Este inclusă compoziția nucleotidei ADN. Compoziția și structura nucleotidelor ADN și ARN. ADN Modelul Watson și Crick. Structura. Compus. Funcții

Toată viața de pe planetă este formată din numeroase celule. Ei mențin ordinea organizației lor cu ajutorul informațiilor genetice conținute în nucleu, care este stocată, transmisă și implementată. compuși complecși cu greutate moleculară mare- acizi nucleici. Acești acizi, la rândul lor, constau din unități monomerice - nucleotide.

In contact cu

Rolul acizilor nucleici nu poate fi supraestimat. Funcționarea normală a unui organism este determinată de stabilitatea structurii sale. Dacă apar abateri în structură, cantitatea sau secvența se modifică, aceasta duce în mod necesar la schimbări în organizarea celulară. Activitatea fiziologică procesele și activitatea celulară.

Conceptul de nucleotide

Exact ca veverițele acizii nucleici sunt esențiali pentru viață. Acesta este materialul genetic al tuturor organismelor vii, inclusiv al virusurilor.

Elucidarea structurii unuia dintre cele două tipuri de acizi nucleici ADN a făcut posibilă înțelegerea modului în care organismele vii stochează informațiile necesare pentru reglarea vieții și modul în care aceasta este transmisă descendenților. O nucleotidă este o unitate monomerică care formează compuși mai complecși - acizi nucleici. Fără ele este imposibil de depozitat, reproducerea și transmiterea informațiilor genetice. Nucleotidele libere sunt principalele componente care participă la procesele energetice și de semnalizare. Ele sprijină funcționarea normală a celulelor individuale și a corpului în ansamblu. Din ele sunt construite molecule lungi - polinucleotide. Pentru a înțelege structura unei polinucleotide, trebuie să înțelegeți structura nucleotidelor.

Ce este o nucleotidă? Moleculele de ADN sunt asamblate din compuși monomerici mici. Cu alte cuvinte, o nucleotidă este un compus organic complex care este parte integrantă a acizilor nucleici și a altor compuși biologici necesari pentru viața unei celule.

Compoziția și proprietățile de bază ale nucleotidelor

Molecula de nucleotidă (mononucleotidă) conține trei compuși chimici într-o anumită secvență:

1. Pentoză sau zahăr pentagonal:

• dezoxiriboză. Aceste nucleotide se numesc dezoxiribonucleotide. Ele fac parte din ADN;
• riboza. Nucleotidele fac parte din ARN și se numesc ribonucleotide.

2. O coloană vertebrală de pirimidină sau purină azotată legată de un atom de carbon de zahăr. Acest compus se numește nucleozidă

3. Grupa fosfat, formată din reziduuri de acid fosforic (în cantități de la unu la trei). Se atașează la carbonul zahărului prin legături esterice, formând o moleculă de nucleotide.

Proprietățile nucleotidelor sunt:

• participarea la metabolism și la alte procese fiziologice care apar în celulă;
• exercitarea controlului asupra reproducerii și creșterii;
• stocarea informațiilor despre trăsăturile ereditare și structura proteinelor.

Acizi nucleici

Zahărul din acizii nucleici este reprezentat de pentoză. În ARN, zahărul cu cinci atomi de carbon se numește riboză, în ADN se numește deoxiriboză. Fiecare moleculă de pentoză conține cinci atomi de carbon, dintre care patru formează un inel cu un atom de oxigen, iar al cincilea atom face parte din grupa HO-CH2.

Într-o moleculă pozitia atomului de carbon indicat printr-un număr cu un prim (de exemplu: 1C´, 3C´, 5C´). Deoarece toate procesele de citire a informațiilor ereditare dintr-o moleculă de acid nucleic au o direcție strictă, numerotarea atomilor de carbon și locația lor servesc ca un indicator al direcției corecte.

O bază azotată este conectată la primul atom de carbon 1C' din molecula de zahăr.

