Нуклеотиды

Общность

Нуклеотиды - это органические молекулы, из которых состоят нуклеиновые кислоты ДНК и РНК.

Нуклеиновые кислоты - это биологические макромолекулы, имеющие фундаментальное значение для выживания живого организма, а нуклеотиды - их строительные блоки.

Все нуклеотиды имеют общую структуру, которая включает три молекулярных элемента: фосфатную группу, пентозу (т.е. 5-углеродный сахар) и азотистое основание.
В ДНК пентоза - это дезоксирибоза; в РНК, с другой стороны, это рибоза.
Присутствие дезоксирибозы в ДНК и рибозы в РНК представляет собой основное различие между нуклеотидами, составляющими эти две нуклеиновые кислоты.
Второе важное различие касается азотистых оснований: нуклеотиды ДНК и РНК имеют общих только 3 из 4 связанных с ними азотистых оснований.

Что такое нуклеотиды?

Нуклеотиды - это органические молекулы, составляющие мономеры нуклеиновых кислот ДНК и РНК.
Согласно другому определению, нуклеотиды - это молекулярные единицы, из которых состоят ДНК и РНК нуклеиновых кислот.

Химические и биологические мономеры определяют молекулярные единицы, которые, располагаясь в длинных линейных цепях, образуют большие молекулы (макромолекулы), более известные как полимеры.

Общая структура

Нуклеотиды обладают молекулярной структурой, которая включает три элемента:

• Фосфатная группа, являющаяся производным фосфорной кислоты;
• Сахар с 5 атомами углерода, то есть пентоза;
• Азотистое основание, представляющее собой ароматическую гетероциклическую молекулу.

Пентоза представляет собой центральный элемент нуклеотидов, поскольку с ней связываются фосфатная группа и азотистое основание.

Рисунок: Элементы, составляющие общий нуклеотид нуклеиновой кислоты. Как видно, фосфатная группа и азотистое основание связываются с сахаром.

Химическая связь, которая удерживает пентозу и фосфатную группу вместе, представляет собой фосфодиэфирную связь (или фосфодиэфирную связь), в то время как химическая связь, которая связывает пентозу и азотистое основание, представляет собой N-гликозидную связь (или N-гликозидную связь).

КАКИЕ УГЛИ PENTOSO УЧАСТВУЮТ В РАЗЛИЧНЫХ ССЫЛКАХ?

Посылка: химики подумали о нумерации атомов углерода, составляющих органические молекулы, таким образом, чтобы упростить их изучение и описание. Итак, 5 атомов углерода пентозы превращаются в углерод 1, углерод 2, углерод 3, углерод 4 и углерод 5. Критерий для присвоения чисел довольно сложен, поэтому мы считаем целесообразным исключить его.
Из 5 атомов углерода, которые образуют пентозу нуклеотидов, те, которые участвуют в связях с азотистым основанием и фосфатной группой, представляют собой, соответственно, углерод 1 и углерод 5.

• Пентозный углерод 1 → N-гликозидная связь → азотное основание
• Пентозный углерод 5 → фосфодиэфирная связь → фосфатная группа

НУКЛЕОТИДЫ представляют собой нуклеозиды с группой фосфатов.

Рисунок: Структура пентозы, нумерация составляющих ее атомов углерода и связи с азотным основанием и фосфатной группой.

Без элемента фосфатной группы нуклеотиды становятся нуклеозидами.
Фактически, нуклеозид - это органическая молекула, образующаяся в результате союза пентозы и азотистого основания.
Эта аннотация служит для объяснения некоторых определений нуклеотидов, в которых говорится: «нуклеотиды - это нуклеозиды, которые имеют одну или несколько фосфатных групп, связанных с углеродом 5».

Разница между ДНК и РНК

Нуклеотиды ДНК и РНК отличаются друг от друга со структурной точки зрения.
Основное различие заключается в пентозе: в ДНК пентоза представляет собой дезоксирибозу; в РНК, с другой стороны, это рибоза.
Дезоксирибоза и рибоза различны только для одного атома: фактически, атом кислорода отсутствует на углероде 2 дезоксирибозы (NB: c "- это только водород), который, наоборот, присутствует на углероде 2 рибозы (NB: здесь кислород присоединяется к водороду, образуя гидроксильную группу (ОН).
Одно это различие имеет огромное биологическое значение: ДНК - это генетическое наследие, от которого зависит развитие и адекватное функционирование клеток живого организма; РНК, с другой стороны, представляет собой биологическую макромолекулу, в основном отвечающую за кодирование, декодирование, регулирование и экспрессию генов ДНК.
Другое важное различие между нуклеотидами ДНК и РНК касается азотистых оснований.
Чтобы полностью понять это второе неравенство, необходимо сделать небольшой шаг назад.

Рисунок: 5-углеродные сахара, составляющие нуклеотиды РНК (рибоза) и ДНК (дезоксирибоза).

Основания азота представляют собой молекулы органической природы, которые в нуклеиновых кислотах представляют собой отличительный элемент различных типов составляющих нуклеотидов. Фактически, как в нуклеотидах ДНК, так и в нуклеотидах РНК, единственным изменяющимся элементом является азотистое основание. Каркас сахарно-фосфатной группы не изменился.
И в ДНК, и в РНК возможных азотистых оснований 4; следовательно, типов нуклеотидов для каждой нуклеиновой кислоты всего 4.
При этом, возвращаясь ко второму важному различию между нуклеотидами ДНК и РНК, эти две нуклеиновые кислоты имеют общие только 3 из 4 азотистых оснований. В этом случае аденин, гуанин и цитозин являются 3 азотистыми основаниями, присутствующими в и ДНК, и РНК; тимин и урацил, с другой стороны, являются четвертым азотистым основанием ДНК и четвертым основанием РНК, соответственно.
Следовательно, кроме пентозы, нуклеотиды ДНК и нуклеотиды РНК одинаковы для 3 из 4 типов.

Классы принадлежности азотистых оснований
Аденин и гуанин относятся к классу азотистых оснований, известных как пурины. Пурины представляют собой ароматические гетероциклические соединения с двойным кольцом.
Тимин, цитозин и урацил, с другой стороны, принадлежат к классу азотистых оснований, известных как пиримидины.Пиримидины представляют собой ароматические гетероциклические соединения с одним кольцом.

ДРУГОЕ НАЗВАНИЕ НУКЛЕОТИДОВ ДНК И РНК

Нуклеотиды с сахаром дезоксирибозы, то есть нуклеотиды ДНК, получают альтернативное название дезоксирибонуклеотидов именно из-за присутствия вышеупомянутого сахара.
По тем же причинам нуклеотиды с сахарной рибозой, то есть нуклеотиды РНК, принимают альтернативное название рибонуклеотидов.

Нуклеотиды ДНК Нуклеотиды РНК

• Дезоксирибонуклеотид аденин
• Гуанин дезоксирибонуклеотид
• Дезоксирибонуклеотид цитозин
• Дезоксирибонуклеотид тимин

• Рибонуклеотид аденин
• Гуанин-рибонуклеотид
• Цитозин рибонуклеотид
• Урацил рибонуклеотид

Организация в нуклеиновых кислотах

Составляя нуклеиновую кислоту, нуклеотиды организуются в длинные цепи, похожие на цепи.
Каждый нуклеотид, образующий эти длинные цепи, связывается со следующим нуклеотидом посредством фосфодиэфирной связи между углеродом 3 его пентозы и фосфатной группой следующего за ним нуклеотида.

КОНЕЧНОСТИ

Нуклеотидные цепи (или нуклеотидные цепи), из которых состоят нуклеиновые кислоты, имеют два конца, известные как 5-дюймовый конец (читается как «пять концевых простых») и 3-дюймовых (читается как «три концевых простых»). По соглашению биологи и генетики установили, что «конец 5» представляет собой головку цепи, образующей нуклеиновую кислоту, а «конец 3» представляет ее хвост.
С химической точки зрения «5 конец» совпадает с фосфатной группой первого нуклеотида цепи, а «3 конец» совпадает с гидроксильной группой (ОН), расположенной на углероде 3 последнего нуклеотида.
Именно на основе этой организации в книгах по генетике и молекулярной биологии нуклеотидные цепи описываются следующим образом: P-5 "→ 3" -OH.
* Примечание: буква P обозначает атом фосфора фосфатной группы.

Биологическая роль

Экспрессия генов зависит от нуклеотидной последовательности ДНК. Гены представляют собой более или менее длинные сегменты ДНК (т. Е. Сегменты нуклеотидов), которые содержат информацию, необходимую для синтеза белков. Состоящие из аминокислот белки представляют собой биологические макромолекулы, которые играют фундаментальную роль в регулировании клеточных механизмов организма.
Нуклеотидная последовательность данного гена определяет аминокислотную последовательность родственного белка.