Что собой представляет нуклеотид: вид, строение и длина одного нуклеотида

ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота)

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это линейный органический полимер, мономерными звеньями которого являются нуклиатиды.

Что такое ДНК?

Вся информация о строении и функционировании любого живого организма содержится в закодированном виде в его генетическом материале. Основу генетического материала организма составляет дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК большинства организмов – это длинная двухцепочечная полимерная молекула. Последовательность мономерных звеньев (дезоксирибонуклеотидов) в одной ее цепи соответствует (комплементарна) последовательности дезоксирибонуклеотидов в другой. Принцип комплементарности обеспечивает синтез новых молекул ДНК, идентичных исходным, при их удвоении (репликации).

Участок молекулы ДНК, кодирующий определенный признак, – ген.

Гены – это индивидуальные генетические элементы, имеющие строго специфичную нуклеотидную последовательность, и кодирующие определенные признаки организма. Одни из них кодируют белки, другие — только молекулы РНК.

Информация, которая содержится в генах, кодирующих белки (структурных генах), расшифровывается в ходе двух последовательных процессов:

  • синтеза РНК (транскрипции): на определенном участке ДНК как на матрице синтезируется матричная РНК (мРНК).
  • синтеза белка (трансляции): В ходе согласованной работы многокомпонентной системы при участии транспортных РНК (тРНК), мРНК, ферментов и различных белковых факторов осуществляется синтез белковой молекулы.

Все эти процессы обеспечивают правильный перевод зашифрованной в ДНК генетической информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Аминокислотная последовательность белковой молекулы определяет ее структуру и функции.

Строение ДНК

ДНК – это линейный органический полимер. Его мономерные звенья – нуклеотиды, которые, в свою очередь, состоят из:

  • азотистого основания;
  • пятиуглеродного сахара (пентозы);
  • фосфатной группы (рисунок 1).

ДНК строение одной цепочки нуклеотидов

Рисунок 1 : ДНК – строение одной цепочки нуклеотидов

При этом, фосфатная группа присоединена к 5′-атому углерода моносахаридного остатка, а органическое основание — к 1′-атому.

Основания в ДНК бывают двух типов:

  • Пуриновые: аденин ( А ) и гуанин (G);
  • Пиримидиновые: цитозин (С) и тимин (Т);(рисунок 2),

Азотистые основания пуриновые и пиримидиновые

Рисунок 2: Азотистые основания- пуриновые и пиримидиновые

Строение нуклеотидов в молекуле ДНК

В ДНК моносахарид представлен 2′-дезоксирибозой, содержащей только 1 гидроксильную группу (ОН), а в РНКрибозой, имеющей 2 гидроксильные группы (OH).

Нуклеотиды соединены друг с другом фосфодиэфирными связями, при этом фосфатная группа 5′-углеродного атома одного нуклеотида связана с З’-ОН-группой дезоксирибозы соседнего нуклеотида (рисунок 1). На одном конце полинуклеотидной цепи находится З’-ОН-группа (З’-конец), а на другом — 5′-фосфатная группа (5′-конец).

Уровни структуры ДНК

Принято выделять 3 уровня структуры ДНК:

  • первичную;
  • вторичную;
  • третичную.

Первичная структура ДНК – это последовательность расположения нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК стабилизируется водородными связями между комплементарными парами оснований и представляет собой двойную спираль из двух антипараллелных цепочек, закрученных вправо вокруг одной оси.

Общий виток спирали- 3,4нм, расстояние между цепочками 2нм.

Третичная структура ДНК – суперсперализация ДНК. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы, что часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Суперспиральная структура ДНК обеспечивает экономную упаковку очень длинной молекулы ДНК в хромосоме. Так, в вытянутой форме длина молекулы ДНК составляет 8 см, а в форме суперспирали укладывается в 5 нм.

Правило Чаргаффа

Правило Э. Чаргаффа – это закономерность количественного содержания азотистых оснований в молекуле ДНК:

Модель ДНК Уотсона-Крика

Б 1953 г. Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, основываясь на данных рентгеноструктурного анализа кристаллов ДНК, пришли к выводу, что нативная ДНК состоит из двух полимерных цепей, образующих двойную спираль (рисунок 3).

Навитые одна на другую полинуклеотидные цепи удерживаются вместе водородными связями, образующимися между комплементарными основаниями противоположных цепей (рисунок 3). При этом аденин образует пару только с тимином, а гуанин — с цитозином. Пара оснований А—Т стабилизируется двумя водородными связями, а пара G—Стремя.

Длина двухцепочечной ДНК обычно измеряется числом пар комплементарных нуклеотидов (п.н.). Для молекул ДНК, состоящих из тысяч или миллионов пар нуклеотидов, приняты единицы т.п.н. и м.п.н. соответственно. Например, ДНК хромосомы 1 человека представляет собой одну двойную спираль длиной 263 м.п.н.

Сахарофосфатный остов молекулы, который состоит из фосфатных групп и дезоксирибозных остатков, соединенных 5’—З’-фосфодиэфирными связями, образует «боковины винтовой лестницы», а пары оснований А—Т и G—С — ее ступеньки (рисунок 3).

Рисунок 3: Модель ДНК Уотсона-Крика

Цепи молекулы ДНК антипараллельны: одна из них имеет направление 3’→5′, другая 5’→3′. В соответствии с принципом комплементарности, если в одной из цепей имеется нуклеотидная последовательность 5-TAGGCAT-3′, то в комплементарной цепи в этом месте должна находиться последовательность 3′-ATCCGTA-5′. В этом случае двухцепочечная форма будет выглядеть следующим образом:

В такой записи 5′-конец верхней цепи всегда располагают слева, а 3′-конец — справа.

Носитель генетической информации должен удовлетворять двум основным требованиям: воспроизводиться (реплицироваться) с высокой точностью и детерминировать (кодировать) синтез белковых молекул.

Модель ДНК Уотсона—Крика полностью отвечает этим требованиям, так как:

  • согласно принципу комплементарности каждая цепь ДНК может служить матрицей для образования новой комплементарной цепи. Следовательно, после одного раунда репликации образуются две дочерние молекулы, каждая из которых имеет такую же нуклеотидную последовательность, как исходная молекула ДНК.
  • нуклеотидная последовательность структурного гена однозначно задает аминокислотную последовательность кодируемого ею белка.

Интересные факты о ДНК

  1. Одна молекула ДНК человека вмещает порядка 1,5 гигабайта информации. При этом, ДНК всех клеток человеческого организма занимают 60 млрд. терабайт, что сохраняются на 150-160 граммах ДНК. [2]
  2. Международный день ДНК отмечается 25 апреля. Именно в этот день в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик опубликовали в журнале Nature свою статью под названием «Молекулярная структура нуклеиновых кислот», где описали двойную спираль молекулы ДНК. [3]

Список литературы: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
Автор: Б.Глик,
Дж. Пастернак,
Источник: Молекулярная биотехнология: принципы и применение, Б.Глик, Дж. Пастернак, 2002 год
[2] MPlast.by – портал: “ДНК 1 клетки человека вмещает 1,5 гигабайта информации – лучший винчестер на планете” – 27 апреля 2016 года
[3] Журнал NATURE: “Molecular Structure of Nucleic Acids” – 25 апреля 1953 года
Дата в источнике: 2002 год

Нуклеотид : строение, масса длина , последовательность

Спираль нуклеотида - схема

Все живое на планете состоит из многочисленных клеток. Они поддерживают упорядоченность своей организации с помощью генетической информации, содержащейся в ядре, которая сохраняется, передается и реализуется высокомолекулярными сложными соединениями — нуклеиновыми кислотами. Кислоты эти, в свою очередь, состоят из мономерных звеньев – нуклеотидов.

