polinukleotid lánc gerincét.

Az egyik lánc 5' végével szemben található a komplementer lánc 3' vége nem párhuzamos.

A Földön élő összes szervezetben a DNS-t kétszálú spirális molekulák képviselik. Ez alól kivételt képeznek egyesek egyszálú DNS-molekulái fágok– baktériumsejteket megfertőző vírusok. Ezek az egyszálú DNS-ek mindig kör alakúak. A kettős szálú DNS lehet cirkuláris vagy lineáris. A baktériumok csak körkörös DNS-t tartalmaznak. A növények, gombák és állatok egyaránt rendelkeznek lineáris (a sejtmagban) és körkörös (kloroplasztiszokban és mitokondriumokban) molekulákkal.

A DNS funkciói:

Adattárolás

Genetikai információ átvitele és reprodukciója generációkon keresztül

A DNS határozza meg, hogy mely fehérjéket és milyen mennyiségben kell szintetizálni