Struktura nukleotydowa: 9 interesujących faktów do poznania

Spis treści

Z wyjątkiem niektórych wirusów, DNA jest wszechobecne w żywych formach (z wyjątkiem wirusów RNA) i działa jako materiał genetyczny w prawie każdej żywej formie. Nukleotyd jest uważany za cegiełki do syntezy kwasów nukleinowych (RNA i DNA). Oprócz udziału w syntezie kwasów nukleinowych, nukleotydy biorą również udział w różnych innych funkcjach komórkowych, w zależności od ich właściwości chemicznych i strukturalnych.

Kluczowe pojęcie i terminy

RNA (kwas rybonukleinowy): jest obecny we wszystkich komórkach wykazujących aktywność metaboliczną. Jest produkowany z DNA i bierze udział w Synteza białka zgodnie ze wskazówkami podanymi przez DNA. RNA działa jako mediator między informacją genetyczną a jej ekspresją. Ponieważ kolejność ekspresji informacji genetycznej jest od DNA –> RNA –> Białka.

DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy): DNA jest wszechobecne w prawie wszystkich żywych organizmach. DNA może samoreplikować się i syntetyzować swoje kopie. Jednak ten proces replikacji jest inicjowany i kończony przez Enzym polimerazy DNA. DNA zawiera informację genetyczną i znajduje się w prawie każdej komórce naszego ciała (brak w krwinkach czerwonych). DNA ma strukturę podobną do podwójnej helisy.

Monomer: Monomer to jednostka (monomer; „mono” oznacza jeden), która łączy się z innymi podobnymi jednostkami, tworząc większą jednostkę (polimer).

Polimer: Polimer to większa jednostka (polimer; „poli” oznacza wiele) lub jednostka powstała w wyniku połączenia mniejszych jednostek (monomerów).

Puryny: Dwupierścieniowa struktura zasad azotowych jest znana jako puryny (guanina i adenina)

Pirymidyna: Pojedyncza pierścieniowa struktura podstawowa azotu jest znana jako pirymidyna (Uracyl, Tymina i Cytozyna)

Pirymidyny i puryny są składnikami zasad azotowych występujących w DNA i RNA.

Co to jest nukleotyd? | Z czego zbudowane są nukleotydy?

Nukleotydy to jednostki monomeryczne, które łączą się, tworząc większe cząsteczki (polimery), takie jak RNA i DNA. Nukleotydy służą jako podstawowa strukturalna i podstawowa jednostka nici polinukleotydowej. Nukleotydy są odpowiedzialne za syntezę materiału genetycznego wszystkich form życia na tej planecie.

Niezależnie od organizmu i miejsca występowania nukleotyd zawiera trzy podstawowe składniki chemiczne, którymi są:

  • Grupa fosforanowa (co najmniej jedna)
  • Cukier pentozowy (cukier pięciowęglowy, który może być rybozą lub dezoksyrybozą)
  • Baza azotowa (pirymidyna puryny)
struktura nukleotydowa
Rysunek: Struktura nukleotydu i podstawowa różnica między nukleotydami mono, di i trifosforanami https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide_nucleoside_general_vi.svg

Nukleotydy łączą się ze sobą, tworząc nici kwasu nukleinowego lub polinukleotydu, często uważane za łańcuch DNA.

Nukleotydy czasami działają niezależnie (ekspresja genów) lub biorą udział w innych procesach komórkowych (kataliza i sygnalizacja).

Struktura nukleotydowa | Monomer nukleotydowy

Aby zrozumieć zróżnicowane funkcjonowanie nukleotydów, musimy skupić się na sposobie ich budowy i łączeniu się, aby stać się kwasem nukleinowym. 

Zasady nukleotydowe (zasady azotowe)

Nukleotydy są różnicowane i klasyfikowane na podstawie obecności różnych zasad azotowych. Generalnie w genomie każdego organizmu znajduje się pięć typów zasad azotowych.

