Какво представлява нуклеотидът? Съставът, структурата, числото и последователността на нуклеотидите в ДНК веригата

Целият живот на планетата е съставена от много клетки, които поддържат подредбата на организацията им за сметка съдържа в ядрото на генетичната информация. Консервира се, реализира и предава чрез комплексни високомолекулни съединения - нуклеинови киселини, състоящи се от мономерни единици - нуклеотиди. Ролята на нуклеиновите киселини не може да бъде подчертана. Стабилност на техните структури, определени от нормалното функциониране на организма, както и всякакви отклонения в структурата неминуемо ще доведе до промени в клетъчната организация, дейност на физиологичните процеси и жизнеспособността на клетките като цяло.

Концепцията за нуклеотид и неговите свойства

всеки ДНК молекула или РНК се събира от по-малки мономерни съединения - нуклеотиди. С други думи, нуклеотидът е строителен материал за нуклеинови киселини, коензими и много други биологични съединения, които са изключително необходими за дадена клетка в процеса на нейната жизненоважна дейност.

Основните свойства на тези незаменими вещества включват:

• съхранение на информация за структурата на протеина и наследствени признаци -
• Контрол на растежа и възпроизводството -
• участие в метаболизма и много други физиологични процеси, протичащи в клетката.

Нуклеотиден състав

Говорейки за нуклеотидите, не можем да не се замислим върху толкова важен въпрос, колкото тяхната структура и състав.

Всеки нуклеотид се състои от:

• остатъци от захар -
• Азотна база-
• фосфатна група или остатък фосфорна киселина.

Може да се каже, че нуклеотидът е сложно органично съединение. В зависимост от видовия състав на азотните бази и вида на пентозата в нуклеотидната структура, нуклеиновите киселини са подразделени на:

• дезоксирибонуклеинова киселина или ДНК-
• Рибонуклеинова киселина или РНК.

Съставът на нуклеиновите киселини

В нуклеиновите киселини захарта е пентоза. Това е пет въглеродна захар, в ДНК се нарича деоксирибоза, в РНК-рибозата. Всяка молекула на пентозата има пет въглеродни атома, четири от които заедно с кислороден атом образуват пет-членен пръстен, а петият е в групата НО-СН2.

Позицията на всеки въглероден атом в молекулата пентоза означен арабска цифра с основен (1Cacute-, 2Cacute-, 3Cacute-, 4Cacute-, 5Cacute-). От всички процеси на четене наследствена информация с молекула на нуклеиновата киселина имат стриктна насоченост, номерирането на въглеродни атоми и тяхното местоположение в пръстена служат като вид показалец в правилната посока.

На хидроксилната група, остатъкът от фосфорна киселина е прикрепен към третия и петия въглероден атом (3Cacute- и 5Cacute-). Той определя химическата принадлежност на ДНК и РНК към групата на киселините.

Азотната основа е прикрепена към първия въглероден атом (1Cacute-) в захарната молекула.

Състав на азотните бази

Нуклеотидите на ДНК по протежение на азотната основа са представени от четири типа:

• аденин (А) -
• гуанин (D) -
• цитозин (С) -
• Тим (Т).

Първите две принадлежат към класа пурини, последните два принадлежат към пиримидин. По молекулно тегло пуринът винаги е по-тежък от пиримидин.

РНК нуклеотидите на азотната основа са:

• аденин (А) -
• гуанин (D) -
• цитозин (С) -
• урацил (Y).

Урацилът, точно като тимин, е пиримидинова база.

В научната литература често е възможно да се намери друго обозначение на азотни бази - латиница (A, T, C, G, U).

Повече подробности за химичната структура на пурини и пиримидини.

Пиримидини, а именно, цитозин, тимин и урацил, в структурата, представена от двата азотни атома и четири въглеродни атоми, образуващи шест членен пръстен. Всеки атом има собствено число от 1 до 6.

Пурините (аденин и гуанин) се състоят от пиримидин и имидазол или два хетероцикли. Молекулата на пуриновите бази е представена от четири азотни атома и пет въглеродни атома. Всеки атом е номериран от 1 до 9.

В резултат на свързването на азотната основа и пентозния остатък се образува нуклеозид. Нуклеотидът е съединение на нуклеозид и фосфатна група.