Un reziduu de acid fosforic este atașat de al treilea și al cincilea atom de carbon ai grupării hidroxil (3C´, 5C´), ceea ce determină substanța chimică care aparține grupului de acizi ADN și ARN.

Compoziția bazelor azotate

Tipuri de nucleotide bazate pe baza azotată a ADN-ului:

Primele două clase sunt purine:

• adenină (A);
• guanina (G).

Ultimele două aparțin clasei pirimidinelor:

• timină (T);
• citozină (C).

Compușii purinici sunt mai grei în greutate moleculară decât compușii pirimidinici.

Nucleotidele ARN prin compus de azot sunt prezentate:

• guanina;
• adenina;
• uracitol;
• citozină.

Ca și timina, uracilul este o bază de pirimidină. Adesea, în literatura științifică, bazele azotate sunt desemnate prin litere latine (A, T, C, G, U).

Pirimidinele, respectiv timina, citozina, uracilul, sunt reprezentate de un inel cu șase atomi format din doi atomi de azot și patru atomi de carbon, numerotați succesiv de la 1 la 6.

Purinele (guanina și adnina) sunt compuse din imidazol și pirimidină. Moleculele de bază purinică conțin patru atomi de azot și cinci atomi de carbon. Fiecare atom are propriul său număr de la 1 la 9.

Rezultatul combinațiilor de reziduuri azotate cu reziduuri de pentoză este o nucleozidă. O nucleotidă este un compus dintr-o grupare fosfat cu o nucleozidă.

Formarea legăturilor fosfodiesterice

Este necesar să înțelegem întrebarea cum sunt conectate nucleotidele într-un lanț polipeptidic, câte dintre ele sunt implicate în proces, formând o moleculă de acid nucleic datorită legăturilor fosfodiester.

Când două nucleotide interacționează, se formează o dinucleotidă. Prin condensare se formează un nou compus, când apare o legătură fosfodiestericăîntre gruparea hidroxi pentoză a unui monomer și reziduul fosfat al altuia.

Sinteza unei polinucleotide implică numeroase repetări ale acestei reacții. Asamblarea polinucleotidelor este un proces complex care asigură creșterea lanțului de la un capăt.

Moleculele de ADN, ca și moleculele de proteine, au structuri primare, secundare și terțiare. Structura primară a lanțului de ADN este determinată de secvența de nucleotide. Structura secundară se bazează pe formarea legăturilor de hidrogen. La Sinteza ADN cu dublu helix există un anumit model și secvență: timina dintr-un lanț corespunde adeninei altuia; citozină - guanină și invers. Compușii nucleici creează o legătură puternică de lanțuri, cu o distanță egală între ei.

Cunoașterea secvenței de nucleotide o catenă de ADN se poate baza pe principiul adiției sau complementaritatea pentru completarea celui de-al doilea.

Structura terțiară a ADN-ului este formată din conexiuni complexe tridimensionale. Acest lucru face ca molecula să fie mai compactă, astfel încât să se potrivească liber într-un volum mic al celulei. lungimea ADN-ului E. coli este mai mare de 1 mm, în timp ce lungimea celulei în sine este mai mică de 5 microni.

Numărul de baze pirimidinice este întotdeauna egal cu numărul de baze purinice. Distanța dintre nucleotide este de 0,34 nm. Aceasta este o valoare constantă, la fel ca greutatea moleculară.

Funcțiile și proprietățile ADN-ului

Principalele funcții ale ADN-ului:

• stochează informații ereditare;
• transmisie (dublare/replicare);
• transcriere, implementare;
• autoreproducerea ADN-ului. Funcționarea repliconului.

Procesul de auto-reproducere a unei molecule de acid nucleic este însoțit de transferul de copii ale informațiilor genetice de la celulă la celulă. Pentru implementarea sa, este necesar un set de enzime specifice. În acest proces semiconservator, se formează o furcă de replicare.

Un replicon este o unitate a procesului de replicare a unei regiuni a genomului controlată de un singur punct de inițiere a replicării. De regulă, genomul procariotelor este un replicon. Replicarea din punctul de inițiere are loc în ambele direcții, uneori cu viteze diferite.

