Нуклеотид - це що таке? Склад, будова, число і послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК
Все живе на планеті складається з безлічі клітин, які підтримують впорядкованість своєї організації за рахунок міститься в ядрі генетичної інформації. Вона зберігається, реалізується і передається складними високомолекулярними сполуками - нуклеїновими кислотами, що складаються з мономерних ланок - нуклеотидів. Роль нуклеїнових кислот неможливо переоцінити. Стабільністю їх структури визначається нормальна життєдіяльність організму, а будь-які відхилення в будові неминуче призводять до зміни клітинної організації, активності фізіологічних процесів і життєздатності клітин в цілому.
Зміст
Нуклеотид це
Поняття нуклеотиду і його властивості
Кожна молекула ДНК або РНК зібрана з більш дрібних мономерних сполук - нуклеотидів. Іншими словами, нуклеотид - це будівельний матеріал для нуклеїнових кислот, коферментів та багатьох інших біологічних сполук, які вкрай необхідні клітці в процесі її життєдіяльності.
До основних властивостей цих незамінних речовин можна віднести:
• зберігання інформації про структурі білка і успадкованих ознаках
• здійснення контролю над ростом і репродукціей-
• участь у метаболізмі і багатьох інших фізіологічних процесах, що протікають в клітині.
Склад нуклеотиду
Говорячи про нуклеотидах, не можна не зупинитися на такому важливому питанні, як їх структура і склад.
Нуклеотиди ДНК
Кожен нуклеотид складається з:
• цукрового остатка-
• азотистого підстави-
• фосфатної групи або залишку фосфорної кислоти.
Можна сказати, що нуклеотид - це складне органічне з'єднання. Залежно від видового складу азотистих основ і типу пентози в структурі нуклеотиду нуклеїнові кислоти поділяються на:
• дезоксирибонуклеїнової кислоти, або ДНК-
• рибонуклеїнової кислоту, або РНК.
Склад нуклеїнових кислот
У нуклеїнових кислотах цукор представлений пентози. Це п'ятивуглецевий цукор, в ДНК його називають дезоксирибозою, в РНК - рибоза. Кожна молекула пентози має п'ять атомів вуглецю, чотири з них разом з атомом кисню утворюють п'ятичленних кільце, а п'ятий входить до групи НО-СН2.
Положення кожного атома вуглецю в молекулі пентози позначається арабською цифрою зі штрихом (1C ', 2C', 3C ', 4C', 5C '). Оскільки всі процеси зчитування спадкової інформації з молекули нуклеїнової кислоти мають строгу спрямованість, нумерація атомів вуглецю і їх розташування в кільці служать свого роду покажчиком правильного напрямку.
За гідроксильної групі до третього і п'ятого вуглецевим атомам (3С 'і 5С') приєднаний залишок фосфорної кислоти. Він і визначає хімічну приналежність ДНК і РНК до групи кислот.
До першого вуглецевого атома (1С ') в молекулі цукру приєднано азотна основа.
Видовий склад азотистих основ
Нуклеотиди ДНК по азотистій підставі представлені чотирма видами:
• аденіном (А) -
• гуаніном (Г) -
• цитозином (Ц) -
• тиміном (Т).
Перші два відносяться до класу пуринів, два останніх - пиримидинов. За молекулярною масою пуринові завжди важче пірімідінових.
Нуклеотиди РНК
Нуклеотиди РНК по азотистій підставі представлені:
• аденіном (А) -
• гуаніном (Г) -
• цитозином (Ц) -
• урацилом (У).
Урацил так само, як і тимін, є пірімідіновим підставою.
У науковій літературі нерідко можна зустріти і інше позначення азотистих основ - латинськими літерами (A, T, C, G, U).
Детальніше зупинимося на хімічній структурі пуринів і піримідинів.
Число нуклеотидів в ДНК
Піримідинів, а саме цитозин, тимін і урацил, в своєму складі представлені двома атомами азоту і чотирма атомами вуглецю, створюючих шестичленне кільце. Кожен атом має свій номер від 1 до 6.
Пурини (аденін і гуанін) складаються з пиримидина і імідазолу або двох гетероциклів. Молекула пуринових підстав представлена чотирма атомами азоту і п'ятьма атомами вуглецю. Кожен атом пронумерований від 1 до 9.
В результаті з'єднання азотистої основи і залишку пентози утворюється нуклеозид. Нуклеотид - це з'єднання нуклеозида і фосфатної групи.
Освіта фосфодіефірних зв'язків
Важливо розібратися в питанні про те, як з'єднуються нуклеотиди в поліпептидний ланцюг і утворюють молекулу нуклеїнової кислоти. Відбувається це за рахунок так званих фосфодіефірних зв'язків.
Взаємодія двох нуклеотидів дає дінуклеотід. Освіта нового з'єднання відбувається шляхом конденсації, коли між фосфатним залишком одного мономера і гідроксигрупу пентози іншого виникає фосфодіефірная зв'язок.
Синтез полинуклеотида - неодноразове повторення цієї реакції (кілька мільйонів разів). Полинуклеотидная ланцюг будується за допомогою освіти фосфодіефірних зв'язків між третім і п'ятим вуглецями цукрів (3С 'і 5С').
Збірка полинуклеотида - складний процес, що протікає за участю ферменту ДНК-полімерази, яка забезпечує зростання ланцюга тільки з одного кінця (3 ') з вільною гідроксигрупу.
Структура молекули ДНК
Молекула ДНК, так само як і білка, може мати первинну, вторинну і третинну структуру.
Склад нуклеотиду
Послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК визначає її первинну структуру. Вторинна структура формується за рахунок водневих зв'язків, в основі виникнення яких покладено принцип комплементарності. Іншими словами, при синтезі подвійної спіралі ДНК діє певна закономірність: аденін одного ланцюга відповідає тимін інший, гуанін - цитозин, і навпаки. Пари аденіну та тиміну або гуаніну і цитозину утворюються за рахунок двох в першому і трьох в останньому випадку водневих зв'язків. Таке з'єднання нуклеотидів забезпечує міцний зв'язок ланцюгів і рівну відстань між ними.
Знаючи послідовність нуклеотидів одного ланцюга ДНК, по принципом комплементарності або доповнення можна добудувати другу.
Третинна структура ДНК утворена за рахунок складних тривимірних зв'язків, що робить її молекулу більш компактною і здатною розміщуватися в малому обсязі клітини. Так, наприклад, довжина ДНК кишкової палички складає більше 1 мм, тоді як довжина клітини - менше 5 мкм.
Число нуклеотидів в ДНК, а саме їх кількісне співвідношення, підкоряється правилу Чергаффа (число пуринових підстав завжди дорівнює кількості піримідинових). Відстань між нуклеотидами - величина постійна, рівна 0,34 нм, як і їх молекулярна маса.
Структура молекули РНК
РНК представлена однією полинуклеотидной ланцюжком, утвореної через ковалентні зв'язки між пентози (в даному випадку рибозой) і фосфатним залишком. По довжині вона значно коротше ДНК. За видовим складом азотистих основ в нуклеотиді також є відмінності. У РНК замість пиримидинового підстави тиміну використовується урацил. Залежно від функцій, які виконуються в організмі, РНК може бути трьох типів.
Послідовність нуклеотидів у ланцюгу ДНК
• Рибосомальна (рРНК) - містить зазвичай від 3000 до 5000 нуклеотидів. Як необхідний структурний компонент бере участь у формуванні активного центру рибосом, місця здійснення одного з найважливіших процесів у клітині - біосинтезу білка.
• Транспортна (тРНК) - складається в середньому з 75 - 95 нуклеотидів, здійснює перенесення потрібної амінокислоти до місця синтезу поліпептиду в рибосомі. Кожен вид тРНК (не менше 40) має свою, властиву тільки йому послідовність мономерів або нуклеотидів.
• Інформаційна (іРНК) - по нуклеотидному складом дуже різноманітна. Переносить генетичну інформацію від ДНК до рибосом, виступає в ролі матриці для синтезу білкової молекули.
Роль нуклеотидів в організмі
Нуклеотиди в клітці виконують ряд найважливіших функцій:
• використовуються в якості структурних блоків для нуклеїнових кислот (нуклеотиди пуринового і піримідинового рядів) -
• беруть участь у багатьох обмінних процесах в клетке-
• входять до складу АТФ - головного джерела енергії в клітинах-
• виступають у ролі переносників відновних еквівалентів в клітинах (НАД +, НАДФ +, ФАД, ФМН) -
• виконують функцію біорегуляторов-
• можуть розглядатися як друга вісники позаклітинного регулярного синтезу (наприклад, цАМФ або цГМФ).
Нуклеотид - це мономерна одиниця, що утворить більш складні сполуки - нуклеїнові кислоти, без яких неможлива передача генетичної інформації, її збереження і відтворення. Вільні нуклеотиди є головними компонентами, які беруть участь в сигнальних і енергетичних процесах, що підтримують нормальну життєдіяльність клітин і організму в цілому.