  • Uracyl
  • Tymina
  • Guanine
  • Cytozyna
  • adenina

Nazwę nukleotydu określa zasada azotowa i liczba obecnych w niej grup fosforanowych. Załóżmy na przykład, że jeśli nukleotyd zawiera guaninę i jedną grupę fosforanową, wówczas nukleotyd będzie nazwany monofosforanem guanozyny (GMP). Tutaj, guanozyna odnosi się do guaniny i monofosforan odnosi się do pojedynczego fosforanu obecnego w GMP. 

Zasady azotowe są szeroko klasyfikowane na podstawie liczby obecnych pierścieni na dwa typy, a mianowicie puryny i pirymidyny. Puryny obejmują adeninę i guaninę (nazywane są odpowiednio adenozyną i guanozyną, gdy są obecne w DNA lub RNA. Ich nazwa zazwyczaj kończy się sufiksem „sine”). W przeciwieństwie do tego, pirymidyny obejmują tyminę, cytozynę i uracyl (nazywa się je odpowiednio tymidyną, cytydyną i urydyną, gdy są obecne w DNA lub RNA. Ich nazwa zazwyczaj kończy się sufiksem „dyna”).

Adenina (A): Adenina to purynowa zasada azotowa o wzorze chemicznym C5H5N5. Nukleotyd zawierający adeninę jest znany jako adenozyna. Adenina wiąże się z tyminą za pomocą dwóch wiązań wodorowych. Te interakcje pomagają w stabilizacji struktury DNA lub RNA. Adenina jest również obecna w ATP (Adenozynotrifosforan), który bierze udział w różnych procesach komórkowych i reakcjach napędzanych energią.

adenina
Rysunek: Struktura adeniny, purynowej zasady azotowej
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenine.svg

Cytozyna (C): jest to pirymidynowa zasada azotowa o wzorze chemicznym C4H5N3O. Nukleotyd zawierający zasadę cytozyny jest znany jako Cytydyna. Posiada aromatyczny sześcioczłonowy pierścień heterocykliczny. Cytozyna łączy się z guaniną za pomocą trzech wiązań wodorowych. Te interakcje pomagają w stabilizacji struktury DNA lub RNA. Cytozyna w postaci wolnych nukleotydów jest często zaangażowana w katalizę reakcji, takich jak konwersja ADP do ATP.

Struktura chemiczna cytozyny
Rysunek: Struktura cytozyny, pirymidynowa zasada azotowa
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cytosine_chemical_structure.svg

Guanina (G): Guanina jest purynową zasadą azotową o wzorze chemicznym C5H5N5O. Nukleotyd zawierający guaninę jest znany jako guanozyna. Guanina jest strukturą dwupierścieniową ze sprzężonymi pojedynczymi, podwójnymi wiązaniami, tworzy trzy wiązania wodorowe z cytozyną i stabilizuje strukturę DNA.

Guanine
Rysunek: Struktura guaniny, purynowej zasady azotowej
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guanine.svg

Tymina (T): Jest to pirymidynowa zasada azotowa o wzorze chemicznym C5H6N2O2. Nukleotyd zawierający zasadę tyminową jest znany jako tymidyna. Wygląda jak skondensowany pierścień i tworzy dwa wiązania wodorowe z Adeniną, co pomaga ustabilizować strukturę DNA. 

tymina
Rysunek: Struktura tyminy, pirymidynowej zasady azotowej
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thymine_(structural_formula).png#/media/File:Thymine_(structural_formula).png

Uracyl (U): jest to pirymidynowa zasada azotowa występująca wyłącznie w DNA. Działa jak słaby kwas i ma wzór chemiczny C4H4N2O2. Nukleotyd zawierający Uracyl jest znany jako Urydyna. Uracyl różni się od tyminy tylko brakiem grupy metylowej; stąd jego struktura jest podobna do tyminy.

