Nucleotides

Allgemeinheit

Nukleotide sind die organischen Moleküle, aus denen die Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen.

Nukleinsäuren sind biologische Makromoleküle, die für das Überleben eines lebenden Organismus von grundlegender Bedeutung sind, und Nukleotide sind die Bausteine, aus denen sie bestehen.

Alle Nukleotide haben eine allgemeine Struktur, die drei molekulare Elemente enthält: eine Phosphatgruppe, eine Pentose (dh einen Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen) und eine stickstoffhaltige Base.

In der DNA ist Pentose Desoxyribose; in RNA ist es jedoch Ribose.

Das Vorhandensein von Desoxyribose in der DNA und von Ribose in der RNA stellt den Hauptunterschied dar, der zwischen den Nukleotiden besteht, aus denen diese beiden Nukleinsäuren bestehen.

Der zweite wichtige Unterschied betrifft die stickstoffhaltigen Basen: Die Nukleotide der DNA und der RNA haben nur 3 der 4 mit ihnen assoziierten stickstoffhaltigen Basen gemeinsam.

Was sind Nukleotide?

Nukleotide sind die organischen Moleküle, aus denen die Monomere der Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen .

Gemäß einer anderen Definition sind Nukleotide die molekularen Einheiten, aus denen die Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen.

Chemische und biologische Monomere definieren die molekularen Einheiten, die in langen linearen Ketten angeordnet sind und große Moleküle ( Makromoleküle ) bilden, besser bekannt als Polymere .

Allgemeine Struktur

Nukleotide haben eine molekulare Struktur, die drei Elemente enthält:

• Eine Phosphatgruppe, die ein Derivat der Phosphorsäure ist;
• Ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen, das ist eine Pentose ;
• Eine stickstoffhaltige Base, die ein aromatisches heterocyclisches Molekül ist.

Die Pentose ist das zentrale Element der Nukleotide, da die Phosphatgruppe und die stickstoffhaltige Base an sie binden.

Abbildung: Elemente, die ein generisches Nukleotid einer Nukleinsäure bilden. Wie zu sehen ist, sind die Phosphatgruppe und die Stickstoffbase an Zucker gebunden.

Die chemische Bindung, die die Pentose und die Phosphatgruppe zusammenhält, ist eine Phosphodiesterbindung (oder eine Bindung vom Phosphodiestertyp), während die chemische Bindung, die die Pentose und die stickstoffhaltige Base verbindet, eine N-glycosidische Bindung (oder eine N-glycosidische Bindung) ist ).

WELCHE PENTOSO-KOHLENSTOFFE SIND AN VERSCHIEDENEN KRAWATTEN BETEILIGT?

Prämisse: Chemiker haben darüber nachgedacht, die Kohlen, aus denen die organischen Moleküle bestehen, so zu nummerieren, dass das Studium und die Beschreibung vereinfacht werden. Hier werden also die 5 Kohlen einer Pentose: Kohlenstoff 1, Kohlenstoff 2, Kohlenstoff 3, Kohlenstoff 4 und Kohlenstoff 5. Das Kriterium für die Zuordnung der Zahlen ist ziemlich komplex, daher halten wir es für angebracht, es wegzulassen.

Von den 5 Kohlen, die die Pentose von Nucleotiden bilden, sind diejenigen, die an den Bindungen mit der stickstoffhaltigen Base und der Phosphatgruppe beteiligt sind, Kohlenstoff 1 bzw. Kohlenstoff 5 .

• Pentose-Kohlenstoff 1 → N-glycosidische Bindung → stickstoffhaltige Base
• Pentose-Kohlenstoff 5 → Phosphodiester-Bindung → Phosphatgruppe

NUCLEOTIDE SIND NUCLEOSIDE MIT EINER PHOSPHATGRUPPE

Abbildung: Struktur einer Pentose, Nummerierung ihrer Kohlenstoffbestandteile und Bindungen mit stickstoffhaltiger Base und Phosphatgruppe.

Ohne das Phosphatgruppenelement werden Nukleotide zu Nukleosiden .

Ein Nukleosid ist in der Tat ein organisches Molekül, das aus der Vereinigung einer Pentose mit einer stickstoffhaltigen Base stammt.

Diese Anmerkung dient zur Erläuterung einiger Definitionen von Nukleotiden, die besagen: "Nukleotide sind Nukleoside, die eine oder mehrere Phosphatgruppen aufweisen, die an Kohlenstoff 5 gebunden sind".

Unterschied zwischen DNA und RNA

Die Nukleotide von DNA und RNA unterscheiden sich strukturell voneinander.

Der Hauptunterschied liegt in der Pentose : In der DNA ist die Pentose die Desoxyribose ; in RNA ist es jedoch Ribose .

Desoxyribose und Ribose unterscheiden sich nur für ein Atom: In der Tat fehlt auf dem Kohlenstoff 2 der Desoxyribose ein Sauerstoffatom (NB: es gibt nur einen Wasserstoff), der im Gegenteil auf dem Kohlenstoff 2 der Ribose vorhanden ist (NB: hier Sauerstoff verbindet sich mit Wasserstoff und bildet eine Hydroxylgruppe (OH).

