Semua hidupan di planet ini terdiri daripada banyak sel yang mengekalkan keteraturan organisasi mereka disebabkan oleh maklumat genetik yang terkandung dalam nukleus. Ia disimpan, dilaksanakan dan dihantar oleh sebatian molekul tinggi kompleks - asid nukleik, yang terdiri daripada unit monomer - nukleotida. Peranan asid nukleik tidak boleh dianggarkan terlalu tinggi. Kestabilan strukturnya menentukan aktiviti penting normal organisma, dan sebarang penyelewengan dalam struktur tidak dapat tidak akan membawa kepada perubahan dalam organisasi selular, aktiviti proses fisiologi dan daya maju sel secara keseluruhan.
Konsep nukleotida dan sifatnya
Setiap molekul DNA atau RNA disusun daripada sebatian monomerik yang lebih kecil - nukleotida. Dalam erti kata lain, nukleotida ialah bahan binaan untuk asid nukleik, koenzim dan banyak sebatian biologi lain yang penting untuk sel dalam perjalanan hidupnya.
Kepada sifat utama yang tidak boleh diganti inibahan boleh dikaitkan:
• penyimpanan maklumat tentang struktur protein dan sifat yang diwarisi;
• kawalan ke atas pertumbuhan dan pembiakan;
• penyertaan dalam metabolisme dan banyak proses fisiologi lain yang berlaku dalam sel.
Komposisi nukleotida
Bercakap tentang nukleotida, seseorang tidak boleh tidak memikirkan isu penting seperti struktur dan komposisinya.
Setiap nukleotida terdiri daripada:
• sisa gula;
• bes nitrogen;
• sisa kumpulan fosfat atau asid fosforik.
Boleh dikatakan nukleotida ialah sebatian organik yang kompleks. Bergantung kepada komposisi spesies bes nitrogen dan jenis pentosa dalam struktur nukleotida, asid nukleik dibahagikan kepada:
• asid deoksiribonukleik, atau DNA;
• asid ribonukleik, atau RNA.
Komposisi asid nukleik
Dalam asid nukleik, gula diwakili oleh pentosa. Ini adalah gula lima karbon, dalam DNA ia dipanggil deoksiribosa, dalam RNA ia dipanggil ribosa. Setiap molekul pentosa mempunyai lima atom karbon, empat daripadanya, bersama-sama dengan atom oksigen, membentuk cincin lima anggota, dan yang kelima adalah sebahagian daripada kumpulan HO-CH2.
Kedudukan setiap atom karbon dalam molekul pentosa ditunjukkan dengan angka Arab dengan perdana (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Memandangkan semua proses membaca maklumat keturunan daripada molekul asid nukleik mempunyai arah yang ketat, penomboran atom karbon dan susunannya dalam gelang berfungsi sebagai sejenis penunjuk arah yang betul.
Mengikut kumpulan hidroksil kepadasisa asid fosforik dilekatkan pada atom karbon ketiga dan kelima (3С´ dan 5С´). Ia menentukan gabungan kimia DNA dan RNA kepada kumpulan asid.
Bes nitrogen dilekatkan pada atom karbon pertama (1С´) dalam molekul gula.
Komposisi spesies bes nitrogen
Nukleotida DNA oleh bes nitrogen diwakili oleh empat jenis:
• adenine (A);
• guanina (G);
• sitosin (C);
• timin (T).
Dua yang pertama adalah purin, dua yang terakhir adalah pirimidin. Mengikut berat molekul, purin sentiasa lebih berat daripada pirimidin.
RNA nukleotida oleh bes nitrogen diwakili oleh:
• adenine (A);
• guanina (G);
• sitosin (C);
• urasil (U).
Uracil, seperti timin, ialah asas pirimidin.
Dalam kesusasteraan saintifik, seseorang selalunya boleh mencari sebutan lain bagi bes nitrogen - dalam huruf Latin (A, T, C, G, U).
Mari kita bincang dengan lebih terperinci tentang struktur kimia purin dan pirimidin.
Pyrimidines, iaitu sitosin, timin dan urasil, diwakili oleh dua atom nitrogen dan empat atom karbon, membentuk cincin enam anggota. Setiap atom mempunyai nombor sendiri dari 1 hingga 6.
Purin (adenine dan guanine) terdiri daripada pirimidin dan imidazol atau dua heterokitar. Molekul asas purin diwakili oleh empat atom nitrogen dan lima atom karbon. Setiap atom bernombor dari 1 hingga 9.
Akibat daripada sambungan nitrogenousbes dan sisa pentosa membentuk nukleosida. Nukleotida ialah gabungan nukleosida dan kumpulan fosfat.
Pembentukan ikatan fosfodiester
Adalah penting untuk memahami persoalan bagaimana nukleotida disambungkan dalam rantai polipeptida dan membentuk molekul asid nukleik. Ini berlaku disebabkan oleh apa yang dipanggil ikatan fosfodiester.
