Нуклеотиды днк состоят из: ничего, что наша ДНК наполовину совпадает с ДНК банана? — T&P

ничего, что наша ДНК наполовину совпадает с ДНК банана? — T&P

Биохимия — сравнительно молодая дисциплина, официально возникшая только в начале прошлого века. Но как наука о химическом составе организмов и процессах, лежащих в основе их жизни, она уже успела ответить на многие интересующие человечество вопросы. Аспирантка лаборатории компьютерного дизайна материалов МФТИ, PhD-студентка Сколтеха Анастасия Наумова рассказала T&P, почему именно углерод считается основой жизни и может ли азот занять его место, а также объяснила, почему нет смысла избавляться от холестерина и заниматься спортом менее получаса.

Анастасия Наумова

Начнем с начала: вся жизнь на планете состоит из четырех основных типов веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Примером такой кислоты служит всем известная молекула ДНК, которая является полимером. Самое простое объяснение структуры полимера — бусы. Как бусы состоят из бусинок, так и полимер состоит из мономеров. ДНК состоит из повторяющихся блоков — нуклеотидов, а они, в свою очередь, из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы. Всего существует четыре типа азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин, при этом аденин соединяется только с тимином, а гуанин — только с цитозином, это называется принципом комплементарности. Видовое разнообразие жизни на Земле, наши отличительные черты (цвет глаз, волос, состояние кожи и даже характер) зависят от взаимного расположения тех самых четырех азотистых оснований в цепочке ДНК. По странному стечению обстоятельств наша ДНК на 50% совпадает с ДНК банана, а на 35% — с ДНК нарцисса, но что это значит на практике для нас? Да ничего, в принципе. Сходство ДНК означает, что у нас и у банана есть определенное количество одинаковых кодирующих участков из нуклеотидов. Процессы передачи и реализации информации коротко описываются основной догмой молекулярной биологии: из ДНК синтезируется РНК, из РНК синтезируется белок. Синтез белка является одним из основных жизненно необходимых процессов: белок необходим нам для роста, развития, регенерации, и он также является ферментом.

Люди из азота

Как уже упоминалось, жизнь состоит из четырех основных типов веществ, один из которых — белок. В свою очередь, белок состоит из аминокислот. Структура аминокислоты достаточно простая: это углеродный каркас, на который крепятся атомы кислорода, азота, водорода, углерода и иногда серы. Аминокислоты крепятся одна к другой в порядке, закодированном в ДНК, составляют цепочки неограниченной длины, и получается белок. Итак: у каждой аминокислоты есть углеродный скелет, то есть белок состоит в основном из углерода, а без белка наша жизнь невозможна. Именно отсюда и появился тезис, что жизнь на нашей планете углеродная. Но в таблице Менделеева элементов больше, чем один, и возникает вопрос: может ли жизнь быть завязана на другом элементе? И если да, то на каком? Ответ напрашивается сам собой: логично было бы попробовать рассмотреть элемент, близкий к углероду, но с большим количеством электронов, а именно азот. Дополнительный электрон удобен тем, что азот имеет больше степеней окисления, — следовательно, на его основе можно создать больше соединений.

Помимо этого, азот образует связи такого же типа, как и углерод. Что же будет, если мы попробуем составить из азота длинную цепочку? К сожалению, мы получим не новый тип жизни, а самую мощную из неатомных взрывчаток — ГНИВ (Гексанитрогексаазаизовюрцитан). Проблема в том, что полимеры азота нестабильны в условиях нашей планеты, для их стабильности необходимо гораздо более высокое давление, нежели атмосферное давление Земли. Но Вселенная огромна, и в большинстве мест давление больше, чем земное. Компьютерное моделирование атмосферы Юпитера показало, что полимеры из азота на этой планете будут даже стабильнее, чем из углерода. И таких мест с подходящими условиями гораздо больше, чем одно. Так что кто знает — может быть, во Вселенной уже давно существуют азотные люди.

Биология в быту

Помимо визионерских вопросов об азотной жизни, биохимия дает ответ на более насущные запросы — например, как правильно заниматься спортом и каким именно. Чтобы разобраться, обратимся к такой сложной схеме, как цикл Кребса. За ее открытие Ханс Кребс совместно с Фрицем Липманом в 1953 году получили Нобелевскую премию по медицине. Коротко суть схемы можно передать тезисом «жиры горят в пламени углеводов». Из этого объяснения следуют некоторые важные утверждения:

Нам необходимы углеводы

Если нет углеводов, а физическая нагрузка присутствует, организм начинает разрушать свой белок, чтобы добыть углеводы из него. Разрушение белка — это разрушение мышечной ткани, в то время как основная цель тренировок заключается в обратном. Стоит отметить, что углеводы нам нужны сложные, или медленные, состоящие из трех и более моносахаридов, единиц строения углеводов. Сложные углеводы содержатся в крупах, картофеле, печени, бобовых. Употребление этих продуктов постепенно повышает уровень глюкозы в крови, и организм успевает справляться с ее переработкой. В отличие от медленных углеводов, быстрые состоят из одного или двух моносахаридов. Они резко повышают уровень сахара в крови, а затем оседают в виде жира, потому что организм не может сразу переработать такое большое поступление глюкозы.

Для поддержания горения (а по факту — окисления) жиров нам необходим кислород

С точки зрения энергетических затрат аэробные нагрузки (то есть с поступлением большого количества кислорода) в 19 раз более эффективны для сжигания жира, чем анаэробные (то есть почти бескислородные), так что польза от присутствия кислорода очевидна. Если вы все еще сомневаетесь, что для сжигания жира лучше бегать, чем поднимать штангу, то вот еще одна причина, и имя ей — пировиноградная кислота, которая является конечным продуктом распада глюкозы. Дальнейший метаболизм кислоты зависит от наличия воздуха. При аэробном варианте она вовлекается в уже упомянутый нами цикл Кребса, крутится в нем, что каждый раз дает нам энергию для продолжения тренировки. Раньше считалось, что только в анаэробном варианте, то есть без доступа кислорода, пировиноградная кислота превращается в хорошо знакомую всем молочную кислоту — именно она вызывает боль в мышцах после тренировки. Согласно последним исследованиям, виноградная кислота может появляться и при анаэробной тренировке, но только при нагрузках, превышающих 50% от максимального уровня выносливости человека.

При такой интенсивной нагрузке жир снова перестает сжигаться, и разрушаются уже углеводы, что приводит к появлению молочной кислоты. Хорошая новость в том, что большинство тренировочных программ построено так, чтобы пик нагрузки не превышал тот самый порог 50% от максимума возможностей.

По-настоящему аэробных вида спорта всего четыре: бег, плавание, бег на лыжах и гребля. Именно при занятии этими видами спорта задействовано более 70% от общего числа мышц, и в организм поступает достаточное количество кислорода. Помимо количества задействованных мышц, важна длительность нагрузки. В самом начале тренировки идет обратимая реакция расщепления креатинфосфата для поддержания энергии в организме. Креатинфосфат преимущественно содержится в мышечной и нервной ткани, и его запасов хватает примерно на первые 20 секунд тренировки. После разложения креатинфосфата самым простым с точки зрения организма вариантом получения энергии является расщепление глюкозы. В наших клетках глюкоза хранится в форме гликогена, который при нагрузке начинает расщепляться следом после креатинфосфата.

Затем, когда организм израсходовал весь доступный запас гликогена, включается более сложная реакция расщепления жира. В среднем гликогена хватает на 20–30 минут, в зависимости от уровня подготовленности человека. Именно поэтому, если вы хотите похудеть, важно, чтобы тренировка была длительной, не менее получаса.

Хороший, плохой, злой холестерин

Довольно много внимания в статье мы обращали на основные четыре элемента, но ведь мир ими не ограничивается. Например, существуют такие вещества, как жирные кислоты. Они бывают насыщенные и ненасыщенные. Основное отличие заключается в том, что насыщенные находятся в твердом состоянии, и они синтезируются в организме, то есть у нас нет необходимости в получении их извне. Ненасыщенные же находятся в жидком состоянии, они полезны для организма, но им не синтезируются. Такие жирные кислоты содержатся в тех организмах, которые дышат не так, как мы. Например, в растениях или рыбе. Помимо жирных кислот есть еще жиры, или липиды, к которым относится холестерин.

Бытует мнение, что от холестерина нужно полностью избавляться, но на самом деле это совсем не так. Во-первых, холестерин входит в состав клеточных мембран и именно благодаря ему стенки клеток эластичны, то есть более устойчивы к внешним воздействиям. А во-вторых, холестерин относится к стероидным липидам и является родоначальником всех стероидных гормонов, например половых. Но несмотря на это, допускать повышенное содержание холестерина в организме не стоит, ведь всем нам хорошо известно, к чему это приводит.

Иконки: 1) Kris Brauer, 2) Creative Stall, 3) irene hoffman — from the Noun Project.

Генетический алфавит пополнился двумя буквами | Научные открытия и технические новинки из Германии | DW

С тех пор, как ученые расшифровали структуру ДНК — носителя наследственной информации во всех живых организмах — прошло более 60 лет. Исследователи, в частности, выяснили, что с химической точки зрения ДНК является полимером, макромолекула которого состоит из повторяющихся звеньев — нуклеотидов, что каждый нуклеотид представляет собой комбинацию из азотистого основания, сахара-дезоксирибозы и фосфатной группы, и что в молекуле ДНК встречаются лишь четыре вида азотистых оснований — аденин, гуанин, тимин и цитозин.

Они обозначаются буквами А, Г, Т и Ц, которые принято именовать генетическим алфавитом, ведь именно последовательность азотистых оснований в молекуле ДНК и является тем кодом, что обеспечивает хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию программы развития и функционирования всех живых организмов. В популярной литературе утвердился своего рода образ-штамп: алфавитом, состоящим из четырех букв А, Г, Т, и Ц, написана книга жизни.