Роль нуклеиновых кислот переоценить невозможно. Нормальная жизнедеятельность организма определяется стабильностью их структуры. Если в строении происходят любые отклонения , меняется количество либо последовательность — это обязательно приводит к изменениям в клеточной организации. Изменяется активность физиологических процессов и жизнедеятельность клеток.

Понятие нуклеотида

 Строение нуклеотида - схема

Как и белки, нуклеиновые кислоты необходимы для жизни. Это генетический материал всех живых организмов, включая вирусы.

Выяснение структуры одного из двух типов нуклеиновых кислот ДНК позволило понять, каким образом в живых организмах хранится информация, необходимая для регулирования жизнедеятельности и как она передается потомству. Нуклеотид представляет собой мономерную единицу, образующую соединения более сложные — нуклеиновые кислоты. Без них невозможно хранение, воспроизведение и передача генетической информации. Свободные нуклеотиды – главные компоненты, которые участвуют в энергетических и в сигнальных процессах. Они поддерживают нормальную жизнедеятельность отдельных клеток и организма в целом.Из них строятся длинные молекулы — полинуклеотиды.Чтобы разобраться со структурой полинуклеотида следует понять строение нуклеотидов.

Что такое нуклеотид? Молекулы ДНК собраны из мелких мономерных соединений. Другими словами, нуклеотид — это органическое сложное соединение, представляющее собой составную часть нуклеиновых кислот и других биологических соединений, необходимых для жизнедеятельности клетки.

Состав и основные свойства нуклеотидов

Строение сахара

В состав молекулы нуклеотида (мононуклеотида) в определенной последовательности входят три химических соединения:

  1. Пентоза или пятиугольный сахар:
  • дезоксирибоза. Эти нуклеотиды называют дезоксирибонуклеотидами. Они входят в состав ДНК;
  • рибоза. Нуклеотиды входят в состав РНК и называются рибонуклеотидами.

2. Азотистая пиримидиновая или пуриновая основа, связанная с углеродным атомом сахара. Это соединение называют нуклеозидом

3. Фосфатная группа, состоящая из остатков фосфорной кислоты ( в количестве от одного до трех). Присоединяется к углероду сахара эфирными связями, образующими молекулу нуклеотида .

Свойствами нуклеотидов являются:

  • участие в метаболизме и других физиологических процессах, которые протекают в клетке;
  • осуществление контроля над репродукцией и ростом;
  • хранение информации о наследуемых признаках и о структуре белка.

Нуклеиновые кислоты

Свечение спирали ДНК

Сахар в нуклеиновых кислотах представлен пентозой. В РНК пятиуглеродный сахар называется рибозой, в ДНК — дезоксирибозой. В каждой молекуле пентозы пять атомов углерода, из которых четыре образуют кольцо с атомом кислорода , а пятый атом входит в группу НО-СН2.

В молекуле положение атома углерода обозначается цифрой со штрихом (например:1C´, 3C´, 5C´). Так как у вех процессов считывания с молекулы нуклеиновой кислоты наследственной информации имеется строгая направленность, нумерация углеродных атомов и их расположение служат указателем верного направления.

С первым углеродным атомом 1C´ в молекуле сахара соединяется азотистое основание.

К третьему и пятому углеродным атомам по гидроксильной группе (3C´, 5C´) присоединяется остаток фосфорной кислоты, который определяет химическую принадлежность к группе кислот ДНК и РНК.

Состав азотистых оснований

Азотистые основания и их соединение

Виды нуклеотидов по азотистому основанию ДНК :

Первые два класса — пурины:

  • аденин (А);
  • гуанин (Г).

Два последние относятся к классу пиримидинов:

  • тимин (Т);
  • цитозин (Ц).

Пуриновые соединения по молекулярной массе тяжелее пиримидиновых.

Нуклеотиды РНК по азотистому соединению представлены:

  • гуанином;
  • аденином;
  • урацитолом;
  • цитозином.

Так же, как тимин, урацил является пиримидиновым основанием. Нередко в научной литературе азотистые основания обозначаются латинскими буквами (A, T, C, G, U).

Пиримидины, а именно тимин, цитозин, урацил представлены шестичленным кольцом, состоящим из двух атомов азота и четырех атомов углерода, последовательно пронумерованных , от 1 до 6.

Пурины (гуанин и аднин) состоят из имидазола и пиримидина. В молекулах пуриновых оснований четыре атома азота и пять атомов углерода. У каждого атома имеется свой номер от 1 дот 9.

Результатом соединений азотистых остатков с остатками пентозы является нуклеозид. Нуклеотид – это соединение фосфатной группы с нуклеозидом.

Образование фосфодиэфирных связей

Образование связей между нуклеатидами

Следует разобраться в вопросе о том, как нуклеотиды соединяются в полипептидную цепь, сколько их участвует в процессе ,образуя молекулу нуклеиновой кислоты за счет фосфодиэфирных связей.

При взаимодействии двух нуклеотидов образуется динуклеотид. Новое соединение образуется путем конденсации, когда возникает фосфодиэфирная связь между гидроксигруппой пентозы одного мономера и фосфатным остатком другого.

Синтезом полинуклеотида является многочисленное повторение этой реакции. Сборка полинуклеотидов представляет сложный процесс, обеспечивающей рост цепи с одного конца.

Структура ДНК

Структура ДНК по схеме

Молекулы ДНК, как и молекулы белка, имеют первичную, вторичную структуры и третичную. Первичную структуру в цепи ДНК определяет последовательность нуклеотидов. В основе вторичной структуры лежит формирование водородных связей. При синтезе двойной спирали ДНК имеется определенная закономерность и последовательность: тимин одной цепи соответствует аденину другой; цитозин – гуанину, и наоборот. Соединения нуклеидов создают прочную связь цепей, с равным между ними расстоянием.

Зная последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК можно по принципу дополнения или комплементарности достроить вторую.

Третичная структура ДНК образовывается путем трехмерных сложных соединений. Это делает молекулу более компактной, чтобы она могла свободно разместиться в небольшом объеме клетки. длина кишечной палочки ДНК более 1 мм, в то время как длина самой клетки менее 5 мкм.

Количество пиримидиновых оснований равняется всегда числу пуриновых. Расстояние между нуклеотидами равняется 0,34 нм. Это постоянная величина, как и молекулярная масса.

Функции и свойства ДНК

Функции ДНК в организме

Основные функции ДНК:

  • сохраняет наследственную информацию;
  • передача (удвоение/репликация);
  • транскрипция, реализация;
  • ауторепродукция ДНК. Функционирование репликона.

Процесс самовоспроизведения молекулы нуклеиновой кислоты сопровождается передачей от клетки к клетке копий генетической информаций. Для его осуществления необходимы набор специфических ферментов. В этом процессе полуконсервативного типа образуется репликативная вилка.

Репликон представляет собой единицу репликационного процесса участка генома, подконтрольного одной точке инициации репликации. Как правило, геном прокариот -это репликон. Репликация от точки инициации идет в обе стороны, иногда с различной скоростью.