Interaksi dua nukleotida memberikan dinukleotida. Pembentukan sebatian baru berlaku melalui pemeluwapan, apabila ikatan fosfodiester berlaku antara sisa fosfat satu monomer dan kumpulan hidroksi pentosa yang lain.
Sintesis polinukleotida adalah pengulangan berulang bagi tindak balas ini (beberapa juta kali). Rantai polinukleotida dibina melalui pembentukan ikatan fosfodiester antara karbon ketiga dan kelima gula (3С´ dan 5С´).
Pengumpulan polinukleotida ialah proses kompleks yang berlaku dengan penyertaan enzim polimerase DNA, yang memastikan pertumbuhan rantai hanya dari satu hujung (3´) dengan kumpulan hidroksi bebas.
Struktur molekul DNA
Molekul DNA, seperti protein, boleh mempunyai struktur primer, sekunder dan tertier.
Jujukan nukleotida dalam rantai DNA menentukan struktur utamanya. Struktur sekunder dibentuk oleh ikatan hidrogen, yang berdasarkan prinsip saling melengkapi. Dalam erti kata lain, semasa sintesis heliks berganda DNA, corak tertentu beroperasi: adenine satu rantai sepadan dengan timin yang lain, guanin kepada sitosin, dan sebaliknya. Sepasang adenine dan timin atau guanin dan sitosinterbentuk disebabkan oleh dua dalam yang pertama dan tiga dalam kes terakhir ikatan hidrogen. Sambungan nukleotida sedemikian memberikan ikatan yang kuat antara rantai dan jarak yang sama antara mereka.
Mengetahui urutan nukleotida satu untaian DNA, anda boleh melengkapkan yang kedua dengan prinsip pelengkap atau penambahan.
Struktur tertier DNA dibentuk oleh ikatan tiga dimensi yang kompleks, yang menjadikan molekulnya lebih padat dan dapat dimuatkan dalam isipadu sel yang kecil. Jadi, sebagai contoh, panjang DNA E. coli adalah lebih daripada 1 mm, manakala panjang sel kurang daripada 5 mikron.
Bilangan nukleotida dalam DNA, iaitu nisbah kuantitatifnya, mematuhi peraturan Chergaff (bilangan bes purin sentiasa sama dengan bilangan bes pirimidin). Jarak antara nukleotida ialah nilai malar bersamaan dengan 0.34 nm, begitu juga dengan berat molekulnya.
Struktur molekul RNA
RNA diwakili oleh rantai polinukleotida tunggal yang terbentuk melalui ikatan kovalen antara pentosa (dalam kes ini, ribosa) dan sisa fosfat. Ia jauh lebih pendek daripada DNA panjangnya. Terdapat juga perbezaan dalam komposisi spesies bes nitrogen dalam nukleotida. Dalam RNA, urasil digunakan sebagai ganti asas pirimidin timin. Bergantung pada fungsi yang dilakukan dalam badan, RNA boleh terdiri daripada tiga jenis.
• Ribosom (rRNA) - biasanya mengandungi 3000 hingga 5000 nukleotida. Sebagai komponen struktur yang diperlukan, ia mengambil bahagian dalam pembentukan pusat aktif ribosom, tapak salah satu proses terpenting dalam sel.- biosintesis protein.
• Pengangkutan (tRNA) - terdiri daripada purata 75 - 95 nukleotida, memindahkan asid amino yang dikehendaki ke tapak sintesis polipeptida dalam ribosom. Setiap jenis tRNA (sekurang-kurangnya 40) mempunyai jujukan monomer atau nukleotida tersendiri.
• Bermaklumat (mRNA) - sangat pelbagai dalam komposisi nukleotida. Memindahkan maklumat genetik daripada DNA ke ribosom, bertindak sebagai matriks untuk sintesis molekul protein.
Peranan nukleotida dalam badan
Nukleotida dalam sel menjalankan beberapa fungsi penting:
• digunakan sebagai blok binaan untuk asid nukleik (nukleotida siri purin dan pirimidin);
• terlibat dalam banyak proses metabolik dalam sel;
• merupakan sebahagian daripada ATP - sumber tenaga utama dalam sel;
• bertindak sebagai pembawa setara pengurangan dalam sel (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• melaksanakan fungsi bioregulator;
• boleh dianggap sebagai second messenger extracellular sintesis biasa (contohnya, cAMP atau cGMP).
Nukleotida ialah unit monomerik yang membentuk sebatian yang lebih kompleks - asid nukleik, tanpa pemindahan maklumat genetik, penyimpanan dan pembiakannya adalah mustahil. Nukleotida bebas ialah komponen utama yang terlibat dalam proses isyarat dan tenaga yang menyokong fungsi normal sel dan badan secara keseluruhan.
