Nukleotid: struktur, massa, längd, sekvens. Nukleotiders struktur, egenskaper och biologiska funktioner Vilka grundämnen består en nukleotid av?

Allt liv på planeten består av många celler. De upprätthåller ordningen i sin organisation med hjälp av genetisk information som finns i kärnan, som lagras, överförs och implementeras komplexa föreningar med hög molekylvikt- nukleinsyror. Dessa syror består i sin tur av monomerenheter - nukleotider.

I kontakt med

Nukleinsyrornas roll kan inte överskattas. En organisms normala funktion bestäms av stabiliteten i dess struktur. Om några avvikelser uppstår i strukturen, mängden eller sekvensen ändras, leder detta nödvändigtvis till förändringar i den cellulära organisationen. Aktiviteten av fysiologiska processer och cellaktivitet.

Nukleotid koncept

Precis som ekorrar nukleinsyror är viktiga för livet. Detta är det genetiska materialet för alla levande organismer, inklusive virus.

Belysande av strukturen hos en av de två typerna av DNA-nukleinsyror har gjort det möjligt att förstå hur levande organismer lagrar den information som behövs för att reglera livet och hur den överförs till avkomman. En nukleotid är en monomer enhet som bildar mer komplexa föreningar - nukleinsyror. Utan dem är det omöjligt att lagra, reproduktion och överföring av genetisk information. Fria nukleotider är huvudkomponenterna som deltar i energi- och signalprocesser. De stöder den normala funktionen hos enskilda celler och kroppen som helhet Långa molekyler - polynukleotider - byggs av dem. För att förstå strukturen hos en polynukleotid måste du förstå strukturen av nukleotider.

Vad är en nukleotid? DNA-molekyler är sammansatta av små monomera föreningar. Med andra ord är en nukleotid en organisk komplex förening som är en integrerad del av nukleinsyror och andra biologiska föreningar som är nödvändiga för en cells liv.

Nukleotiders sammansättning och grundläggande egenskaper

Nukleotidmolekylen (mononukleotid) innehåller tre kemiska föreningar i en viss sekvens:

1. Pentos eller femkantigt socker:

• deoxiribos. Dessa nukleotider kallas deoxiribonukleotider. De är en del av DNA;
• ribose. Nukleotider är en del av RNA och kallas ribonukleotider.

2. En kvävehaltig pyrimidin- eller purinryggrad bunden till en sockerkolatom. Denna förening kallas nukleosid

3. Fosfatgrupp bestående av rester fosforsyra(i mängder från ett till tre). Fäster till sockerkolet genom esterbindningar och bildar en nukleotidmolekyl.

Nukleotidernas egenskaper är:

• deltagande i metabolism och andra fysiologiska processer som förekommer i cellen;
• utöva kontroll över reproduktion och tillväxt;
• lagring av information om ärftliga egenskaper och proteinstruktur.

Nukleinsyror

Socker i nukleinsyror representeras av pentos. I RNA kallas sockret med fem kolatomer ribos, i DNA kallas det deoxiribos. Varje pentosmolekyl innehåller fem kolatomer, varav fyra bildar en ring med en syreatom, och den femte atomen är en del av HO-CH2-gruppen.

I en molekyl kolatoms position indikeras av ett tal med ett primtal (till exempel: 1C´, 3C´, 5C´). Eftersom alla processer för att läsa från en nukleinsyramolekyl ärftlig information det finns en strikt riktning, numreringen av kolatomer och deras arrangemang fungerar som en indikator på rätt riktning.

En kvävebas är kopplad till den första kolatomen 1C´ i sockermolekylen.

En fosforsyrarest är fäst vid den tredje och femte kolatomen i hydroxylgruppen (3C´, 5C´), vilket bestämmer kemikalien som hör till gruppen av DNA- och RNA-syror.

Sammansättning av kvävehaltiga baser

Typer av nukleotider baserade på kvävebasen av DNA:

De två första klasserna är puriner:

• adenin (A);
• guanin (G).

De två sista tillhör klassen pyrimidiner:

• tymin (T);
• cytosin (C).

Purinföreningar molekylvikt tyngre än pyrimidiner.

RNA-nukleotider av kväveförening presenteras:

• guanin;
• adenin;
• uracitol;
• cytosin.

Precis som tymin är uracil en pyrimidinbas. Ofta i den vetenskapliga litteraturen betecknas kvävehaltiga baser med latinska bokstäver (A, T, C, G, U).

Pyrimidiner, nämligen tymin, cytosin, uracil, representeras av en sexledad ring bestående av två kväveatomer och fyra kolatomer, successivt numrerade från 1 till 6.

