Nukleotydy to monomery jednostkowe kwasów nukleinowych.
In vivo, czyli wewnątrz komórki, istnieją dokładnie dwie metody syntezy nukleotydów – ratowanie i de novo. Ratunkiem jest rozkładanie starych kwasów nukleinowych, natomiast metodą de novo syntetyzujemy nowe cząsteczki nukleotydów.
Jak więc powstają nukleotydy? Anaboliczny proces biochemicznego łączenia grupy fosforanowej, cukru pentozowego (rybozy lub deoksyrybozy) i zasady azotowej nazywany jest syntezą nukleotydów de novo. Z drugiej strony, niszczenie kwasów nukleinowych jest procesem katabolicznym, z którego części mogą być uratowane przez ścieżkę ratunkową w celu wytworzenia również nowych nukleotydów.
Jak powstaje nukleotyd w DNA?
Nukleotydy składają się z monomerów trimerycznych zwanych nukleotydami. Długie łańcuchy tych nukleotydów tworzą polimery kwasu nukleinowego, takie jak DNA i RNA.
Nukleotyd DNA składa się z 3 głównych składników - cukru pentozowego (deoksyrybozy), grupy fosforanowej i zasady azotowej. W DNA można znaleźć w sumie cztery różne zasady azotowe, w tym: adeninę, guaninę, tyminę i cytozynę.
Obraz: Wikipedia
Wszystkie nukleotydy składają się z trzech oddzielnych podjednostek chemicznych: pięciowęglowej cząsteczki cukru, nukleozasady (razem nazywanej nukleozydem) i jednej grupy fosforanowej. W zależności od cukier i zasady azotowej możemy różnić się nukleotydem 2 różnych kwasów nukleinowych.
Skąd pochodzą nukleotydy?
Nukleotydy mogą być wytwarzane in vitro (poza żywym organizmem) lub in vivo (wewnątrz żywego organizmu).
Naukowcy często używają w laboratorium grup takich jak amidofosforyn do wytwarzania nukleotydów in vitro. Nukleotydy mogą być wytwarzane od podstaw (mechanizm de novo) w organizmie (in vivo) lub poddawane recyklingowi poprzez mechanizmy ratunkowe.
Ścieżka ratunkowa to taka, w której produkt biologiczny powstaje z produktów pośrednich reakcji wytworzonych podczas pozbycia się biocząsteczki. Ratowanie nukleotydów, w którym nukleotydy (puryny i pirymidyna) są wytwarzane z półproduktów, które są katabolizowane lub degradowane.
Obraz: Wikipedia
Zasady i nukleozydy, które powstają podczas rozpadu RNA i DNA, są odzyskiwane w procesach odzyskiwania nukleotydów. Jest to istotne w przypadku niektórych narządów, ponieważ niektórych tkanek nie da się zsyntetyzować od podstaw. Nukleotydy można następnie wytworzyć z odzyskanych towarów. Badania nad lekami koncentrują się na drogach ratunkowych, z których jedna znana jest jako antyfoliany.
Zamiast recyklingu lub częściowego rozkładu produktów ubocznych, ścieżka de novo odnosi się do wytwarzania nowych złożonych związków molekularnych z prostych cząsteczek, takich jak cukry lub aminokwasy. Na przykład nukleotydy nie są wymagane w diecie, ponieważ mogą składać się z maleńkich cząsteczek prekursorów, takich jak mrówczan i asparaginian. Metionina jest niezbędnym aminokwasem, ponieważ organizm nie może jej syntetyzować od podstaw. Stąd jedynym sposobem wprowadzania danych jest nasza dieta.
Szlak syntezy nukleotydów:
Jak omówiono powyżej, synteza nukleotydów odbywa się głównie dwoma metodami:
Tutaj szczegółowo omówimy 2 procesy.
SYNTEZA NUKLEOTYDÓW DE NOVO:
De novo to łacińskie słowo, które tłumaczy się jako „od początku”. Może również oznaczać „od nowa”, „od zera” lub „od samego początku”. Enzymy szlaku de novo wykorzystują 5-fosforybozylo-1-pirofosforan (PRPP) do wytwarzania nowych nukleotydów purynowych i pirymidynowych „od podstaw”, wykorzystując proste biomolekuły, takie jak aminokwasy i tetrahydrofolian.
W porównaniu z procesem ratunkowym, ten mechanizm syntezy nukleotydów ma duże zapotrzebowanie energetyczne. Na przykład pięć z 12 etapów syntezy puryn de novo wymaga hydrolizy ATP lub GTP, chociaż wystarczy jeden proces cyklu ratunkowego.
Obraz: Wikipedia
Oba te szlaki biosyntezy mają coś wspólnego – obecność niektórych białek określanych jako „enzymy porządkowe”. Jednak biorąc pod uwagę, że są one dość istotne dla regulacji komórkowych, uważa się, że są one obecne w niewielkich ilościach we wszystkich żywych komórkach. Chociaż zakłada się, że enzymy na drodze de novo znajdują się w plastydach, enzymy cyklu ratunkowego można znaleźć w kilku przedziałach.