Moleculă de ARN - structură

ARN-ul este un singur lanț de polinucleotide care se formează prin legături covalente între un reziduu de fosfat și o pentoză. Este mai scurt decât ADN-ul, are o secvență diferită și diferă în compoziția speciei a compușilor azotați. Pirimidină bază timină în ARNînlocuit cu uracil.

ARN-ul poate fi de trei tipuri, în funcție de funcțiile îndeplinite în organism:

• informațional (ARNm) – foarte divers ca compoziție nucleotidică. Este un fel de matrice pentru sinteza unei molecule proteice, transferă informația genetică la ribozomi din ADN;
• transportul (ARNt) este format în medie din 75-95 nucleotide. Transporta aminoacidul necesar din ribozom la locul sintezei polipeptidelor. Fiecare tip de ARNt are propria sa secvență unică de nucleotide sau monomeri;
• ribozomal (ARNr) conține de obicei între 3000 și 5000 de nucleotide. Ribozomii sunt o componentă structurală necesară implicată în cel mai important proces care are loc în biosinteza celulei - proteine.

Rolul nucleotidelor în organism

Într-o celulă, nucleotidele îndeplinesc funcții importante:

• sunt bioregulatori;
• utilizate ca blocuri de construcție pentru acizi nucleici;
• fac parte din principala sursă de energie din celulă - ATP;
• participă la numeroase procese metabolice din celule;
• sunt purtători de echivalenți reducători în celule (FAD, NADP+; NAD+; FMN);
• pot fi considerați mesageri ai sintezei extracelulare regulate (cGMP, cAMP).

Nucleotidele libere sunt principalele componente care participă la procesele energetice și de semnalizare. Ele susțin funcționarea normală a celulelor individuale și a corpului în ansamblu.

Compoziția nucleotidelor, adică setul și raportul componentelor nucleotidice servesc ca o caracteristică foarte importantă a acizilor nucleici. Una dintre principalele modalități de a determina compoziția acizilor nucleici se bazează pe studiul produselor clivajului lor hidrolitic. Deoarece legăturile internucleotide din polinucleotide sunt legături esterice, lanțurile polinucleotidice sunt capabile de hidroliză atât în ​​medii acide, cât și în medii alcaline.

Hidroliza chimică a ADN-ului nu este aproape niciodată utilizată din cauza complicațiilor cauzate de procesele secundare. Hidroliza enzimatică a ADN-ului sub acțiunea nucleazelor este mai de preferat. De obicei, în acest scop se folosește veninul de șarpe, care conține enzime care scindează legătura esterica cu acidul fosforic (fosfodiesteraze și fosfomonoesteraze). Nucleazele sunt specifice tipului de acid nucleic; ele sunt împărțite în ribonucleaze și dezoxiribonucleaze.

Izolarea și identificarea componentelor acidului nucleic se realizează prin metode fizico-chimice. Metodele cromatografice joacă un rol foarte important în separarea amestecurilor complexe. Bazele pirimidinice și purinice, care datorită caracterului lor aromatic au o absorbție notabilă în jurul a 260 nm, sunt de obicei identificate prin spectroscopie UV. Deoarece nucleotidele sunt de natură acidă și pot fi în stare ionizată, electroforeza este, de asemenea, utilizată pentru identificarea lor.

Alături de determinarea compoziției nucleotidelor, cea mai importantă sarcină este stabilirea secvenței de nucleotide, adică. ordinea alternanței unităților de nucleotide. Abordarea generală este utilizarea metodei blocului: în primul rând, lanțul de polinucleotide este împărțit direcțional în blocuri mai mici - oligomeri și se determină secvența de nucleotide din acestea. Această analiză se repetă de două ori, folosind a doua oară agenți de clivaj care împart ținta în fragmente în locuri diferite comparativ cu prima dată. Lanțul polinucleotidic este împărțit în fragmente destul de scurte. Oligonucleotidele mai lungi sunt încă greu de studiat.