Молекула РНК – структура

Строение РНК по схеме

РНК является одной полинуклеотидной цепочкой, которая образуется через ковалентные связи между фосфатным остатком и пентозой . Она короче ДНК, имеет другую последовательность и различается по видовому составу азотистых соединений. Пиримидиновое основание тимина в РНК заменяется урацилом.

РНК может быть трех видов, в зависимости от тех функций, которые выполняются в организме:

  • информационная (иРНК) — очень разнообразная по нуклеотидному составу. Она является своего рода матрицей для синтеза белковой молекулы, переносит генетическую информацию к рибосомам от ДНК;
  • транспортная (тРНК) в среднем состоит из 75-95 нуклеотидов. Она переносит необходимую аминокислоту в рибосоме к месту синтеза полипептида. У каждого вида тРНК и есть своя, присущая только ему последовательность нуклеотидов или мономеров;
  • рибосомальная (рРНК) обычно одержит от 3000 до 5000 нуклеотидов. Рибосом является необходимым структурным ом компонент участвующим в важнейшем процессе, происходящем в клетке – биосинтезе белка.

Роль нуклеотида в организме

В клетке нуклеотиды выполняют важные функции:

  • являются биорегуляторами;
  • используются как структурные блоки для нуклеиновых кислот ;
  • входят в состав главного источника энергии в клетке — АТФ;
  • участвуют во многочисленных обменных процессах в клетках;
  • являются переносчиками восстановительных эквивалентов в клетках (ФАД, НАДФ+; НАД+; ФМН);
  • могут рассматриваться как вестники регулярного внеклеточного синтеза (цГМФ, цАМФ).

Свободные нуклеотиды – главные компоненты, которые участвуют в энергетических и в сигнальных процессах. Они поддерживают нормальную жизнедеятельность отдельных клеток и организма в целом.

Нуклеотиды

Библиографическая ссылка для цитирования: Сазонов В.Ф. Нуклеотиды [Электронный ресурс] // Кинезиолог, 2009-2021: [сайт]. Дата обновления: 30.03.2021. URL: http://kineziolog.su/content/nukleotidy (дата обращения: __.__.20__). __________________________Строение нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты, а также связи между нуклеотидами.

Определение понятия

Нуклеотиды – это сложные мономеры, из которых собраны гетерополимерные молекулы ДНК и РНК. Свободные нуклеотиды участвуют в сигнальных и энергетических процессах жизнедеятельности. ДНК-нуклеотиды и РНК-нуклеотиды имеют общий план строения, но различаются по строению сахара-пентозы. В ДНК-нуклеотидах используется сахар дезоксирибоза, а в РНК-нуклеотидах – рибоза. Для включения в цепь нуклеиновой кислоты свободный нуклеотид должен быть активирован, т.е. иметь в своём составе вместо монофосфата трифосфат.

Структура нуклеотида

В каждом нуклеотиде можно выделить 3 части:

1. Углевод – это пятичленный сахар-пентоза (рибоза или дезоксирибоза) в виде кольца с коротким “хвостиком”.

2. Фосфатный остаток -H2PO3 (фосфат) – это остаток фосфорной кислоты. Именно этой частью нуклеотиды могут присоединяться друг к другу и формировать цепочки из нуклеотидов – РНК или ДНК. Но для того чтобы присоединиться к другому нуклеотиду, данному нуклеотиду нужен не простой одинарный фосфатный остаток, а трифосфатный, состоящий из трёх фосфатов, соединённых мактроэргическими связями, дающими много энергии при расщеплении.

3. Азотистое основание – это циклическое соединение, в котором много атомов азота. В нуклеиновых кислотах используется всего 5 видов азотистых оснований : Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин, Урацил. В ДНК – 4 вида: Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин. В РНК – тоже 4 вида: Аденин, Урацил, Гуанин, Цитозин, Легко заметить, что в РНК происходит замещение Тимина на Урацил по сравнению с ДНК.

Общая структурная формула пентозы (рибозы или дезоксирибозы), молекулы которой образуют “скелет” нуклеиновых кислот:

Общая формула пентозы

Если Х заменить на Н (Х = Н) – то получаются дезоксирибонуклеозиды; если Х заменить на ОН (Х = ОН) – то получаются рибонуклеозиды. Если вместо R подставить азотистое основание (пуриновое или пиримидиновое) – то получится конкретный нуклеотид.

Важно обратить внимание на те положения атомов углерода в пентозе, которые обозначены как 3′ и 5′. Нумерация атомов углерода начинается от атома кислорода вверху и идёт по часовой стрелке. Последним получается атом углерода (5′), который располагается за пределами пентозного кольца и образует, можно сказать, “хвостик” у пентозы. Так вот, при наращивании цепочки из нуклеотидов фермент может присоединить новый нуклеотид только к углероду 3′ и ни к какому другому. Поэтому 5′-конец нуклеотидной цепочки никогда не сможет иметь продолжения, удлинняться может только 3′-конец.

Азотистые основания

Азотистые основания

Нуклеотиды
Сравните нуклеотид для РНК с нуклеотидом для ДНК.
Попробуйте узнать, какой это нуклеотид, в таком представлении:
АТФ – свободный нуклеотид

Строение АТФ

цАМФ – “закольцованная” молекула АТФ

Циклический аденозинмонофосфат

Схема строения нуклеотида
Нуклеотид

Обратите внимание на то, что активированный нуклеотид, способный наращивать цепочку ДНК или РНК, имеет “трифосфатный хвостик”. Именно этим “энергонасыщенным” хвостиком он может присоединиться к уже имеющейся цепочке растущей нуклеиновой кислоты. Фосфатный хвостик сидит на 5-м атоме углерода, так что это положение углерода уже занято фосфатами и предназнено для прикрепления. К чему же его прикрепить? Только к углероду в положении 3′. После прикрепления данный нуклеотид сам станет мишенью дла прикрепления следующего нуклеотида. “Принимающая сторона” предоставляет углерод в положении 3′, а “прибывающая сторона” цепляется к нему фосфатным хвостиком, находящимся в положении 5′. В целом цепочка растёт со стороны 3′.

Наращивание нуклеотидной цепочки ДНК

Добавление нуклеотидов к цепи ДНК

Наращивание цепочки за счёт “продольных” связей между нуклеотидами может идти только в одном направлении: от 5′ ⇒ к 3′, т.к. новый нуклеотид можно присоединить только к 3′-концу цепочки, но не к 5′-концу.

Нуклеотиды

Предварительная краткая информация: нуклеотиды играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности клетки.

Классификация нуклеотидов

Нуклеотиды, состоящие из одной молекулы А.О, пентозы, фосфорной кислоты, называются мононуклеотидами. Мононуклеотиды могут содержать одну молекулу фосфорной кислоты , две или три молекулы фосфорной кислоты, соединенных друг с другом.

Комбинация из двух мононуклеотидов называется динуклеотидом. В составе динуклеотида обычно присутствуют разные азотистые основания или одно другое циклическое соединение, например, витамин..

Особую роль в биохимических процессах играют циклические мононуклеотиды.

Номенклатура мононуклеотидов.

К названию нуклеозида добавляют в зависимости от количества фосфатных остатков, « монофосфат », « дифосфат », « трифосфат », с указанием их места положения в цикле пентозы- цифровое обозначение места со значком ( ‘ ) ,

Положение фосфатной группы в положении (5′) является наиболее распространенным и типичным, поэтому его можно не указывать ( АМФ, ГТФ, УТФ, дАМФ и т.д.)

Остальные положения обозначаются обязательно ( 3′- АМФ, 2′- АМФ , 3′- дАМФ )

Названия наиболее распространенных нуклеотидов

нуклеозид нуклеозидмонофосфат нуклеозиддифосфат нуклеозидтрифосфат
аденозин 5′-Аденозинмонофосфат (5′- АМФ или АМФ ) 5′ -адениловая кислота 5′-Аденозиндифосфат ( 5′-АДФ или АДФ) 5′-Аденозинтрифосфат ( 5′-АТФ или АТФ )
аденозин 3′-аденозинмонофосфат ( 3′-АМФ) 3′ -адениловая кислота не встречается in vivo не встречается in vivo
гуанозин 5′-гуанозинмонофосфат (5′- ГМФ или ГМФ ) 5′-гуанозиндифосфат (5′- ГДФ или ГДФ ) 5′-гуанозинтрифосфат (5′- ГТФ или ГТФ )
гуанозин 3′-гуанозинмонофосфат (3′- ГМФ) 3′-гуаниловая кислота не встречается in vivo не встречается in vivo
дезокси аденозин 5′-дезоксиаденозин монофосфат (5′- дАМФ или дАМФ ) 5′-дезоксиаденозин дифосфат (5′-дАДФили дАДФ) 5′-дезоксиаденозин трифосфат (5′-дАТФили дАТФ)
уридин 5′-уридинмонофосфат (5′- УМФ или УМФ) 5′-уридиндифосфат (5′- УДФ или УДФ) 5′-уридинтрифосфат (5′- УТФ или УТФ)
цитидин 5′-цитидинмонофосфат (5′- ЦМФ или ЦМФ) 5′-цитидиндифосфат (5′- ЦДФ или ЦДФ) 5′-цитидинтрифосфат (5′- ЦТФ или ЦТФ)

Нуклеотиды, образованные с участием рибозы, могут содержать остатки фосфорной кислоты в трех положениях ( 5′, 3′, 2′ ), а с участием дезоксирибозы – только в двух положениях (5′, 3′ ) , в положении 2′ гидроксигруппа отсутствует.. Это обстоятельство очень важно для структуры ДНК.

Отсутствие гидроксигруппы во втором положении имеет два важных последствия:

– уменьшается поляризация гликозидной связи в ДНК и она становится более устойчивой к гидролизу.

– 2-О-дезоксирибоза не может подвергаться ни эпимеризации, ни превращению в кетозу.

В клетке происходит последовательное превращение нуклеозидмонофосфата в дифосфат, а затем в трифосфат .

Для примера : АМФ ———> АДФ ———> АТФ

Биологическая роль нуклеотидов

Все нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты относятся к высокоэнергетическим (макроэргическим ) соединениям.

Нуклеозидтрифосфаты участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, обеспечивают активацию биоорганических соединений и биохимические процессы, которые проходят с затратой энергии. Аденозинтрифосфат ( АТФ) является наиболее распространенным в организме человека макроэргическим соединением. Содержание АТФ в скелетных мышцах млекопитающих до 4г/ кг, общее содержание около 125 г. У человека скорость обмена АТФ достигает 50 кг/ сутки. При гидролизе АТФ образуется аденозиндифосфат ( АДФ)

Макроэргические связи

В составе АТФ присутствуют разные типы химических связей:

– N -β- гликозидная

– две ангидридные( в биологическом отношении макроэргические)

В условиях in vivo гидролиз макроэргической связи АТФ сопровождается выделением энергии( около 35 кДж/ моль), которая обеспечивает другие энергозависимые биохимические процессы.

АТФ + Н2О —фермент АТФгидролаза——> АДФ + Н3 РО4

В водных растворах АДФ и АТФнеустойчивы.При 0 0 САТФ стабильна в воде всего несколько часов, а при кипячении в течение 10 мин.

Под действием щелочи два концевых фосфата( ангидридные связи) гидролизуются легко, а последний( сложноэфирная связь) – трудно. При кислотном гидролизе N- гликозидная связь разрушается легко.

Впервые АТФ выделена из мышц в 1929 г. К. Ломаном. Химический синтез осуществил в 1948 г. А. Тодд.

Циклические нуклеотиды являются посредниками в передаче сигналов гормонов, изменяя в клетке активность ферментов.

Они образуются из нуклеозидтрифосфатов.

АТФ —фермент циклаза——> цАМФ + Н4 Р2 О7

После выполнения действия происходит гидролиз циклического нуклеотида. . Могут образоваться два соединения 5′- АМФ и 3′ -АМФ, но в биологических условиях образуется только 5′-АМФ,

Циклический аденозинмонофосфат ( цАМФ)

11.5.Строение нуклеиновых кислот

Первичная структура РНК и ДНК – последовательное соединение нуклеотидов в полинуклеотидной цепи. Скелет полинуклеотидной цепи состоит из углеводных и фосфатных остатков , с углеводами посредством N- β – гликозидной связи соединены гетероциклические азотистые основания. С биологической точки зрения важнейшее значение имеют триплеты- блоки нуклеотидов из трех азотистых оснований, каждый из которых кодирует какую-либо аминокислоту или имеет определенную сигнальную функцию.

Структуру НК можно представить схематически :

фосфат —— пентоза —— фосфат —— пентоза —— фосфат —— пентоза -ОН

В первичной структуре ДНК начало цепи определяют по пентозе, содержащей фосфат в положении 5′. Пентозы в полинуклеотидной цепи соединяются посредством фосфатных связей 3‘→ 5’.На конце цепи в положении 3′- пентозы ОН- группа остается свободной.

Структура ДНК высшего порядка- двойная спираль

Научное описание вторичной структуры ДНК относится к величайшим открытиям человечества в ХХ веке. Биохимик Д. Уотсон и физик Ф. Крик в 1953 году предложили модель структуры ДНК и механизм процесса репликации. В 1962 г. им присуждена Нобелевская премия .

В популярном виде история описана в книге Джеймса Уотсона « Двойная спираль», М.: Мир, 1973 . Книга весьма интересно описывает историю совместной работы , с юмором и легкой иронией автора к такому знаменательному событию, счастливыми «виновниками» которого были два молодых ученых . С момента открытия структуры ДНК человечество получило инструмент к развитию нового направления- биотехнологиям, синтезу белков путем рекомбинации генов ( гормоны в медицинской промышленности получают инсулин, эритропоэтин и многие другие ).

Открытию структуры ДНК способствовали исследования Э.Чаргаффа в отношении химического состава ДНК. Он обнаружил:

– количество пиримидиновых оснований равно количеству пуриновых

– количество тимина равно количеству аденина, а количество цитозина количеству

А = Т Г = Ц

А + Г = Т + Ц

А + Ц = Т + Г

Эти отношения получили название правила Чаргаффа.

Молекула ДНК представляет собой две перекрученные спирали. Скелет каждой спирали- цепочка из чередующихся остатков дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Спирали ориентированы таким образом., что образуют два неодинаковых спиральных желобка, которые идут параллельно главной оси. Эти желобки заполнены белками гистонами. Азотистые основания располагаются внутри спирали, почти перпендикулярно основной оси и образуют между цепочками комплементарные пары А…Т и Г…Ц.

Суммарная длина молекул ДНК в каждой клетке достигает 3 см. Диаметр клетки в среднем 10 –5 м , диаметр ДНК всего 2 •10 –9 м.