Allein dieser Unterschied ist von enormer biologischer Bedeutung: Die DNA ist das genetische Erbe, von dem die Entwicklung und das adäquate Funktionieren der Zellen eines lebenden Organismus abhängen. RNA hingegen ist das biologische Makromolekül, das hauptsächlich für die Kodierung, Dekodierung, Regulation und Expression von DNA-Genen verantwortlich ist.

Der andere wichtige Unterschied zwischen den DNA- und RNA-Nukleotiden betrifft die stickstoffhaltigen Basen .

Um diese zweite Ungleichung vollständig zu verstehen, ist es notwendig, einen kleinen Schritt zurückzutreten.

Abbildung: Die 5-Kohlenstoff-Zucker, aus denen die Nukleotide von RNA (Ribose) und DNA (Desoxyribose) bestehen.

Die stickstoffhaltigen Basen sind Moleküle organischer Natur, die in Nukleinsäuren das unterscheidende Element der verschiedenen Arten von Nukleotidbestandteilen darstellen. In der Tat ist sowohl in den DNA-Nukleotiden als auch in den RNA-Nukleotiden das einzige variable Element die stickstoffhaltige Base; Das Gerüst der Zucker-Phosphat-Gruppe bleibt unverändert.

Sowohl in der DNA als auch in der RNA gibt es 4 mögliche stickstoffhaltige Basen; Daher sind die Nucleotidtypen für jede Nucleinsäure insgesamt 4.

Um jedoch auf den zweiten wichtigen Unterschied zwischen den DNA- und RNA-Nukleotiden zurückzukommen, haben diese beiden Nukleinsäuren nur 3 von 4 Stickstoffbasen gemeinsam. In diesem Fall sind Adenin, Guanin und Cytosin die 3 stickstoffhaltigen Basen sowohl in DNA als auch in RNA vorhanden; Thymin und Uracil sind andererseits die vierte stickstoffhaltige Base der DNA bzw. die vierte Base der RNA.

Somit sind abgesehen von Pentose die DNA-Nukleotide und RNA-Nukleotide für 3 von 4 Typen gleich.

Klassen, zu denen die stickstoffhaltigen Basen gehören

Adenin und Guanin gehören zur Klasse der als Purine bekannten stickstoffhaltigen Basen. Purine sind aromatische heterocyclische Doppelringverbindungen.

Thymin, Cytosin und Uracil gehören dagegen zur Klasse der stickstoffhaltigen Basen, den sogenannten Pyrimidinen . Pyrimidine sind aromatische heterocyclische Einzelringverbindungen.

ANDERER NAME DER NUCLEOTIDEN VON DNA UND RNA

Die Nukleotide mit dem Desoxyribose-Zucker, das sind die Nukleotide der DNA, tragen den alternativen Namen Desoxyribonukleotide, und zwar genau aufgrund des Vorhandenseins des vorgenannten Zuckers.

Aus ähnlichen Gründen werden Nucleotide mit Ribosezucker, dh RNA-Nucleotide, als Ribonucleotide bezeichnet .

Nukleinsäure-Organisation

Beim Aufbau einer Nukleinsäure organisieren sich Nukleotide ähnlich wie Ketten zu langen Filamenten .

Jedes Nukleotid, das diese langen Stränge bildet, bindet über eine Phosphodiesterbindung zwischen dem Kohlenstoff 3 seiner Pentose und der Phosphatgruppe des unmittelbar folgenden Nukleotids an das nächste Nukleotid.

DAS ENDE

Nucleotidfilamente (oder Nucleotidfilamente), aus denen Nucleinsäuren bestehen, haben zwei Enden, das sogenannte 5'-Ende ("Tipp fünf zuerst") und das Ende 3 ' ("Tipp drei zuerst"). Konventionell haben Biologen und Genetiker festgestellt, dass das 5' - Ende den Kopf eines Filaments darstellt, das eine Nukleinsäure bildet, während das 3'-Ende seinen Schwanz darstellt .

Aus chemischer Sicht fällt das 5'-Ende mit der Phosphatgruppe des ersten Nukleotids der Kette zusammen, während das 3'-Ende mit der Hydroxylgruppe (OH) zusammenfällt, die am Kohlenstoff 3 des letzten Nukleotids angeordnet ist.

Auf der Grundlage dieser Organisation werden Nukleotidfilamente in den genetischen und biologischen molekularen Büchern beschrieben: P-5 '→ 3'-OH.

* Hinweis: Der Buchstabe P gibt das Phosphoratom der Phosphatgruppe an.

Biologische Rolle

Die Expression von Genen hängt von der DNA-Nukleotidsequenz ab. Gene sind mehr oder weniger lange DNA-Abschnitte (dh Nukleotidsegmente), die die für die Proteinsynthese wesentlichen Informationen enthalten. Proteine ​​bestehen aus Aminosäuren und sind biologische Makromoleküle, die eine grundlegende Rolle bei der Regulierung der zellulären Mechanismen eines Organismus spielen.

Die Nukleotidsequenz eines gegebenen Gens spezifiziert die Aminosäuresequenz des verwandten Proteins.