Structura primară a acizilor nucleici este determinată de natura și secvența unităților de nucleotide legate prin legături esterice între pentoze și grupări fosfat (Figura 13).

Orez. 13. Structura primară a unei secțiuni a unui lanț de acid nucleic

Molecula de ADN conține un număr semnificativ mai mare de resturi de nucleotide decât molecula de ARN. Greutatea moleculară a ADN-ului este de aproximativ 10 milioane; ADN-ul este insolubil în condiții celulare. Lungimea moleculelor de ADN uman este de aproximativ 3 - 5 cm; molecula de ARN este mult mai scurtă - mai mică de 0,01 cm.

Structura secundară a acizilor nucleici. Conform structurii secundare, lanțul polinucleotidic ADN este un dublu helix în care bazele purinice și pirimidinice sunt direcționate spre interior. Între baza purinică a unui lanț și baza pirimidină a celuilalt lanț există legături de hidrogen care stabilizează această structură. Bazele care formează perechi legate prin legături de hidrogen se numesc complementar. În ADN vor fi complementare: adenină - timină, formând între ele două legături de hidrogen, și guanină - citozină, legate prin trei legături de hidrogen (Fig. 14). Aceasta înseamnă că bazele purinice adenina și guanina de pe un lanț vor corespunde bazelor pirimidinice timină și citozină de pe celălalt lanț. Lanțurile de polinucleotide care formează un dublu helix nu sunt identice, dar sunt complementare între ele.

Orez. 14. Legături de hidrogen în perechea de baze guanină - citozină (a), adenină - timină (b)

Macromoleculele de ADN sunt conectate între ele în perechi folosind legături de hidrogen sub forma unei duble helix cu diametru constant (Fig. 15). Reziduurile de bază nucleică sunt direcționate în interiorul helixului, al cărui diametru este de aproximativ 2 nm.

Există 10 perechi de baze pe tură a helixului. Pentru a asigura cea mai mare stabilitate a acestei structuri, ar trebui să existe cât mai multe legături de hidrogen posibil. Numai atunci când această condiție este îndeplinită este asigurată constanța dovedită experimental a dimensiunilor totale ale grupurilor laterale și constanța diametrului dublei helix pe toată lungimea sa. Principiul complementarității constă în această condiționalitate reciprocă a succesiunii de legături din ambele lanțuri.

Complementaritatea lanțurilor și secvența legăturilor formează baza chimică a celor mai importante funcții ale acizilor nucleici: ADN-ul este stocarea și transmiterea informațiilor ereditare, iar ARN-ul este direct implicat în biosinteza proteinelor. Greutatea moleculară a ADN-ului variază de la câteva milioane la zeci de miliarde, pentru ARN - de la zeci de mii la câteva milioane.

Complementaritatea bazelor stă la baza legilor formulate de E. Chargaff, care guvernează compoziția nucleotidică a ADN-ului de diverse origini.

Regulile lui Chargaff:

1) numărul de baze purinice este egal cu numărul de baze pirimidinice, adică. (A+G)=(C+T).

2) Cantitatea de adenina este egala cu cantitatea de timina (A=T); în mod similar, cantitatea de guanină este egală cu cantitatea de citozină (G=C).

3) Numărul de baze care conţin o grupare amino în poziţia 4 a pirimidinei şi în poziţia 6 a nucleului purinic este egal cu numărul de baze care conţin o grupare oxo în aceleaşi poziţii. Aceasta înseamnă că A+C=G+T.

Pentru ARN, regulile lui Chargaff fie nu sunt îndeplinite, fie sunt îndeplinite cu o anumită aproximare. Acest lucru se datorează faptului că ARN conține multe baze minore.

Compararea macromoleculei de ADN cu o scară în spirală sugerează chiralitatea acesteia. Într-adevăr, ADN-ul natural are activitate optică. În același timp, amestecurile de nucleotide care alcătuiesc ADN-ul, precum și lanțurile polinucleotice dezordonate, sunt optic inactive. Acest lucru indică faptul că activitatea optică a ADN-ului natural este legată de chiralitatea structurii lor secundare.