Uracyl
Rysunek: Struktura uracylu, pirymidynowej zasady azotowej występującej wyłącznie w RNA
https://www.flickr.com/photos/71728339@N03/6480986657

Cukier pentozowy (monosacharydy)

Cukier pentozowy jest niezbędnym elementem w tworzeniu nukleotydu, a także stanowi szkielet struktury kwasów nukleinowych. Cukier pentozowy zawiera pięć atomów węgla. Nukleotydy mają dwa rodzaje cukrów pentozowych:

  • Deoksyryboza (znaleziono w DNA)
  • Ryboza (znaleziono w RNA)
robak dr
Rysunek: Struktura rybozy (po lewej) i dezoksyrybozy (po prawej). W strukturze dezoksyrybozy brakuje jednego atomu tlenu https://commons.wikimedia.org/wiki/File:The_difference_between_ribose_and_deoxyribose.png

Grupa fosforanowa 

Grupy fosforanowe obecne w nukleotydach pochodzą z kwasu fosforowego. Ma ogólną formułę (PO4)3- i występuje w nukleotydach jako mono, di lub trifosforany. Nukleotyd zawierający jeden, dwa i trzy fosforany to monofosforan, difosforan i trifosforan.

Dokładne nazewnictwo nukleotydów odbywa się poprzez uwzględnienie cukru, zasady azotowej i liczby obecnych grup fosforanowych. Na przykład ATP to trifosforan adenozyny, podczas gdy dGDP to difosforan deoksyguanozyny. Litera „d” w nazwie nukleotydu wskazuje na obecność cukru dezoksyrybozy w nukleotydzie.

jon fosforanowy
Rysunek: Struktura grupy fosforanowej. Obecność grupy fosforanowej jest kryterium odróżniania nukleozydu od nukleotydu https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphat-Ion.svg

Co robią nukleotydy?

DNA i RNA osobnika są zazwyczaj zbudowane z ciągów kwasów nukleinowych (polinukleotydów). Ekspresja genów wewnątrz komórek organizmów nieustannie się zmienia, a komórki organizmu jednocześnie rosną i umierają.

Podczas całego procesu kluczową rolę odgrywają nukleotydy.

  • Nukleotydy regulują proces w kombinacjach jak w kwasach nukleinowych
  • Nukleotydy regulują również proces metaboliczny, gdy są obecne w postaci wolnej (niezwiązanej z kwasem nukleinowym)

Gdy nukleotydy tworzą strukturę podwójnej helisy DNA, tworzą komplementarne pary zasad wśród nukleotydów obecnych na przeciwnych niciach polinukleotydowych. 

Zasadą komplementarności kciuka jest to, że puryna obecna na jednej nici par zasad z komplementarną pirymidyną obecną na drugiej nici (pary guanin z Cytozyna i Adenina pary z tyminą). 

  • Puryny obejmują guaninę i adeninę
  • Pirymidyny obejmują uracyl, tyminę i cytozynę

nukleotydy DNA

Oto nukleotydy, które tworzą DNA:

Trifosforan dezoksyguanozyny (dGTP): To nukleotyd purynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru dezoksyrybozy i zasady guaninowej.

Trifosforan dezoksytymidyny (dTTP): To nukleotyd pirymidynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru dezoksyrybozy i zasady tyminy.

Trifosforan dezoksycytydyny (dCTP): To nukleotyd pirymidynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru dezoksyrybozy i zasady cytozyny.

Trifosforan dezoksyadenozyny (dATP): To nukleotyd purynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru dezoksyrybozy i zasady adeninowej.

nukleotydy RNA

Oto nukleotydy, które tworzą RNA:

Trifosforan guanozyny (GTP): To nukleotyd purynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru rybozy i zasady guaninowej.

Trifosforan urydyny (UTP): To nukleotyd pirymidynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru rybozy i zasady uracylowej.

Trifosforan cytydyny (CTP): To nukleotyd pirymidynowy złożony z trzech grup fosforanowych, cukru rybozy i zasady cytozyny.

Trójfosforan adenozyny (ATP): To purynowy nukleotyd składający się z trzech grup fosforanowych, rybozy cukier i adenina baza.

