همه حیات روی این سیاره از سلول های زیادی تشکیل شده است که نظم سازمان خود را به دلیل اطلاعات ژنتیکی موجود در هسته حفظ می کنند. توسط ترکیبات پیچیده با مولکولی بالا - اسیدهای نوکلئیک، متشکل از واحدهای مونومر - نوکلئوتیدها ذخیره، اجرا و منتقل می شود. نقش اسیدهای نوکلئیک را نمی توان دست بالا گرفت. ثبات ساختار آنها فعالیت حیاتی طبیعی ارگانیسم را تعیین می کند و هر گونه انحراف در ساختار ناگزیر به تغییر در سازمان سلولی، فعالیت فرآیندهای فیزیولوژیکی و زنده ماندن سلول ها در کل منجر می شود.
مفهوم نوکلئوتید و خواص آن
هر مولکول DNA یا RNA از ترکیبات مونومر کوچکتر - نوکلئوتیدها جمع می شود. به عبارت دیگر، یک نوکلئوتید یک ماده ساختمانی برای اسیدهای نوکلئیک، کوآنزیم ها و بسیاری دیگر از ترکیبات بیولوژیکی است که برای یک سلول در طول زندگی آن ضروری هستند.
به خواص اصلی این بی بدیلمواد را می توان نسبت داد:
• ذخیره اطلاعات در مورد ساختار پروتئین و صفات ارثی؛
• کنترل رشد و تولیدمثل؛
• مشارکت در متابولیسم و بسیاری از فرآیندهای فیزیولوژیکی دیگر که در سلول اتفاق می افتد.
ترکیب نوکلئوتیدی
در مورد نوکلئوتیدها، نمی توان به موضوع مهمی مانند ساختار و ترکیب آنها توجه کرد.
هر نوکلئوتید شامل:
است
• باقیمانده قند؛
• پایه نیتروژنی؛
• گروه فسفات یا باقیمانده اسید فسفریک.
می توان گفت که نوکلئوتید یک ترکیب آلی پیچیده است. بسته به ترکیب گونه ای بازهای نیتروژنی و نوع پنتوز در ساختار نوکلئوتیدی، اسیدهای نوکلئیک به موارد زیر تقسیم می شوند:
• دئوکسی ریبونوکلئیک اسید، یا DNA؛
• اسید ریبونوکلئیک، یا RNA.
ترکیب اسیدهای نوکلئیک
در اسیدهای نوکلئیک، قند با پنتوز نشان داده می شود. این یک قند پنج کربنه است، در DNA به آن دئوکسی ریبوز و در RNA به آن ریبوز می گویند. هر مولکول پنتوز دارای پنج اتم کربن است که چهار اتم آن به همراه یک اتم اکسیژن یک حلقه پنج عضوی تشکیل می‌دهند و پنجمین آن بخشی از گروه HO-CH2 است.
موقعیت هر اتم کربن در یک مولکول پنتوز با یک عدد عربی با عدد اول (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´) نشان داده می شود. از آنجایی که تمام فرآیندهای خواندن اطلاعات ارثی از یک مولکول اسید نوکلئیک جهت دقیقی دارند، شماره گذاری اتم های کربن و آرایش آنها در حلقه به عنوان یک نوع نشانگر جهت درست عمل می کند.
با توجه به گروه هیدروکسیل بهباقی مانده اسید فسفریک به اتم های کربن سوم و پنجم (3С´ و 5С´) متصل می شود. وابستگی شیمیایی DNA و RNA را به گروه اسیدها تعیین می کند.
یک پایه نیتروژنی به اولین اتم کربن (1C) در یک مولکول قند متصل است.
ترکیب گونه ای بازهای نیتروژنی
نوکلئوتیدهای DNA توسط پایه نیتروژنی با چهار نوع نشان داده می شوند:
• آدنین (A);
• گوانین (G);
• سیتوزین (C);
• تیمین (T).
دو مورد اول پورین و دوتای آخر پیریمیدین هستند. از نظر وزن مولکولی، پورین ها همیشه سنگین تر از پیریمیدین ها هستند.
نوکلئوتیدهای RNA توسط پایه نیتروژنی با:
نشان داده می شوند
• آدنین (A);
• گوانین (G);
• سیتوزین (C);
• اوراسیل (U).
اوراسیل، مانند تیمین، یک پایه پیریمیدین است.
در ادبیات علمی، اغلب می توان نام دیگری از پایه های نیتروژنی را یافت - با حروف لاتین (A, T, C, G, U).
بیایید با جزئیات بیشتر در مورد ساختار شیمیایی پورین ها و پیریمیدین ها صحبت کنیم.
پیریمیدین ها، یعنی سیتوزین، تیمین و اوراسیل، با دو اتم نیتروژن و چهار اتم کربن نشان داده می شوند و یک حلقه شش عضوی را تشکیل می دهند. هر اتم از 1 تا 6 عدد مخصوص به خود را دارد.
پورین ها (آدنین و گوانین) از پیریمیدین و ایمیدازول یا دو هتروسیکل تشکیل شده اند. مولکول پایه پورین با چهار اتم نیتروژن و پنج اتم کربن نشان داده می شود. هر اتم از 1 تا 9 شماره گذاری شده است.
در نتیجه اتصال نیتروژنیک باز و یک باقیمانده پنتوز یک نوکلئوزید را تشکیل می دهند. یک نوکلئوتید ترکیبی از یک نوکلئوزید و یک گروه فسفات است.
تشکیل پیوندهای فسفودی استر
درک این سوال مهم است که چگونه نوکلئوتیدها در یک زنجیره پلی پپتیدی به هم متصل می شوند و یک مولکول اسید نوکلئیک را تشکیل می دهند. این به دلیل به اصطلاح پیوندهای فسفودی استر اتفاق می افتد.
