Структурные формулы нуклеотидов

Содержание
  1. Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)
  2. Строение ДНК
  3. Строение нуклеотидов в молекуле ДНК
  4. Уровни структуры ДНК
  5.  Правило Чаргаффа
  6. Модель ДНК Уотсона-Крика
  7. Интересные факты о ДНК
  8. Что собой представляет нуклеотид: вид, строение и длина одного нуклеотида
  9. Понятие нуклеотида
  10. Состав и основные свойства нуклеотидов
  11. Нуклеиновые кислоты
  12. Состав азотистых оснований
  13. Образование фосфодиэфирных связей
  14. Структура ДНК
  15. Функции и свойства ДНК
  16. Молекула РНК – структура
  17. Роль нуклеотида в организме
  18. Лекция 4. Нуклеиновые кислоты
  19. АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ
  20. НУКЛЕОЗИДЫ
  21. НУКЛЕОТИДЫ
  22. ФУНКЦИИ НУКЛЕОТИДОВ
  23. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
  24. Химический состав нуклеотидов
  25. 3.2.1 Азотистые основания
  26. 3.2.2. Углеводные компоненты
  27. 3.2.3. Нуклеозиды
  28. 3.2.4. Мононуклеотиды
  29. 3.2.5. Структура нуклеиновых кислот
  30. 3.2.6. Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
  31. 3.2.7. Рибонуклеиновые кислоты (РНК)
  32. Нуклеотид – это что такое? Состав, строение, число и последовательность нуклеотидов в цепи ДНК
  33. Понятие нуклеотида и его свойства
  34. Состав нуклеиновых кислот
  35. Видовой состав азотистых оснований
  36. Структура молекулы ДНК
  37. Структура молекулы РНК
  38. Роль нуклеотидов в организме

Днк (дезоксирибонуклеиновая кислота)

Структурные формулы нуклеотидов

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

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).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),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:

  1. У ДНК молярные доли пуриновых и пиримидиновых оснований равны: А+ G = C + Т  или (А + G)/(C + Т)=1.
  2. В ДНК количество оснований с аминогруппами (А +C) равно количеству оснований с кетогруппами (G + Т):   А +C= G + Т или (А +C)/(G + Т)= 1
  3. Правило эквивалентности, то есть : А=Т, Г=Ц; А/Т = 1;  Г/Ц=1.
  4. Нуклеотидный состав ДНК у организмов различных групп специфичен и характеризуется коэффициентом специфичности: (Г+Ц)/(А+Т). У высших растений и животных коэффициент специфичности меньше 1, и колеблется незначительно: от 0,54 до 0,98, у микроорганизмов он больше 1.

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.

[attention type=yellow]

Пара оснований  А—Т  стабилизируется двумя водородными связями,  а  пара G—Стремя.

[/attention]

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:

  • 5′-TAGGCAT-3′
  • 3-ATCCGTA-5′.

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
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

Источник: https://mplast.by/encyklopedia/dnk-dezoksiribonukleinovaya-kislota/

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

Структурные формулы нуклеотидов

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.

  • Понятие нуклеотида
  • Состав и основные свойства нуклеотидов
  • Нуклеиновые кислоты
  • Состав азотистых оснований
  • Образование фосфодиэфирных связей
  • Структура ДНК
  • Функции и свойства ДНК
  • Молекула РНК – структура
  • Роль нуклеотида в организме

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.

: водородная связь образуется между молекулами, химический механизм.

Понятие нуклеотида

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.

: типы кристаллических решёток, таблица.

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

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

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

Виды нуклеотидов по азотистому основанию ДНК :

Первые два класса — пурины:

Два последние относятся к классу пиримидинов:

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

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

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

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

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.

Источник: https://obrazovanie.guru/himiya/nukleotid-stroenie-massa-dlina-posledovatelnost.html

Лекция 4. Нуклеиновые кислоты

Структурные формулы нуклеотидов
Подробности Обновлено 29.10.2012 21:00 7848

Были открыты во второй половине 19 века Фридрихом Мишером, который выделил из ядер гноя сперматозоидов лосося вещество, которое назвал нуклеин.