Darmowe nukleotydy

Tylko trifosforany nukleotydów łączą się, tworząc kwasy nukleinowe, monofosforany nukleotydów i difosforany nukleotydów nie włączają się do nici polinukleotydowych i są obecne w komórce jako wolne nukleotydy. Jednak nukleotydy mono- i difosforanowe biorą udział w innych istotnych procesach komórkowych i metabolizmie. Wolne nukleotydy działają również jako koenzymy dla różnych enzymów katalizujących reakcje biochemiczne. 

Powiedzmy na przykład, że ATP działa jako bogata w energię cząsteczka i koenzym w wielu reakcjach biochemicznych. ATP jest często potrzebne do zainicjowania różnych reakcji biochemicznych w naszym ciele. 

Wolne nukleotydy również odgrywają rolę w apoptozie komórek. Zmiany w nukleotydach aktywują proteasomalną maszynerię komórki, która prowadzi komórkę do zaprogramowanej śmierci komórki, znanej również jako apoptoza. Apoptoza to ważne zjawisko zachodzące wewnątrz naszego organizmu. Nadaje naszemu ciału odpowiedni kształt, a także zapobiega różnym chorobom genetycznym.

Wnioski

W tym artykule omówiliśmy szczegółowa struktura nukleotydów. Odgrywają kluczową rolę w tworzeniu materiału genetycznego (DNA i RNA). Odgrywają one jednak również rolę w rozpadzie i degradacji uszkodzonych komponentów komórkowych, co zostanie omówione w naszych nadchodzących postach. 

Wywiad Pytania i odpowiedzi związane z tym tematem

Q1 Wymień cztery rodzaje nukleotydów?

Odpowiedź: W DNA i RNA występuje pięć typów nukleotydów. Mianowicie: Adenina, Guanina, Tymina, Cytozyna i Uracyl. Z czego adenina, guanina i cytozyna są powszechne wśród DNA i RNA. Podczas gdy DNA zawiera tyminę, a RNA zawiera Uracyl zamiast tyminy.

P2 Wymień trzy składniki nukleotydu?

Odpowiedź: Nukleotyd zawiera trzy składniki strukturalne (cegiełki), które są następujące:

  • zasada azotowa [puryna (adenina i guanina) lub pirymidyna (tymina i cytozyna)], 
  • cukier pięciowęglowy (cukier rybozowy w przypadku RNA i cukier dezoksyrybozowy w przypadku DNA) 
  • i grupę fosforanową.

Q3 Jaka jest funkcja nukleotydów?

Odpowiedź: Podstawową funkcją nukleotydu jest budowa DNA i RNA, w których przechowywana jest informacja genetyczna organizmu. Nukleotydy biorą także udział w komórkowych szlakach sygnałowych (cAMP pełni rolę przekaźnika wtórnego). Nukleotydy, takie jak ATP i GTP, często biorą udział w mechanizmach napędzanych energią organizmu. Niektóre nukleotydy, takie jak NAD, NADH, NADP, NADPH itp., Często działają jako kofaktor dla enzymów realizujących różne procesy metaboliczne.

Q4 Gdzie znajdują się nukleotydy?

Odpowiedź: Nukleotydy są obficie obecne w komórce jądro, ponieważ są one budulcem DNA lub RNA. Niektóre nukleotydy są obecne w cytoplazmie, ponieważ biorą również udział w szlakach biochemicznych. Wreszcie, nukleotydy zaangażowane w komórkowe szlaki sygnałowe są również obecne w środowiskach pozakomórkowych.

P5 Czy DNA jest nukleotydem?

Odpowiedź: DNA zawiera dużą liczbę nukleotydów. Dlatego jest znany jako polinukleotyd. 

Q6 Co to jest diagram nukleotydów?

Odpowiedź: Aby uzyskać szczegółowe informacje na temat struktury nukleotydów Kliknij tutaj

Q7 Jak powstaje nukleotyd?

Odpowiedź: Tworzenie nukleozydu jest podstawowym etapem tworzenia nukleotydu. Nukleozyd jest syntetyzowany po połączeniu cukru pentozowego z zasadą azotową przez wiązanie N-glikozydowe. Utworzony nukleozyd reaguje z grupą fosforanową i przechodzi reakcję estryfikacji, aby wytworzyć nukleotyd. Pod względem chemicznym nukleotyd jest estrem fosforanowym nukleozydu.

Q8 Nukleotyd vs nukleozyd

Odpowiedź: Podstawową różnicą między nukleotydem a nukleozydem jest obecność grupy fosforanowej. Nukleozyd zawiera zasadę azotową i cukier rybozy, podczas gdy baza azotowa zawiera zasadę azotową, cukier rybozy i grupę fosforanową.

Q9 Jakie pary nukleotydów z cytozyną?

Odpowiedź: Guanina tworzy komplementarną parę zasad z cytozyną. Guanina tworzy trzy wiązania wodorowe z cytozyną. To parowanie zasad guanina i cytozyna jest główną siłą stabilizującą DNA.

Q10 Nazwij nukleotyd, którego nie ma w RNA?

Odpowiedź: Tyminy nie ma w RNA. Uracil można znaleźć tylko w RNA jako zamiennik tyminy. Tymina bierze udział w mechanizmach naprawczych, ale taki mechanizm naprawczy nie jest wymagany w RNA. Stąd RNA zawiera Uracyl w miejsce tyminy.

Q11 jaki nukleotyd jest zawsze sparowany z tyminą?

Odpowiedź: Adenina zawsze łączy się z tyminą. Komplementarną parą zasad dla tyminy jest adenina w układzie biologicznym. Adenina jednej nici DNA tworzy dwa wiązania wodorowe z tyminą drugiej nici DNA, co przyczynia się do stabilizacji DNA.

P12 Gdzie znajduje się nukleotyd w komórce?

Odpowiedź: nukleotydy znajdują się w całej protoplazmie komórki. Ale obficie znajduje się w jądrze. Nukleotydy znajdują się również w środowisku cytoplazmy i zewnątrzkomórkowym.

Q13 gdzie jest nukleotyd na nici DNA?

Odpowiedź: Nić DNA jest znana jako nić polinukleotydowa; stąd składa się z wielu jednostek nukleotydów. Nukleotydy znajdują się na całej długości DNA.

Q14 Jaki nukleotyd połączy się z guaniną?

Odpowiedź: Cytozyna obecna na drugiej nici DNA tworzy komplementarną parę zasad z guaniną. Pomiędzy cytozyną jednej nici DNA i guaniną drugiej nici DNA powstają trzy wiązania wodorowe.

P16. Wymień trzy składniki jednego nukleotydu?

Odpowiedź: Trzy podstawowe składniki pojedynczego nukleotydu to: zasada azotowa (puryna lub pirymidyna), cukier rybozy (ryboza lub dezoksyryboza) oraz grupa fosforanowa.

P18. Jak możesz porównać i skontrastować zasady nukleotydowe i azotowe?

Odpowiedź: Nukleotyd jest podstawową jednostką kwasów nukleinowych (DNA/RNA), która obejmuje zasadę azotową, cukier rybozy i grupę fosforanową. Natomiast sam azot jest jednym ze składników nukleotydu.

P19. Co oznacza analog nukleotydu?

Odpowiedź: Analog nukleotydu jest pochodną standardowych nukleotydów lub strukturalnie podobnych cząsteczek, które wyglądają jak nukleotydy, ale nie pełnią funkcji zwykle wykonywanej przez nukleotydy.

P20. Jakie części nukleotydu DNA są najważniejsze?

Odpowiedź: Nukleotydy są charakteryzowane na podstawie obecności pewnego rodzaju zasady azotowej. Dlatego zasada azotowa jest najważniejszą częścią nukleotydu. DNA przechowuje informację genetyczną w postaci sekwencji nukleotydów. Obecność różnych zasad azotowych odpowiada za tworzenie kombinacji i sekwencji w DNA.

Przeczytaj także:

Zostaw komentarz