Puriner (guanin och adnin) är sammansatta av imidazol och pyrimidin. Purinbasmolekyler innehåller fyra kväveatomer och fem kolatomer. Varje atom har sitt eget nummer från 1 till 9.

Resultatet av kombinationer av kvävehaltiga rester med pentosrester är en nukleosid. En nukleotid är en förening av en fosfatgrupp med en nukleosid.

Bildning av fosfodiesterbindningar

Det är nödvändigt att förstå frågan om hur nukleotider är anslutna till en polypeptidkedja, hur många av dem är involverade i processen och bildar en nukleinsyramolekyl på grund av fosfodiesterbindningar.

När två nukleotider interagerar bildas en dinukleotid. En ny förening bildas genom kondens, när en fosfodiesterbindning uppstår mellan pentoshydroxigruppen i en monomer och fosfatresten i en annan.

Syntes av en polynukleotid involverar många upprepningar av denna reaktion. Sammansättningen av polynukleotider är en komplex process som säkerställer kedjetillväxt från ena änden.

DNA-molekyler, liksom proteinmolekyler, har primära, sekundära och tertiära strukturer. Den primära strukturen av DNA-kedjan bestäms av sekvensen av nukleotider. Den sekundära strukturen är baserad på bildandet av vätebindningar. På DNA dubbelhelixsyntes det finns ett visst mönster och sekvens: tymin i en kedja motsvarar adenin i en annan; cytosin - guanin och vice versa. Nukleidföreningar skapar en stark bindning av kedjor, med lika avstånd mellan dem.

Att känna till nukleotidsekvensen en DNA-sträng kan baseras på principen om addition eller komplementaritet för att slutföra den andra.

Den tertiära strukturen av DNA bildas av tredimensionella komplexa anslutningar. Detta gör molekylen mer kompakt så att den kan passa fritt in i en liten volym av cellen. längden på E. coli DNA är mer än 1 mm, medan längden på själva cellen är mindre än 5 mikron.

Antalet pyrimidinbaser är alltid lika med antalet purinbaser. Avståndet mellan nukleotiderna är 0,34 nm. Detta är ett konstant värde, precis som molekylvikten.

Funktioner och egenskaper hos DNA

Huvudfunktioner hos DNA:

• lagrar ärftlig information;
• överföring (dubblering/replikering);
• transkription, implementering;
• DNA-autoreproduktion. Replikon fungerar.

Processen för självreproduktion av en nukleinsyramolekyl åtföljs av överföring av kopior av genetisk information från cell till cell. För dess implementering krävs en uppsättning specifika enzymer. I denna semikonservativa process bildas en replikeringsgaffel.

Ett replikon är en enhet av replikationsprocessen för en genomregion som kontrolleras av en enda replikeringsinitieringspunkt. Som regel är genomet hos prokaryoter en replikon. Replikering från initieringspunkten fortsätter i båda riktningarna, ibland med olika hastigheter.

RNA-molekyl - struktur

RNA är en enda polynukleotidkedja som bildas genom kovalenta bindningar mellan fosfatresten och pentosen. Det är kortare än DNA, har en annan sekvens och skiljer sig i artsammansättningen av kvävehaltiga föreningar. Pyrimidinbas tymin i RNA ersatt av uracil.

RNA kan vara av tre typer, beroende på de funktioner som utförs i kroppen:

• informativt (mRNA) - mycket olika i nukleotidsammansättning. Det är en slags matris för syntesen av en proteinmolekyl, bär genetisk information till ribosomer från DNA;
• transport (tRNA) består i genomsnitt av 75-95 nukleotider. Hon håller ut essentiell aminosyra i ribosomen till stället för polypeptidsyntes. Varje typ av tRNA har sin egen unika sekvens av nukleotider eller monomerer;
• ribosomalt (rRNA) innehåller vanligtvis från 3000 till 5000 nukleotider. Ribosom är en viktig strukturell komponent involverad i den viktigaste processen, som förekommer i cell-proteinbiosyntesen.

Nukleotidens roll i kroppen

I en cell utför nukleotider viktiga funktioner:

• är bioregulatorer;
• används som byggstenar för nukleinsyror;
• är en del av den huvudsakliga energikällan i cellen - ATP;
• delta i många metaboliska processer i celler;
• är bärare av reducerande ekvivalenter i celler (FAD, NADP+; NAD+; FMN);
• kan betraktas som budbärare av regelbunden extracellulär syntes (cGMP, cAMP).

Fria nukleotider är huvudkomponenterna som deltar i energi- och signalprocesser. De stöder den normala funktionen hos enskilda celler och kroppen som helhet.