Основные параметры двойной спирали:

* диаметр 1,8 – 2нм,

* на одном витке 10 нуклеотидов

* высота шага витка ~ 3,4 нм

* расстояние между двумя нуклеотидами 0,34 нм .

Основания располагаются перпендикулярно оси цепи.

* направления полинуклеотидных цепей антипараллельное

* связь между фуранозными циклами дезоксирибозы посредством

фосфорной кислоты осуществляется из положения 3` к положению 5` в

каждой из цепей.

* Начало цепи – фосфорилирована гидроксильная группа пентозы в положении

– 5`, конец цепи – свободная гидроксильная группа пентозы в положении 3`.

* В составе ДНК и РНК нуклеозидные фрагменты находятся в анти- конформации пиримидиновый цикл пурина находится справа от гликозидной связи. Только такое положение позволяет образовать комплементарную пару ( см. формулы нуклеотидов)

* Между азотистыми основаниями возникают три вида взаимодействий:

1. “Поперечное”, участвуют комплементарные пары двух цепей. Возникает «циклический» перенос электронов между двумя азотистыми основаниями (Т – А, У – Ц), образуется дополнительная p – электронная система, которая обеспечивает дополнительное взаимодействие и защищает азотистые основания от нежелательных химических воздействий. Между аденином и тимином устанавливается две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три водородные связи.

2. « Вертикальное» (stacking) , за счет укладывания в “стопки” , участвуют азотистые основания одной цепи. «Стэкинг- взаимодействие» имеет даже большее значение в стабилизации структуры, чем взаимодействие в комплементарных парах

3. Взаимодействие с водой играет существенную роль в поддержании пространственного строения двойной спирали, которая принимает максимально компактную структуру для уменьшения поверхности контакта с водой и направляет гидрофобные гетероциклические основания вовнутрь спирали.

Структура и состав нуклеопротеидных комплексов

В связывании нуклеиновой кислоты с белком принимают участие несколько видов взаимодействия:

По результатам рентгеноструктурного анализа путем компьютерного моделирования построены реальные трехмерные модели ДНК, рибосом, информосом и нуклеиновых кислот вирусов.

Гистоновые белки ДНК обладают выраженными основными свойствами и отличаются высокой степенью эволюционной консервативности. По соотношению двух основных аминокислот лизин/ аргинин их подразделяют на 5 классов : Н1, Н2А, Н 2В, Н3, Н4

Нуклеотид – Nucleotide

Этот нуклеотид содержит пятиуглеродный сахар. дезоксирибоза (в центре), азотистая основа называется аденин (вверху справа) и один фосфат группа (слева). Сахар дезоксирибозы, присоединенный только к азотистому основанию, образует Дезоксирибонуклеозид называется дезоксиаденозин, тогда как вся структура вместе с фосфатной группой представляет собой нуклеотид, составляющая ДНК с названием дезоксиаденозинмонофосфат.

Нуклеотиды состоят из трех субъединичных молекул: азотистая основа (также известен как азотистое основание), а пятиуглеродный сахар (рибоза или же дезоксирибоза), а фосфатная группа состоит из одного-трех фосфаты. Четыре азотистых основания в ДНК: гуанин, аденин, цитозин и тимин; в РНК, урацил используется вместо тимина.

Нуклеотиды также играют центральную роль в метаболизм на фундаментальном, клеточном уровне. Они обеспечивают химическую энергию – в виде нуклеозидтрифосфаты, аденозинтрифосфат (АТФ), гуанозинтрифосфат (GTP), цитидинтрифосфат (ОСАГО) и уридинтрифосфат (UTP) – по всей клетке для многих клеточных функций, требующих энергии, включая: аминокислота, белок и клеточная мембрана синтез, перемещение клетки и ее частей (как внутри, так и между клетками), деление клеток и т. д. [1] Кроме того, нуклеотиды участвуют в клеточная сигнализация (циклический гуанозинмонофосфат или cGMP и циклический аденозинмонофосфат или цАМФ) и включены в важные кофакторы ферментативных реакций (например, кофермент А, FAD, FMN, НАД, и НАДФ + ).

В экспериментальном биохимия, нуклеотиды могут быть радиоактивно меченый с помощью радионуклиды с образованием радионуклеотидов.

Содержание

Структура

Показано расположение нуклеотидов в структуре нуклеиновых кислот: внизу слева – монофосфатный нуклеотид; его азотистое основание представляет одну сторону пары оснований. В верхнем правом углу четыре нуклеотида образуют две пары оснований: тимин и аденин (соединенные двойной водородные связи) и гуанин и цитозин (связанные тройной водородные связи). Отдельные нуклеотидные мономеры соединены цепями на своих молекулах сахара и фосфата, образуя два «остова» (a двойная спираль) нуклеиновой кислоты, показанной вверху слева.

Нуклеоприлив состоит из трех отличительных химических субъединиц: молекулы пятиуглеродного сахара, азотистая основа- которые вместе называются нуклеосторона-и один фосфатная группа. Когда все три соединены, нуклеотид также называется «нуклеотидом».сторона мононуклеозфосфат »,« нуклеозид дифосфат »или« нуклеозид » трифосфат », в зависимости от того, сколько фосфатов составляет фосфатная группа.

В нуклеиновые кислоты, нуклеотиды содержат либо пурин или пиримидин основание, то есть молекула азотистого основания, также известная как азотистое основание- и называются рибонуклеотиды, если сахар рибоза, или дезоксирибонуклеотиды, если сахар дезоксирибоза. Отдельные молекулы фосфата повторно соединяют сахарное кольцо молекулы в двух соседних нуклеотидных мономерах, тем самым соединяя нуклеотидные мономеры нуклеиновой кислоты конец к концу в длинную цепь. Эти цепные соединения молекул сахара и фосфата создают «основу» для одно- или двойная спираль. В любой одной нити химическая ориентация (направленность) цепных соединений идет от 5′-конец к 3′-конец (читать: 5 простых концов на 3 простых конца) – относится к пяти углеродным сайтам на молекулах сахара в соседних нуклеотидах. В двойной спирали две нити ориентированы в противоположных направлениях, что позволяет базовая пара и взаимодополняемость между парами оснований, что важно для копирование или же расшифровка закодированная информация, найденная в ДНК.

Тогда нуклеиновые кислоты полимерный макромолекулы собранный из нуклеотидов, мономерные звенья нуклеиновых кислот. Пуриновые основы аденин и гуанин и пиримидиновое основание цитозин присутствуют как в ДНК, так и в РНК, а пиримидиновые основания тимин (в ДНК) и урацил (в РНК) встречаются всего в одном. Аденин образует базовая пара с тимином с двумя водородными связями, а гуанин – с цитозином с тремя водородными связями.

Помимо того, что они являются строительными блоками для создания полимеров нуклеиновых кислот, отдельные нуклеотиды играют роль в хранении и обеспечении клеточной энергии, передаче клеточных сигналов, в качестве источника фосфатных групп, используемых для модуляции активности белков и других сигнальных молекул, а также в качестве ферментативных кофакторы, часто проводя редокс реакции. Сигнализация циклические нуклеотиды образуются путем двойного связывания фосфатной группы с одной и той же молекулой сахара, соединяя 5′- и 3′- гидроксильные группы сахара. [1] Некоторые сигнальные нуклеотиды отличаются от стандартной конфигурации однофосфатных групп тем, что имеют несколько фосфатных групп, прикрепленных к различным положениям на сахаре. [2] Кофакторы нуклеотидов включают более широкий спектр химических групп, прикрепленных к сахару через гликозидная связь, включая никотинамид и флавин, и в последнем случае сахар рибозы является линейным, а не образует кольцо, как в других нуклеотидах.

