Alles Leben auf dem Planeten besteht aus vielen Zellen, die aufgrund der im Zellkern enth altenen genetischen Information die Ordnung ihrer Organisation aufrechterh alten. Es wird von komplexen hochmolekularen Verbindungen gespeichert, umgesetzt und übertragen - Nukleinsäuren, bestehend aus Monomereinheiten - Nukleotiden. Die Rolle von Nukleinsäuren kann nicht überschätzt werden. Die Stabilität ihrer Struktur bestimmt die normale Vitalaktivität des Organismus, und jede Abweichung in der Struktur führt zwangsläufig zu einer Veränderung der Zellorganisation, der Aktivität physiologischer Prozesse und der Lebensfähigkeit der Zellen als Ganzes.
Das Konzept eines Nukleotids und seine Eigenschaften
Jedes DNA- oder RNA-Molekül besteht aus kleineren monomeren Verbindungen - Nukleotiden. Mit anderen Worten, ein Nukleotid ist ein Baustoff für Nukleinsäuren, Coenzyme und viele andere biologische Verbindungen, die für eine Zelle im Laufe ihres Lebens essentiell sind.
Zu den wichtigsten Eigenschaften dieser unersetzlichenSubstanzen können zugeordnet werden:
• Speicherung von Informationen über Proteinstruktur und vererbte Eigenschaften;
• Kontrolle über Wachstum und Reproduktion;
• Teilnahme am Stoffwechsel und vielen anderen physiologischen Prozessen, die in der Zelle ablaufen.
Nukleotidzusammensetzung
Apropos Nukleotide, man kann nicht umhin, auf ein so wichtiges Thema wie ihre Struktur und Zusammensetzung einzugehen.
Jedes Nukleotid besteht aus:
• Zuckerrest;
• stickstoffh altige Base;
• Phosphatgruppe oder Phosphorsäurerest.
Man kann sagen, dass ein Nukleotid eine komplexe organische Verbindung ist. Abhängig von der Spezieszusammensetzung der stickstoffh altigen Basen und der Art der Pentose in der Nukleotidstruktur werden Nukleinsäuren unterteilt in:
• Desoxyribonukleinsäure oder DNA;
• Ribonukleinsäure oder RNA.
Zusammensetzung von Nukleinsäuren
In Nukleinsäuren wird Zucker durch Pentose dargestellt. Dies ist ein Zucker mit fünf Kohlenstoffatomen, in der DNA heißt er Desoxyribose, in der RNA heißt er Ribose. Jedes Pentosemolekül hat fünf Kohlenstoffatome, von denen vier zusammen mit einem Sauerstoffatom einen fünfgliedrigen Ring bilden und das fünfte Teil der HO-CH2-Gruppe ist.
Die Position jedes Kohlenstoffatoms in einem Pentosemolekül wird durch eine arabische Zahl mit einem Strich angegeben (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Da alle Prozesse des Ablesens von Erbinformationen aus einem Nukleinsäuremolekül eine strenge Richtung haben, dient die Nummerierung der Kohlenstoffatome und ihre Anordnung im Ring als eine Art Indikator für die richtige Richtung.
Nach der Hydroxylgruppe zuAm dritten und fünften Kohlenstoffatom (3С´ und 5С´) ist ein Phosphorsäurerest angebracht. Es bestimmt die chemische Zugehörigkeit von DNA und RNA zur Gruppe der Säuren.
An das erste Kohlenstoffatom (1С´) eines Zuckermoleküls ist eine stickstoffh altige Base gebunden.
Spezieszusammensetzung stickstoffh altiger Basen
DNA-Nukleotide durch stickstoffh altige Basen werden durch vier Typen repräsentiert:
• Adenin (A);
• Guanin (G);
• Cytosin (C);
• Thymin (T).
Die ersten beiden sind Purine, die letzten beiden Pyrimidine. Nach Molekulargewicht sind Purine immer schwerer als Pyrimidine.
RNA-Nukleotide nach stickstoffh altiger Base werden dargestellt durch:
• Adenin (A);
• Guanin (G);
• Cytosin (C);
• Uracil (U).
Uracil ist wie Thymin eine Pyrimidinbase.
In der wissenschaftlichen Literatur findet man oft eine andere Bezeichnung stickstoffh altiger Basen - in lateinischen Buchstaben (A, T, C, G, U).
Lassen Sie uns näher auf die chemische Struktur von Purinen und Pyrimidinen eingehen.
Pyrimidine, nämlich Cytosin, Thymin und Uracil, werden durch zwei Stickstoffatome und vier Kohlenstoffatome dargestellt, die einen sechsgliedrigen Ring bilden. Jedes Atom hat seine eigene Nummer von 1 bis 6.
Purine (Adenin und Guanin) bestehen aus Pyrimidin und Imidazol oder zwei Heterocyclen. Das Purin-Basismolekül wird durch vier Stickstoffatome und fünf Kohlenstoffatome dargestellt. Jedes Atom ist von 1 bis 9 nummeriert.
Infolge der Verbindung von Stickstoffeine Base und ein Pentoserest bilden ein Nukleosid. Ein Nukleotid ist eine Kombination aus einem Nukleosid und einer Phosphatgruppe.
Bildung von Phosphodiesterbindungen
Es ist wichtig, die Frage zu verstehen, wie Nukleotide in einer Polypeptidkette verbunden sind und ein Nukleinsäuremolekül bilden. Dies geschieht aufgrund der sogenannten Phosphodiesterbindungen.