Nukleotid– nukleosid + en eller flera fosforsyrarester. Nukleosid– kvävehaltig bas och pentosmolekyl. Nukleotiderna innehåller två purinbaser (adenin och guanin) och 3 pyrimidinbaser (tymin, uracil, cytosin). Ibland hittas mindre kvävehaltiga baser: pseudouracil, metyluridin, metylcytosin, metyladenin.

Nomenklatur:

Primär struktur för NK– en polynukleotidkedja med en strikt definierad sekvens av nukleotider kopplade till varandra genom en 3'-5' fosfodiesterbindning.

Nukleotiders egenskaper: 1) förvärva negativ laddning 2) har ljusa

Uttalade sura egenskaper.

Funktioner för strukturen, funktionen och distributionen av DNA och RNA i cellen:

Lokaliserad främst i kärnan, även i mitokondrier och kloroplaster	Lokaliserad främst i cytoplasman
Strukturen inkluderar A, T, G, C + deoxiribos + fosforrest.	Strukturen inkluderar A, U, G, C + ribos + fosforrest
Dubbelhelix (6 typer är kända: A-E, Z, dominerande B-form)	Enkeltrådig (även om den kan vikas för att bilda "hårnålar"). Har varianter (mRNA, mRNA, tRNA)
Varierar i storlek (DNA består vanligtvis av ett stort antal nukleotider)
1. Ger proteinsyntes 2. Bärare av ärftlig information	Tillhandahålla proteinsyntes
Underkastar sig Chargaffs regler	Följer inte Chargaffs regler

DNA primär strukturanalysmetod (Sanger):

Baserat på DNA-polymerasreaktionen: isolering av DNA ® skära det med restriktionsenzymer ® denaturering av DNA-fragment och produktion av enkelsträngade molekyler som används som mall ® lägga till en primer och substrat för DNA-syntes ® blandningen delas upp i fyra provrör , tillsätts en av stoppnukleotiderna till var och en (dideoxinukleotider) och DNA-polymeras®-syntesen avbryts när DNA-polymeras möter en stoppnukleotid® efter att varje rör innehåller fragment som slutar med en specifik nukleotid®-fragment separeras genom elektrofores i en agarosgel och analyseras.

NUKLEOTIDER NUKLEOTIDER

nukleosidfosfater, fosforestrar av nukleosider. Består av en kvävebas (vanligtvis en purin eller pyrimidin), kolhydraten ribos (ribonukleotider) eller deoxiribos (deoxiribonukleotider) och en eller flera. fosforrester. Föreningar av två rester kallas N. dinukleotider, från flera - oligonukleotider, från många - polynukleotider. N. är en del av nukleinsyror (polynukleotider), de viktigaste koenzymerna (NAD, NADP, FAD, CoA) och andra biologiskt aktiva föreningar. Fritt N. i form av nukleosidmono-, di- och trifosfater betyder att de finns i levande celler. Nukleosidtrifosfater - N., som innehåller 3 fosforrester, är energirika (makroerga) föreningar, källor och bärare av kemikalier. fosfatbindningsenergi. En speciell roll spelas av ATP - en universell energiackumulator som ger nedbrytning. livsviktiga processer. Hög energi fosfatbindningar av nukleosidtrifosfater används vid syntes av polysackarider (uridintrifosfat, ATP), proteiner (GTP, ATP), lipider (cytidintrifosfat, ATP). Nukleosidtrifosfater är också substrat för syntes av nukleinsyror. Uridin difosfat är involverat i kolhydratmetabolism som en bärare av monosackaridrester, cytidindifosfat (en bärare av kolin- och etanolaminrester) - i lipidmetabolism. Cykliska nukleotider spelar en viktig reglerande roll i kroppen. Fria nukleosidmonofosfater bildas genom syntes (se PURINBASER, PYRIMIDINBASER) eller genom hydrolys av nukleinsyror under inverkan av nukleaser. Sekventiell fosforylering av nukleosidmonofosfater leder till bildningen av motsvarande nukleosid-di- och nukleosidtrifosfater. N:s nedbrytning sker under påverkan av nukleotidaser (detta producerar nukleosider), såväl som nukleotidpyrofosforylaser, som katalyserar den reversibla reaktionen av N:s klyvning till fria baser och fosforibosylpyrofosfat. (se ADENOSINFOSFORSYROR, GUANOSINFOSFORSYROR, INOSINFOSFORSYROR, TYMIDINFOSFORSYROR, CYTIDINFOSFORSYROR, URIDINFOSFORSYROR).