Структурные элементы трех нуклеоприливы– где одно-, двух- или трехфосфаты присоединены к нуклеосторона (желтым, синим, зеленым) в центре: 1-й, нуклеотид, обозначенный как нуклеозид мононуклеозфосфат образуется при добавлении фосфата (в красном цвете); 2-й, добавление второго фосфата образует нуклеозид дифосфат; В-третьих, добавление третьего фосфата приводит к нуклеозид трифосфат. + Азотистая основа (азотистое основание) обозначается “Основание” и “гликозидная связь”(сахарная облигация). Все пять основные, или канонические, основы- пурины и пиримидины- показаны справа (синим цветом).

лагерь, сигнальная молекула циклического нуклеотида с единственным фосфатом, связанным как с 5-, так и с 3-положениями.

pppGpp, нуклеотидная сигнальная молекула с 5′- и 3′-фосфатами.

FAD, динуклеотидный ферментативный кофактор, в котором один из сахаров рибозы принимает линейную конфигурацию, а не кольцо.

Синтез

Нуклеотиды могут быть синтезированный разными способами и in vitro и in vivo.

In vitro, защитные группы может использоваться при лабораторном производстве нуклеотидов. Очищенный нуклеозид защищен, чтобы создать фосфорамидит, которые затем можно использовать для получения аналогов, не встречающихся в природе, и / или для синтезировать олигонуклеотид.

In vivo можно синтезировать нуклеотиды. de novo или переработано через пути спасения. [3] Компоненты, используемые в синтезе нуклеотидов de novo, получены из биосинтетических предшественников углеводов и аминокислота метаболизм, а также от аммиака и углекислого газа. Печень является основным органом синтеза всех четырех нуклеотидов de novo. Синтез пиримидинов и пуринов de novo происходит двумя разными путями. Пиримидины сначала синтезируются из аспартата и карбамоилфосфата в цитоплазме до обычной кольцевой структуры-предшественника оротовой кислоты, с которой ковалентно связано фосфорилированное рибозильное звено. Однако пурины сначала синтезируются из сахарной матрицы, на которой происходит синтез кольца. Для справки, синтезы пурин и пиримидин нуклеотиды выполняются несколькими ферментами в цитоплазма ячейки, а не в пределах определенного органелла. Нуклеотиды подвергаются разрушению, так что полезные части можно повторно использовать в реакциях синтеза для создания новых нуклеотидов.

Синтез пиримидин рибонуклеотидов

Синтез пиримидинов ЦТФ и УТФ происходит в цитоплазме и начинается с образования карбамоилфосфата из глутамин и CO2. Следующий, аспартат карбамоилтрансфераза катализирует реакцию конденсации между аспартат и карбамоилфосфат формировать карбамоил аспарагиновая кислота, который циклически превращается в 4,5-дигидрооротовая кислота к дигидрооротаза. Последний преобразуется в ругать к дигидрооротатоксидаза. Итоговая реакция:

Оротат ковалентно связан с фосфорилированным рибозильным звеном. Ковалентная связь между рибозой и пиримидином происходит в положении C1 [4] из рибоза блок, который содержит пирофосфат, и н1 пиримидинового кольца. Оротат фосфорибозилтрансфераза (PRPP трансфераза) катализирует чистую реакцию с образованием монофосфата оротидина (OMP):

Оротидин 5′-монофосфат декарбоксилируется оротидин-5′-фосфатдекарбоксилазой с образованием уридинмонофосфата (UMP). Трансфераза PRPP катализирует реакции как рибозилирования, так и декарбоксилирования, образуя UMP из оротовой кислоты в присутствии PRPP. Из UMP происходят другие пиримидиновые нуклеотиды. UMP фосфорилируется двумя киназами до уридинтрифосфата (UTP) посредством двух последовательных реакций с ATP. Сначала образуется дифосфатная форма UDP, которая, в свою очередь, фосфорилируется до UTP. Обе стадии подпитываются гидролизом АТФ:

ATP + UMP → ADP + UDP UDP + ATP → UTP + ADP

CTP впоследствии образуется при аминировании UTP за счет каталитической активности CTP синтетаза. Глютамин – это NH3 донор, и реакция подпитывается также гидролизом АТФ:

UTP + глутамин + ATP + H2О → CTP + ADP + Pя

Цитидинмонофосфат (CMP) является производным цитидинтрифосфата (CTP) с последующей потерей двух фосфатов. [5] [6]

Синтез пуриновых рибонуклеотидов

Атомы, которые используются для создания пуриновые нуклеотиды поступают из разных источников:

Синтез IMP. Цветовая гамма следующая: ферменты , коферменты , названия субстратов , ионы металлов , неорганические молекулы

В синтез de novo из пуриновые нуклеотиды с помощью которого эти предшественники включаются в пуриновое кольцо, происходит 10-ступенчатый путь к промежуточному соединению точки ветвления IMP, нуклеотид основания гипоксантин. AMP и GMP впоследствии синтезируются из этого промежуточного продукта отдельными двухэтапными путями. Таким образом, пурин части изначально формируются как часть рибонуклеотиды а не как бесплатные базы.

В синтезе ИМФ принимают участие шесть ферментов. Три из них многофункциональные:

    (реакции 2, 3 и 5) (реакции 6 и 7) (реакции 9 и 10)

Путь начинается с образования PRPP. PRPS1 это фермент что активирует R5P, который формируется в первую очередь пентозофосфатный путь, к PRPP реагируя на это с АТФ. Реакция необычна тем, что пирофосфорильная группа напрямую переносится с АТФ на C1 из R5P и что продукт имеет α комплектация про С1. Эта реакция также является общей с путями синтеза Trp, Его, а пиримидиновые нуклеотиды. Находясь на важном метаболическом перекрестке и требуя много энергии, эта реакция строго регулируется.

В первой реакции, уникальной для биосинтеза пуриновых нуклеотидов, PPAT катализирует вытеснение PRPPс пирофосфат группа (PPя) амидным азотом, пожертвованным либо глутамин (N), глицин (N&C), аспартат (N), фолиевая кислота (C1) или CO2. Это обязательный этап синтеза пуринов. Реакция происходит с инверсией конфигурации относительно рибозы C1, тем самым формируя β-5-фосфорибозиламин (5-PRA) и установление аномерной формы будущего нуклеотида.

Затем включается глицин за счет гидролиза АТФ, и карбоксильная группа образует аминную связь с NH.2 ранее представленный. Одноуглеродное звено из кофермента N фолиевой кислоты10-формил-ТГФ затем добавляют к аминогруппе замещенного глицина с последующим замыканием имидазольного кольца. Далее второй NH2 группа передается от глутамина к первому атому глицина. Одновременно добавляется карбоксилирование второго атома углерода глициновой единицы. Этот новый углерод модифицирован добавлением третьего NH.2 единица, на этот раз переведенная из остатка аспартата. Наконец, второе одноуглеродное звено формил-ТГФ добавляется к азотной группе, и кольцо ковалентно замыкается с образованием общего предшественника пурина инозинмонофосфата (ИМФ).