Cadrul helix este format prin alternarea reziduurilor de carbohidrați și fosfat. Mediul apos din jur este în contact cu partea hidrofilă a helixului, dar partea interioară a helixului (bază) nu este în contact cu apa.

O moleculă de ADN, spre deosebire de o moleculă de ARN, constă în cele mai multe cazuri din două lanțuri răsucite complementare. În funcție de lungimea virajului și de unghiul helixului, precum și de un număr de alți parametri geometrici ai săi, se disting mai mult de zece structuri ADN elicoidale ordonate diferite. În stabilizarea acestor structuri, împreună cu legăturile de hidrogen care acționează peste helix, interacțiunile intermoleculare direcționate de-a lungul helixului între bazele azotate învecinate spațial apropiate joacă un rol important. Deoarece aceste interacțiuni sunt direcționate de-a lungul stivei de baze azotate ale moleculei de ADN, ele sunt numite interacțiuni de stivuire. Astfel, interacțiunile bazelor azotate între ele leagă dubla helix a moleculei de ADN atât de-a lungul axei, cât și de-a lungul axei sale.

Interacțiunile puternice de stivuire întăresc întotdeauna legăturile de hidrogen dintre baze, promovând compactarea helixului. Ca urmare, moleculele de apă din soluția înconjurătoare se leagă în principal de coloana vertebrală de pentoză fosfat a ADN-ului, ale cărei grupări polare sunt situate pe suprafața helixului. Când interacțiunea de stivuire este slăbită, moleculele de apă, care pătrund în interiorul helixului, interacționează competitiv cu grupurile polare ale bazelor, inițiază destabilizarea și contribuie la dezintegrarea în continuare a dublei helix. Toate acestea indică dinamica structurii secundare a ADN-ului sub influența componentelor soluției din jur. O spirală dublă este caracteristică majorității moleculelor de ADN. Cu toate acestea, ADN-ul poate lua alte forme. Unii virusuri conțin ADN monocatenar și se găsesc și forme circulare.

Structurile cu dublu helix din moleculele de ARN apar în cadrul aceluiași lanț în acele zone în care se află bazele azotate complementare adenină - uracil și guanină - citozină (Fig. 16). Drept urmare, structura secundară a moleculei de ARN conține regiuni și bucle cu dublu elicoidal, al căror număr și dimensiune sunt determinate de structura primară a moleculei și de compoziția soluției înconjurătoare.

Orez. 16. Structura secundară a moleculei de ARN

Structura terțiară a acizilor nucleici. Helixul dublu al moleculelor de ADN există în forme liniare, circulare, supracirculare și bobine compacte. Între aceste forme au loc tranziții reciproce sub acțiunea unui grup special de enzime - topoizomeraze, care modifică structura spațială (Figura 17).

Orez. 17. Structura terțiară a moleculei de ADN:

a - liniar, b- inel, V- super inel, G- minge compacta

Structura terțiară a multor molecule de ARN necesită încă o clarificare finală, dar s-a stabilit deja că depinde nu numai de structura primară și secundară, ci și de compoziția soluției din jur.

4.2.1. Structura primară a acizilor nucleici numit secvența de aranjare a mononucleotidelor într-un lanț de ADN sau ARN . Structura primară a acizilor nucleici este stabilizată de legături fosfodiester de 3", 5". Aceste legături sunt formate prin interacțiunea grupării hidroxil din poziția de 3" a reziduului pentoză al fiecărei nucleotide cu gruparea fosfat a nucleotidei vecine (Figura 3.2),

Astfel, la un capăt al lanțului polinucleotidic există o grupă fosfat liberă 5" (capătul 5"), iar la celălalt există o grupare hidroxil liberă în poziția 3" (capătul 3"). Secvențele de nucleotide sunt de obicei scrise în direcția de la capătul de 5" la capătul de 3".