.(Källa: Biologisk encyklopedisk ordbok." Ch. ed. M.S. Gilyarov; Redaktionsgrupp: A. A. Babaev, G. G. Vinberg, G. A. Zavarzin och andra - 2:a upplagan, korrigerad. - M.: Sov. Encyclopedia, 1986.)

nukleotider

Naturliga föreningar som, liksom länkar, kedjor byggs upp nukleinsyror; är också en del av de viktigaste koenzymerna ( organiska föreningar icke-protein natur - en komponent i vissa enzymer) och andra biologiskt aktiva ämnen, fungerar som energibärare i celler.
Molekylen i varje nukleotid (mononukleotid) består av tre kemiskt olika delar. För det första är det ett socker med fem kolatomer (pentos) - ribos (i detta fall kallas nukleotiderna ribonukleotider och är en del av ribonukleinsyror, eller RNA) eller deoxiribos (nukleotider kallas deoxiribonukleotider och är en del av deoxiribonukleinsyror eller DNA). För det andra är det en kvävebaserad purin- eller pyrimidinbas. När det binds till kolatomen i ett socker, bildar det en förening som kallas en nukleosid. Slutligen bildar en, två eller tre fosforsyrarester fästa med esterbindningar till sockerkolet en nukleotidmolekyl. De kvävehaltiga baserna av DNA-nukleotider är purinerna adenin och guanin och pyrimidinerna cytosin och tymin. RNA-nukleotider innehåller samma baser som DNA, men tymin ersätts med en liknande. kemisk struktur uracil.
Kvävehaltiga baser och följaktligen nukleotiderna som inkluderar dem i den biologiska litteraturen betecknas vanligtvis med initialbokstäverna (latinska eller ryska) i deras namn: adenin - A (A), guanin - G (G), cytosin - C (C) ), tymin - T (T ), uracil - U(U). En kombination av två nukleotider kallas en dinukleotid, flera kallas en olinonukleotid, och en kombination av många kallas en polynukleotid eller nukleinsyra.
Förutom att bilda DNA- och RNA-kedjor är nukleotider koenzymer och nukleotider som bär tre fosforsyrarester (nukleosidtrifosfater) är källor till kemisk energi som finns i fosfatbindningar. Rollen för en sådan universell energibärare som adenosintrifosfat(ATP).
En speciell grupp består av cykliska nukleotider som förmedlar hormonernas verkan vid regleringen av ämnesomsättningen i celler.

.(Källa: "Biology. Modern illustrated encyclopedia." Chefredaktör A. P. Gorkin; M.: Rosman, 2006.)

Se vad "NUCLEOTIDES" är i andra ordböcker:

- (nukleosidfosfater) fosforestrar av nukleosider; bestå av en kvävebas (purin eller pyrimidin), en kolhydrat (ribos eller deoxiribos) och en eller flera fosforsyrarester. Anslutningar av en, två, tre, flera... ... Stor encyklopedisk ordbok

nukleotider- ov, plural nukleotider kärna. biol. Organiskt material komponent nukleinsyror och koenzymer från många enzymer. N. spela viktig roll i djurens ämnesomsättning och flora. Krysin 1998. Lex. SIS 1964: nukleotider... Historisk ordbok Gallicism av det ryska språket

nukleotider- - estrar av nukleosider med fosforsyra... Kort ordbok biokemiska termer

Nukleotider fosforestrar av nukleosider, nukleosidfosfater. Fria nukleotider, i synnerhet ATP, cAMP, ADP, spelar en viktig roll i energi- och informationsintracellulära processer, och är också komponenter i nukleinsyror ... ... Wikipedia

Nukleosidfosfater, föreningar som utgör nukleinsyror, många koenzymer och andra biologiskt aktiva föreningar; varje N. är byggd av en kvävebas (vanligtvis purin eller pyrimidin), en kolhydrat (ribos eller ... ... Stora sovjetiska encyklopedien

- (nukleosidfosfater), fosforestrar av nukleosider; bestå av en kvävebas (purin eller pyrimidin), en kolhydrat (ribos eller deoxiribos) och en eller flera fosforsyrarester. Anslutningar av en, två, tre, flera... encyklopedisk ordbok

Nukleotider- Modell av adeninmolekylen. NUKLEOTIDER, organiska föreningar som består av en kvävebas (adenin, guanin, cytosin, tymin, uracil), en kolhydrat (ribos eller deoxiribos) och en eller flera fosforsyrarester. Nukleotider -... ... Illustrerad encyklopedisk ordbok