Позже это вещество было отчищено от белков и было выяснено, что это фосфоорганическая кислота. С точки зрения строения нуклеиновые кислоты представлены биополимерами, мономерами, которых являются нуклеотиды. Т.е. нуклеиновые кислоты это полинуклеотиды.

Нуклеотиды – это сложные органические соединения, состоящие из трех компонентов: азотистое основание, пентоза, фосфатный остаток в количестве от 1 до 3 . с точки зрения строения нуклеотиды являются фосфорилированными нуклиозидами.

Нуклеозиды – это соединения пентозы со сложным гетероциклическим соединением- азотистым основанием.

АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ

Вода составе нуклеозидов встречаются два вида азотистых оснований, которые являются производными двух типов гетероциклов: пуринов и пиримидинов. Наиболее просто устроены пиримидиновые основания.

  1. урацил (У, U) в урациле добавляется две функциональных карбонильных групп в 4 и 2 положении.

т. к. в урациле присутствуют электроотрицательный кислород, то это приводит к смешению электронной плотности Од-, Нд+. Может реагировать с водой, образуя водородные связи.

Все пиримидиновые основания могут образовывать водородные связи с водой, т.к. они имеют электроотрицательные атомы, которые способно сдвигать электронную плотность на себя.

пиримидиновые азотистые основания образуются за счет присоединения к пиримидину О2, СН3 и NH2 групп.

Пуриновые основания являются производными пурина, которое состоит из 2 гетероциклов.

  1. аденин (А)

  2. гуанин (Г, G).

Поскольку в азотистых основаниях присутствуют электроотрицательные атомы, то происходит смещение электронной плотности, в результате чего они могут реагировать с водой и образовывать водородные связи, а также реагировать друг с другом. Устойчивые соединения образуют пиримидиновые основания с пуриновыми.

Специфичным взаимодействием между определенными пуринами и пиримидинами получило название правило комплементарности, по этому правилу аденин соединяется с тимином или урацилом двумя водородными связями, а гуанин с цитозином – тремя связями. Правило комплиментарности является ведущим правилом в матричных процессах.

Азотистые основания выполняет в клетке метаболическую функцию, т.е. входят в состав нуклеозидов.

НУКЛЕОЗИДЫ

Нуклеозиды – это производные азотистых оснований, образуются за счет образования N-гликозидной связи между первым атомом углерода в пентозе и первым атомом азота в пиримидину или девятым атомом азота в пурине.

С точки зрения строения нуклеозиды делятся на:

  1. пиримидиновые и имеют окончание – дин. В свою очередь, которые делятся на:

А) рибонуклеозиды, например: уридин, цитидин, тимидин.

В) дезоксирибонуклеозиды, например: дезокситимидин, дезоксицитидин, дезоксиурацидин.

  1. пуриновые и имеют окончание –зин. Так же делятся на:

А) рибонуклеозиды, например: аденазин, гуанозин.

В) дезоксирибонуклеозиды, например: дезоксиаденазин, дезоксигуанозин.

Аденин, гуанин и цитозин встречаются как в дезокси- так и в рибонуклеозидах, а тимин образует устойчивые связи с дезоксирибонуклеозидами и урацил – с рибонуклеозидами.

Нуклеозиды выполняют только метаболическую функцию, входят в состав нуклеотидов.

НУКЛЕОТИДЫ

Нуклеотиды образуются из нуклеозидов за счет образования фосфоэфирной связи между фосфатным остатком и 5’ гидроксильной группы. К нуклеозиду может присоединится от 1 до 3 фосфатных остатков.

Фосфатные связи в нуклеотидах богаты энергией, при расщеплении одной фосфатной группы выделяется 36,36 кДж энергии. Легче всего отщепляется третий фосфатный остаток, а труднее первый.

В качестве энергии можно использовать только две связи.

нуклеозидмонофосфат
нуклеозиддифосфат
нуклеозидтрифосфат

ФУНКЦИИ НУКЛЕОТИДОВ

1. метаболическая – нуклеотиды входят в состав нуклеиновых кислот.

2. энергетическая – в качестве источника энергии используются НТФ и в частности АТФ и ГТФ, т.к. они содержат макроэргические связи.