Монофосфат инозина превращается в монофосфат аденозина в два этапа. Во-первых, гидролиз GTP способствует добавлению аспартата к IMP аденилосукцинатсинтазой, замещая атом азота карбонильным кислородом и образуя промежуточный аденилосукцинат. Затем фумарат отщепляется с образованием аденозинмонофосфата. Эта стадия катализируется аденилосукцинатлиазой.

Монофосфат инозина превращается в монофосфат гуанозина путем окисления IMP с образованием ксантилата с последующим введением аминогруппы в C2. НАД + является акцептором электронов в реакции окисления. Перенос амидной группы из глутамина происходит за счет гидролиза АТФ.

Разложение пиримидина и пурина

У человека пиримидиновые кольца (C, T, U) могут полностью разлагаться до CO.2 и NH3 (выведение мочевины). Как уже было сказано, пуриновые кольца (G, A) не могут. Вместо этого они разлагаются до метаболически инертных мочевая кислота который затем выводится из организма. Мочевая кислота образуется при расщеплении GMP на основной гуанин и рибозу. Гуанин дезаминируется до ксантина, который, в свою очередь, окисляется до мочевой кислоты. Эта последняя реакция необратима. Точно так же мочевая кислота может образовываться, когда АМФ дезаминируется до ИМФ, из которого удаляется рибозная единица с образованием гипоксантина. Гипоксантин окисляется до ксантина и, наконец, до мочевой кислоты. Вместо секреции мочевой кислоты гуанин и ИМФ можно использовать для целей рециклинга и синтеза нуклеиновых кислот в присутствии PRPP и аспартата (NH3 донор).

Неестественная пара оснований (UBP)

Неестественная пара оснований (UBP) – это спроектированная субъединица (или азотистое основание) из ДНК который создается в лаборатории и не встречается в природе. В 2012 году группа американских ученых во главе с Флойдом Ромесбергом, химическим биологом из Научно-исследовательский институт Скриппса в Сан-Диего, Калифорния, опубликовал, что его команда разработала неестественную пару оснований (UBP). [7] Два новых искусственных нуклеотида или Неестественная базовая пара (УБП) были названы d5SICS и dNaM. Технически эти искусственные нуклеотиды, несущие гидрофобные азотистые основания, имеют две слитные ароматические кольца которые образуют комплекс (d5SICS – dNaM) или пару оснований в ДНК. [8] [9] В 2014 году та же команда из Исследовательского института Скриппса сообщила, что они синтезировали отрезок кольцевой ДНК, известный как плазмида содержащий естественные пары оснований T-A и C-G вместе с наиболее эффективным UBP, разработанным лабораторией Ромесберга, и вставлял его в клетки общей бактерии Кишечная палочка которые успешно воспроизвели неестественные пары оснований в нескольких поколениях. [10] Это первый известный пример передачи живым организмом расширенного генетического кода последующим поколениям. [8] [11] Частично это было достигнуто путем добавления поддерживающего гена водорослей, который экспрессирует нуклеотидтрифосфат транспортер, который эффективно импортирует трифосфаты как d5SICSTP, так и dNaMTP в Кишечная палочка бактерии. [8] Затем естественные пути репликации бактерий используют их для точного воспроизведения плазмида содержащий d5SICS – dNaM.

Успешное включение третьей пары оснований является значительным прорывом в достижении цели значительного увеличения числа аминокислот, которые могут кодироваться ДНК, с существующей 21 аминокислоты до теоретически возможных 172, тем самым расширяя потенциал живых организмов до производить роман белки. [10] Искусственные нити ДНК еще ничего не кодируют, но ученые предполагают, что они могут быть созданы для производства новых белков, которые могут иметь промышленное или фармацевтическое применение. [12]

Единица длины

Нуклеотид (сокращенно «нт») – это обычная единица длины для одноцепочечных нуклеиновых кислот, аналогично тому, как базовая пара представляет собой единицу длины для двухцепочечных нуклеиновых кислот.

Нуклеотидные добавки

Исследование, проведенное Департаментом спортивных наук Университета Халла в Халле, Великобритания, показало, что нуклеотиды оказывают значительное влияние на кортизол уровни в слюне. После тренировки в экспериментальной группе нуклеотидов уровень кортизола в крови был ниже, чем в контрольной или плацебо. Кроме того, добавочные значения поста Иммуноглобулин А были значительно выше, чем в группе плацебо или в контроле. Исследование пришло к выводу, что «добавление нуклеотидов снижает реакцию гормонов, связанных с физиологическим стрессом». [13]

Другое исследование, проведенное в 2013 году, изучало влияние добавок нуклеотидов на иммунную систему спортсменов. В исследовании все спортсмены были мужчинами и обладали высокой квалификацией в тхэквондо. Из двадцати протестированных спортсменов половина получала плацебо, а половина – 480 мг нуклеотидных добавок в день. По прошествии тридцати дней исследование пришло к выводу, что добавление нуклеотидов может противодействовать нарушению иммунной функции организма после тяжелых упражнений. [14]

Коды аббревиатур для вырожденных оснований

В ИЮПАК обозначил символы для нуклеотидов. [15] Помимо пяти (A, G, C, T / U) баз, часто используются вырожденные основания, особенно для проектирования Праймеры для ПЦР. Эти коды нуклеотидов перечислены здесь. Некоторые последовательности праймеров могут также включать символ «I», который кодирует нестандартный нуклеотид. инозин. Инозин содержится в тРНК и будет сочетаться с аденином, цитозином или тимином. Однако этот символ не появляется в следующей таблице, потому что он не означает вырождение. Хотя инозин может выполнять ту же функцию, что и вырождение «D», он является действительным нуклеотидом, а не представлением смеси нуклеотидов, охватывающей каждую возможную необходимую пару.

Из чего состоит нуклеотид и что это такое

В организме человека находится большое количество органических соединений, без которых невозможно представить стабильное течение обменных процессов, поддерживающих жизнедеятельность всех внутренних органов. Одними из таких веществ являются нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов, которые играют важнейшую роль в передаче информационных данных, а также химических реакциях с выделением внутриклеточной энергии.

Как самостоятельные органические единицы формируют наполнительный состав всех нуклеиновых кислот и большинства коферментов. Рассмотрим более подробно, что такое нуклеозидфосфаты и какую роль они играют в человеческом организме.

Состав

Нуклеотид

Из чего состоит вещество нуклеотид. Оно считается крайне сложным эфиром, относящимся к группе кислот фосфора и нуклеозидов, которые по своим биохимическим свойствам относятся к числу N-гликозидов и содержат гетероциклические фрагменты, связанные с молекулами глюкозы и атомом азота.

В природе наиболее распространенными являются нуклеотиды ДНК.

Кроме этого, еще различают органические вещества с похожими характеристиками строения: рибонуклеотиды, а также дезоксирибонуклеотиды. Все они без исключения являются мономерными молекулами, относящимися к сложным по строению биологическим веществам полимерного типа.

Из них формируется РНК и ДНК всех живых существ, начиная от простейших микроорганизмов и вирусных инфекций, заканчивая человеческим организмом.

Остаток молекулярной структуры фосфора среди нуклеозидфосфатов, образует эфирную связь с двумя, тремя, а в некоторых случаях сразу с пятью гидроксильными группами. Практически все без исключения нуклеотиды относятся к числу эфирных веществ, которые образовались из остатков ортофосфорной кислоты, поэтому их связи устойчивы и не распадаются под воздействием неблагоприятных факторов внутренней и внешней среды.