Ученым четырех букв генетического алфавита недостаточно

Однако в последние годы исследователи, работающие в сфере так называемой синтетической биологии, почувствовали, что столь скудного алфавита им для реализации некоторых интересных идей уже не хватает. А потому взялись за создание искусственных, не существующих в природе нуклеотидных оснований. Теперь американским ученым удалось внедрить их в геном живой бактерии — кишечной палочки Escherichia coli. Результаты работы опубликованы в журнале Nature.

Тут важно иметь в виду, что молекула ДНК практически всегда состоит из двух цепочек (двойная спираль) и что азотистые основания одной цепочки соединены водородными связями с азотистыми основаниями другой цепочки, причем аденин образует пары только с тимином, а гуанин — только с цитозином.

Теперь американские генетики обогатили геном энтеробактерии парой искусственных нуклеотидных оснований. Обозначения этих субстанций больше напоминают компьютерные пароли доступа повышенной надежности, чем пригодные в практике названия: одно вещество именуется d5SICSTP, другое dNaMTP. Но сами разработчики предпочитают называть их для простоты соответственно X и Y.

Природные нуклеотиды гидрофильны, искусственные — гидрофобны

Оба искусственных азотистых основания ученые синтезировали так, чтобы они по своим химическим свойствам существенно отличались от природных. Руководитель проекта Флойд Роумсберг (Floyd Romesberg), профессор химии в Исследовательском институте Скриппса в Ла-Холья, штат Калифорния, говорит: «Природные пары азотистых оснований характеризуются чрезвычайно высокой гидрофильностью, они образуют между собой водородные связи. Мы же хотели, чтобы наши искусственные основания с ними не смешивались — как жир и вода, — поэтому изначально конструировали их так, чтобы они были гидрофобными».

На поиск подходящих субстанций у профессора Роумсберга и его коллег ушло более десяти лет. С одной стороны, это должны были быть вещества, вообще не встречающиеся в природе. С другой стороны, имеющаяся в любой живой клетке ферментная система репарации, исправляющая повреждения ДНК, должна была не замечать данную аномалию, не воспринимать эти искусственные субстанции как чужеродные и подлежащие удалению. Все клеточные механизмы должны были работать как обычно, обрабатывать наследственную информацию так же, как если бы она была записана алфавитом из стандартных четырех букв, а не из шести. И в процессе деления клетки репликация этой необычной молекулы ДНК должна была, как положено, приводить к образованию двух дочерних копий, идентичных исходной родительской.

Многое пока неясно, но перспективы интересные

«Мы уже много лет занимаемся созданием неприродных нуклеотидов, — поясняет профессор Роумсберг. — Мы испробовали более 300 вариантов. Однако лишь теперь мы подобрали, наконец, такую пару нуклеотидных оснований, которую удалось интегрировать в живую бактерию. И добиться нормальной репликации этой необычной ДНК».

Пока, правда, неясно, выживет ли бактерия, если в ее геном внедрить не одну пару оснований X-Y, а множество таких пар. Неясно также, долго ли проживет такая полусинтетическая кишечная палочка и долго ли в ней будут сохраняться чужеродные буквы генетического алфавита. По крайней мере, в журнале Nature речь идет лишь о 24 репликациях в течение 15 часов. А самое главное, неясно, способны ли искусственные нуклеотиды участвовать в производстве белков.

Но профессор Роумсберг надеется, что генетический код из шести вместо четырех букв позволит придать бактерии целый ряд полезных биохимических свойств, которых она изначально не имела: «Если вы расширите генетический код за счет неприродных нуклеотидов, кодирующих дополнительные аминокислоты, то это даст возможность получать новые белки с необычными свойствами. Например, так можно производить лучшие лекарства — и быстрее».

Безопасность гарантированая самой природой

Никакой опасности для окружающей среды такие бактерии не представляют, подчеркивает ученый. Напротив, они гораздо легче поддаются контролю, чем генетически модифицированные микроорганизмы, полученные методами традиционной генной инженерии. «Мы должны снабжать наши бактерии неприродными компонентами ДНК, — поясняет профессор Роумсберг. — Бактерии не могут синтезировать эти нуклеотиды самостоятельно, нам приходится их кормить. С этой целью мы добавляем вещества Х и Y в питательную среду, а в геном кишечной палочки мы внедрили растительный ген, который придает водоросли — а теперь и нашей бактерии — способность поглощать нуклеотиды из окружающей среды. Если же прекратить подкормку бактерий искусственными нуклеотидами, все неприродное из ДНК кишечной палочки быстро исчезнет».

Значит, если даже такой полусинтетический микроорганизм ускользнет из лаборатории, выжить ему не суждено. Или же он откажется от неприродных компонентов в своем геноме и превратится в самую обычную бактерию, какой и был изначально.

На молодой Земле нашли молекулы-«повитухи»: Наука и техника: Lenta.

ru

Ученые предложили механизм, объясняющий, как на молодой Земле могли образоваться молекулы РНК, которые, в свою очередь, помогали в синтезе других, более сложных молекул. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Его краткое изложение приводит New Scientist.

Многие современные биологи полагают, что первыми сложными органическими молекулами, которые появились на планете, были не молекулы ДНК, а молекулы РНК. Они во многом похожи по структуре, однако РНК являются более гибкими и, в отличие от ДНК, способны сворачиваться в сложные структуры. Некоторые из таких структур обладают свойствами катализаторов и могут стимулировать синтез других молекул.

Одно из слабых мест этой теории — вопрос о формировании самых первых молекул РНК, которым не помогали «рождаться» другие молекулы. Цепи РНК (и ДНК) состоят из отдельных «кирпичиков» — нуклеотидов. До сих пор все попытки получить цепочки РНК из отдельных нуклеотидов в лаборатории без добавления ферментов (неважно, белковой или РНКовой природы) заканчивались неудачей — когда длина цепи достигала от 3 до 6 нуклеотидов, цепь замыкалась в кольцо.

Авторы новой работы предположили, что на молодой Земле могли существовать молекулы-«повитухи», которые встраивались между соседними нуклеотидами. Пространственная конформация цепей РНК с «повитухами» способствовала тому, что две цепи закручивались друг вокруг друга в двойную спираль. В таком виде цепи не могли замкнуться в кольцо и продолжали расти. Все эти процессы происходили в небольших лужицах. Когда концентрация молекул-«повитух» в лужицах падала (например, после дождя), они отсоединялись от РНК. Некоторые из освободившихся длинных цепей сворачивались таким образом, что приобретали каталитические свойства и облегчали синтез новых молекул.

Ученые попытались проверить свою гипотезу в лаборатории. Исследователи добавляли в раствор, содержащий свободные нуклеотиды, бромистый этидий — молекулу, способную встраиваться между нуклеотидами в цепях. Оказалось, что после добавления этидия в растворе образовывались относительно длинные цепи, а не короткие кольца. Правда, ученые работали не с РНК, а с ДНК, но, по их словам, в случае РНК принцип также должен выполняться.

Молекулы, структура которых напоминает сложную структуру бромистого этидия, могли попасть на Землю при метеоритной бомбардировке. Подтверждением такой версии может служить обнаружение на метеоритах следов весьма сложных молекул.

В последнее время гипотеза о первенстве РНК — так называемая гипотеза мира РНК — набирает популярность у специалистов. Недавно исследователи смогли в лаборатории получить частичку этого мира — отдельный рибонуклеотид.

§7. Нуклеиновые кислоты

 

1. Какие типы нуклеиновых кислот существуют? Что является мономерами нуклеиновых кислот?

а) Азотистые основания; б) аминокислоты; в) РНК; г) ДНК;

д) моносахариды; е) нуклеотиды; ж) фосфорная кислота.

Существует два типа нуклеиновых кислот: в) РНК, г) ДНК.

Мономерами нуклеиновых кислот являются: е) нуклеотиды.

 

2. Опишите строение нуклеотида. Каким образом могут соединяться нуклеотиды в молекуле ДНК?

Нуклеотид состоит из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. В составе нуклеотида ДНК содержится одно из четырёх азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин или тимин), пятиуглеродный сахар представлен дезоксирибозой. В нуклеотиде РНК азотистое основание представлено аденином, гуанином, цитозином или урацилом, а пятиуглеродный сахар – рибозой.

Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей. Нуклеотиды в составе каждой цепи соединены между собой ковалентными связями. Эти связи образуются между остатком фосфорной кислоты одного нуклеотида и пентозой другого нуклеотида. Парные нуклеотиды противоположных цепей ДНК соединены водородными связями, причём между аденином и тимином образуется две водородных связи, а между гуанином и цитозином – три. Такое соответствие парных нуклеотидов называется комплементарностью.

 

3. Установлена последовательность нуклеотидов одной из цепей ДНК: ЦТГАГТТЦА. Определите порядок нуклеотидов комплементарной цепи.

В молекуле ДНК аденин (А) комплементарен тимину (Т), а гуанин (Г) – цитозину (Ц), поэтому порядок нуклеотидов комплементарной цепи ДНК будет следующим: ГАЦТЦААГТ.

 

4. Охарактеризуйте пространственную структуру молекулы ДНК.

Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси, и представляет собой двойную спираль диаметром около 2 нм (наподобие винтовой лестницы). Каждый виток спирали включает 10 пар нуклеотидов и имеет длину 3,4 нм. Противоположные цепи ДНК комплементарно дополняют друг друга, поскольку нуклеотиды этих цепей образуют пары (А и Т, Г и Ц). Между парными нуклеотидами возникают водородные связи, стабилизирующие двойную спираль ДНК.