Figura 4.2. Structura unei dinucleotide, care include adenozină 5"-monofosfat și citidină 5"-monofosfat.

4.2.2. ADN (acid dezoxiribonucleic) găsit în nucleul celulei și are o greutate moleculară de aproximativ 1011 Da. Nucleotidele sale conțin baze azotate adenină, guanină, citozină, timină , carbohidrați dezoxiriboză și reziduuri de acid fosforic. Conținutul de baze azotate dintr-o moleculă de ADN este determinat de regulile lui Chargaff:

1) numărul de baze purinice este egal cu numărul de baze pirimidinice (A + G = C + T);

2) cantitatea de adenină și citozină este egală cu cantitatea de timină și respectiv guanină (A = T; C = G);

3) ADN-ul izolat din celule de diferite specii biologice diferă unul de celălalt prin coeficientul de specificitate:

(G + C) / (A + T)

Aceste modele în structura ADN-ului sunt explicate prin următoarele caracteristici ale structurii sale secundare:

1) o moleculă de ADN este construită din două lanțuri de polinucleotide legate între ele prin legături de hidrogen și orientate antiparalel (adică capătul de 3" al unui lanț este situat opus capătului de 5" al celuilalt lanț și invers);

2) se formează legături de hidrogen între perechi complementare de baze azotate. Timina este complementară adeninei; această pereche este stabilizată de două legături de hidrogen. Citozina este complementară guaninei; această pereche este stabilizată de trei legături de hidrogen (vezi figura b). Cu cât mai multe perechi G-C într-o moleculă de ADN, cu atât este mai mare rezistența acesteia la temperaturi ridicate și radiații ionizante;

Figura 3.3. Legături de hidrogen între baze azotate complementare.

3) ambele catene de ADN sunt răsucite într-o spirală care are o axă comună. Bazele azotate sunt orientate spre interiorul helixului; Pe lângă interacțiunile cu hidrogen, între ele apar și interacțiuni hidrofobe. Fragmentele de riboză fosfat sunt localizate de-a lungul periferiei, formând miezul helixului (vezi Figura 3.4).

Figura 3.4. Diagrama structurii ADN-ului.

4.2.3. ARN (acid ribonucleic) se găsește predominant în citoplasma celulei și are o greutate moleculară în intervalul 104 - 106 Da. Nucleotidele sale conțin baze azotate adenină, guanină, citozină, uracil , carbohidrați riboza și reziduuri de acid fosforic. Spre deosebire de ADN, moleculele de ARN sunt construite dintr-un singur lanț de polinucleotide, care poate conține secțiuni care sunt complementare între ele (Figura 3.5). Aceste regiuni pot interacționa între ele, formând elice duble alternând cu regiuni nehelicoidale.

Figura 3.5. Schema structurii ARN de transfer.

Pe baza structurii și funcției lor, există trei tipuri principale de ARN:

1) ARN mesager (ARNm) transmite informații despre structura proteinei de la nucleul celular la ribozomi;

2) ARN de transfer (ARNt) transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor;

3) ARN ribozomal (ARNr) fac parte din ribozomi și participă la sinteza proteinelor.

Toată viața de pe planetă este formată din multe celule care mențin ordinea organizării lor datorită informațiilor genetice conținute în nucleu. Este stocat, implementat și transmis prin compuși complecși cu molecul mare - acizi nucleici, constând din unități monomerice - nucleotide. Rolul acizilor nucleici nu poate fi supraestimat. Stabilitatea structurii lor determină funcționarea normală a organismului, iar orice abateri ale structurii conduc în mod inevitabil la modificări ale organizării celulare, ale activității proceselor fiziologice și ale viabilității celulelor în general.

Conceptul de nucleotidă și proprietățile sale

Fiecare ARN este asamblat din compuși monomeri mai mici - nucleotide. Cu alte cuvinte, o nucleotidă este un material de construcție pentru acizi nucleici, coenzime și mulți alți compuși biologici care sunt esențiali pentru o celulă în timpul vieții sale.