- (lat. nucleus nucleus) organiskt material bestående av en purin- eller pyrimidinbas, en kolhydrat och fosforsyra; en komponent av nukleinsyror och koenzymer av många enzymer; ett antal nukleotider (adenylsyra, adenosin och... ... Lexikon främmande ord ryska språket

Nukleotider- molekyler bestående av fem kvävehaltiga baser (cytosin, uracil, tymin, adenin och guanin), ribos (eller deoxiribos) och en fosforsyrarest. Nukleotider kan kombineras med varandra för att bilda polynukleotider (nukleinsyror)... Begrepp modern naturvetenskap. Ordlista över grundläggande termer

- (nukleosidfosfater), fosforestrar och nukleosider, en eller flera. hydroxyl av en monosackaridrest; i en vidare mening, föreningar i vilka monosackaridresten av en nukleosid eller dess icke-naturliga analog är förestrad av en eller flera. mono... ... Kemiskt uppslagsverk

Böcker

• Biologiskt aktiva substanser i fysiologiska och biokemiska processer i djurets kropp, M. I. Klopov, V. I. Maksimov. Manualen beskriver moderna idéer om strukturen, verkningsmekanismen, rollen i vitala processer och kroppsfunktioner för biologiskt aktiva substanser (vitaminer, enzymer,...

Nukleotider är fosforestrar av nukleosider.

Deras kemiska sammansättning: kvävehaltig bas (A.O.) + pentos + fosforsyra

Fosforestrar bildas med deltagande av hydroxylgrupper av pentoser. Positionerna för fosforestergrupper anges vanligtvis med beteckningen ("), till exempel: 5" , 3 "

Preliminär kort information: nukleotider spelar en extremt viktig roll i cellens liv.

Klassificering av nukleotider

Nukleotider som består av en molekyl A.O, pentos, fosforsyra, kallas mononukleotider. Mononukleotider kan innehålla en molekyl fosforsyra, två eller tre molekyler av fosforsyra kopplade till varandra.

Kombination av två mononukleotider brukar kallas dinukleotid. I Dinukleotiden innehåller vanligtvis olika kvävehaltiga baser eller en annan cyklisk förening, till exempel ett vitamin.

Cykliska mononukleotider spelar en speciell roll i biokemiska processer.

Nomenklatur av mononukleotider.

Till titeln nukleosid tillsatt baserat på mängden fosfatrester, '' monofosfatʼʼ, ''difosfatʼʼ, "trifosfat"ʼʼ, som indikerar deras position i pentoscykeln - digital beteckning av platsen med en symbol ("),

Fosfatgruppens position i position (5") är den vanligaste och typiska, därför kan den utelämnas (AMP, GTP, UTP, d AMF, etc.)

De återstående positionerna måste anges (3" - AMP, 2" - AMP, 3" - d AMF)

5"-adenosinmonofosfat

(5" - AMF eller AMF)

Namn på de vanligaste nukleotiderna

nukleosid	nukleosidmonofosfat	nukleosid-difosfat	nukleosidtrifosfat
adenosin	5"-adenosinmonofosfat (5"-AMP eller AMP) 5"-adenylsyra	5"-adenosindifosfat (5"-ADP eller ADP)	5"-adenosintrifosfat (5"-ATP eller ATP)
adenosin	3"-adenosinmonofosfat (3"-AMP) 3"-adenylsyra	inte hittat in vivo	inte hittat in vivo
guanosin	5"-guanosinmonofosfat (5"-GMP eller GMF)	5"-guanosindifosfat (5"-GDP eller HDF)	5"-guanosintrifosfat (5"-GTP eller GTP)
guanosin	3"-guanosinmonofosfat (3"-GMP) 3"-guanylsyra	inte hittat in vivo	inte hittat in vivo
deoxiadenosin	5"-deoxiadenosinmonofosfat (5"- d AMF eller d AMF)	5"-deoxiadenosin difosfat (5"- d ADFili d ADF)	5"-deoxiadenosintrifosfat (5"- d ATFili d ATP)
uridin	5"-uridinmonofosfat (5"-UMP eller UMP)	5"-uridin difosfat (5"-UDP eller UDF)	5"-uridintrifosfat (5"-UTP eller UTP)
cytidin	5"-cytidinmonofosfat (5"-CMP eller CMP)	5"-cytidin difosfat (5"-CDP eller CDP)	5"-cytidintrifosfat (5"-CTP eller CTP)

Nukleotider bildade med deltagande av ribos kan innehålla fosforsyrarester i tre positioner (5", 3", 2"), och med deltagande av deoxiribos - endast i två positioner (5", 3"), i position 2" där är ingen hydroxigrupp Denna omständighet är mycket viktig för strukturen av DNA.