Обратите внимание! Строение нуклеотидов всегда сложное и основывается на моноэфирах. Последовательность нуклеотидов может меняться под воздействием стрессовых факторов.

Биологическая роль

Влияние нуклеотидов на течение всех процессов в организме живых существ изучают ученые, которые исследуют молекулярное строение внутриклеточного пространства.

Это интересно! Уроки анатомии: сколько мышц в теле человека

Исходя из лабораторных заключений, полученных по итогам многолетней работы ученых различных стран мира, выделяют следующую роль нуклеозидфосфатов:

  • универсальный источник жизненной энергии, за счет которой происходит питание клеток и соответственно поддерживается нормальная работа тканей, формирующих внутренние органы, биологические жидкости, эпителиальный покров, сосудистую систему,
  • являются транспортировщиками глюкозных мономеров в клетках любого типа (это одна из форм углеводного обмена, когда употребляемый сахар, под воздействием пищеварительных ферментов трансформируется в глюкозу, которая разносится в каждый уголок организма вместе с нуклеозидфосфатами),
  • выполняют функцию кофермента (витаминные и минеральные соединения, которые способствуют обеспечению клеток питательными веществами),
  • сложные и циклические мононуклеотиды являются биологическими проводниками гормонов, распространяющихся вместе с потоком крови, а также усиливают действие нейронных импульсов,
  • аллостерическим образом регулируют активность пищеварительных ферментов, вырабатываемых тканями поджелудочной железы.

Нуклеотиды входят в состав нуклеиновых кислот. Они соединены тремя и пятью связями фосфодиэфирного типа. Генетики и ученые, посвятившие свою жизнь молекулярной биологии, продолжают лабораторные исследования нуклеозидфосфатов, поэтому ежегодно мир узнает еще больше интересного о свойствах нуклеотидов.

Нуклеотидная последовательность

Нуклеотидная последовательность

Последовательность нуклеотидов – это разновидность генетического равновесия и баланса расположения аминокислот в структуре ДНК, своеобразный порядок размещения остатков эфира в составе нуклеиновых кислот.

Он определяется с помощью традиционного метода секвенирования отобранного для анализа биологического материала.

По рекомендации всемирной организации IUPAC последовательность нуклеотидов записывается путем использования следующих букв латинского алфавита с дальнейшей расшифровкой:

R – GA аденин в комплексе с гуанином и основаниями пурина,

Y – TC пиримидиновые соединения,

K – GT нуклеотиды, содержащие кетогруппу,

M – AC входящие в аминогруппу,

S – GC мощные, отличающиеся тремя водородными соединениями,

W – AT неустойчивые, которые образуют только по две водородные связи.

Последовательность нуклеотидов может меняться, а обозначения латинскими буквами необходимы в тех случаях, когда порядок расположения эфирных соединений неизвестен, является несущественным либо уже имеются результаты первичных исследований. Сайт досуга в вашем городе проститутки омска Индивидуальный подход к каждому клиенту

Это интересно! Урок биологии: сколько пар хромосом у нормального человека

Наибольшее количество вариантов и комбинаций нуклеозидфосфатов свойственно для ДНК. Для записи эфирных соединений РНК достаточно символов A, С, G, U. Последнее литерное обозначение является веществом уридин, которое встречается только в РНК. Последовательность символических обозначений всегда записывается без использования пробелов.

Полезное видео: нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК)

Сколько нуклеотидов в ДНК

Для того, чтобы максимально подробно понимать, о чем идет речь, следует иметь четкое представление о самой ДНК. Это отдельный вид молекул, которые имеют вытянутую форму и состоят из структурных элементов, а именно – нуклеозидфосфатов. Какое количество нуклеотидов в ДНК? Существует 4 вида эфирных соединений данного типа, входящие в состав ДНК. Это аденин, тимин, цитозин и гуанин. Все они формируют единую цепочку, из которой и образовывается молекулярная структура ДНК.

Впервые строение ДНК было расшифровано в далеком 1953 году американскими учеными Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном. В одной молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты содержится по две цепочки нуклеозидфосфатов. Они размещены таким образом, что внешне напоминают спираль, закручивающуюся вокруг своей оси.

Обратите внимание! Количество нуклеотидов в ДНК неизменное и ограничивается только четырьмя видами данное открытие приблизило человечество к расшифровке полного генетического кода человека.

Строение нуклеотида

Строение нуклеотида

При этом строение молекулы имеет одну важную особенность. Все нуклеотидные цепочки обладают свойством комплементарности. Это означает, что друг напротив друга размещаются только эфирные соединения определенного вида. Известно, что напротив тимина всегда расположен аденин. Напротив цитозина не может находится никакое другое вещество кроме гуанина. Такие нуклеотидные пары формируют принцип комплементарности и являются неразделимыми.

Это интересно! Биология: какие органические вещества и соединения входят в состав клетки

Масса и длина

Схематическое строение ДНК

С помощью сложных математических подсчетов и лабораторных исследований, ученым удалось установить точные физико-биологические свойства эфирных соединений, формирующих молекулярную структуру дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Известно, что протяжная длина одного внутриклеточного остатка, состоящего из аминокислот в единой полипептидной цепи – 3,5 ангстрем. Средняя масса одного молекулярного остатка равна 110 а.е.м.

Кроме этого, еще выделяют мономеры нуклеотидного типа, которые сформированы не только из аминокислот, но имеют и эфирные составляющие. Это мономеры ДНК и РНК. Их линейная длина измеряется непосредственно внутри нуклеиновой кислоты и составляет не менее 3,4 ангстрем. Молекулярный вес одного нуклеозидфосфата находится в пределах 345 а.е.м. Это исходные данные, которые используются в практической лабораторной работе, посвященной опытам, генетическим исследованиям и прочей научной деятельности.

Медицинские обозначения

Генетика, как наука, развивалась еще в период, когда не было исследований строения ДНК человека и других живых существ на молекулярном уровне. Поэтому в период домолекулярной генетики нуклеотидные связи обозначались, как наименьший элемент в структуре молекулы ДНК. Как ранее, так и в настоящее время, эфирные вещества данного типа были подвержены мутации. Она могла быть спонтанной или индуцированной, потому для обозначения нуклеозидфосфатов с поврежденной структурой еще используют термин «рекон».

Для определения понятия наступления возможной мутации в азотистых соединениях нуклеотидных связей, применяют термин «мутон». Данные обозначения больше востребованы в лабораторной работе с биологическим материалом. Также используются учеными генетиками, которые изучают устройство молекул ДНК, пути передачи наследственной информации, способы ее шифрования и возможные комбинации генов, получаемых в результате слияния генетического потенциала двух половых партнеров.

Полезное видео: строение нуклеотида

Вывод

Исходя из вышеизложенного можно сделать вывод, что нуклеозидфосфаты – это важная составляющая часть внутриклеточного устройства в организме человека и любого живого существа. За счет эфирных веществ данного типа передается большая часть не только генетической информации от родителей к потомкам, но и осуществляются обменные процессы в тканях всех жизненно важных органов.

Читайте также: Рельеф восточно-европейской равнины: географическое положение, рельеф и растительный и животный мир

Читайте также:
Вещества с металлической связью: схема механизма образования, отличие от других видов связи, примеры
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: