כְּלָלִיוּת
נוקלאוטידים הם המולקולות האורגניות המרכיבות את חומצות הגרעין ה- DNA ו- RNA.
חומצות גרעין הן מקרומולקולות ביולוגיות בעלות חשיבות בסיסית להישרדותו של אורגניזם חי, והנוקלאוטידים הם אבני הבניין שלהם.
לכל הנוקלאוטידים מבנה כללי הכולל שלושה יסודות מולקולריים: קבוצת פוספט, פנטוז (כלומר סוכר 5-פחמן) ובסיס חנקני.
ב- DNA, פנטוז הוא deoxyribose; ב- RNA, לעומת זאת, הוא ריבוז.
הנוכחות של deoxyribose ב- DNA ו- ribose ב- RNA מייצגת את ההבדל העיקרי בין הנוקלאוטידים המרכיבים את שתי חומצות הגרעין הללו.
ההבדל החשוב השני נוגע לבסיסים החנקניים: לנוקלאוטידים של DNA ו- RNA יש במשותף רק 3 מתוך 4 הבסיסים החנקניים הקשורים אליהם.
מהם נוקלאוטידים?
נוקלאוטידים הם המולקולות האורגניות המהוות את המונומרים של חומצות גרעין ה- DNA ו- RNA.
על פי הגדרה אחרת, נוקלאוטידים הם היחידות המולקולריות המרכיבות את חומצות הגרעין DNA ו- RNA.
מונומרים כימיים וביולוגיים מגדירים יחידות מולקולריות אשר, כשהן מסודרות בשרשראות לינאריות ארוכות, יוצרות מולקולות גדולות (מקרומולקולות), המוכרות יותר בשם פולימרים.
מבנה כללי
לנוקלאוטידים מבנה מולקולרי הכולל שלושה יסודות:
- קבוצת פוספט, שהיא נגזרת של חומצה זרחתית;
- סוכר בעל 5 אטומי פחמן, כלומר פנטוז;
- בסיס חנקני, שהוא מולקולה הטרוציקלית ארומטית.
הפנטוז מייצג את האלמנט המרכזי של הנוקלאוטידים, כאשר קבוצת הפוספט והבסיס החנקני נקשרים אליו.
איור: יסודות המרכיבים נוקלאוטיד גנרי של חומצת גרעין. כפי שניתן לראות, קבוצת הפוספטים ובסיס החנקן נקשרים לסוכר.
הקשר הכימי שמחזיק את הפנטוז וקבוצת הפוספט יחד הוא קשר פוספודיאסטר (או קשר פוספודיאסטר), ואילו הקשר הכימי שקושר את הפנטוז והבסיס החנקני הוא קשר N- גליקוזידי (או קשר N-גליקוזידי.).
אילו גחלים של הפנטוסו מעורבים בקישורים השונים?
הַנָחַת יְסוֹד: כימאים חשבו למנות את הפחמנים המרכיבים את המולקולות האורגניות, באופן שיפשט את המחקר והתיאור שלהם. כאן, אם כן, ש -5 הפחמנים של הפנטוז הופכים: פחמן 1, פחמן 2, פחמן 3, פחמן 4 ופחמן 5. הקריטריון להקצאת המספרים הוא די מורכב, ולכן אנו רואים לנכון להשאיר אותו בחוץ.
מתוך 5 הפחמנים היוצרים את הפנטוז של הנוקלאוטידים, המעורבים בקשרים עם הבסיס החנקני וקבוצת הפוספט הם בהתאמה פחמן 1 ופחמן 5.
- פנטוז פחמן 1 → קשר N-glycosidic → בסיס חנקן
- פנטוז פחמן 5 → קשר פוספודיאסטר → קבוצת פוספט
נוקלאוטידים הם נוקליאוזידים עם קבוצת פוספטים
איור: מבנה של פנטוז, מספור הפחמנים המרכיבים אותו וקשרים עם בסיס חנקן וקבוצת פוספט.
ללא היסוד של קבוצת הפוספטים, הנוקלאוטידים הופכים לנוקלאוזידים.
נוקלאוזיד, למעשה, הוא מולקולה אורגנית, הנובעת מהאיחוד בין פנטוז לבסיס חנקני.
ביאור זה משמש להסביר כמה הגדרות של נוקלאוטידים, הקובעות: "נוקלאוטידים הם נוקלאוזידים בעלי קבוצה אחת או יותר של פוספט המחוברים לפחמן 5".
ההבדל בין DNA ל- RNA
הנוקלאוטידים של DNA ו- RNA שונים זה מזה, מבחינה מבנית.
ההבדל העיקרי טמון בפנטוז: ב- DNA, הפנטוז הוא deoxyribose; ב- RNA, לעומת זאת, הוא ריבוז.
דאוקסיריבוזה וריבוזה שונים רק לאטום אחד: למעשה, אטום חמצן חסר בפחמן 2 של דאוקסיריבוז (NB: c "הוא רק מימן), אשר להיפך, קיים בפחמן 2 של ריבוז (הערה: כאן, חמצן מצטרף למימן, ויוצר קבוצת הידרוקסיל (OH).