Frånvaron av en hydroxigrupp i den andra positionen har två viktiga konsekvenser:

Polariseringen av glykosidbindningen i DNA minskar och den blir mer motståndskraftig mot hydrolys.

2-O-deoxiribos kan inte genomgå vare sig epimerisering eller omvandling till ketos.

I cellen omvandlas nukleosidmonofosfat successivt till difosfat och sedan till trifosfat.

Till exempel: AMP ---> ADP ---> ATP

Nukleotiders biologiska roll

Allt nukleosid-difosfater Och nukleosidtrifosfater tillhör högenergiföreningar (makroerga).

Nukleosidtrifosfater delta i syntesen av nukleinsyror, säkerställa aktivering av bioorganiska föreningar och biokemiska processer som kräver energiförbrukning. Adenosintrifosfat (ATP) är den vanligaste högenergiföreningen i människokroppen. ATP-halten i skelettmuskulaturen hos däggdjur är upp till 4 g/kg, den totala halten är cirka 125 ᴦ. Hos människor når ATP-metabolismens hastighet 50 kg/dag. Hydrolysen av ATP producerar adenosindifosfat(ADF)

Makroergiska kopplingar

ATP innehåller olika typer kemiska bindningar:

N-p-glykosid

Ester

Tvåanhydrider (biologiskt högenergi)

Under förhållanden in vivo hydrolys av ATP-bindningen med hög energi åtföljs av frigöring av energi (cirka 35 kJ/mol), vilket ger andra energiberoende biokemiska processer.

ATP + H2O - enzym ATP hydrolas -> ADP + H3 PO4

I vattenlösningar ADP och ATP instabil . Vid 0 0 är SATP stabilt i vatten i endast några timmar, och när det kokas i 10 minuter.

Under inverkan av alkali hydrolyseras de två terminala fosfaterna (anhydridbindningarna) lätt, men den sista (esterbindningen) är svår. Under sur hydrolys förstörs N-glykosidbindningen lätt.

För första gången frigjordes ATP från muskler i 1929 ᴦ. K. Loman. Kemisk syntes utfördes i 1948 ᴦ. A. Todd.

Cykliska nukleotider är mellanhänder i överföringen av hormonsignaler, vilket förändrar aktiviteten hos enzymer i cellen.

Οʜᴎ bildas av nukleosidtrifosfater.

ATP - cyklasenzym -> cAMP + H4 P2 O7

Efter att åtgärden är fullbordad sker hydrolys av den cykliska nukleotiden. . Två föreningar, 5"-AMP och 3"-AMP, kan bildas, men under biologiska förhållanden bildas endast 5"-AMP,

Cyklisk adenosinmonofosfat (cAMP)

11.5.Struktur av nukleinsyror

Den primära strukturen av RNA och DNA är den sekventiella kopplingen av nukleotider i en polynukleotidkedja. Skelettet i en polynukleotidkedja består av kolhydrat- och fosfatrester; heterocykliska kvävebaser är kopplade till kolhydrater genom N-β-glykosidbindningar. Ur biologisk synvinkel är de viktigaste tripletterna – block av nukleotider som består av tre kvävehaltiga baser, som var och en kodar för en aminosyra eller har en specifik signalfunktion.

Strukturen för NC kan representeras schematiskt:

5" 3" 5" 3" 5" 3"

fosfat -- pentos -- fosfat -- pentos -- fosfat -- pentos - OH

I primär struktur DNA Start kedjor bestäms av en pentos som innehåller ett fosfat i position 5". Pentoser i en polynukleotidkedja är anslutna genom fosfatbindningar 3 "→ 5". På slutet kedjor i position 3" - pentoser OH-grupp förblir gratis.

DNA-struktur av högre ordning - dubbel helix

Vetenskaplig beskrivning sekundär struktur av DNA avser största upptäckter mänskligheten på 1900-talet. Biokemist D. Watson och fysiker F. Crick 1953 föreslog de en modell av DNA:s struktur och mekanismen för replikationsprocessen. År 1962. de tilldelades Nobelpriset.

I sin populära form beskrivs historien i James Watsons bok "The Double Helix", M.: Mir, 1973. Boken beskriver historien på ett mycket intressant sätt. samarbete, med humor och lätt ironi av författaren till en sådan betydelsefull händelse, vars lyckliga "bovar" var två unga vetenskapsmän. Sedan upptäckten av DNA-strukturen har mänskligheten fått ett verktyg för utvecklingen av en ny riktning - bioteknik, proteinsyntes genom genrekombination (hormoner i den medicinska industrin produceras av insulin, erytropoietin och många andra).