Образуване на фосфодиестерни връзки

Важно е да се разбере въпросът как нуклеотидите се свързват към полипептидна верига и образуват молекула нуклеинова киселина. Това се дължи на така наречените фосфодиестерни облигации.

Взаимодействието на два нуклеотида дава динуклеотид. Образуването на ново съединение става чрез кондензация, когато се наблюдава фосфодиестерна връзка между фосфатната част на един мономер и хидрокси групата на пентозата на другата.

Синтез на полинуклеотид - повтарящо се повтаряне на тази реакция (няколко милиона пъти). Полинуклеотидната верига се конструира чрез образуване на фосфодиестерни връзки между третия и петия въглехидрати на захарите (3Cacute- и 5Cacute-).

Сглобяването на полинуклеотид е сложен процес, който включва ензима на ДНК полимеразата, който осигурява верижен растеж само в единия край (3акратно) със свободна хидроксилна група.

Структура на ДНК молекулата

ДНК молекулата, подобно на протеин, може да има първична, вторична и третична структура.

Последователността на нуклеотидите в ДНК веригата определя нейната първична структура. Вторична структура се формира поради водородни връзки, които се основават на принципа на допълняемост. С други думи, при синтеза на двойната спирала на ДНК има определена редовност: аденинът на едната верига съответства на тимина на друг, гуанин към цитозин и обратно. Двойки аденин и тимин или гуанин и цитозин се образуват поради две в първия и в третия втори случай на водородни връзки. Такова нуклеотидно съединение осигурява силна връзка между веригите и равно разстояние между тях.

Познавайки последователността на нуклеотидите на една ДНК верига, втората може да бъде завършена съгласно принципа на допълняемост или добавяне.

Третичната ДНК структура се формира поради сложни триизмерни връзки, което прави нейната молекула по-компактна и способна да бъде разположена в малък клетъчен обем. Например, дължината на Е. coli ДНК е повече от 1 mm, докато дължината на клетката е по-малка от 5 цт.

Броят на нуклеотидите в ДНК, а именно количественото им съотношение, се подчинява на правилото на Chergaff (броят на пуриновите бази винаги е равен на количеството пиримидинови бази). Разстоянието между нуклеотидите е постоянна стойност от 0.34 nm, подобно на тяхното молекулно тегло.

Структура на РНК молекулата

РНК е представена чрез единична полинуклеотидна верига, образувана чрез ковалентни връзки между пентозата (в този случай рибоза) и фосфатния остатък. Накратко, тя е много по-къса от ДНК. Съществуват и разлики в видовия състав на азотните бази в нуклеотида. Вместо пиримидиновата база на тимина, урацилът се използва в РНК. В зависимост от изпълняваните в тялото функции RNA може да бъде от три типа.

• Рибозомален (rPHK) - обикновено съдържа от 3000 до 5000 нуклеотиди. Тъй като необходимия структурен компонент взема участие в образуването на активния център на рибозомите, местоположението на един от най-важните процеси в клетката е биосинтеза на протеини.
• Транспортирането (tRNA) - се състои от средно 75-95 нуклеотида, осъществява трансфера на желаната аминокиселина до мястото на синтез на полипептида в рибозомата. Всеки тип tPHK (най-малко 40) има своя собствена последователност от мономери или нуклеотиди, присъщи на него.
• Информацията (mRNA) - чрез нуклеотидния състав е много разнообразна. Той предава генетична информация от ДНК на рибозоми, действа като матрица за синтеза на протеинова молекула.

Ролята на нуклеотидите в тялото

Нуклеотидите в клетката изпълняват редица важни функции:

• се използват като структурни блокове за нуклеинови киселини (нуклеотиди на серии пурин и пиримидин)
• участва в много метаболитни процеси в клетъчно-
• са част от ATP - основният източник на енергия в клетките -
• действат като носители на редуциращи еквиваленти в клетките (NAD +, NADP +, FAD, FMN);
• изпълнява функцията на биорегулатори -
• могат да се считат за втори проповедник на извънклетъчен редовен синтез (напр., САМР или cGMP).

Нуклеотидът е мономерна единица, която образува по-сложни съединения - нуклеинови киселини, без която не е възможно да се предаде генетична информация, да се съхранява и да се възпроизвежда. Свободните нуклеотиди са основните компоненти, участващи в сигналните и енергийни процеси, които поддържат нормалната жизнена активност на клетките и организма като цяло.