Gezegendeki tüm yaşam, çekirdekte bulunan genetik bilgi sayesinde organizasyonlarının düzenini koruyan birçok hücreden oluşur. Karmaşık yüksek moleküler bileşikler - monomer birimlerinden oluşan nükleik asitler - nükleo titler tarafından depolanır, uygulanır ve iletilir. Nükleik asitlerin rolü fazla tahmin edilemez. Yapılarının stabilitesi organizmanın normal yaşamsal aktivitesini belirler ve yapıdaki herhangi bir sapma kaçınılmaz olarak hücresel organizasyonda, fizyolojik süreçlerin aktivitesinde ve bir bütün olarak hücrelerin canlılığında bir değişikliğe yol açacaktır.
Nükleotid kavramı ve özellikleri
DNA veya RNA'nın her molekülü daha küçük monomerik bileşiklerden - nükleotidlerden oluşur. Başka bir deyişle, bir nükleotid, bir hücrenin yaşamı boyunca gerekli olan nükleik asitler, koenzimler ve diğer birçok biyolojik bileşik için bir yapı malzemesidir.
Bu yeri doldurulamaz ana özelliklerinemaddeler atfedilebilir:
• protein yapısı ve kalıtsal özellikler hakkındaki bilgilerin depolanması;
• büyüme ve üreme üzerindeki kontrol;
• metabolizmaya katılım ve hücrede meydana gelen diğer birçok fizyolojik sürece.
Nükleotid bileşimi
Nükleotidlerden bahsetmişken, yapıları ve bileşimleri gibi önemli bir konu üzerinde durmadan duramazsınız.
Her nükleotid şunlardan oluşur:
• şeker kalıntısı;
• azotlu baz;
• fosfat grubu veya fosforik asit kalıntısı.
Bir nükleotidin karmaşık bir organik bileşik olduğu söylenebilir. Azotlu bazların tür bileşimine ve nükleotid yapısındaki pentoz tipine bağlı olarak, nükleik asitler ayrılır:
• deoksiribonükleik asit veya DNA;
• ribonükleik asit veya RNA.
Nükleik asitlerin bileşimi
Nükleik asitlerde şeker, pentoz ile temsil edilir. Bu beş karbonlu bir şekerdir, DNA'da buna deoksiriboz, RNA'da riboz denir. Her pentoz molekülünün beş karbon atomu vardır, bunlardan dördü bir oksijen atomuyla birlikte beş üyeli bir halka oluşturur ve beşincisi HO-CH2 grubunun bir parçasıdır.
Bir pentoz molekülündeki her karbon atomunun konumu, asal bir Arap rakamıyla (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´) gösterilir. Bir nükleik asit molekülünden kalıtsal bilgi okuma işlemlerinin tümü katı bir yöne sahip olduğundan, karbon atomlarının numaralandırılması ve halkadaki düzenleri doğru yönün bir tür göstergesi olarak işlev görür.
Hidroksi grubuna göreüçüncü ve beşinci karbon atomlarına (3С' ve 5С') bir fosforik asit tortusu eklenir. DNA ve RNA'nın asit grubuna kimyasal bağlantısını belirler.
Bir şeker molekülündeki ilk karbon atomuna (1С´) azotlu bir baz bağlanır.
Azotlu bazların tür bileşimi
Azotlu baza göre DNA nükleotidleri dört tiple temsil edilir:
• adenin (A);
• guanin (G);
• sitozin (C);
• timin (T).
İlk ikisi pürin, son ikisi pirimidin. Moleküler ağırlık olarak, pürinler her zaman pirimidinlerden daha ağırdır.
Nitrojen bazlı RNA nükleotidleri şu şekilde temsil edilir:
• adenin (A);
• guanin (G);
• sitozin (C);
• urasil (U).
Urasil, timin gibi bir pirimidin bazıdır.
Bilimsel literatürde, genellikle azotlu bazların başka bir tanımını bulabilirsiniz - Latin harfleriyle (A, T, C, G, U).
Pürin ve pirimidinlerin kimyasal yapısı üzerinde daha detaylı duralım.
Pirimidinler, yani sitozin, timin ve urasil, altı üyeli bir halka oluşturan iki nitrojen atomu ve dört karbon atomu ile temsil edilir. Her atomun 1'den 6'ya kadar kendi numarası vardır.
Pürinler (adenin ve guanin), pirimidin ve imidazolden veya iki heterosiklden oluşur. Purin baz molekülü, dört nitrojen atomu ve beş karbon atomu ile temsil edilir. Her atom 1'den 9'a kadar numaralandırılmıştır.
Azot bağlantısının bir sonucu olarakbir baz ve bir pentoz kalıntısı bir nükleosit oluşturur. Bir nükleotid, bir nükleosit ve bir fosfat grubunun birleşimidir.
Fosfodiester bağlarının oluşumu
Nükleotidlerin bir polipeptit zincirinde nasıl bağlandığı ve bir nükleik asit molekülü oluşturduğu sorusunu anlamak önemlidir. Bu, sözde fosfodiester bağları nedeniyle olur.