Principalele proprietăți ale acestor substanțe esențiale includ:

Stocarea informațiilor despre și caracteristicile moștenite;
. exercitarea controlului asupra creșterii și reproducerii;
. participarea la metabolism și la multe alte procese fiziologice care au loc în celulă.

Vorbind despre nucleotide, nu ne putem abține să nu ne oprim asupra unei probleme atât de importante precum structura și compoziția lor.

Fiecare nucleotidă constă din:

reziduuri de zahăr;
. baza azotata;
. grupare fosfat sau reziduu de acid fosforic.

Putem spune că o nucleotidă este un compus organic complex. În funcție de compoziția speciei a bazelor azotate și de tipul de pentoză din structura nucleotidei, acizii nucleici sunt împărțiți în:

acid dezoxiribonucleic sau ADN;
. acid ribonucleic sau ARN.

Compoziția acidului nucleic

În acizii nucleici, zahărul este reprezentat de pentoză. Este un zahăr cu cinci atomi de carbon, numit deoxiriboză în ADN și riboză în ARN. Fiecare moleculă de pentoză are cinci atomi de carbon, patru dintre ei, împreună cu atomul de oxigen, formează un inel cu cinci membri, iar al cincilea face parte din grupa HO-CH2.

Poziția fiecărui atom de carbon în molecula de pentoză este indicată printr-un număr arab cu un prim (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Deoarece toate procesele de citire dintr-o moleculă de acid nucleic au o direcție strictă, numerotarea atomilor de carbon și locația lor în inel servesc ca un fel de indicator al direcției corecte.

La gruparea hidroxil, un reziduu de acid fosforic este atașat la al treilea și al cincilea atom de carbon (3C’ și 5C’). Determină afilierea chimică a ADN-ului și ARN-ului la grupul de acizi.

O bază azotată este atașată la primul atom de carbon (1C´) dintr-o moleculă de zahăr.

Compoziția speciilor a bazelor azotate

Nucleotidele ADN bazate pe baza azotată sunt reprezentate de patru tipuri:

Adenina (A);
. guanină (G);
. citozină (C);
. timină (T).

Primele două aparțin clasei purinelor, ultimele două aparțin clasei pirimidinelor. În ceea ce privește greutatea moleculară, purinele sunt întotdeauna mai grele decât pirimidinele.

Nucleotidele ARN bazate pe baza azotata sunt reprezentate de:

Adenina (A);
. guanină (G);
. citozină (C);
. uracil (U).

Uracilul, ca și timina, este o bază de pirimidină.

În literatura științifică puteți găsi adesea o altă denumire pentru bazele azotate - cu litere latine (A, T, C, G, U).

Să ne oprim mai în detaliu asupra structurii chimice a purinelor și pirimidinelor.

Pirimidinele, și anume citozină, timină și uracil, sunt compuse din doi atomi de azot și patru atomi de carbon, formând un inel cu șase atomi. Fiecare atom are propriul său număr de la 1 la 6.

Purinele (adenina și guanina) constau dintr-o pirimidină și un imidazol sau doi heterocicli. Molecula de bază purinică este reprezentată de patru atomi de azot și cinci atomi de carbon. Fiecare atom este numerotat de la 1 la 9.

Ca rezultat al combinației unei baze azotate și a unui reziduu de pentoză, se formează o nucleozidă. O nucleotidă este un compus dintr-o grupare nucleozidă și fosfat.

Formarea legăturilor fosfodiesterice

Este important să înțelegem întrebarea cum nucleotidele sunt conectate într-un lanț polipeptidic și formează o moleculă de acid nucleic. Acest lucru se întâmplă din cauza așa-numitelor legături fosfodiester.

Interacțiunea a două nucleotide produce o dinucleotidă. Formarea unui nou compus are loc prin condensare, atunci când are loc o legătură fosfodiester între restul de fosfat al unui monomer și gruparea hidroxi a pentozei altuia.