3. регуляторная:

а) нуклеозид трифосфат является донором фосфатной группы и с помощью специальных ферментов, например фосфокиназы можно переносить фосфатную группу на молекулу и тем самым изменять ее конформацию и активировать их. Это особенно важно в синтезе биополимеров. Фосфорилирования необходимо, для того чтобы проходили реакции полимеризации.

б) некоторые ферменты обладают АТФ-азной активностью и способны расщеплять молекулы АТФ и ГТФ и вследствие чего изменять свою конформации, а значит активность.

[attention type=red]

в) АТФ и ГТФ могут связываться с ферментами без гидролиза и белки меняют свою конформацию и свою активность. Такие белки называются АТФ-связывающими иГТФ-связывающими белками. АТФ-связывающим белком является актин, ГТФ-связывающим белком является тубулин.

[/attention]

г) регуляторную функцию могут выполнять циклические НМФ, которые образуются за счет действия определенных ферментов. ЦАМФ образуется за счет действия аденилатциклазы, ЦГМФ образуется за счет действия гуанилатциклазы, которые отрывают два фосфатных остатка и в результате чего через фосфатную группу образуется цикл.

цНМФ

Эти молекулы являются сигнальными молекулами в системе вторичных посредников.

д) некоторые пурины могут служить сигнальными молекулами и выполнять функции нейромедиаторов в нервных синапсах.

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

Это биополимеры мономерами, которых являются нуклеотиды, образуются за счет реакции поликонденсации и синтез нуклеиновых кислот идет от 5' к 3’ концу. В реакцию вступают НТФ за счет энергии 2 макроэргических связей фосфатный остаток, находящийся на 5’ конце одного нуклеотиды реагирует с ОН группой находящийся на 3’ другого нуклеотида.

В молекуле нуклеиновых кислот можно выделить константную часть и вариабельную. Константной частью является сахарофосфатный остов, а вариабельной – азотистые основания. С точки зрения строения нуклеиновые кислоты можно разделить на следующие группы:

  1. Динуклиотиды;
  2. Олигонуклеотиды;
  3. Полинуклеотиды.

Из динуклеотидов биологическое значение имеют НАД и ФАД (никотинамидадениндинуклеотид, флавинадениндинуклеотид) эти нуклеотиды вступают роли коферментов оксидоредуктаз. Полинуклеиновые кислоты ДНК и РНК. Модель строения ДНК была предложена в 1953 Уотсоном и Криком.

Они предположили, что молекула имеет форма двуцепочечной спирали, причем спирали в этой молекуле связаны водородными связями через азотистые основания по правилу комплиментарности. Т.о. азотистые основания занимают центральную часть, а сахарофосфатный остов лежит на периферии молекулы.

В спирали цепочки антипараллельны, т.е. разнонаправлены.

Модель была предложена на основе работ Чаргофа, который впервые выяснил, что количество пуринов в молекуле ДНК равно количеству пиримидинов. Уотсон и Крик предположили, что взаимодействуют только пурин с пиримидином, в таком случае расстояние между цепочками равно трем гетероциклам.

Принципиальным отличием ДНК и РНК является, то, что, как правило, в ДНК содержится дезоксирибоза, а в РНК рибоза, в ДНК содержится азотистые основания: тимин, аденин, гуанин, цитозин, а в РНК: аденин, цитозин, урацил, гуанин.

ДНК, как правило, представлено двуцепочечной молекулой, а РНК, как правило, одноцепочечной, исключения составляют вирусы.

ДНК – обеспечивает хранение, воспроизведение и начальные этапы реализации генетической информации, исключение вирусы.

РНК – участвует только в реализации генетической информации.

Хранение генетической информации основано на том, что в молекуле ДНК есть определенная нуклеотидная последовательность, которая называется геном. Гены отвечают за определенную структуру или функции в клетке, они несут информацию о структуре РНК, а так же информацию о связывание с определенными белковыми факторами.

[attention type=green]

Воспроизведение генетической информации основано на самоудвоении ДНК или репликации. В результате репликации образуется две дочернии молекулы ДНК идентичные друг другу и материнской по генетической информации. Процесс проходит перед делением клетки.

[/attention]

Процесс реализации генетической информации, которая проходит на молекуле ДНК заключается в считывание определенной молекулы РНК. Этот процесс получил название биосинтез РНК или транскрибция. РНК участвует в процессе реализации генетической информации, т.к. входит в состав белоксинтезирующего аппарата клетки.

Выделяют три типа РНК:

Информационные РНК или матричные РНК – эта молекула несет информацию о первичной структуре полипептидной цепи. Кроме того, в молекуле есть участки, которые позволяют ей связываться с рибосомами.

Рибосомальные РНК связываются с белками, образуя рибонуклеопротеиновый комплекс или РНП. Образует субьединицу рибосом.

Транспортные РНК её функция заключается в том, что она переводит «язык» нуклеотидной последовательности на «язык» аминокислот.

Кроме того, тРНК могут взаимодействовать с активным центром рибосом и связываться с аминокислотами. Кроме этих видов РНК существует малая ядерная РНК.

Она локализована только в ядре клетки и связана с белками и выполняют функцию рибозимов.

Для РНК-содержащих вирусов характерно то, что хранение, воспроизведение и реализацию генетической информации выполняют молекулы РНК. С эволюционной точки зрения считается.

Что первыми возникли молекулы РНК, а затем часть функций они передали молекулам ДНК.

Молекулы ДНК стабильнее, потому что они представлены двуцепочечными молекулами, и их водородные связи спрятаны и, кроме того, дезоксирибонуклеотиды стабильнее рибонуклеотидов.

Источник: http://biobox.spb.ru/lektsii/biokhimiya/134-lektsiya-4-nukleinovye-kisloty.html

Химический состав нуклеотидов

Структурные формулы нуклеотидов

Нуклеиновые кислоты – это гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотиды – органические соединения, состоящие из азотистого основания, углеводного остатка и остатка фосфорной кислоты.

3.2.1 Азотистые основания

Азотистые основания – это ароматические гетероциклические соединения, производные пурина или пиримидина.

Пуриновые основания (пурины) – это аденин и гуанин.

К пиримидиновым основаниям (пиримидинам) относятся цитозин, тимин и урацил.

Пуриновые основания аденин (Ade) и гуанин (Gua), а также пиримидиновое основание цитозин (Cyt) входят как в состав ДНК, так и в состав РНК. В состав только ДНК входит пиримидиновое основание тимин (Thy). Пиримидиновое основание урацил (Ura) входит в состав только РНК.

3.2.2. Углеводные компоненты

Углеводная часть нуклеиновых кислот представлена моносахаридами (пентозами) – дезоксирибозой в ДНК и рибозой в РНК. Они всегда существуют в β – D -фруктозной форме.

В дезоксирибозе гидроксильная группа (-ОН) у второго атома углерода в отличие от рибозы заменена на атом водорода (-Н), что увеличивает прочность молекулы ДНК.

3.2.3. Нуклеозиды

Соединения азотистых оснований с углеводными остатками образуют нуклеозиды, которые получили свои названия в зависимости от тех азотистых оснований и пентоз, которые входят в их состав (табл.3)

Состав и название нуклеозидов

НуклеозидОбозначениеАзотистое основаниеПентоза
АденозинААденинРибоза
ДезоксиаденозинДААденинДезоксирибоза
ГуанозинГГуанинРибоза
ДезоксигуанозиндГГуанинДезоксирибоза
ЦитидинЦЦитозинРибоза
ДезоксицитидиндЦЦитозинДезоксирибоза
УридинУУрацилРибоза
ТимидинтТиминДезоксирибоза

Так, например, аденин и рибоза образуют нуклеозид аденозин (сокращенно А). Соответствующие производные других азотистых оснований носят названия гуанозин (G или Г), уридин (U или Y), тимидин (Т), цитидин (С или Ц). Если углеводный остаток представлен 2-дезоксирибозой, образуется дезоксинуклеозид, например, 2'-дезоксиаденозин (дА).

Ниже представлены структурные формулы нуклеозидов РНК – аденозина и цитидина и ДНК – 2'-дезоксиаденозина и 2'-дезокснцнтнднна.

3.2.4. Мононуклеотиды

В клетках 5'- ОН – группа углеводного остатка нуклеозида этерифицирована фосфорной кислотой. Монофосфатные эфиры нуклеозидов называются мононуклеотидами. Так, например, ниже представлены структурные формулы нуклеотидов гуанозинмонофосфат (ГМФ) и 2'-дезокситимидинмонофосфат (дТМФ).

Мононуклеотиды – структурные звенья нуклеиновых кислот.

Если 5'- фосфатный остаток мононуклеотида соединяется еще с одним остатком фосфорной кислоты, образуется нуклеозидтрифосфат, с двумя остатками – нуклеозидтрифосфат. Ниже представлены структурные формулы аденозинтрифосфата (АДФ или АБР) и аденозинтрифосфата (АТФ или АТР).

АДФ (АБР) и АТФ (АТР) – важнейшие коферменты энергообмена.

3.2.5. Структура нуклеиновых кислот

Молекулы нуклеиновых кислот живых организмов всех типов – это длинные неразветвленные полимеры мононуклеотидов. В молекулах нуклеиновых кислот нуклеотиды связаны через остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида и З'- ОН – группу сахара другого. Таким образом, мононуклеотиды соединяются в молекуле нуклеиновой кислоты фосфодиэфирной связью.

Полинуклеотиды, составленные из рибонуклеотидных звеньев, называются рибонукленовыми кислотами – РНК, а составленные из дезоксирибонуклеотидных мономеров – дезоксирибонуклеиновыми кислотами – ДНК (рис. 11).

Рис. 11. Структура РНК и ДНК

При обозначении полинуклеотидов указывают сокращенные названия нуклеозидных звеньев в направлении от 5'-конца нуклеиновой кислоты к 3'- концу (5' —> 3').

Так, начало РНК на рис. 11 можно записать как УЦЦУА.Ц и т. д.

3.2.6. Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

Первичная структура ДНК представляет собой гетерополимерную двойную нить нуклеотидов. Молекула ДНК закручена в виде двойной спирали, нити которой соединены друг с другом по всей длине водородными связями.

Водородные связи образуются между азотистыми основаниями, расположенными во внутренней части молекулы. Азотистые основания соединяются друг с другом по принципу комплементарности (дополнения): А – Т, Г – Ц.

Пара А-Т может образовывать два, а пара Г – Ц три линейных и поэтому устойчивых водородных мостика (водородные связи). Ниже представлено спаривание оснований в ДНК.

В функциональном отношении две цепи ДНК не эквивалентны. Кодирующей цепью (матричной, смысловой) является та из них, которая считывается в процессе транскрипции. Именно эта цепь служитматрицей для РНК. Некодирующая цепь (антисмысловая) по последовательности подобна РНК (при условии замены Т на У).

Модель строения молекулы (пространственной структуры) ДНК предложили Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г., за что они были удостоены Нобелевской премии. Модель полностью подтверждена экспериментально, и это открытие сыграло исключительно важную роль в развитии молекулярной биологии и генетики.

Несмотря на различия в структуре ДНК, в суммарном нуклеотидном составе ДНК всех типов имеются общие закономерности, установленные Э. Чаргаффом (правила Чаргаффа):

1) молярное соотношение А и Т равно 1 (А/Т =1);

2) молярное соотношение Г и Ц равно 1 (Г/Ц = 1);

3) сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых.

3.2.7. Рибонуклеиновые кислоты (РНК)

Первичная структура РНК представляет собой гетерополимерную нить, состоящую из нуклеотидов (А, Г, Ц, У), сахар которых представлен рибозой.

В зависимости от выполняемой функции РНК подразделяются на три вида:

– информационные – иРНК (или матричные – мРНК),

– рибосомальные – рРНК

– транспортные – тРНК.

У каждого вида РНК свой размер, свое строение и своя продолжительность существования (табл. 4).

Таблица 4

Классификация РНК

ХарактеристикаВид
иРНКрРНКтРНК
Доля во всей РНК, %58010 – 20
Размер, н400 – 6000120-500070 – 90
СтруктураНитьАссоциируют с белкомВ виде клеверного листа
Количество подтипов10004Более 50
Время жизниКороткоеПродолжительноеПродолжительное
МестонахождениеЯдро, цитоплазма, рибосомы, митохондрии, пластидыРибосомыЦитоплазма, рибосомы
ФункцияПереносит генетическую информацию из клеточного ядра в цитоплазму к месту синтеза белкаСтруктурный компонент рибосом – образует рибосомуТранспорт аминокислот к месту синтеза белка (в рибосому)

РНК всех трех видов участвуют в биосинтезе белка – трансляции (см. далее подраздел 3.6).

Источник: https://lifelib.info/biochemistry/biochemistry_1/29.html

Нуклеотид – это что такое? Состав, строение, число и последовательность нуклеотидов в цепи ДНК

Структурные формулы нуклеотидов

Все живое на планете состоит из множества клеток, поддерживающих упорядоченность своей организации за счет содержащейся в ядре генетической информации.

Она сохраняется, реализуется и передается сложными высокомолекулярными соединениями – нуклеиновыми кислотами, состоящими из мономерных звеньев – нуклеотидов. Роль нуклеиновых кислот невозможно переоценить.

Стабильностью их структуры определяется нормальная жизнедеятельность организма, а любые отклонения в строении неминуемо приводят к изменению клеточной организации, активности физиологических процессов и жизнеспособности клеток в целом.

Понятие нуклеотида и его свойства

Каждая молекула ДНК или РНК собрана из более мелких мономерных соединений – нуклеотидов. Другими словами, нуклеотид – это строительный материал для нуклеиновых кислот, коферментов и многих других биологических соединений, которые крайне необходимы клетке в процессе ее жизнедеятельности.

К основным свойствам этих незаменимых веществ можно отнести:

• хранение информации о структуре белка и наследуемых признаках;• осуществление контроля над ростом и репродукцией;

• участие в метаболизме и многих других физиологических процессах, протекающих в клетке.

Говоря о нуклеотидах, нельзя не остановиться на таком важном вопросе, как их структура и состав.

Каждый нуклеотид состоит из:

• сахарного остатка;• азотистого основания;

• фосфатной группы или остатка фосфорной кислоты.

Можно сказать, что нуклеотид – это сложное органическое соединение. В зависимости от видового состава азотистых оснований и типа пентозы в структуре нуклеотида нуклеиновые кислоты подразделяются на:

• дезоксирибонуклеиновую кислоту, или ДНК;
• рибонуклеиновую кислоту, или РНК.

Состав нуклеиновых кислот

В нуклеиновых кислотах сахар представлен пентозой. Это пятиуглеродный сахар, в ДНК его называют дезоксирибозой, в РНК – рибозой. Каждая молекула пентозы имеет пять атомов углерода, четыре из них вместе с атомом кислорода образуют пятичленное кольцо, а пятый входит в группу НО-СН2.

Положение каждого атома углерода в молекуле пентозы обозначается арабской цифрой со штрихом (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Поскольку все процессы считывания наследственной информации с молекулы нуклеиновой кислоты имеют строгую направленность, нумерация атомов углерода и их расположение в кольце служат своего рода указателем правильного направления.

[attention type=yellow]

По гидроксильной группе к третьему и пятому углеродным атомам (3С´ и 5С´) присоединен остаток фосфорной кислоты. Он и определяет химическую принадлежность ДНК и РНК к группе кислот.

[/attention]

К первому углеродному атому (1С´) в молекуле сахара присоединено азотистое основание.

Видовой состав азотистых оснований

Нуклеотиды ДНК по азотистому основанию представлены четырьмя видами:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);

• тимином (Т).

Первые два относятся к классу пуринов, два последних – пиримидинов. По молекулярной массе пуриновые всегда тяжелее пиримидиновых.

Нуклеотиды РНК по азотистому основанию представлены:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);

• урацилом (У).

Урацил так же, как и тимин, является пиримидиновым основанием.

В научной литературе нередко можно встретить и другое обозначение азотистых оснований – латинскими буквами (A, T, C, G, U).

Подробнее остановимся на химической структуре пуринов и пиримидинов.

Пиримидины, а именно цитозин, тимин и урацил, в своем составе представлены двумя атомами азота и четырьмя атомами углерода, образующих шестичленное кольцо. Каждый атом имеет свой номер от 1 до 6.

Пурины (аденин и гуанин) состоят из пиримидина и имидазола или двух гетероциклов. Молекула пуриновых оснований представлена четырьмя атомами азота и пятью атомами углерода. Каждый атом пронумерован от 1 до 9.

В результате соединения азотистого основания и остатка пентозы образуется нуклеозид. Нуклеотид – это соединение нуклеозида и фосфатной группы.

Структура молекулы ДНК

Молекула ДНК, так же как и белка, может иметь первичную, вторичную и третичную структуру.

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК определяет ее первичную структуру. Вторичная структура формируется за счет водородных связей, в основе возникновения которых положен принцип комплементарности.

Другими словами, при синтезе двойной спирали ДНК действует определенная закономерность: аденин одной цепи соответствует тимину другой, гуанин – цитозину, и наоборот. Пары аденина и тимина или гуанина и цитозина образуются за счет двух в первом и трех в последнем случае водородных связей.

[attention type=red]

Такое соединение нуклеотидов обеспечивает прочную связь цепей и равное расстояние между ними.

[/attention]

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

Третичная структура ДНК образована за счет сложных трехмерных связей, что делает ее молекулу более компактной и способной размещаться в малом объеме клетки. Так, например, длина ДНК кишечной палочки составляет более 1 мм, тогда как длина клетки – меньше 5 мкм.

Число нуклеотидов в ДНК, а именно их количественное соотношение, подчиняется правилу Чергаффа (число пуриновых оснований всегда равно количеству пиримидиновых). Расстояние между нуклеотидами – величина постоянная, равная 0,34 нм, как и их молекулярная масса.

Структура молекулы РНК

РНК представлена одной полинуклеотидной цепочкой, образованной через ковалентные связи между пентозой (в данном случае рибозой) и фосфатным остатком. По длине она значительно короче ДНК.

По видовому составу азотистых оснований в нуклеотиде также имеются различия. В РНК вместо пиримидинового основания тимина используется урацил.

В зависимости от функций, выполняемых в организме, РНК может быть трех типов.

• Рибосомальная (рРНК) – содержит обычно от 3000 до 5000 нуклеотидов. Как необходимый структурный компонент принимает участие в формировании активного центра рибосом, места осуществления одного из важнейших процессов в клетке — биосинтеза белка.

• Транспортная (тРНК) – состоит в среднем из 75 – 95 нуклеотидов, осуществляет перенос нужной аминокислоты к месту синтеза полипептида в рибосоме. Каждый вид тРНК (не менее 40) имеет свою, присущую только ему последовательность мономеров или нуклеотидов.

• Информационная (иРНК) – по нуклеотидному составу весьма разнообразна.

Переносит генетическую информацию от ДНК к рибосомам, выступает в роли матрицы для синтеза белковой молекулы.

Роль нуклеотидов в организме

Нуклеотиды в клетке выполняют ряд важнейших функций:

• используются в качестве структурных блоков для нуклеиновых кислот (нуклеотиды пуринового и пиримидинового рядов);• участвуют во многих обменных процессах в клетке;• входят в состав АТФ – главного источника энергии в клетках;• выступают в роли переносчиков восстановительных эквивалентов в клетках (НАД+, НАДФ+, ФАД, ФМН);• выполняют функцию биорегуляторов;

• могут рассматриваться как вторые вестники внеклеточного регулярного синтеза (например, цАМФ или цГМФ).

Нуклеотид – это мономерная единица, образующая более сложные соединения – нуклеиновые кислоты, без которых невозможна передача генетической информации, ее хранение и воспроизведение. Свободные нуклеотиды являются главными компонентами, участвующими в сигнальных и энергетических процессах, поддерживающих нормальную жизнедеятельность клеток и организма в целом.

Источник: https://FB.ru/article/154282/nukleotid---eto-chto-takoe-sostav-stroenie-chislo-i-posledovatelnost-nukleotidov-v-tsepi-dnk

Сам себе врач
Добавить комментарий

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