Wolne zasady azotowe, takie jak adenina (A), guanina (G), cytozyna (C), tymina (T) i uracyl (U) nie są używane w szlak nukleotydów de novo. W trakcie całego procesu pierścień purynowy jest zbudowany z jednego lub kilku atomów na raz i połączony z rybozą. Pierścień pirymidynowy powstaje przez przyłączenie orotanu do fosforanu rybozy, a następnie przekształcenie go w zwykłe nukleotydy pirymidynowe.
ŚCIEŻKA RATUNKOWA:
Zasady i nukleozydy są odzyskiwane z RNA i Degradacja DNA lub źródła zewnętrzne i przekształcone z powrotem w nukleotydy w procesach odzyskiwania nukleotydów. Jest to istotne w niektórych narządach, ponieważ niektórych tkanek nie da się zsyntetyzować od podstaw. ten nukleotydy można następnie wytworzyć z odzyskanych towarów. Badania nad lekami koncentrują się na drogach ratunkowych, z których jedna znana jest jako antyfoliany.
Obraz: Wikipedia
Różnorodne nukleazy rozkładają kwasy nukleinowe na ich składowe nukleotydy. Nukleozydy są dalej rozkładane przez kilka zasad nukleinowych i fosfataz. Zasady składowe są uwalniane w trzecim etapie hydrolizy przez nukleozydazy i fosforylazy nukleozydowe.
Etapy syntezy puryn i pirymidyny są nieco inne. Tutaj omówimy niektóre z nich:
- Ścieżka ratunkowa pirymidyny
W przypadku Uracila: Fosforylaza pirymidynowo-nukleozydowa lub po prostu fosforylaza urydynowa po prostu zastępuje wolny uracyl na anomerycznym fosforanie rybozy 1-fosforanu związanym z węglem urydyną.
Kinaza urydynowa (znana również jako kinaza urydynowo-cytydynowa) może następnie fosforylować węgiel 5' nukleozydu, aby wytworzyć monofosforan urydyny (UMP). Kinaza UMP/CMP przekształca UMP w difosforan urydyny, który to kinaza nukleozydowo-difosforanowa przekształca w trifosforan urydyny.
W przypadku Cytydyny: Zarówno cytydyna nukleozydowa, jak i deoksycytydyna są zwykle ratowane przez enzym deaminazę cytydynową i przekształcane odpowiednio w urydynę i dezoksyurydynę. Alternatywnie, mogą być fosforylowane przez kinazę urydyno-cytydynową do monofosforanu cytydyny (CMP) lub monofosforanu deoksycytydyny (DMP) przez kinazę urydyno-cytydynową (d-CMP).
Enzym kinaza UM Pkinase lub CMP przekształca dCMP w difosforan cytydyny lub difosforan deoksycytydyny. Ten difosforan cytydyny jest przekształcany w trifosforan cytydyny lub trifosforan deoksycytydyny przez enzym kinazę nukleozydowo-difosforanową.
W przypadku tyminy: Tymidyna jest zawracana do produkcji dTMP przez enzym zwany kinazą tymidynową. Fosforylaza tymidynowa lub fosforylaza pirymidynowo-nukleozydowa dodaje grupę 2-deoksy-alfa-D-rybozo-1-fosforanową do tyminy, tworząc deoksynukleozyd tymidynę, który występuje, gdy tymina wiąże się z 5'C dezoksyrybozy. Kinaza tymidynowa następnie fosforyluje węgiel 5' tego związku, tworząc monofosforan tymidyny (TMP). TMP może być fosforylowany przez kinazę tymidylanową do difosforanu tymidyny, który może być następnie fosforylowany przez kinazę difosforanu nukleozydu do trifosforanu tymidyny.
- Ścieżka odzyskiwania puryn
W przypadku guaniny: Kinaza guanozynowa przetwarza guanozynę w celu wytworzenia GMP. Fosforylaza guanozynowa może przekształcić ją w guaninę, która następnie może zostać przekształcona w GMP przez fosforybozylotransferazę guaninową.
W przypadku Adeniny: Kinaza adenozynowa może wykorzystywać adenozynę bezpośrednio w produkcji AMP lub nukleozydaza adenozyny i fosforybozylotransferaza adeninowa mogą wykorzystywać adeninę.
W biosyntezie IMP adenina może zostać poddana recyklingowi poprzez szereg procesów, w których pośredniczą cztery enzymy:
- fosforylaza adenozynowa dająca adenozynę,
- dezaminazę adenozynową wytwarzającą inozynę,
- fosforylazy inozyny, która daje hipoksantynę i
- IMP zsyntetyzowany przez fosforybozylotransferazę hipoksantynową.
Przeczytaj także:
- Czy w mitochondriach zachodzi glikoliza?
- Przykłady grzybów królestwa
- Czy polimeraza DNA jest enzymem
- Czy jądro jest organellą komórkową?
- Komórka bez cytoplazmy
- Różnorodność genetyczna w mejozie
- Jaka jest funkcja rybosomów
- Niezależna od światła reakcja fotosyntezy
- Jak powstaje atp podczas fotosyntezy 2
- Czy cytoplazma jest organellą
Nazywam się Trisha Dey i jestem absolwentką bioinformatyki. Kontynuowałem studia magisterskie na kierunku Biochemia. Uwielbiam czytać. Moją pasją jest także nauka nowych języków.
Połączmy się poprzez link w: