Нуклеотиды

всеобщность

Нуклеотиды - это органические молекулы, из которых состоят нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты являются биологическими макромолекулами, имеющими фундаментальное значение для выживания живого организма, а нуклеотиды являются строительными блоками, которые их составляют.

Все нуклеотиды имеют общую структуру, которая включает три молекулярных элемента: фосфатную группу, пентозу (то есть сахар с 5 атомами углерода) и азотистое основание.

В ДНК пентоза является дезоксирибозой; в РНК, однако, это рибоза.

Присутствие дезоксирибозы в ДНК и рибозы в РНК представляет собой основное различие между нуклеотидами, составляющими эти две нуклеиновые кислоты.

Второе важное различие касается азотистых оснований: нуклеотиды ДНК и РНК имеют между собой только 3 из 4 связанных с ними азотистых оснований.

Что такое нуклеотиды?

Нуклеотиды - это органические молекулы, которые составляют мономеры нуклеиновых кислот ДНК и РНК .

Согласно другому определению, нуклеотиды - это молекулярные единицы, из которых состоят нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.

Химические и биологические мономеры определяют молекулярные единицы, которые, будучи расположены в виде длинных линейных цепей, составляют большие молекулы ( макромолекулы ), более известные как полимеры .

Общая структура

Нуклеотиды имеют молекулярную структуру, которая включает три элемента:

• Фосфатная группа, которая является производным фосфорной кислоты;
• Сахар с 5 атомами углерода, то есть пентоза ;
• Азотистое основание, которое представляет собой ароматическую гетероциклическую молекулу.

Пентоза является центральным элементом нуклеотидов, поскольку фосфатная группа и азотистое основание связываются с ней.

Рисунок: элементы, которые составляют общий нуклеотид нуклеиновой кислоты. Как видно, фосфатная группа и азотистая основа связаны с сахаром.

Химическая связь, которая удерживает пентозу и фосфатную группу вместе, представляет собой фосфодиэфирную связь (или связь фосфодиэфирного типа), тогда как химическая связь, которая объединяет пентозу и азотистое основание, представляет собой N-гликозидную связь (или N-гликозидную связь). ).

КАКИЕ УГЛЕРОДЫ PENTOSO УЧАСТВУЮТ В РАЗЛИЧНЫХ УЗЛАХ?

Предпосылка: химики подумали о нумерации углей, из которых состоят органические молекулы, таким образом, чтобы упростить их изучение и описание. Тогда вот, что 5 углей пентозы становятся: углерод 1, углерод 2, углерод 3, углерод 4 и углерод 5. Критерий для назначения чисел довольно сложный, поэтому мы считаем целесообразным его опустить.

Из 5 углей, которые образуют пентозу нуклеотидов, те, которые участвуют в связях с азотистым основанием и фосфатной группой, представляют собой, соответственно, углерод 1 и углерод 5 .

• Пентозный углерод 1 → N-гликозидная связь → азотистое основание
• Пентозный углерод 5 → фосфодиэфирная связь → фосфатная группа

НУКЛЕОТИДЫ НУКЛЕОЗИДЫ С Фосфатной группой

Рисунок: Структура пентозы, нумерация составляющих ее атомов углерода и связей с азотистым основанием и фосфатной группой.

Без элемента фосфатной группы нуклеотиды становятся нуклеозидами .

Нуклеозид, по сути, представляет собой органическую молекулу, происходящую из союза пентозы и азотистого основания.

Эта аннотация служит для объяснения некоторых определений нуклеотидов, в которых говорится: «нуклеотиды - это нуклеозиды, которые имеют одну или несколько фосфатных групп, связанных с углеродом 5».

Разница между ДНК и РНК

Нуклеотиды ДНК и РНК отличаются друг от друга со структурной точки зрения.

Основное различие заключается в пентозе : в ДНК пентозой является дезоксирибоза ; в РНК, однако, это рибоза .

Дезоксирибоза и рибоза различны только для одного атома: фактически, на углероде 2 дезоксирибозы отсутствует атом кислорода (NB: есть только один водород), который, напротив, присутствует на углероде 2 рибозы (NB: здесь, кислород присоединяется к водороду, образуя гидроксильную группу ОН).

Одно это различие имеет огромное биологическое значение: ДНК - это генетическое наследие, от которого зависит развитие и адекватное функционирование клеток живого организма; РНК, с другой стороны, является биологической макромолекулой, в основном ответственной за кодирование, декодирование, регуляцию и экспрессию генов ДНК.

Другое важное различие между нуклеотидами ДНК и РНК касается азотистых оснований .

Чтобы полностью понять это второе неравенство, необходимо сделать небольшой шаг назад.

Рисунок: 5-углеродные сахара, которые составляют нуклеотиды РНК (рибоза) и ДНК (дезоксирибоза).

Азотистые основания представляют собой молекулы органической природы, которые в нуклеиновых кислотах представляют собой отличительный элемент различных типов составляющих нуклеотидов. Фактически, в нуклеотидах ДНК, а также в нуклеотидах РНК единственным переменным элементом является азотистое основание; скелет сахарофосфатной группы остается неизменным.

Как в ДНК, так и в РНК существует 4 возможных азотистых основания; следовательно, типы нуклеотидов для каждой нуклеиновой кислоты составляют всего 4.

Сказав, что, возвращаясь ко второму важному различию, существующему между нуклеотидами ДНК и РНК, эти две нуклеиновые кислоты имеют вместе только 3 азотистых основания из 4. В этом случае аденин, гуанин и цитозин являются 3 азотистыми основаниями присутствует как в ДНК, так и в РНК; тимин и урацил, с другой стороны, являются, соответственно, четвертым азотистым основанием ДНК и четвертым основанием РНК.

Таким образом, кроме пентозы, нуклеотиды ДНК и РНК-нуклеотиды одинаковы для 3 из 4 типов.

Классы, к которым относятся азотистые основания

Аденин и гуанин относятся к классу азотистых оснований, известных как пурины . Пурины представляют собой ароматические гетероциклические соединения с двойным кольцом.

Тимин, цитозин и урацил, с другой стороны, относятся к классу азотистых оснований, известных как пиримидины . Пиримидины представляют собой однокольцевые ароматические гетероциклические соединения.

ДРУГИЕ НАЗВАНИЯ НУКЛЕОТИДОВ ДНК И РНК

Нуклеотиды с сахаром дезоксирибозы, то есть нуклеотиды ДНК, принимают альтернативное название дезоксирибонуклеотидов именно из-за присутствия вышеупомянутого сахара.

По тем же причинам нуклеотиды с рибозным сахаром, то есть РНК-нуклеотиды, принимают альтернативное название рибонуклеотидов .

Организация нуклеиновых кислот

При составлении нуклеиновой кислоты нуклеотиды организуются в длинные нити, похожие на цепи.

Каждый нуклеотид, образующий эти длинные цепи, связывается со следующим нуклеотидом посредством фосфодиэфирной связи между углеродом 3 его пентозы и фосфатной группой непосредственно следующего нуклеотида.

КОНЕЦ

Нуклеотидные филаменты (или нуклеотидные филаменты), из которых состоят нуклеиновые кислоты, имеют два конца, известные как 5'-конец (читайте "первый пятый наконечник") и конец 3 ' (читайте "первый третий наконечник"). По соглашению биологи и генетики установили, что 5' - конец представляет собой головку филамента, образующего нуклеиновую кислоту, а 3'-конец представляет собой его хвост .

С химической точки зрения 5'-конец совпадает с фосфатной группой первого нуклеотида цепи, а 3'-конец совпадает с гидроксильной группой (ОН), расположенной на углероде 3 последнего нуклеотида.

Именно на основе этой организации нуклеотидные филаменты описаны в генетических и биологических молекулярных книгах: P-5 '→ 3'-OH.

* Примечание: буква P обозначает атом фосфора фосфатной группы.

Биологическая роль

Экспрессия генов зависит от нуклеотидной последовательности ДНК. Гены представляют собой более или менее длинные сегменты ДНК (то есть нуклеотидные сегменты), которые содержат информацию, необходимую для синтеза белка . Состоящие из аминокислот белки являются биологическими макромолекулами, которые играют фундаментальную роль в регуляции клеточных механизмов организма.

Нуклеотидная последовательность данного гена указывает аминокислотную последовательность родственного белка.