Die Wechselwirkung zweier Nukleotide ergibt ein Dinukleotid. Die Bildung einer neuen Verbindung erfolgt durch Kondensation, wenn eine Phosphodiesterbindung zwischen dem Phosphatrest eines Monomers und der Hydroxygruppe der Pentose eines anderen auftritt.
Die Synthese eines Polynukleotids ist die wiederholte Wiederholung dieser Reaktion (mehrere Millionen Mal). Die Polynukleotidkette wird durch die Bildung von Phosphodiesterbindungen zwischen dem dritten und fünften Kohlenstoff von Zuckern (3´ und 5´) aufgebaut.
Die Polynukleotid-Montage ist ein komplexer Prozess, der unter Beteiligung des DNA-Polymerase-Enzyms abläuft, das das Wachstum der Kette nur von einem Ende (3´) mit einer freien Hydroxygruppe gewährleistet.
Struktur des DNA-Moleküls
Ein DNA-Molekül kann wie ein Protein eine Primär-, Sekundär- und Tertiärstruktur haben.
Die Sequenz der Nukleotide in einer DNA-Kette bestimmt ihre Primärstruktur. Die Sekundärstruktur wird durch Wasserstoffbrückenbindungen gebildet, die auf dem Prinzip der Komplementarität beruhen. Mit anderen Worten, bei der Synthese der DNA-Doppelhelix läuft ein bestimmtes Muster ab: Adenin der einen Kette entspricht dem Thymin der anderen, Guanin dem Cytosin und umgekehrt. Paare von Adenin und Thymin oder Guanin und Cytosinwerden aufgrund von zwei im ersten und drei im letzten Fall Wasserstoffbrückenbindungen gebildet. Eine solche Verbindung von Nukleotiden sorgt für eine starke Bindung zwischen den Ketten und einen gleichen Abstand zwischen ihnen.
Wenn Sie die Nukleotidsequenz eines DNA-Strangs kennen, können Sie den zweiten nach dem Komplementaritäts- oder Additionsprinzip vervollständigen.
Die Tertiärstruktur der DNA wird durch komplexe dreidimensionale Bindungen gebildet, wodurch ihr Molekül kompakter wird und in ein kleines Zellvolumen passt. So beträgt beispielsweise die Länge der E. coli-DNA mehr als 1 mm, während die Länge der Zelle weniger als 5 Mikrometer beträgt.
Die Anzahl der Nukleotide in der DNA, also ihr quantitatives Verhältnis, gehorcht der Chergaff-Regel (die Anzahl der Purinbasen ist immer gleich der Anzahl der Pyrimidinbasen). Der Abstand zwischen Nukleotiden ist ein konstanter Wert von 0,34 nm, ebenso wie ihr Molekulargewicht.
Die Struktur des RNA-Moleküls
RNA wird durch eine einzelne Polynukleotidkette dargestellt, die durch kovalente Bindungen zwischen einer Pentose (in diesem Fall Ribose) und einem Phosphatrest gebildet wird. Es ist viel kürzer als DNA in der Länge. Es gibt auch Unterschiede in der Artenzusammensetzung von stickstoffh altigen Basen im Nukleotid. In RNA wird Uracil anstelle der Pyrimidinbase von Thymin verwendet. Abhängig von den im Körper ausgeführten Funktionen kann es drei Arten von RNA geben.
• Ribosomal (rRNA) – enthält normalerweise 3000 bis 5000 Nukleotide. Als notwendiger Strukturbestandteil ist es an der Bildung des aktiven Zentrums von Ribosomen beteiligt, dem Ort eines der wichtigsten Prozesse in der Zelle- Proteinbiosynthese.
• Transport (tRNA) - besteht aus durchschnittlich 75 - 95 Nukleotiden, überträgt die gewünschte Aminosäure an die Stelle der Polypeptidsynthese im Ribosom. Jede Art von tRNA (mindestens 40) hat ihre eigene einzigartige Sequenz von Monomeren oder Nukleotiden.
• Informational (mRNA) – sehr vielfältig in der Nukleotidzusammensetzung. Überträgt genetische Information von DNA auf Ribosomen, dient als Matrix für die Synthese eines Proteinmoleküls.
Die Rolle der Nukleotide im Körper
Nukleotide erfüllen in der Zelle eine Reihe wichtiger Funktionen:
• dienen als Bausteine für Nukleinsäuren (Nukleotide der Purin- und Pyrimidinreihe);
• sind an vielen Stoffwechselvorgängen in der Zelle beteiligt;
• sind Bestandteil von ATP - die Hauptenergiequelle in Zellen;
• fungieren als Träger von Reduktionsäquivalenten in Zellen (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• erfüllen die Funktion von Bioregulatoren;
• können als sekundäre Botenstoffe der extrazellulären regulären Synthese angesehen werden (z. B. cAMP oder cGMP).
Nukleotid ist eine monomere Einheit, die komplexere Verbindungen bildet - Nukleinsäuren, ohne die die Übertragung genetischer Informationen, ihre Speicherung und Reproduktion unmöglich ist. Freie Nukleotide sind die Hauptkomponenten, die an Signal- und Energieprozessen beteiligt sind, die die normale Funktion der Zellen und des Körpers als Ganzes unterstützen.
