Lahat ng buhay sa planeta ay binubuo ng maraming mga cell na nagpapanatili ng kaayusan ng kanilang organisasyon dahil sa genetic na impormasyong nakapaloob sa nucleus. Ito ay naka-imbak, ipinatupad at ipinadala ng mga kumplikadong high-molecular compound - mga nucleic acid, na binubuo ng mga monomer unit - nucleotides. Ang papel ng mga nucleic acid ay hindi maaaring overestimated. Tinutukoy ng katatagan ng kanilang istraktura ang normal na mahahalagang aktibidad ng organismo, at anumang mga paglihis sa istraktura ay hindi maiiwasang hahantong sa pagbabago sa cellular na organisasyon, ang aktibidad ng mga prosesong pisyolohikal at ang posibilidad na mabuhay ng mga selula sa kabuuan.
Ang konsepto ng nucleotide at ang mga katangian nito
Ang bawat molekula ng DNA o RNA ay binuo mula sa mas maliliit na monomeric compound - mga nucleotide. Sa madaling salita, ang nucleotide ay isang gusaling materyal para sa mga nucleic acid, coenzymes at marami pang ibang biological compound na mahalaga para sa isang cell sa takbo ng buhay nito.
Sa mga pangunahing katangian ng mga hindi mapapalitang itomaaaring maiugnay ang mga sangkap:
• pag-iimbak ng impormasyon tungkol sa istruktura ng protina at mga minanang katangian;
• kontrol sa paglaki at pagpaparami;
• pakikilahok sa metabolismo at marami pang ibang prosesong pisyolohikal na nagaganap sa cell.
Komposisyon ng nucleotide
Sa pagsasalita tungkol sa mga nucleotides, hindi maaaring manatili sa isang mahalagang isyu gaya ng kanilang istraktura at komposisyon.
Ang bawat nucleotide ay binubuo ng:
• sugar residue;
• nitrogenous base;
• phosphate group o phosphoric acid residue.
Masasabing ang nucleotide ay isang komplikadong organic compound. Depende sa komposisyon ng mga species ng nitrogenous base at ang uri ng pentose sa istruktura ng nucleotide, ang mga nucleic acid ay nahahati sa:
• deoxyribonucleic acid, o DNA;
• ribonucleic acid, o RNA.
Komposisyon ng mga nucleic acid
Sa mga nucleic acid, ang asukal ay kinakatawan ng pentose. Ito ay isang limang-carbon na asukal, sa DNA ito ay tinatawag na deoxyribose, sa RNA ito ay tinatawag na ribose. Ang bawat molekula ng pentose ay may limang carbon atoms, kung saan ang apat, kasama ng isang oxygen atom, ay bumubuo ng limang-member na singsing, at ang panglima ay bahagi ng HO-CH2 group.
Ang posisyon ng bawat carbon atom sa isang pentose molecule ay ipinahiwatig ng Arabic numeral na may prime (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Dahil ang lahat ng proseso ng pagbabasa ng namamana na impormasyon mula sa isang molekula ng nucleic acid ay may mahigpit na direksyon, ang pagnunumero ng mga carbon atom at ang kanilang pagkakaayos sa singsing ay nagsisilbing isang uri ng tagapagpahiwatig ng tamang direksyon.
Ayon sa hydroxyl group saisang phosphoric acid residue ay nakakabit sa ikatlo at ikalimang carbon atoms (3С´ at 5С´). Tinutukoy nito ang kemikal na kaugnayan ng DNA at RNA sa pangkat ng mga acid.
Ang nitrogenous base ay nakakabit sa unang carbon atom (1С´) sa isang sugar molecule.
Komposisyon ng mga species ng nitrogenous base
Ang
DNA nucleotides sa pamamagitan ng nitrogenous base ay kinakatawan ng apat na uri:
• adenine (A);
• guanine (G);
• cytosine (C);
• thymine (T).
Ang unang dalawa ay purine, ang huling dalawa ay pyrimidines. Sa molecular weight, ang mga purine ay palaging mas mabigat kaysa sa mga pyrimidine.
Ang
RNA nucleotides sa pamamagitan ng nitrogenous base ay kinakatawan ng:
• adenine (A);
• guanine (G);
• cytosine (C);
• uracil (U).
Uracil, tulad ng thymine, ay isang pyrimidine base.
Sa siyentipikong literatura, madalas na mahahanap ang isa pang pagtatalaga ng mga nitrogenous base - sa mga letrang Latin (A, T, C, G, U).
Ating talakayin nang mas detalyado ang kemikal na istruktura ng mga purine at pyrimidine.
Ang
Pyrimidines, katulad ng cytosine, thymine at uracil, ay kinakatawan ng dalawang nitrogen atoms at apat na carbon atoms, na bumubuo ng anim na miyembrong singsing. Ang bawat atom ay may sariling numero mula 1 hanggang 6.
Ang
Purines (adenine at guanine) ay binubuo ng pyrimidine at imidazole o dalawang heterocycle. Ang purine base molecule ay kinakatawan ng apat na nitrogen atoms at limang carbon atoms. Ang bawat atom ay binibilang mula 1 hanggang 9.
Bilang resulta ng koneksyon ng nitrogenousisang base at isang pentose residue ay bumubuo ng isang nucleoside. Ang nucleotide ay kumbinasyon ng nucleoside at phosphate group.
Pagbuo ng mga phosphodiester bond
Mahalagang maunawaan ang tanong kung paano konektado ang mga nucleotide sa isang polypeptide chain at bumubuo ng isang nucleic acid molecule. Nangyayari ito dahil sa tinatawag na phosphodiester bonds.
Ang pakikipag-ugnayan ng dalawang nucleotide ay nagbibigay ng dinucleotide. Ang pagbuo ng isang bagong compound ay nangyayari sa pamamagitan ng condensation, kapag ang isang phosphodiester bond ay nangyayari sa pagitan ng phosphate residue ng isang monomer at ng hydroxy group ng pentose ng isa pa.
Synthesis ng polynucleotide ay paulit-ulit na pag-uulit ng reaksyong ito (ilang milyong beses). Ang polynucleotide chain ay binuo sa pamamagitan ng pagbuo ng mga phosphodiester bond sa pagitan ng ikatlo at ikalimang carbon ng mga sugars (3С´ at 5С´).
Ang polynucleotide assembly ay isang kumplikadong proseso na nangyayari sa partisipasyon ng DNA polymerase enzyme, na nagsisiguro sa paglaki ng chain mula lamang sa isang dulo (3´) na may libreng hydroxy group.
Istruktura ng molekula ng DNA
Ang isang molekula ng DNA, tulad ng isang protina, ay maaaring magkaroon ng pangunahin, pangalawa at tertiary na istraktura.
Ang pagkakasunud-sunod ng mga nucleotide sa isang DNA chain ay tumutukoy sa pangunahing istraktura nito. Ang pangalawang istraktura ay nabuo sa pamamagitan ng hydrogen bond, na batay sa prinsipyo ng complementarity. Sa madaling salita, sa panahon ng synthesis ng DNA double helix, ang isang tiyak na pattern ay nagpapatakbo: adenine ng isang chain ay tumutugma sa thymine ng isa, guanine sa cytosine, at vice versa. Mga pares ng adenine at thymine o guanine at cytosineay nabuo dahil sa dalawa sa una at tatlo sa huling kaso ng hydrogen bond. Ang ganitong koneksyon ng mga nucleotide ay nagbibigay ng matibay na bono sa pagitan ng mga kadena at pantay na distansya sa pagitan ng mga ito.
Alam mo ang nucleotide sequence ng isang DNA strand, maaari mong kumpletuhin ang pangalawa sa pamamagitan ng prinsipyo ng complementarity o karagdagan.
Ang tertiary structure ng DNA ay nabuo sa pamamagitan ng kumplikadong three-dimensional bond, na ginagawang mas compact ang molekula nito at kayang magkasya sa maliit na volume ng cell. Kaya, halimbawa, ang haba ng E. coli DNA ay higit sa 1 mm, habang ang haba ng cell ay mas mababa sa 5 microns.
Ang bilang ng mga nucleotide sa DNA, lalo na ang kanilang quantitative ratio, ay sumusunod sa panuntunan ng Chergaff (ang bilang ng mga purine base ay palaging katumbas ng bilang ng mga base ng pyrimidine). Ang distansya sa pagitan ng mga nucleotide ay isang pare-parehong halaga na katumbas ng 0.34 nm, gayundin ang kanilang molecular weight.
Ang istraktura ng molekula ng RNA
Ang
RNA ay kinakatawan ng isang polynucleotide chain na nabuo sa pamamagitan ng covalent bonds sa pagitan ng isang pentose (sa kasong ito, ribose) at isang phosphate residue. Ito ay mas maikli kaysa sa DNA sa haba. Mayroon ding mga pagkakaiba sa komposisyon ng mga species ng nitrogenous base sa nucleotide. Sa RNA, ang uracil ay ginagamit sa halip na ang base ng pyrimidine ng thymine. Depende sa mga function na ginagawa sa katawan, ang RNA ay maaaring may tatlong uri.
• Ribosomal (rRNA) - karaniwang naglalaman ng mula 3000 hanggang 5000 nucleotides. Bilang isang kinakailangang sangkap sa istruktura, nakikibahagi ito sa pagbuo ng aktibong sentro ng ribosom, ang lugar ng isa sa pinakamahalagang proseso sa cell.- protein biosynthesis.
• Transport (tRNA) - binubuo ng average na 75 - 95 nucleotides, naglilipat ng gustong amino acid sa lugar ng polypeptide synthesis sa ribosome. Ang bawat uri ng tRNA (hindi bababa sa 40) ay may sariling natatanging pagkakasunud-sunod ng mga monomer o nucleotides.
• Informational (mRNA) - napaka-iba't iba sa komposisyon ng nucleotide. Naglilipat ng genetic na impormasyon mula sa DNA patungo sa mga ribosom, nagsisilbing isang matrix para sa synthesis ng isang molekula ng protina.
Ang papel ng mga nucleotide sa katawan
Ang mga nucleotide sa cell ay gumaganap ng ilang mahahalagang function:
• ay ginagamit bilang mga bloke ng gusali para sa mga nucleic acid (nucleotides ng purine at pyrimidine series);
• ay kasangkot sa maraming metabolic process sa cell;
• ay bahagi ng ATP - ang pangunahing pinagmumulan ng enerhiya sa mga cell;
• gumaganap bilang mga carrier ng pagbabawas ng katumbas sa mga cell (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• gumaganap ng function ng bioregulators;
• maaaring ituring bilang second messenger extracellular regular synthesis (halimbawa, cAMP o cGMP).
Ang
Nucleotide ay isang monomeric unit na bumubuo ng mas kumplikadong mga compound - mga nucleic acid, kung wala ang paglipat ng genetic na impormasyon, ang pag-iimbak at pagpaparami nito ay imposible. Ang mga libreng nucleotide ay ang mga pangunahing bahagi na kasangkot sa pagbibigay ng senyas at mga proseso ng enerhiya na sumusuporta sa normal na paggana ng mga cell at ng katawan sa kabuuan.