Forskning bidrog till upptäckten av DNA:s struktur E. Chargaffa angående den kemiska sammansättningen av DNA. Han kom på:

Antalet pyrimidinbaser är lika med antalet purinbaser

Mängden tymin är lika med mängden adenin, och mängden cytosin är lika med

A = T G = C

A + G = T + C

A + C = T + G

Detta förhållande kallas Chargaff regler .

DNA-molekylen består av två vridna helixar. Skelettet av varje helix är en kedja av alternerande deoxiribos- och fosforsyrarester. Spiralerna är orienterade på ett sådant sätt att de bildar två ojämna spiralspår som löper parallellt med huvudaxeln. Dessa spår är fyllda med proteiner histoner. Kvävebaserna är belägna inuti helixen, nästan vinkelrät mot huvudaxeln och bildar komplementära par mellan kedjorna A...T och G...C.

Den totala längden av DNA-molekyler i varje cell når 3 cm. Celldiametern är i genomsnitt 10–5 m, DNA-diametern är endast 2 ‣‣‣10–9 m.

Grundläggande parametrar för dubbelhelixen:

* diameter 1,8 – 2 nm,

* ett varv innehåller 10 nukleotider

* svänghöjd ~ 3,4 nm

* avståndet mellan två nukleotider är 0,34 nm.

Baserna är placerade vinkelrätt mot kedjans axel.

* riktningarna för polynukleotidkedjorna är antiparallella

* koppling mellan furanoscykler av deoxiribos via

fosforsyra utförs från position 3` till position 5` in

var och en av kretsarna.

* Början av kedjan – hydroxylgruppen i pentos är fosforylerad i position

5', är änden av kedjan den fria hydroxylgruppen av pentos i position 3'.

* I DNA och RNA är nukleosidfragment i antikonformation; pyrimidinringen av purin är placerad till höger om glykosidbindningen. Endast denna position tillåter bildandet av ett komplementärt par (se nukleotidformler)

* Tre typer av interaktioner förekommer mellan kvävehaltiga baser:

1. "Tvärgående", komplementära par av två kedjor är involverade. En "cyklisk" överföring av elektroner sker mellan två kvävebaser (T – A, U – C), ett ytterligare p-elektronsystem bildas, vilket ger ytterligare interaktion och skyddar kvävehaltiga baser från oönskade kemiska påverkan. Mellan två vätebindningar etableras mellan adenin och tymin, och tre vätebindningar mellan guanin och cytosin.

2. "Vertikal" (stapling), på grund av stapling är kvävebaserna i en kedja inblandade. "Stacking interaktion" har till och med Mer betydelse för att stabilisera strukturen än interaktionen i komplementära par

3. Interaktion med vatten spelar en betydande roll för att upprätthålla den rumsliga strukturen hos dubbelspiralen, som antar den mest kompakta strukturen för att minska kontaktytan med vatten och riktar hydrofoba heterocykliska baser in i helixen.

Struktur och sammansättning av nukleoproteinkomplex

Flera typer av interaktioner deltar i bindningen av nukleinsyra till protein:

Elektrostatisk

Vätebindningar

Hydrofobisk

Baserat på resultaten av röntgenstrukturanalys, konstruerades verkliga tredimensionella modeller av DNA, ribosomer, informationsosomer och virala nukleinsyror med hjälp av datormodellering.

Histonproteiner av DNA har distinkta grundläggande egenskaper och skiljer sig åt hög grad evolutionär konservatism. Baserat på förhållandet mellan de två grundläggande aminosyrorna lysin/arginin delas de in i 5 klasser: H1, H2A, H 2B, H3, H4

Nukleotider - koncept och typer. Klassificering och funktioner för kategorin "Nukleotider" 2017, 2018.

Tillsammans med aminosyror är den viktigaste gruppen av kvävehaltiga ämnen nukleotider. Deras biologisk betydelse för organismers liv bestäms av det faktum att de används för att bygga molekyler av nukleinsyror - deoxiribonukleinsyra (DNA) och ribonukleinsyra (RNA), är en del av enzymernas katalytiska centra, deltar i bioenergetiska processer och syntesen av kolhydrater, lipider, proteiner, alkaloider och andra ämnen . Vissa nukleotider kan utföra regulatoriska funktioner.

Main strukturella komponenter nukleotider - kvävehaltiga baser, pentoser (ribos eller deoxiribos) och en ortofosforsyrarest. Beroende på kolhydratkomponenten särskiljs två grupper av nukleotider: ribonukleotider som innehåller en ribosrest och deoxiribonukleotider som innehåller en deoxiribosrest. Deoxiribonukleotider används av organismer för att syntetisera DNA, och ribonukleotider är en del av RNA, enzymer och nukleosidpolyfosfater med hög energi.