İki nükleotidin etkileşimi bir dinükleotit verir. Yeni bir bileşiğin oluşumu, bir monomerin fosfat kalıntısı ile diğerinin pentozunun hidroksi grubu arasında bir fosfodiester bağı oluştuğunda, yoğunlaşma yoluyla gerçekleşir.
Bir polinükleotidin sentezi, bu reaksiyonun tekrarlanmasıdır (birkaç milyon kez). Polinükleotid zinciri, şekerlerin üçüncü ve beşinci karbonları (3С´ ve 5С´) arasındaki fosfodiester bağlarının oluşumu yoluyla oluşturulur.
Polinükleotid montajı, zincirin sadece bir ucundan (3´) serbest bir hidroksi grubu ile büyümesini sağlayan DNA polimeraz enziminin katılımıyla gerçekleşen karmaşık bir işlemdir.
DNA molekülünün yapısı
Bir DNA molekülü, tıpkı bir protein gibi, birincil, ikincil ve üçüncül bir yapıya sahip olabilir.
Bir DNA zincirindeki nükleotidlerin dizisi, onun birincil yapısını belirler. İkincil yapı, tamamlayıcılık ilkesine dayanan hidrojen bağlarından oluşur. Başka bir deyişle, DNA çift sarmalının sentezi sırasında belirli bir kalıp çalışır: bir zincirin adenini diğerinin timine karşılık gelir, guanin sitozine karşılık gelir ve bunun tersi de geçerlidir. Adenin ve timin veya guanin ve sitozin çiftleriilk durumda iki ve son durumda üç hidrojen bağı nedeniyle oluşur. Böyle bir nükleotid bağlantısı, zincirler arasında güçlü bir bağ ve aralarında eşit bir mesafe sağlar.
Bir DNA zincirinin nükleotid dizisini bilerek, ikincisini tamamlayıcılık veya ekleme ilkesiyle tamamlayabilirsiniz.
DNA'nın üçüncül yapısı, molekülünü daha kompakt ve küçük bir hücre hacmine sığabilecek hale getiren karmaşık üç boyutlu bağlardan oluşur. Yani örneğin E. coli DNA'sının uzunluğu 1 mm'den fazla iken hücrenin uzunluğu 5 mikrondan azdır.
DNA'daki nükleotidlerin sayısı, yani nicel oranları Chergaff kuralına uyar (pürin bazlarının sayısı her zaman pirimidin bazlarının sayısına eşittir). Nükleo titler arasındaki mesafe, moleküler ağırlıkları gibi 0,34 nm'ye eşit sabit bir değerdir.
RNA molekülünün yapısı
RNA, bir pentoz (bu durumda riboz) ve bir fosfat kalıntısı arasındaki kovalent bağlar yoluyla oluşturulan tek bir polinükleotit zinciri ile temsil edilir. Boyu DNA'dan çok daha kısadır. Nükleotiddeki azotlu bazların tür bileşiminde de farklılıklar vardır. RNA'da timinin pirimidin bazı yerine urasil kullanılır. Vücutta gerçekleştirilen işlevlere bağlı olarak RNA üç tipte olabilir.
• Ribozomal (rRNA) - genellikle 3000 ila 5000 nükleotid içerir. Gerekli bir yapısal bileşen olarak, hücredeki en önemli süreçlerden birinin yeri olan ribozomların aktif merkezinin oluşumunda yer alır.- protein biyosentezi.
• Taşıma (tRNA) - ortalama 75 - 95 nükleotitten oluşur, istenen amino asidi ribozomdaki polipeptit sentezi bölgesine aktarır. Her tRNA türü (en az 40) kendi benzersiz monomer veya nükleotit dizisine sahiptir.
• Bilgilendirici (mRNA) - nükleotit bileşiminde çok çeşitlidir. Genetik bilgiyi DNA'dan ribozomlara aktarır, bir protein molekülünün sentezi için bir matris görevi görür.
Nükleotidlerin vücuttaki rolü
Hücredeki nükleotidler bir dizi önemli işlevi yerine getirir:
• nükleik asitler (pürin ve pirimidin serisinin nükleotidleri) için yapı taşları olarak kullanılırlar;
• hücrede birçok metabolik süreçte yer alırlar;
• ATP'nin bir parçasıdır - hücrelerdeki ana enerji kaynağı;
• hücrelerdeki indirgeyici eşdeğerlerin taşıyıcıları olarak hareket eder (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• biyo-düzenleyicilerin işlevini yerine getirir;
• hücre dışı düzenli sentez (örneğin, cAMP veya cGMP) ikinci haberciler olarak kabul edilebilir.
Nükleotid, daha karmaşık bileşikler oluşturan monomerik bir birimdir - nükleik asitler, bunlar olmadan genetik bilgi aktarımı, depolanması ve çoğ altılması imkansızdır. Serbest nükleo titler, hücrelerin ve bir bütün olarak vücudun normal işleyişini destekleyen sinyalleşme ve enerji süreçlerinde yer alan ana bileşenlerdir.