Sinteza polinucleotidelor este o repetare repetată a acestei reacții (de câteva milioane de ori). Lanțul de polinucleotide este construit prin formarea de legături fosfodiester între al treilea și al cincilea atomi de carbon al zaharurilor (3C´ și 5C´).

Asamblarea polinucleotidelor este un proces complex care are loc cu participarea enzimei ADN polimeraza, care asigură creșterea unui lanț de la un singur capăt (3´) cu o grupare hidroxi liberă.

Structura moleculei de ADN

O moleculă de ADN, ca o proteină, poate avea o structură primară, secundară și terțiară.

Secvența de nucleotide dintr-un lanț de ADN îl determină pe cel primar; se formează datorită legăturilor de hidrogen, a căror bază este principiul complementarității. Cu alte cuvinte, în timpul sintezei unui lanț dublu, se aplică un anumit model: adenina dintr-un lanț corespunde timinei celuilalt, guanina citozinei și invers. Se formează perechi de adenină și timină sau guanină și citozină datorită a două legături de hidrogen în primul caz și trei în ultimul caz. Această legătură de nucleotide asigură o legătură puternică a lanțurilor și o distanță egală între ele.

Cunoscând secvența de nucleotide a unei catene de ADN, a doua poate fi completată folosind principiul complementarității sau al adăugării.

Structura terțiară a ADN-ului se formează datorită legăturilor tridimensionale complexe, ceea ce face molecula sa mai compactă și mai capabilă să se potrivească într-un volum mic de celule. De exemplu, lungimea ADN-ului E. coli este mai mare de 1 mm, în timp ce lungimea celulei este mai mică de 5 microni.

Numărul de nucleotide din ADN, și anume raportul lor cantitativ, respectă regula Chergaff (numărul de baze purinice este întotdeauna egal cu numărul de baze pirimidinice). Distanța dintre nucleotide este o valoare constantă, egală cu 0,34 nm, ca și greutatea lor moleculară.

Structura unei molecule de ARN

ARN-ul este reprezentat de un singur lanț polinucleotidic format între o pentoză (în acest caz riboză) și un rest fosfat. Este mult mai scurtă ca lungime decât ADN-ul. Există, de asemenea, diferențe în compoziția speciilor a bazelor azotate din nucleotidă. În ARN, uracilul este utilizat în locul timinei de bază pirimidină. În funcție de funcțiile îndeplinite în organism, ARN-ul poate fi de trei tipuri.

Ribozomal (ARNr) - conține de obicei de la 3000 la 5000 de nucleotide. Ca componentă structurală necesară, participă la formarea centrului activ al ribozomilor, locul unuia dintre cele mai importante procese din biosinteza celulei - proteine.
. Transport (ARNt) - constă într-o medie de 75 - 95 nucleotide, efectuează transferul aminoacidului dorit la locul sintezei polipeptidelor din ribozom. Fiecare tip de ARNt (cel puțin 40) are propria sa secvență unică de monomeri sau nucleotide.
. Informații (ARNm) - foarte diversă în compoziția nucleotidelor. Transferă informația genetică de la ADN la ribozomi și acționează ca o matrice pentru sinteza moleculelor de proteine.

Rolul nucleotidelor în organism

Nucleotidele din celulă îndeplinesc o serie de funcții importante:

Folosit ca blocuri de construcție pentru acizi nucleici (nucleotide din seria purinelor și pirimidinelor);
. participă la multe procese metabolice din celulă;
. fac parte din ATP - principala sursă de energie în celule;
. acţionează ca purtători ai echivalenţilor reducători în celule (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
. îndeplinește funcția de bioregulatori;
. pot fi considerați ca mesageri secundi ai sintezei extracelulare regulate (de exemplu, cAMP sau cGMP).

O nucleotidă este o unitate monomerică care formează compuși mai complecși - acizi nucleici, fără de care transferul informațiilor genetice, stocarea și reproducerea acesteia sunt imposibile. Nucleotidele libere sunt principalele componente implicate în procesele de semnalizare și energie care susțin funcționarea normală a celulelor și a corpului în ansamblu.