Ribos och deoxiribos i sammansättningen av nukleotider är i b-D-furanosform:

Nukleotider bildas av två typer av kvävehaltiga baser - pyrimidin- och purinderivat. De uppvisar egenskaperna hos baser i en vattenlösning när de interagerar med vattenmolekyler. Av pyrimidinbaserna är de viktigaste uracil, tymin och cytosin som de huvudsakliga strukturella enheterna av nukleotider som bildar nukleinsyror. Utöver dem är andra baser kända - 5-metylcytosin, pseudouracil, 5-hydroximetylcytosin etc. 5-metylcytosin och 5-hydroximetylcytosin i små mängder kan

Av purinbaserna är adenin och guanin de viktigaste, eftersom de används för syntes av nukleinsyror. I sammansättningen av nukleinsyror hittades även andra baser i små mängder, som bildas som ett resultat av den kemiska modifieringen av adenin och guanin: 7-metylguanin, 2-metyladenin, N-dimetylguanin etc. Viktiga mellanmetaboliter är hypoxantin , xantin, allantoin. I vissa växter kan de ackumuleras i ett fritt tillstånd.

Alla kvävehaltiga baser absorberar intensivt ultraviolett ljus vid våglängder på 200-280 nm.

När kvävehaltiga baser kombineras med en ribos- eller deoxiribosmolekyl kallas föreningar nukleosider, eftersom en glykosidbindning uppstår mellan pentosen och basen. Baserna i detta fall kan betraktas som aglykoner i förhållande till pentos.

I nukleosider sker den glykosidiska bindningen mellan den första kolatomen i pentosen i b-furanosformen och kvävet i purinbasen (nionde positionen) eller pyrimidinbasen (första positionen). De kvävehaltiga baserna adenin, guanin, cytosin och uracil bildas, när de kombineras med ribos, nukleosider - adenosin, guanosin, cytidin och uridin,

och med deoxiribos - deoxiadenosin, deoxiguanosin, deoxicytidin, deoxiuridin. Tymin kombineras med deoxiribos för att ge deoxitymidin.

Kvävebaser och nukleosider kan ackumuleras i växter i betydande mängder på grund av den intensiva nedbrytningen av nukleinsyror.

Fosforsyraestrar av nukleosider kallas nukleotider. I nukleotider kan ortofosforsyrarester bindas till den femte eller tredje kolatomen i ribos eller deoxiribos, och i vissa ribonukleotider även till den andra kolatomen i ribos. I fria nukleotider är fosfatgruppen vanligtvis belägen vid den femte kolatomen av ribos eller deoxiribos. I en neutral miljö är ortofosforsyrarester i nukleotidmolekyler starkt dissocierade, vilket resulterar i att katjoner kan fästa; därför kristalliserar nukleotider under kemisk isolering i form av salter.

Att studera den rumsliga strukturen av kvävehaltiga baser med röntgendiffraktionsanalys visar att de alla har en nästan platt konformation. Omarrangemang av dubbelbindningar sker ganska lätt i dem, vilket åtföljs av tautomera transformationer. Till exempel kan guanin existera i två tautomera former:

Planet för basens heterocykliska kärna i strukturen av nukleosider och nukleotider kan uppta två positioner i rymden i förhållande till pentosen och bilda två motsatta konformationer - syn-konformation och anti-gestaltning. I anti-konformation, strukturen av den kvävehaltiga basen vänds bort från pentos, och in syn-konformation är orienterad ovanför sitt plan. I det fria tillståndet finns pyrimidinnukleotider övervägande i anti-konformationer och puriner ändras ganska lätt från en form till en annan.

På grund av det faktum att nukleotider har starkt sura egenskaper kallas de syror, med hänsyn till namnen på kvävebaserna och kolhydratkomponenten. Till exempel kallas en ribonukleotid som innehåller en adeninrest adenylsyra eller adenosinmonofosfat (AMP). Deoxiribonukleotiden som bildas av tymin kallas deoxitymidylsyra, eller deoxitymidinmonofosfat (dTMP). Namnen på andra nukleotider presenteras i tabell 2.

Cykliska former av nukleotider, adenosinmonofosfat och guanosinmonofosfat, har hittats i växter, som uppenbarligen utför regulatoriska funktioner. Strukturen för cyklisk AMP kan representeras av följande formel:

2 . Namn på de viktigaste nukleotiderna.