برهمکنش دو نوکلئوتید یک دی نوکلئوتید می دهد. تشکیل یک ترکیب جدید با تراکم، زمانی که یک پیوند فسفودی استر بین باقی مانده فسفات یک مونومر و گروه هیدروکسی پنتوز یک مونومر دیگر ایجاد می شود، اتفاق می افتد.
سنتز یک پلی نوکلئوتید با تکرار این واکنش (چند میلیون بار) است. زنجیره پلی نوکلئوتیدی از طریق تشکیل پیوندهای فسفودی استر بین کربن سوم و پنجم قندها (3С´ و 5С´) ساخته شده است.
مجموعه پلی نوکلئوتید یک فرآیند پیچیده است که با مشارکت آنزیم DNA پلیمراز اتفاق می افتد، که رشد زنجیره را تنها از یک سر (3') با یک گروه هیدروکسی آزاد تضمین می کند.
ساختار مولکول DNA
یک مولکول DNA، مانند یک پروتئین، می تواند ساختار اولیه، ثانویه و سوم داشته باشد.
توالی نوکلئوتیدها در یک زنجیره DNA ساختار اولیه آن را تعیین می کند. ساختار ثانویه توسط پیوندهای هیدروژنی تشکیل می شود که بر اساس اصل مکمل بودن است. به عبارت دیگر، در طول سنتز مارپیچ دوگانه DNA، الگوی خاصی عمل می کند: آدنین یک زنجیره با تیمین زنجیره دیگر، گوانین به سیتوزین و بالعکس مطابقت دارد. جفت آدنین و تیمین یا گوانین و سیتوزینبه دلیل دو پیوند هیدروژنی در حالت اول و سه پیوند هیدروژنی در آخرین مورد تشکیل می شوند. چنین اتصالی از نوکلئوتیدها پیوند قوی بین زنجیره ها و فاصله مساوی بین آنها ایجاد می کند.
با دانستن توالی نوکلئوتیدی یک رشته DNA، می توانید رشته دوم را با اصل مکمل یا جمع کامل کنید.
ساختار سوم DNA توسط پیوندهای سه بعدی پیچیده تشکیل شده است که باعث می شود مولکول آن فشرده تر شود و بتواند در یک حجم سلول کوچک قرار گیرد. بنابراین، برای مثال، طول DNA E. coli بیش از 1 میلی متر است، در حالی که طول سلول کمتر از 5 میکرون است.
تعداد نوکلئوتیدها در DNA، یعنی نسبت کمی آنها، از قانون چرگاف پیروی می کند (تعداد بازهای پورینی همیشه با تعداد بازهای پیریمیدین برابر است). فاصله بین نوکلئوتیدها و وزن مولکولی آنها یک مقدار ثابت برابر با 0.34 نانومتر است.
ساختار مولکول RNA
RNA
با یک زنجیره پلی نوکلئوتیدی منفرد نشان داده می شود که از طریق پیوندهای کووالانسی بین یک پنتوز (در این مورد، ریبوز) و یک باقیمانده فسفات تشکیل شده است. طول آن بسیار کوتاهتر از DNA است. همچنین در ترکیب گونه ای بازهای نیتروژنی در نوکلئوتید تفاوت هایی وجود دارد. در RNA از اوراسیل به جای پایه پیریمیدین تیمین استفاده می شود. بسته به عملکردهای انجام شده در بدن، RNA می تواند سه نوع باشد.
• ریبوزومی (rRNA) - معمولاً شامل 3000 تا 5000 نوکلئوتید است. به عنوان یک جزء ساختاری ضروری، در تشکیل مرکز فعال ریبوزوم ها، محل یکی از مهمترین فرآیندها در سلول شرکت می کند.- بیوسنتز پروتئین.
• انتقال (tRNA) - به طور متوسط از 75 تا 95 نوکلئوتید تشکیل شده است، اسید آمینه مورد نظر را به محل سنتز پلی پپتید در ریبوزوم منتقل می کند. هر نوع tRNA (حداقل 40) توالی منحصر به فرد خود را از مونومرها یا نوکلئوتیدها دارد.
• اطلاعاتی (mRNA) - در ترکیب نوکلئوتیدی بسیار متنوع است. اطلاعات ژنتیکی را از DNA به ریبوزوم ها منتقل می کند، به عنوان ماتریکس برای سنتز یک مولکول پروتئین عمل می کند.
نقش نوکلئوتیدها در بدن
نوکلئوتیدها در سلول تعدادی عملکرد مهم را انجام می دهند:
• به عنوان بلوک های ساختمانی برای اسیدهای نوکلئیک (نوکلئوتیدهای سری پورین و پیریمیدین) استفاده می شود؛
• در بسیاری از فرآیندهای متابولیک در سلول نقش دارد؛ - منبع اصلی انرژی در سلول‌ها؛
• به عنوان حامل معادل‌های کاهنده در سلول‌ها عمل می‌کند (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• عملکرد تنظیم‌کننده‌های زیستی را انجام می‌دهد؛
• می تواند به عنوان پیام رسان دوم سنتز منظم خارج سلولی (به عنوان مثال، cAMP یا cGMP) در نظر گرفته شود.
نوکلئوتید یک واحد مونومر است که ترکیبات پیچیده تری - اسیدهای نوکلئیک را تشکیل می دهد که بدون آن انتقال اطلاعات ژنتیکی، ذخیره سازی و تولید مثل آن غیرممکن است. نوکلئوتیدهای آزاد اجزای اصلی درگیر در فرآیندهای سیگنال دهی و انرژی هستند که از عملکرد طبیعی سلول ها و بدن به طور کلی پشتیبانی می کنند.