 

5. Какие типы РНК содержатся в клетке? Сравните их по выполняемым функциям, особенностям строения и процентному содержанию от общего количества РНК в клетке.

В клетке содержится три типа РНК: рибосомные (рРНК), транспортные (тРНК) и информационные, или матричные (иРНК, мРНК). Функции всех типов РНК связаны с процессами синтеза белка.

Молекулы рРНК выполняют структурную функцию. В комплексе с особыми белками они приобретают определённую пространственную конфигурацию и образуют рибосомы (а точнее, субъединицы рибосом), на которых происходит синтез белков из аминокислот.

Транспортные РНК осуществляют перенос аминокислот к рибосомам и участвуют в процессе синтеза белка. Молекулы тРНК сравнительно небольшие (в среднем состоят из 80 нуклеотидов), благодаря внутримолекулярным водородным связям они имеют специфическую пространственную структуру, напоминающую лист клевера.

Информационные или матричные РНК (иРНК, мРНК) наиболее разнородны по размерам и структуре. Они содержат информацию о структуре определённых белков и служат матрицами в ходе синтеза этих белков на рибосомах.

Рибосомные РНК составляют около 80% всех РНК клетки, транспортные – около 15%, информационные – 3-5%.

 

6. Сравните по различным признакам ДНК и РНК. Выявите черты их сходства и различия.

Сходство:

● Являются органическими веществами, биополимерами, относятся к нуклеиновым кислотам.

● Построены из нуклеотидов, в состав каждого из них входит азотистое основание, пентоза и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания аденин (А), гуанин (Г) и цитозин (Ц) входят как в состав нуклеотидов ДНК, так и в состав нуклеотидов РНК.

● Молекулы образованы атомами углерода (С), водорода (Н), кислорода (О), азота (N) и фосфора (Р).

● Содержатся в клетках всех живых организмов, являются носителями генетической (наследственной) информации.

Различия:

● В состав нуклеотидов ДНК входит остаток пятиуглеродного сахара дезоксирибозы, а нуклеотиды РНК содержат остаток рибозы. Азотистое основание тимин (Т) может входить только в состав нуклеотидов ДНК, а урацил (У) встречается только в составе нуклеотидов РНК.

● Молекула ДНК двухцепочечная (за редким исключением), имеет вид двойной спирали. Молекулы РНК обычно одноцепочечные, могут иметь различную пространственную конфигурацию. Полинуклеотидные цепи РНК значительно короче цепей ДНК.

● В клетках эукариот основная часть ДНК содержится в ядре (собственные небольшие молекулы ДНК имеют только митохондрии и хлоропласты). Молекулы РНК находятся не только в ядре, но и в цитоплазме клеток – в составе некоторых органоидов (рибосом, митохондрий, хлоропластов), в гиалоплазме.

● В клетке ДНК обеспечивает хранение наследственной информации (т.е. информации о структуре белков) и её передачу дочерним клеткам в процессе деления. Молекулы РНК обеспечивают реализацию наследственной информации, участвуя в процессе биосинтеза белков на рибосомах.

…и (или) другие существенные признаки.

 

7. Фрагмент молекулы ДНК содержит 126 адениловых нуклеотидов (А), что составляет 18% от общего количества нуклеотидов в этом фрагменте. Какова длина данного фрагмента ДНК и сколько цитидиловых нуклеотидов (Ц) он содержит?

126 нуклеотидов составляют 18% от всех нуклеотидов данного фрагмента ДНК. Значит, общее количество нуклеотидов равно: 126 : 18% × 100% = 700 нуклеотидов (или 350 пар нуклеотидов).

Один виток двойной спирали ДНК содержит 10 пар нуклеотидов и имеет длину 3,4 нм. Следовательно, одна пара нуклеотидов занимает участок ДНК длиной 0,34 нм. Фрагмент ДНК, содержащий 350 пар нуклеотидов, имеет длину: 350 × 0,34 нм = 119 нм.

В двухцепочечной молекуле ДНК А = Т, Г = Ц. Значит, А = Т = 126 нуклеотидов.

Сумма Г + Ц составляет: 700 – 126 – 126 = 448 нуклеотидов. Г = Ц = 448 : 2 = 224 нуклеотида.

Ответ: фрагмент ДНК имеет длину 119 нм и содержит 224 цитидиловых (Ц) нуклеотида.

 

8. У исследователя имеется три молекулы ДНК одинаковой длины. Известно, что содержание тимидиловых нуклеотидов (Т) в первом образце составляет 20% от общего числа нуклеотидов, во втором — 36%, в третьем — 8%. Он начал нагревать данные образцы ДНК, постепенно повышая температуру. При этом происходило отделение комплементарных цепей друг от друга — так называемое плавление ДНК. Какой образец начал плавиться первым, а какой расплавился в последнюю очередь? Почему?

Плавление ДНК происходит вследствие разрыва водородных связей между комплементарными нуклеотидами. Между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три. Чем выше содержание пар Г–Ц во фрагменте ДНК, тем больше водородных связей в его составе, и тем больше энергии понадобится для их разрушения. И наоборот, чем больше пар А–Т содержит фрагмент ДНК, тем меньше энергии будет необходимо для плавления.

Поэтому сначала расплавится второй образец (в нём больше всего тимина, а значит, и пар А–Т), затем первый, а в последнюю очередь – третий (с наименьшим содержанием тимина).

Дашков М.Л.

Сайт: dashkov.by

Вернуться к оглавлению

 

< Предыдущая		Следующая >

Из чего состоит ДНК

Ответ таится в макромолекуле, которая является хранителем кода биологической памяти всех живых организмов. Она называется ДНК.

ДНК или дезоксирибонуклеиновая кислота, а простым языком — генетический код является одной из основополагающих молекул в живых организмах. Сама молекула похожа на винтовую лестницу. «Перила лестницы» — это молекулы фосфата и дезоксирибозы, соединённые «ступенями» — нуклеотидами аденином (А), гуанином (Г), тимином (Т), цитозином (Ц). Нуклеотиды образуют пары в строгом порядке аденин-тимин, гуанин-цитозин. Эти пары образуют комплексную спиралевидную лесенку, которая, в зависимости от организмов, имеет разную длину и количество. Например, во время клеточного деления количество молекул ДНК в ядре клетки удваивается и образует 92 молекулы ДНК, но после деления в клетке стабильно держится 46 молекул ДНК.

А на чём держится этот романтический союз между А и Т, или Г и Ц?

А, Г, Т и Ц называются основами (но в химическом понимании этого слова, не в буквальном) и каждый из них прикреплён к каркасу. Каркас состоит из пентозы (пяти-углеродного сахара и фосфатной группы). Для создания генетического кода мы можем сшивать фосфатные группы к пентозе, образуя фосфодиэфирные связи. Для образования уже двухцепочечной молекулы нам надо взять две нити, и одну из них повернуть на 180 градусов по длинной оси, но чтобы две нити были друг к другу комплементарны, то есть А должен быть в паре с Т, а Г с Ц. Благодаря физико-химическим свойствам, двухцепочечная ДНК молекула образует спираль.

Красивая аналогия получится, если сравнить структуру ДНК с железными дорогами, где шпалы будут нашими парными нуклеотидами, а рельсами будет считаться каркас, на котором держатся наши нуклеотиды. А поездами можно считать разные белки и прочие сложные молекулы, которые могут резать эти микроскопические железные дороги, перенаправлять, модифицировать и читать их.

Порядок последовательности нуклеотид имеет строгий характер, как компьютерный бинарный код, но уже четверичный код из наших А, Т, Г и Ц. Этот порядок расположения нуклеотидов хранит в себе информацию. Например, последовательность «ТАТААА» в эукариотах означает место, где начинается транскрипция, то есть синтез молекулы мРНК по нотам ДНК. Ещё один пример, последовательность «AAГЦTT» является местом разреза ДНК специальным ферментом HindIII. А теперь представьте, сколько разнообразной информации может поместиться в ДНК длиной 3,1 миллиарда пар нуклеотид, как в геноме человека?

Такие изменения называют мутациями. Опечатка в ДНК-коде во время делении клеток ведёт к её мутации, которая быстро исправляется специальными белками в самой клетке. Но если же вдруг клетка не пропустит эту ошибку, то эти мутации остаются в ДНК и при определённом количестве ошибок они ведут к неправильной функции клеток, что может вызвать такое заболевание как рак. Мутации могут накапливаться годами, вот почему большинство видов рака более распространены у пожилых людей.

Как же вылечить все эти генные мутации и «замазать» опечатки? Внедрить в клетку новую ДНК, содержащую специальный ген, способный скорректировать эффекты мутации, вызывающую болезнь. Новая ДНК попадает в клетку с помощью вирусов или бактерий.

Как работает ДНК? Популярно объясняем азы генетики!

С появлением первых «ГМО-детей» в Китае и вообще потоком новостей о редактировании ДНК стало ясно, что разбираться в генетике жизненно важно каждому из нас. «Лаба» начинает серию простых гайдов, чтобы разобраться в этой науке. А то как-то совсем тревожно.

Что такое ДНК?

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) — это макромолекула, главное хранилище наследственной информации и генетической программы развития и функционирования живого организма. 

ДНК имеет двухцепочечную структуру, где каждая цепочка представляет собой последовательность нуклеотидов: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Нуклеотиды работают как небольшие «магнитики», которые сцепляют эти две цепочки водородными связями. Аденин соединяется только с тимином, а цитозин – с гуанином.

Длина ДНК обычно измеряется в числе пар нуклеотидов. У человека их около 3 миллиардов. ДНК человека сохраняется в ядре любой человеческой клетки в виде набора из 23 пар (в норме) хромосом.

И для чего нужна ДНК?

Соединенные вместе цепочки (знаменитая «двойная спираль» ДНК) представляют собой нечто похожее на винтовую лестницу. Каждая ступенька – это та самая пара нуклеотидов, например, аденин — тимин.

Крепления между ступеньками довольно прочные, а вот сами ступеньки – шаткие и легко переламываются, то есть разъединяются. И тогда на одной цепочке остается аденин, а на другой — тимин.

Это нужно для того, чтобы специальные белки могли «расплетать» ДНК и собирать на основе каждой цепочки комплементарную последовательности ДНК другую цепочку — РНК. Этот процесс называется транскрипцией.

Так, не торопитесь. Что такое РНК?

РНК (рибонуклеиновая кислота) – это одноцепочечная последовательность, которая может выполнять совершенно разные задачи. РНК – своего рода зеркальное отражение ДНК. Если в ДНК на одном месте стоит гуанин, то в РНК на том же месте будет цитозин, и наоборот. Помните: нуклеотиды похожи на магнитики и соединяются только по парам.

Тем же самым зеркальным образом в РНК сохраняется та информация, что есть в ДНК.

А РНК чем занимается?

ДНК находится в ядре клетки, в специальных упаковках-хромосомах. А вот основная работа по синтезу белков происходит в цитоплазме клетки, где белки собирает специальная «машинка» – рибосома. Она связана с РНК. 

Говоря по-простому, дело обстоит так. Белок расплетает ДНК, копирует информацию на РНК (зеркальным образом), а РНК доставляет информацию рибосоме. 

В процессе этой доставки («процессинга») РНК проходит через целую последовательность преобразований, в частности, из нее вырезается информация, которая рибосоме не нужна.  

Рибосома двигается по РНК по ней, шаг за шагом расшифровывая генетический код, строит из подходящих аминокислот новые белки. Этот процесс называется трансляцией.

Зачем нужны белки?

Для того, чтобы клетка жила. 

Некоторые белки поддерживают метаболизм клетки. Другие – вновь расплетают ДНК, строят РНК и доставляют информацию рибосоме. Третьи – организуют и реализуют деление клетки. Основную работу внутри клетки делают именно белки.

Если опять применить компьютерную метафору (надеюсь, ученые нас не побьют за огрубление), то ядро клетки с ДНК внутри, — это такой харддиск, где хранятся и данные, и программы. 

Белки – это как раз программы, которые автоматически загружаются с харддиска и обрабатывают полученные данные.

Хорошо, а гены и ДНК – это не одно и то же?

Гены – часть цепочки ДНК. Это специальным образом оформленные – с концом и началом – отрезки цепочки, в которых закодированы белки и РНК. Внутри каждого гена находится особая последовательность нуклеотидов (например, ген CCR5 состоит 339 нуклеотидов). 

Все гены, кодирующие белки, составляют около 2% ДНК. Еще 1% генов отвечают за кодирование РНК. А около 80% генов внутри ДНК выполняют вспомогательные функции, в частности, упаковки ДНК в ядре. Функции почти 20% ДНК в настоящее время неясны.

Внутри гена есть генетический код, правильно?

Да. Чтобы нормально синтезировать нужный белок и запустить его работу, информацию из ДНК надо доставить рибосоме, которая непосредственно занимается сборкой. Рибосома собирает белки из 20 аминокислот, а в ДНК только четыре нуклеотида.

Четырьмя нуклеотидами невозможно закодировать все 20 аминокислот – не хватает вариантов. Как же быть? 

Спасает в этой ситуации как раз тот самый генетический код. Точнее, процесс кодирования с помощью нуклеотидов, выстроенных в определенную последовательность. Аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов в гене. Это позволяет «запрограммировать» не только 20, а 64 аминокислоты (в природе столько не нужно, так ученые уже пытаются понять, что еще могут делать аминокислоты)!

Так как можно «запрограммировать» белок?

Рибосома сдвигает по РНК считывающую рамку. Когда она считывает старт-кодон (это фиксированный набор из трех аминокислот, который дает команду: «Начало»), начинается считывание информации, необходимой для синтеза белка.

Рамка сдвигается – всегда на три нуклеотида – и рибосома поэтапно присоединяет нужную аминокислоту. Когда рамка считывает стоп-кодон, синтез завершается. 

Если при всей этой довольно сложной (и потому не самой надежной) процедуре будет потерян хотя бы один нуклеотид, рамка сдвинется неправильно и все последующие аминокислоты будут считаны неверно. Белок в таких условиях либо не удастся построить, либо он так изменится, что перестанет выполнять свои функции.

Описанная выше работа генетического кода – одно из древнейших изобретений эволюции, он работает практически одинаково как у человека, так и у бактерии.

Чем ген отличается от генома?

Геном – это весь наследственный материал организма, который содержит 3,1 млрд пар нуклеотидов.

Как редактируют ДНК?

Об этом мы совсем скоро напишем отдельный гайд. Все-таки процесс не самый простой, а вы, наверное, уже устали читать. Попробуем объяснить основную идею редактирования ДНК.

Раз уж мы знаем, где на «харддиске» человеческой клетки хранится кодирующая белки и РНК информация, давайте мы ее немного поправим! Это позволит изменить всю работу клеток и всего организма. Но на этом пути очень много опасностей. О каких-то мы уже знаем, другие невозможно вычислить. По крайней мере, пока.

Узнать больше

Следите за обновлениями курса «Это все плохие гены!» Скоро здесь будет еще больше материалов, которые, как мы надеемся, позволят вам лучше понимать, что именно делают с нашей ДНК ученые (и хорошо ли это).

 

 

 

 

Ученые подтвердили существование второго информационного слоя в молекуле ДНК

Как известно, основания ДНК — те строительные кирпичики мироздания, которые обуславливают саму возможность существования и воспроизведения всего живого на нашей планете. В составе молекулы ДНК входит четыре вида азотсодержащих нуклеотидных оснований, обозначаемые буквами «А», «Т», «С» и «G».

Каждая наша клетка содержит около 30 тысяч различных генов, в то время как некоторым бактериям достаточно всего 500 генов. В генах содержатся коды, согласно которым синтезируются белки и определяется порядок расположения в них аминокислот. В каком бы месте человеческого тела ни находились клетки, они всегда содержат один и тот же набор генов. Однако в зависимости от типа клеток — клеток кожи, нервных или мышечных — в них для синтеза новых белков задействуются различные гены.

Длинные цепочки ДНК в хромосомах клетки плотно сжаты. Компактное расположение ДНК в хромосомах осуществляется за счет особых белков, вокруг которых наматываются нити ДНК. Но в клетке присутствуют белки, которые, чтобы облегчить синтез новых белков согласно содержащемуся в ДНК коду, при необходимости переводят ДНК из компактной формы в развернутую. Под воздействием этих белков готовящиеся к делению клетки хромосомы развертываются и с этого момента занимают в 10 тысяч раз больше места.

Нуклеотиды типа «А», «Т», «С» и «G», входящие в состав длинных молекул ДНК, располагаются в определенном порядке, чтобы обеспечивать кодирование белков при их синтезе, который происходит из 20 различных видов аминокислот. ДНК при этом выполняют роль матрицы — каждому белку соответствует свой ген, по образцу которого осуществляется синтез аминокислот, образующих нужный белок. Таким образом генетический код воплощается в белках, и последовательность нуклеотидов в гене определяет последовательность аминокислот в белке. Простейшая аналогия — азбука Морзе, где точки, тире и их совокупность соответствуют определенным буквами алфавита. Последовательность нуклеотидов, которые считываются по три за один раз, соответствует последовательности аминокислот в белке. При этом набор из трех нуклеотидов, которые считываются за один раз, кодирует одну аминокислоту. Так, например, набор нуклеотидов AUG кодирует аминокислоту ацидометионин.

Существуют 64 комбинации нуклеотидов, однако синтезируются всего 20 различных видов аминокислот. Это означает, что некоторые троичные последовательности нуклеотидов используются не для синтеза аминокислот, а для обозначения прерывания процедуры синтеза. Совершенно бессмысленных наборов троичных нуклеотидов не бывает — каждый из них выполняет какую-то определенную функцию. Существует и несколько наборов нуклеотидов, которые кодируют одни и те же аминокислоты. Самый крупный ген состоит из двух миллионов нуклеотидов, размещенных на каждой из его нитей, а самый маленький — из одной тысячи.

Процесс считывания генетической информации («транскрипция»), начинается с открытия и развертывания небольшой части двойной спирали ДНК в конце хромосомы. Генетические коды этого участка хромосомы копируются затем на растущую по мере продвижения процесса копирования молекулу РНК, при этом белковый копирующий механизм продвигается вдоль нити ДНК. Процесс переноса генетического кода заканчивается, когда на конце РНК синтезируется так называемая терминальная группа аминокислот — ее присутствие сигнализирует об окончании белковой цепочки данного кода.

Последовательность чередования этих оснований в молекулах определяет ту информацию, которая позволяет клеткам нашего организма вырабатывать строго определенное количество нужных белков и поддерживать прочие жизненно важные функции. Но, несмотря на тот факт, что все клетки нашего тела содержат один и тот же набор генов, сами клетки развиваются по-разному и простейшим подтверждением этому становится существование клеток тканей различных типов, из которых состоят различные органы. И все это еще и еще раз заставляет ученых искать дополнительный ключ к «избыточной», т. е. пока не до конца расшифрованной информации.

Молекулы ДНК предельно компактно «упакованы». С другой стороны известно, что в своем распутанном виде цепочка из молекул, содержащихся в одной клетке, в среднем, составляет 2 метра. Согласно гипотезе, не менявшейся начиная с 80-х годах прошлого века, механические свойства молекулы ДНК определяют то, каким образом она будет «свернута» внутри клетки. Новейшие исследования голландских ученых подтвердили: изменение формы молекулы приводит к изменению «свертки» спирали ДНК. Именно этот факт позволил говорить о наличии в составе ДНК второго механизма кодирования, играющего в процессах поддержки воспроизводства белков не меньшее значение, чем основной генетический код.

Исследовательская группа из Лейденского института физики (Leiden Institute of Physics) под руководством Хельмута Шисселя (Helmut Schiessel), разработала компьютерную модель, назначением которой стала проверка описанной выше гипотезы и поиск способов доказательства ее достоверности. Логической основой для рассматриваемой модели послужили схожие клетки хлебопекарных дрожжей и дрожжей рода Schizosaccharomycetes, содержащих молекулу ДНК с одинаковой последовательностью оснований, но с различными механическими свойствами.

Как продемонстрировал математической анализ модели, молекулы ДНК дрожжей действительно скручиваются (конфигурируются) и приобретают компактный размер под влиянием разных механических воздействий по-разным алгоритмам.

Основной генетический код, содержащийся в ДНК был частично расшифрован еще в 60-х годах прошлого века. С того момента научное сообщество было абсолютно уверено в том, что в ДНК записана лишь информация о белках, которые вырабатываются клетками организма как ответ на внешние события и раздражители. Несмотря на то, что со временем эта концепция была несколько расширена, основные принципы «одноязычного» кодирования в ДНК оставались неизменными.

Вместе с тем, исследования в этом направлении продолжались. В 2013 году группа ученых из Вашингтонского университета (University of Washington, UW) было впервые заявлено о существовании скрытого вторичного кода, самым непосредственным образом определяющего порядок считывания последовательности основных генетических инструкций, содержащихся в ДНК. Результаты исследований, подтвердивших истинность гипотезы были опубликованы на страницах Science.

Ученые пришли к выводу, что информация в генетическом коде записана на двух различных языках. Первый описывает и регламентирует структуру и количество вырабатываемых клетками белков, второй определяет последовательность выполнения инструкций, управляющих считыванием генов. Конструкции второго языка, как отмечали тогда ученые в своей публикации записаны поверх конструкций первого, что и явилось главной причиной того, что находясь «на самом видном месте» он столь длительное время был скрыт от внимания научного сообщества.

Исследуя генетические последовательности, ученые тогда пришли к выводу, что некоторые виды кодонов (до 15% от их общего количества), названные дуонами, могут иметь два значения, одно из которых связано с описанием структуры белков, другое — с принципами управления генами. Более того, эти два значения очень тесно связаны друг с другом, поскольку инструкции генного контроля в некоторых случаях позволяют стабилизировать определенные участки сложнейших белков в момент их производства. И именно дуоны составляют основу конструкций второго языка, с помощью которого в ДНК записан второй слой информации.

«Более 40 лет мы считали, что все изменения в генетическом коде молекул ДНК воздействуют лишь на функции производства белков в клетках» — рассказывает доктор Джон Стаматояннопулос (Dr. John Stamatoyannopoulos), профессор медицины и геномики в Вашингтонском университете, — «Теперь же мы знаем, что, читая генетическую информацию, мы пропускали почти ее половину, что, в свою очередь, искажало общую картину наших знаний. Вооружившись новыми знаниями о наличии дополнительной информации, скоро мы сможем полностью читать все, что записано в ДНК, в самом мощном на сегодняшний день устройстве хранения информации, созданном самой природой».

Знание того факта, что молекулы ДНК содержат одновременно два вида информации, даст возможность ученым более полно узнавать те изменения в белках, которые произойдут в результате мутагенных процессов, затрагивающих структуру ДНК. Точная и полная картина изменений в структуре белков позволит ученым точно и однозначно определить, какие болезни оказываются причинами, а какие следствием таких изменений и выработать новые методы лечения заболеваний, основанные на изменениях той части информации ДНК, которая управляет только функциями генов.

С другой стороны, ученым впервые удалось подтвердить, что генетические мутации, которые, как предполагали ранее, могли влиять только на структуру основного кода генетической последовательности, могут отразиться и на механической структуре ДНК, что, в свою очередь, повлечет за собой изменения в последовательности считывания инструкций по производству белков, изменению типа и количества последних.

Исследование опубликовано в PLOS One

нуклеотидов и оснований — Genetics Generation

Нуклеотиды и основания

Структура нуклеотидов
Предоставлено Национальным научно-исследовательским институтом генома человека

Нуклеотиды

Нуклеотид является основной структурной единицей и строительным блоком для ДНК . Эти строительные блоки соединены вместе, образуя цепочку ДНК. Нуклеотид состоит из 3 частей:

* пятигранный сахар
* фосфатная группа
* азотистое основание (азотсодержащее)

 

Изображение предоставлено Национальным институтом исследования генома человека

 

.

 

Сахарная и фосфатная группы составляют основу двойной спирали ДНК, а основания расположены посередине.Химическая связь между фосфатной группой одного нуклеотида и сахаром соседнего нуклеотида удерживает основу вместе. Химические связи (водородные связи) между основаниями, расположенными напротив друг друга, удерживают вместе две нити двойной спирали.

 

Основания

В ДНК есть четыре типа оснований. Они называются:

* Аденин (А)
* Цитозин (Ц)
* Гуанин (Г)
* Тимин (Т)

Предоставлено Национальным институтом исследования генома человека

Основания — это часть ДНК, которая хранит информацию и дает ДНК возможность кодировать фенотип , видимые черты человека.Аденин и гуанин являются пуриновыми основаниями. Это структуры, состоящие из 5-стороннего и 6-стороннего кольца. Цитозин и тимин представляют собой пиримидины, которые представляют собой структуры, состоящие из одного шестистороннего кольца. Аденин всегда связывается с тимином, тогда как цитозин и гуанин всегда связываются друг с другом. Эта связь называется комплементарной базой. Эти комплементарные основания соединены вместе водородными связями, которые можно легко разорвать, когда ДНК нужно разархивировать и продублировать себя.

 

 

 

 

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ   , чтобы узнать о ДНК
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ , чтобы узнать о полиморфизмах одиночных нуклеотидов
НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ , чтобы узнать о мутациях ДНК

Определение нуклеотидов и примеры — Биологический онлайн-словарь

Нуклеотид
n., множественное число: нуклеотиды
[ˈnjuːklɪəˌtaɪd]
Определение: органическое соединение, состоящее из азотистого основания, сахара и фосфатной группы основной строительный блок нуклеиновой кислоты (например, ДНК и РНК). Нуклеиновая кислота, в свою очередь, является одной из основных групп биомолекул (остальные — это углеводы, белки и аминокислоты). Нуклеиновые кислоты участвуют в сохранении, репликации и выражении наследственной информации.Нуклеотиды также обеспечивают химическую энергию в форме их нуклеозидтрифосфатов. Кроме того, они участвуют в клеточной передаче сигналов и образуют вторичный мессенджер в клеточных процессах.

Нуклеотид (биологическое определение): основной строительный блок нуклеиновой кислоты; органическое соединение, состоящее из азотистого основания, сахара и фосфатной группы. Этимология: « nucleo «- («ядро») +- ide (химический суффикс).

---

Почему нити ДНК не выходят из ядра для использования в качестве матрицы для синтеза белка в рибосомах? Присоединяйтесь к нам на нашем форуме: что делает мРНК в синтезе белка? Скажи нам что ты думаешь!

---

Характеристики нуклеотидов

Нуклеотид представляет собой органическое соединение, состоящее из трех субъединиц: азотистого основания, пятиуглеродного сахара и фосфатной группы. Сахарный компонент может представлять собой либо рибозу , либо дезоксирибозу . Рибоза является сахарным компонентом нуклеотидов, из которых состоит РНК. Сахар дезоксирибоза является сахарным компонентом ДНК. Каждая фосфатная группа соединяет сахарные кольца двух соседних нуклеотидных мономеров. Фосфатные группы и остатки сахара образуют основу нуклеиновой кислоты.

Схематическая диаграмма структуры ДНК. Предоставлено: Zephyris, CC BY-SA 3.0

В ДНК две нити ориентированы в противоположных направлениях.Это должно позволить комплементарное спаривание оснований между составляющими азотистых оснований. Помимо длинной цепи нуклеиновых кислот, нуклеотиды также встречаются в циклических формах. Циклические нуклеотиды образуются, когда фосфатная группа дважды связана с сахарным фрагментом, особенно с двумя гидроксильными группами составляющего сахара.

Помимо роли нуклеотидов как субъединиц нуклеиновых кислот, они также являются переносчиками энергии. Они несут химическую энергию, которую клетка использует для подпитки различных видов клеточной деятельности. Аденозинтрифосфат (АТФ) на сегодняшний день является наиболее широко используемым.

 

Нуклеозиды и нуклеотиды

Нуклеотиды не следует путать с нуклеозидами, которые также представляют собой 5-углеродный сахар с азотистым основанием. Нуклеозиды не имеют фосфатной группы. Когда нуклеозид связан с фосфатной группой, он дает нуклеотид. (Ссылка 1). Таким образом, нуклеотид также обозначается как нуклеозидмонофосфат (если только с одной фосфатной группой), нуклеозиддифосфат (с двумя фосфатными группами) или нуклеозидтрифосфат (когда с тремя фосфатными группами) .

В зависимости от компонента сахара пентозы нуклеозид может быть рибонуклеозидом или дезоксирибонуклеозидом . Рибонуклеозид представляет собой нуклеозид с рибозой (сахарсодержащий компонент). В зависимости от нуклеотидного компонента рибонуклеозид может представлять собой аденозин , гуанозин , цитидин , уридин или 5-метилуридин . Дезоксирибонуклеозид представляет собой нуклеозид с дезоксирибозой. Аналогичным образом, в зависимости от нуклеотидного компонента дезоксирибонуклеозид может представлять собой дезоксиаденозин , дезоксигуанозин , дезоксицитидин , дезокситимидин или дезоксиуридин .

Кроме того, в зависимости от компонента азотистого основания, нуклеозиды могут быть сгруппированы либо в пуриновые с двойным кольцом, либо в пиримидиновые с одним кольцом.

Классификация нуклеотидов

Основные нуклеотиды делятся на пурины и пиримидины в зависимости от структуры азотистого основания. К пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин, а к пиримидиновым основаниям относятся тимин, цитозин и урацил. В РНК урацил заменяет тимин (тимин образуется путем присоединения метила к урацилу).(Ссылка 2)

Нуклеиновые основания, составляющие нуклеиновую кислоту, используются для отличия ДНК от молекул РНК. В ДНК пары тимина комплементарны аденину, тогда как в РНК урацил соответствует аденину. Пары азотистых оснований C-G и A-T (или A-U в РНК) называются комплементами оснований .

Типы

Типы

Примеры нуклеотидов только с одной фосфатной группой:

Нуклеотиды с двумя фосфатными группами:

• Аденозин Дифосфат (ADP)
• Guanosine Diphosphate (ВВП)
• Cytidine Diphosphate (CDP)
• Diphosphate )
• дезоксиаденозин дифосфат (DADP)
• дезоксигуанозин дифосфат (dGDP)
• дезоксицитидин дифосфат (DCDP)
• (дезокси) тимидина дифосфат (DTDP)

Нуклеотиды с тремя фосфатными группами:

---

последовательность Нуклеотиды ДНК в ядре используются в качестве матрицы для синтеза мРНК. Узнайте больше здесь:  Какую роль играет мРНК в синтезе белка? Присоединяйтесь к нашему форуму прямо сейчас!

---

 

 

Путь синтеза De Novo

Нуклеотиды продуцируются естественным путем путем синтеза de novo или путем утилизации. (Ссылка 4) У людей путь синтеза фундаментальных нуклеотидов de novo происходит в основном в печени. В биосинтезе пиримидина кольцо формируется в результате ряда стадий, которые начинаются с образования карбамоилфосфата.(Ссылка 1) Во-первых, карбамоилфосфат производится в результате биохимической реакции, в которой участвуют бикарбонат, глютамин, АТФ (для фосфорилирования) и молекула воды. Ферментом, катализирующим реакцию, является карбамоилфосфатсинтетаза II, находящаяся в цитозоле. Затем карбамоилфосфат превращается в карбамоиласпартат под действием фермента аспартатранскарбамилазы. Затем кольцо замыкается посредством внутримолекулярной конденсации, превращая карбамоилфосфат в дигидрооротат под действием фермента дигидрооротазы.Наконец, дигидрооротат окисляется дигидрооротатдегидрогеназой (интегральный мембранный белок во внутренней митохондриальной мембране) с превращением в оротат. После образования пиримидинового кольца 5-фосфо-α-D-рибозил-1-пирофосфат (PRPP), фосфат рибозы, реагирует с оротатом с образованием оротидин-5-монофосфата (OMP). Затем OMP декарбоксилируется ферментом OMP-декарбоксилазой с образованием уридинмонофосфата (UMP). В конце концов, дифосфат уридина (УДФ) и трифосфат уридина (УТФ) продуцируются биосинтетическим путем с помощью киназ и дефосфорилирования АТФ.UTP может быть преобразован в цитидинтрифосфат (CTP) путем аминирования UTP с помощью фермента CTP-синтетазы. (Ссылка 5)

В биосинтезе пуринов пурины могут происходить из нуклеотида инозинмонофосфата (ИМФ). ИМФ, в свою очередь, производится из ранее существовавшего рибозофосфата, который образуется в основном из аминокислот глицина, глутамина и аспарагиновой кислоты. Рибозо-5-фосфат реагирует с АТФ с образованием 5-фосфорибозил-1-пирофосфата (PRPP). PRRP играет роль в синтезе как пуринов, так и пиримидинов; он также участвует в процессах образования и спасения НАД и НАДФ.PRRP, тем не менее, становится связанным с биосинтезом пуринов, когда PRRP превращается в 5-фосфорибозиламин (путем замены пирофосфата PRRP на амидную группу глутамина). (Ссылка 6). Затем ИМФ превращается либо в аденозинмонофосфат (АМФ), либо в гуанозинмонофосфат (ГМФ).

Схематическая диаграмма репликации ДНК

---

Где синтезируется мРНК? Наш эксперт дает ответ. Прочтите их здесь: Что делает мРНК в синтезе белка? и больше! Присоединяйтесь к нам на нашем форуме.

---

Разложение

Пурины гуанин и аденин могут быть разложены следующим образом:

Что касается GMP, соединение сначала гидролизуется и превращается в гуанозин. Последний затем расщепляется до свободного гуанина. (Ref. 7)

• Гуанин (через Guanase ) »ксантин (через ксантин Оксидаза )» Ученая кислота

4 аденозин »» INOSINE (через пуриновой нуклеозид фосфорилазы ) »Гипоксантин (через ксантин оксидаза ) » ксантин (через ксантиноксидазу ) » мочевая кислота

В результате распада пуринов образуется мочевая кислота.У людей мочевая кислота высвобождается из печени и других источников ткани в кровоток, через который она достигает почек. Затем он выводится из организма с мочой.

Пурины после катаболизма могут быть утилизированы и повторно использованы следующим образом: (Ссылка 6) фермент гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза (HGPRT), образуя гуанилат или IMP

Пиримидины, которые разлагаются, могут быть рециркулированы путем утилизации .(Ссылка 1) Нуклеобазы извлекаются для повторного использования после деградации РНК и ДНК. Пути спасения пиримидинов следующие:

• Цитозин превращается в урацил путем дезаминирования. Уридинфосфорилазой урацил превращается в уридин путем взаимодействия с рибозо-1-фосфатом. Под действием фермента нуклеозидкиназы уридин превращается в уридинмонофосфат (УМФ).
• Тимин превращается в тимидин при взаимодействии с дезоксирибозо-1-фосфатом и ферментом тимидинфосфорилазой .Затем тимидин превращается в тимидинмонофосфат с помощью фермента нуклеозидкиназы . Тимидинкиназа, в частности, представляет собой фермент пути спасения пиримидина, который катализирует фосфорилирование тимидина до тимидинмонофосфата. (Ref.8)

Биологические функции нуклеотидов

Помимо того, что они служат предшественниками нуклеиновых кислот, нуклеотиды также служат важными кофакторами в клеточной передаче сигналов и метаболизме. Эти кофакторы включают КоА, флавинадениндинуклеотид (ФАД), флавинмононуклеотид, аденозинтрифосфат (АТФ) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).Нуклеозидтрифосфаты, в частности, несут пакеты химической энергии, которые используются во многих клеточных действиях, требующих энергии, например. синтез аминокислот, синтез белка, деление клеток, внутренние и межклеточные движения и т. д.

 

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест, чтобы проверить, что вы уже узнали о нуклеотидах.

Следующий

1.1: Азотистые основания, нуклеозиды и нуклеотиды

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

1. Обзор структуры нуклеотидов
2. Именование нуклеооснований, нуклеозидов и нуклеотидов

Играйте с молекулой аденина выше, вы можете вращать ее и увеличивать и уменьшать масштаб!

Обзор структуры нуклеотидов

Вспомните некоторые основные структурные особенности нуклеотидных строительных блоков ДНК. Нуклеотид состоит из азотистого основания, дезоксирибозы (пятиуглеродного сахара) и по крайней мере одной фосфатной группы. Азотистые основания представляют собой пурины, такие как аденин (А) и гуанин (G), или пиримидины, такие как цитозин (С), тимин (Т) и урацил (У).

Рисунок 1 .

Каждый нуклеотид состоит из сахара (рибоза для нуклеотидов в РНК, дезоксирибоза для нуклеотидов в ДНК), фосфатной группы и азотистого основания.Пурины имеют структуру двойного кольца с шестичленным кольцом, слитым с пятичленным кольцом. Пиримидины меньше по размеру и имеют одинарную шестичленную кольцевую структуру. Атомы углерода пятиуглеродного сахара пронумерованы 1′, 2′, 3′, 4′ и 5′ (1′ читается как «один штрих»).

Именование нуклеооснований, нуклеозидов и нуклеотидов

Нуклеиновая кислота	Основание (нуклеооснование)	Нуклеозид	Нуклеотид (Данный для нуклеозид-5′-монофосфата)
РНК	Аденин (А)	Аденозин	Аденозин-5′-монофосфат или аденилат (AMP)
	Цитозин (С)	Цитидин	Цитидин-5′-монофосфат или цитидилат (CMP)
	Гуанин (G)	Гуанозин	Гуанозин-5′-монофосфат или гуанилат (GMP)
	Урацил (У)	Уридин	Уридин-5′-монофосфат или уридилат (UMP)
Нуклеиновая кислота	Основание (нуклеооснование)	Нуклеозид	Нуклеотид (Данный для дезоксинуклеозид-5′-монофосфата)
ДНК	Аденин (А)	Дезоксиаденозин	Дезоксиаденозин-5′-монофосфат или дезоксиаденилат (dAMP)
	Цитозин (С)	Дезоксицитидин	Дезоксицитидин-5′-монофосфат или дезоксицитидилат (dCMP)
	Гуанин (G)	Дезоксигуанозин	Дезоксигуанозин-5′-монофосфат или дезоксигуанилат (dGMP)
	Тимин (Т)	Дезокситимидин	Дезокситимидин-5′-монофосфат или тимидилат (дТМФ) [Поскольку рибонуклеотидная версия настолько редка, люди часто называют дезокситимидин просто тимидином, а дезокситимидилат просто тимидилатом]

Понимание нуклеотидов — Биология средней школы

Если вы считаете, что контент, доступный с помощью Веб-сайта (как это определено в наших Условиях обслуживания), нарушает одно или более ваших авторских прав, пожалуйста, сообщите нам, предоставив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее в информацию, описанную ниже, назначенному агенту, указанному ниже. Если университетские наставники примут меры в ответ на ан Уведомление о нарушении, он предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, предоставившей такой контент средства самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении может быть направлено стороне, предоставившей контент, или третьим лицам, таким как в виде ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно искажать информацию о том, что продукт или деятельность нарушают ваши авторские права.Таким образом, если вы не уверены, что содержимое находится на Веб-сайте или на который ссылается Веб-сайт, нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к адвокату.

Чтобы подать уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись владельца авторских прав или лица, уполномоченного действовать от его имени; Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены; Описание характера и точного местонахождения контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права, в \ достаточно подробно, чтобы преподаватели университета могли найти и точно идентифицировать этот контент; например, мы требуем а ссылку на конкретный вопрос (а не только название вопроса), который содержит содержание и описание к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба; Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; и Заявление от вас: (а) что вы добросовестно полагаете, что использование контента, который, как вы утверждаете, нарушает ваши авторские права не разрешены законом или владельцем авторских прав или его агентом; б) что все информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство вы либо владельцем авторских прав, либо лицом, уполномоченным действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему назначенному агенту по адресу:

Чарльз Кон Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
Сент-Луис, Миссури 63105

Или заполните форму ниже:

 

ДНК | Биомакромолекулярные структуры

Генетическая информация закодирована в молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Таким образом, ДНК является важным компонентом независимо живущих организмов.Гены — это сегменты ДНК, которые несут генетическую информацию (1).

Некоторые последовательности ДНК не кодируют гены и играют структурную роль (например, в структуре хромосом) или участвуют в регулировании использования генетической информации; например, репрессорные сайты представляют собой последовательности ДНК, которые позволяют связывать репрессор, что останавливает процесс экспрессии гена.

ДНК состоит из двух длинных полимеров (называемых цепями), которые идут в противоположных направлениях и образуют правильную геометрию двойной спирали.Мономеры ДНК называются нуклеотидами. Нуклеотиды состоят из трех компонентов: основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатного остатка. Четыре основания — это аденин (А), цитозин (С), гуанин (G) и тимин (Т). Сахар и фосфат создают основу по обеим сторонам двойной спирали. Основания взаимодействуют через водородные связи с комплементарными основаниями на другой цепи ДНК в спирали.

Именно последовательность этих четырех оснований кодирует генетическую информацию. Взаимодействие между двумя основаниями на противоположных цепях посредством водородных связей называется спариванием оснований.Как показано на рисунке 3, аденин образует пару оснований с тимином, а гуанин образует пару оснований с цитозином. Это наиболее распространенные паттерны спаривания оснований, но возможны и альтернативные паттерны.

Рисунок 3  Химическая структура ДНК; два полимера, состоящие из фосфатно-дезоксирибозных цепей и четырех оснований: A, C, G, T, связанных двумя (AT) или тремя (G-C) водородными связями; две нити идут в противоположных направлениях (изображение из Википедии).

Большая часть ДНК в клетке представлена ​​в так называемой структуре В-ДНК.Однако он также может принимать другие трехмерные структуры (рис. 4). Z-ДНК, обнаруженная в ДНК, связанной с определенными белками, является более редкой структурой. В Z-ДНК основания были химически модифицированы путем метилирования, а нити закручиваются по левосторонней спирали, в направлении, противоположном направлению B-формы. Образование Z-ДНК является важным механизмом модуляции структуры хроматина (2). Структура A-ДНК, которая имеет более широкую правую спираль, встречается только в обезвоженных образцах ДНК, таких как те, которые используются в рентгеновской кристаллографии.

Рисунок 4  Структурные различия между распространенными формами ДНК: A-, B- и Z- (слева направо) (изображение из Википедии).

Что такое нуклеотид? Определение, структура и функции

Если ДНК является строительным материалом жизни, то нуклеотиды являются строительными блоками ДНК. Но что такое нуклеотид? Нуклеотиды — это класс органических соединений, составляющих нуклеиновую кислоту, вещество, определяющее наследственные признаки всех живых организмов. Нуклеотиды являются неотъемлемой частью ДНК, РНК и функций клеток , и они могут служить многим целям в зависимости от их структуры и химических соединений.

Мы рассмотрим определение нуклеотида, различные типы нуклеотидов, что делает каждый тип нуклеотидов уникальным и почему нуклеотиды участвуют почти во всех клеточных процессах.

 

Основные термины нуклеотидов

Прежде чем мы дадим вам определение нуклеотида, вот несколько полезных определений слов, которые мы будем использовать при обсуждении нуклеотидов:

• ДНК: Дезоксирибонуклеиновая кислота, самовоспроизводящийся материал, присутствующий почти во всех живых организмах.ДНК можно найти в каждой клетке вашего тела, и именно она несет всю вашу генетическую информацию. Вы, наверное, слышали, что он имеет форму двойной спирали (так оно и есть!).
• РНК: Рибонуклеиновая кислота, нуклеиновая кислота, присутствующая во всех живых клетках. Его основная функция состоит в том, чтобы нести инструкции от ДНК для синтеза белков. Другими словами, РНК является посредником : генетическая информация течет от ДНК через РНК к белкам.
• Пурины и пиримидины: Основное кристаллическое соединение, образующее водородные связи.Это два основных типа азотистых оснований, которые образуют нуклеотидные основания, обнаруженные в ДНК и РНК.
• Мономер: Молекула, которая может быть связана с другими идентичными молекулами для получения полимера (см. ниже). Помните, что приставка «моно» означает «один».
• Полимер: Вещество, состоящее в основном или полностью из сходных единиц, соединенных вместе. Каждая из этих молекулярных единиц представляет собой мономер (см. выше). Приставка «поли» означает «много».

Итак, что такое нуклеотид? Давайте взглянем!

 

Что такое нуклеотид?

Нуклеотиды представляют собой органические молекулы, которые служат основными структурными единицами (мономерами) для ДНК и РНК, которые, как мы знаем, являются строительными блоками, ответственными за всю жизнь на Земле.

Каждый нуклеотид содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар и по крайней мере одну фосфатную группу . Связавшись вместе, нуклеотиды создают нуклеиновых кислоты , то есть «нити» ДНК.

Нуклеотиды также могут стоять независимо и взаимодействовать с клетками другими способами.

 

Какова структура нуклеотидов?

Мы знаем, что нуклеотиды являются строительными блоками ДНК и РНК, но они также выполняют множество других функций.Чтобы понять, почему и как нуклеотиды выполняют свою чрезвычайно важную работу, давайте сначала рассмотрим, из чего они сделаны и как они становятся нуклеиновыми кислотами.

 

Основания нуклеотидов

Тип нуклеотида определяется его химической основой. Существует пять химических оснований:

• Аденин
• Цитозин
• Гуанин
• Тимин
• Урацил

Основание и количество фосфатного остатка определяют название соединения. Например, адениновый нуклеотид с одной фосфатной группой называется аденозинмонофосфат . «Аденозин» относится к «аденину» или химическому основанию нуклеотида, а «монофосфат» относится к тому факту, что он имеет одну фосфатную группу (помните, что «моно» означает «один»!).

Эти основания обозначаются буквой и представляют собой либо пиримидины, либо пурины.

Аденин (A): Аденин представляет собой пурин с химическим соединением C ₅ H ₅ N ₅ .Нуклеотид на основе аденина называется аденозин . Аденин образован двумя водородными связями, которые помогают стабилизировать структуры нуклеиновых кислот. АТФ (аденозинтрифосфат) также является важной формой энергии, присутствующей в большинстве клеточных функций.

Основание аденина

 

Цитозин (C): Цитозин представляет собой пиримидин с химическим соединением C ₄ H ₅ N ₃ O. Нуклеотид на основе цитозина называется цитозин .Цитозин представляет собой гетероциклическое ароматическое кольцо с двумя присоединенными заместителями. Цитозин соединяется с гуанином с образованием нуклеиновой кислоты, но в качестве свободного нуклеотида может работать как кофермент, помогающий превращать АДФ ( аденозиндифосфат ) в АТФ.

Гуанин (G): Гуанин представляет собой пурин с химическим соединением C ₅ H ₅ N ₅ O. Нуклеотид на основе гуанина называется гуанозин . Гуанин представляет собой конденсированное кольцо с сопряженными двойными связями. Гуанин связывается с цитозином тремя водородными связями, образуя нуклеиновую кислоту в ДНК.

Тимин (T): Тимин представляет собой пиримидин с химическим соединением C ₅ H ₆ N ₂ O ₂ . Нуклеотид на основе тимина называется тимидином . Тимин представляет собой сплавленное кольцо с сопряженными связями. Тимин связывается с аденином с образованием нуклеиновой кислоты; это помогает стабилизировать структуры нуклеиновых кислот.

Урацил (U): Урацил – слабая кислота с химическим соединением C ₄ H ₄ N ₂ O ₂ .Нуклеотид на основе урацила называется уридином . Урацил представляет собой деметилированную форму тимина и заменяет тимин в РНК. Деметилирование — это химический процесс удаления CH ₃ (или метильной группы) из молекулы.

Основания могут соединяться с фосфатами и сахарами в зависимости от того, как они образуются, а служат свободными нуклеотидами , в которых они влияют на функцию клетки (позже мы рассмотрим эту концепцию подробнее). Или эти нуклеотиды могут связываться друг с другом на основе их молекулярной структуры с образованием нуклеиновой кислоты.

 

 

 

Моносахариды пентозы (простые сахара)

Каждый нуклеотид представляет собой молекулу, поэтому, хотя основания чрезвычайно важны для классификации нуклеотидов и их конечной функции, они не могут образовываться без других элементов, из которых состоит молекула.

Одним из таких элементов являются простые пятиуглеводные сахара. Нуклеотид может содержать один из двух сахаров:

• Дезоксирибоза , мономер ДНК, ИЛИ
• Рибоза , мономер РНК

Тот факт, что нуклеотидное основание содержит один из двух типов сахаров, не означает, что оно обязательно будет связываться с другими нуклеотидами с образованием нуклеиновой кислоты.

 

Фосфатные группы

Фосфаты являются химическим производным фосфорной кислоты. Возможно, вы слышали о фосфатах при обсуждении некоторых предметов домашнего обихода — неорганические фосфаты используются в таких вещах, как удобрения и стиральный порошок. Однако встречающиеся в природе фосфаты являются неотъемлемой частью образования нуклеотидов.

Каждый нуклеотид состоит из одной, двух или трех фосфатных групп. Свободные нуклеотиды могут состоять из сахара, основания и одной или двух фосфатных групп; поэтому они известны как монофосфаты (если он имеет одну фосфатную группу) или дифосфаты (если он имеет две группы).

Нуклеотиды, которые соединяются вместе, образуя нуклеиновую кислоту в ДНК и РНК, представляют собой трифосфата (это означает, что они имеют три фосфатные группы) .

Нуклеотиды кодируются сахаром, основанием и количеством фосфатных групп. Например, нуклеотид, называемый dATP, представляет собой дезоксиаденозинтрифосфат , тогда как GMP представляет собой g уанозинмонофосфат .

Если в названии нет буквы «d», это указывает на то, что он сделан из сахара рибозы, а не из сахара дезоксирибозы.

 

Что делают нуклеотиды?

Мы уже рассмотрели определение нуклеотида. Но что именно делают нуклеотиды? Другими словами, какова их цель?

 

ДНК и РНК

Мы знаем, что РНК и ДНК состоят из «цепочек» нуклеиновых кислот и осуществляют генетическое кодирование. РНК и ДНК все время меняются, клетки в них постоянно растут и умирают, как и во всех остальных частях нашего тела.

Нуклеотиды играют важную роль в этом процессе по нескольким ключевым направлениям. Во-первых, они образуют основания для нуклеиновой кислоты. Во-вторых, работая вне нуклеиновой кислоты, они помогают запускать и даже участвуют в функционировании клетки.

Для образования нуклеиновой кислоты два трифосфатных нуклеотида должны соединиться через атомы водорода в процессе, известном как «спаривание оснований». Каждое основание образовано комплементарными нуклеотидами, одним пуриновым и одним пиримидиновым:

• Пурины: Аденин, Гуанин
• Пиримидины: Цитозин, тимин, урацил

С точки зрения наших нуклеиновых оснований, вот трифосфаты, из которых состоит ДНК:

• dATP: Дезоксиаденозинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара дезоксирибозы, аденинового основания и трех фосфатных групп
• dCTP: Дезоксицитидинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара дезоксирибозы, цитозинового основания и трех фосфатных групп
• dTTP: Дезокситимидинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара дезоксирибозы, тиминового основания и трех фосфатных групп

Нуклеотиды, составляющие РНК, следующие:

• АТФ: Аденозинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара рибозы, аденинового основания и трех фосфатных групп
• CTP: Цитидинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара рибозы, цитозинового основания и трех фосфатных групп
• GTP: Гуанозинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара рибозы, основания гуанина и трех фосфатных групп
• UTP: Уридинтрифосфат , нуклеотид, состоящий из сахара рибозы, основания урацила и трех фосфатных групп

Например, dCTP и dGTP, связанные вместе, образуют нуклеиновую кислоту.

 

Молекула аденозиндифосфата

 

Свободные нуклеотиды

Ди- и монофосфатные нуклеотиды не могут образовать нуклеиновую кислоту. Тем не менее, эти нуклеотиды по-прежнему выполняют важные клеточные функции.

Нуклеотиды могут действовать как коферменты . Фермент — это вещество, которое вырабатывается живыми организмами и которое действует как катализатор, вызывающий определенную биохимическую реакцию .Они могут помочь ускорить химические процессы, когда связаны с ферментом.

Функция кофермента зависит от нескольких факторов, в том числе от того, с чем связывается нуклеотид. АТФ, в частности, часто служит коферментом и считается основной валютой энергии в живых клетках. Поскольку АТФ настолько стабилен, он остается в клетке до тех пор, пока не будет готов к использованию, а затем высвобождает энергию, запуская химическую реакцию.

Нуклеотиды также играют важную роль в клеточном метаболизме. Это процесс, происходящий в клетках, при котором клетки деградируют из-за химических реакций в нуклеотидах.

Этот процесс особенно важен для РНК и ДНК, поскольку он постоянно происходит внутри наших клеток, а это означает, что чрезвычайно важно, чтобы он шел правильно. В противном случае это может привести к различным заболеваниям.

Эта реакция запускается в нуклеотиде, и начинается клеточная деградация. Когда это происходит в РНК и ДНК, иногда части нуклеотида могут быть спасены для создания новых нуклеотидов.

 

Заключение: что такое нуклеотид? Как они работают?

Нуклеотиды — это лишь часть сложного мира клеточной биологии. Они играют центральную роль в жизни и структуре ДНК и РНК , и их функция невероятно важна при построении и разрушении клеток.

Наши клетки каждый день тщательно работают вместе, и понимание того, что делает нуклеотид, может помочь нам разобраться в основах наших клеток и в том, как они работают.

 

Что дальше?

Готовитесь к экзамену AP по биологии? Тогда ознакомьтесь с заметками нашего эксперта по биологии AP, а также с полной разбивкой теста.

Изучение биологии? Мы можем помочь ответить на все ваши самые большие вопросы по биологии. Прочитайте о ферментах и ​​их функциях в этом посте и не забудьте взглянуть на наше подробное объяснение клеточной теории и наше обсуждение эндоплазматического ретикулума.

Нуклеотиды: структура и компоненты — видео и расшифровка урока

Начало

Нуклеотиды всегда содержат азотистых оснований , сахаров и одного или нескольких фосфатов .Давайте узнаем о каждой части.

Начнем с азотистого основания . Для краткости называемое основанием , это может быть аденин, тимин, цитозин, гуанин или урацил. Они названы в честь того факта, что они являются основными, а не кислотными, и каждый из них содержит несколько атомов азота. Нуклеотиды могут образовывать пары друг с другом: цитозин всегда сочетается с гуанином, а аденин — с тимином в ДНК или урацилом в РНК.

Следующим основным компонентом нуклеотида является сахар .Существует много видов сахаров, но здесь важны два: рибоза — это сахар, который вы увидите в РНК. Существует версия рибозы, в которой отсутствует атом кислорода, и мы назовем этот сахар дезоксирибозой . Это вид сахара в нуклеотидах ДНК. Помните, что ДНК означает дезоксирибонуклеиновую кислоту.

Последним крупным фрагментом нуклеотида является фосфат . Фосфат представляет собой атом фосфора, связанный с четырьмя атомами кислорода. Связи между фосфатами обладают очень высокой энергией и действуют как форма хранения энергии.Когда связь разрывается, полученная энергия может быть использована для совершения работы.

Типы нуклеотидов

Когда нуклеотиды полимеризуются или соединяются вместе, они образуют нуклеиновую кислоту , такую ​​как ДНК или РНК. Фосфат каждого нуклеотида соединяется с сахаром другого, образуя сахаро-фосфатный остов с азотистыми основаниями, свисающими по бокам.

Нуклеозид представляет собой часть нуклеотида, состоящую из сахара и основания.Таким образом, мы можем говорить о нуклеотиде как о нуклеозиде плюс фосфаты:

• А нуклеозидмонофосфат — это нуклеотид, который включает один фосфат.
• А нуклеозиддифосфат представляет собой нуклеотид, который включает два фосфата.
• А нуклеозидтрифосфат представляет собой нуклеотид, содержащий три фосфата.

Нуклеотиды могут быть циклическими (такими как циклический АМФ), что означает, что вместо одной связи между фосфатом и сахаром фосфат связан с сахаром в двух местах.Представьте, что вы держите обе руки друга: сверху ваши руки и руки вашего друга выглядят как круг.

Функция нуклеотидов

Нуклеотиды выполняют множество функций в клетке. Одной из наиболее известных является их функция в нуклеиновых кислотах; они составляют ДНК, которая хранит информацию. Точно так же они составляют РНК, которые могут нести информацию или могут действовать как ферменты.

При производстве нуклеиновых кислот их необходимо собирать из отдельных строительных блоков. Этими исходными материалами являются нуклеозидтрифосфаты .При добавлении нуклеотида удаляются два фосфата; энергия их связей необходима для выполнения работы по присоединению нового нуклеотида.

Другим известным нуклеозидтрифосфатом является ATP или аденозинтрифосфат . При клеточном дыхании энергия метаболизма пищи используется для присоединения третьего фосфата. Таким образом, энергия сохраняется как батарея до тех пор, пока она не понадобится. Фермент может удалить фосфат и использовать полученную энергию для запуска небольшого действия в клетке.

Некоторые нуклеотиды участвуют в коммуникации внутри клеток, например циклический АМФ, или в качестве кофакторов, помогающих работать ферментам, например коферменту А.