להבדל זה לבדו יש חשיבות ביולוגית עצומה: DNA הוא החזות הגנטית שעליה תלויים התפתחותם ותפקודם המתאים של התאים של אורגניזם חי; RNA, לעומת זאת, הוא המקרו -מולקולה הביולוגית האחראית בעיקר על קידוד, פענוח, ויסות והבעת גנים של DNA.
ההבדל החשוב הנוסף בין DNA ו- NNA נוקלאוטידים נוגע לבסיסים החנקניים.
כדי להבין לגמרי את אי השוויון השני הזה, צריך לקחת צעד קטן אחורה.
איור: סוכרים בעלי 5 פחמן המרכיבים את הנוקלאוטידים של RNA (ריבוז) ו- DNA (deoxyribose).
בסיסי חנקן הם מולקולות בעלות טבע אורגני, אשר, בחומצות גרעין, מייצגות את המרכיב הייחודי של הסוגים השונים של נוקלאוטידים המרכיבים. שלד קבוצת הסוכר-פוספט נשאר ללא שינוי.
הן ב- DNA והן ב- RNA, הבסיסים החנקניים האפשריים הם 4; לכן סוגי הנוקלאוטידים, עבור כל חומצת גרעין, נמצאים בכל 4.
אחרי שאמרנו את זה, אם נחזור להבדל החשוב השני בין הנוקלאוטידים של DNA ו- RNA, לשתי חומצות הגרעין הללו יש במשותף רק 3 מתוך 4 בסיסים חנקניים. במקרה זה, אדנין, גואנין וציטוזין הם 3 הבסיסים החנקניים. הן DNA והן RNA; תימין ואורציל, לעומת זאת, הם הבסיס החנקני הרביעי של ה- DNA והבסיס הרביעי של ה- RNA, בהתאמה.
לכן, מלבד הפנטוז, נוקלאוטידי ה- DNA ונוקלאוטידים ה- RNA זהים ל -3 מתוך 4 סוגים.
שיעורי חברות של בסיסים חנקניים
אדנין וגואנין שייכים למעמד הבסיסים החנקניים, המכונים פורינים. פורינים הם תרכובות הטרוציקליות ארומטיות.
תמין, ציטוזין ואורציל, לעומת זאת, שייכים למחלקה של בסיסים חנקניים, המכונים פירימידינים. פירימידינים הם תרכובות הטרוציקליות ארומטיות בעלות טבעת אחת.
שם אחר של DNA ו- NNA Nucleotides
הנוקלאוטידים עם סוכר דהוקסיריבוזה, קרי נוקלאוטידים ה- DNA, מקבלים את השם החלופי של deoxyribonucleotides, בדיוק בשל הימצאות הסוכר הנ"ל.
מסיבות דומות, הנוקלאוטידים עם הסוכר ריבוז, כלומר הנוקלאוטידים של ה- RNA, מקבלים את השם החלופי של ריבונוקליאוטידים.
- אדנין Deoxyribonucleotide
- גואנין deoxyribonucleotide
- ציטוסין Deoxyribonucleotide
- תיאמין Deoxyribonucleotide
- Ribonucleotide adenine
- ריבונוקלאוטיד גוואנין
- ציטוזין ריבונוקלאוטיד
- Uracil ribonucleotide
ארגון בחומצות גרעין
בהרכבת חומצת גרעין, הנוקלאוטידים מארגנים את עצמם לחוטים ארוכים, בדומה לשרשראות.
כל נוקלאוטיד היוצר חוטים ארוכים אלה נקשר לנוקלאוטיד הבא באמצעות קשר פוספודיאסטר בין הפחמן 3 של הפנטוז שלו לבין קבוצת הפוספטים של הנוקלאוטיד העוקב.
האקסטרים
לגדילי הנוקלאוטיד (או קווצות נוקלאוטיד), המרכיבים חומצות גרעין, יש שני קצוות, המכונים קצה 5 "(קריאה" חמש קצה פריים ") ו -3" קצה (קריאת "פריים של שלושה קצוות"). לפי הסכמה, ביולוגים וגנטיקאים קבעו ש"קצה 5 "מייצג את ראש גדיל היוצר חומצת גרעין, ואילו" סוף 3 "מייצג את זנבו.
מנקודת המבט הכימית, "5 הקצה" עולה בקנה אחד עם קבוצת הפוספטים של הנוקלאוטיד הראשון של השרשרת, בעוד ש"קצה 3 "עולה בקנה אחד עם קבוצת ההידרוקסיל (OH) המונחת על פחמן 3 של הנוקלאוטיד האחרון.
על בסיס ארגון זה, בספרים על גנטיקה וביולוגיה מולקולרית מתוארים קווצות הנוקלאוטיד כדלקמן: P -5 "→ 3" -OH.
* הערה: האות P מציינת את אטום הזרחן של קבוצת הפוספטים.
תפקיד ביולוגי
הביטוי של גנים תלוי ברצף ה- DNA נוקלאוטיד. גנים הם פחות או יותר קטעים ארוכים של DNA (כלומר מקטעי נוקלאוטידים), המכילים את המידע החיוני לסינתזת חלבונים. מורכב מחומצות אמינו, חלבונים הם מקרומולקולות ביולוגיות, אשר ממלאים תפקיד בסיסי בוויסות המנגנונים הסלולריים של אורגניזם.
רצף הנוקלאוטיד של גן נתון מציין את רצף חומצות האמינו של החלבון הקשור.
