Algemeenheid
Nucleotiden zijn de organische moleculen waaruit de DNA- en RNA-nucleïnezuren bestaan.
Nucleïnezuren zijn biologische macromoleculen die van fundamenteel belang zijn voor het voortbestaan van een levend organisme, en nucleotiden zijn de bouwstenen ervan.
Alle nucleotiden hebben een algemene structuur die drie moleculaire elementen omvat: een fosfaatgroep, een pentose (d.w.z. een suiker met 5 koolstofatomen) en een stikstofbase.
In DNA is pentose deoxyribose; in het RNA daarentegen is het ribose.
De aanwezigheid van deoxyribose in DNA en ribose in RNA vertegenwoordigt het belangrijkste verschil tussen de nucleotiden die deze twee nucleïnezuren vormen.
Het tweede belangrijke verschil betreft de stikstofbasen: de nucleotiden van DNA en RNA hebben slechts 3 van de 4 bijbehorende stikstofbasen gemeen.
Wat zijn nucleotiden?
Nucleotiden zijn de organische moleculen die de monomeren vormen van DNA- en RNA-nucleïnezuren.
Volgens een andere definitie zijn nucleotiden de moleculaire eenheden waaruit de nucleïnezuren DNA en RNA bestaan.
Chemische en biologische monomeren definiëren moleculaire eenheden die, gerangschikt in lange lineaire ketens, grote moleculen (macromoleculen) vormen, beter bekend als polymeren.
Algemene structuur
Nucleotiden hebben een moleculaire structuur die drie elementen omvat:
- Een fosfaatgroep, een derivaat van fosforzuur;
- Een suiker met 5 koolstofatomen, dat wil zeggen een pentose;
- Een stikstofhoudende base, een aromatisch heterocyclisch molecuul.
De pentose vertegenwoordigt het centrale element van de nucleotiden, aangezien de fosfaatgroep en de stikstofbase eraan binden.
Figuur: Elementen waaruit een generiek nucleotide van een nucleïnezuur bestaat. Zoals te zien is, binden de fosfaatgroep en de stikstofbase aan de suiker.
De chemische binding die de pentose en de fosfaatgroep bij elkaar houdt, is een fosfodiesterbinding (of fosfodiesterbinding), terwijl de chemische binding die de pentose en de stikstofbase bindt een N-glycosidische binding (of N-glycosidische binding) is.
WELKE KOLEN VAN DE PENTOSO ZIJN BIJ DE VERSCHILLENDE VERBINDINGEN BETROKKEN?
Stelling: scheikundigen hebben gedacht aan het nummeren van de koolstoffen waaruit de organische moleculen bestaan, om hun studie en beschrijving te vereenvoudigen. Hier worden dan de 5 koolstofatomen van een pentose: koolstof 1, koolstof 2, koolstof 3, koolstof 4 en koolstof 5. Het criterium voor het toekennen van de getallen is vrij complex, daarom achten we het passend om het weg te laten.
Van de 5 koolstoffen die de pentose van de nucleotiden vormen, zijn die betrokken bij de bindingen met de stikstofbase en de fosfaatgroep respectievelijk koolstof 1 en koolstof 5.
- Pentose koolstof 1 → N-glycosidebinding → stikstofbase
- Pentose koolstof 5 → fosfodiesterbinding → fosfaatgroep
NUCLEOSIDEN ZIJN NUCLEOSIDEN MET EEN FOSFAATGROEP
Figuur: Structuur van een pentose, nummering van de samenstellende koolstoffen en bindingen met stikstofbase en fosfaatgroep.
Zonder het fosfaatgroepelement worden nucleotiden nucleosiden.
Een nucleoside is in feite een organisch molecuul, afgeleid van de vereniging tussen een pentose en een stikstofbase.
Deze annotatie dient om enkele definities van nucleotiden uit te leggen, die stellen: "nucleotiden zijn nucleosiden met een of meer fosfaatgroepen gebonden aan koolstof 5".
Verschil tussen DNA en RNA
De nucleotiden van DNA en RNA verschillen structureel van elkaar.
Het belangrijkste verschil zit in de pentose: in DNA is de pentose deoxyribose; in het RNA daarentegen is het ribose.
Deoxyribose en ribose verschillen slechts voor één atoom: in feite ontbreekt een zuurstofatoom op koolstof 2 van deoxyribose (NB: c "is alleen een waterstof), die daarentegen aanwezig is op koolstof 2 van ribose (NB: hier voegt zuurstof zich bij een waterstof, waardoor een hydroxylgroep (OH) wordt gevormd.
Dit verschil alleen al heeft een enorm biologisch belang: DNA is het genetisch erfgoed waarvan de ontwikkeling en het adequaat functioneren van de cellen van een levend organisme afhangt; RNA daarentegen is het biologische macromolecuul dat voornamelijk verantwoordelijk is voor het coderen, decoderen, reguleren en tot expressie brengen van DNA-genen.
Het andere belangrijke verschil tussen DNA- en RNA-nucleotiden betreft de stikstofbasen.
Om deze tweede ongelijkheid volledig te begrijpen, is het nodig een klein stapje terug te doen.
Figuur: 5-koolstofsuikers die de nucleotiden van RNA (ribose) en DNA (deoxyribose) vormen.
Stikstofbasen zijn moleculen van organische aard, die in nucleïnezuren het onderscheidende element vertegenwoordigen van de verschillende soorten samenstellende nucleotiden. In feite is zowel in DNA-nucleotiden als in RNA-nucleotiden het enige variabele element de stikstofhoudende base. suikerfosfaatgroepskelet blijft ongewijzigd.
Zowel in het DNA als in het RNA zijn de mogelijke stikstofbasen 4; daarom zijn de soorten nucleotiden, voor elk nucleïnezuur, in alle 4.
Dat gezegd hebbende, terugkomend op het tweede belangrijke verschil tussen de nucleotiden van DNA en RNA, deze twee nucleïnezuren hebben slechts 3 van de 4 stikstofbasen gemeen.In dit geval zijn adenine, guanine en cytosine de 3 stikstofbasen die aanwezig zijn in zowel DNA als RNA; thymine en uracil daarentegen zijn respectievelijk de vierde stikstofbase van DNA en de vierde base van RNA.
Daarom zijn, afgezien van de pentose, de DNA-nucleotiden en RNA-nucleotiden hetzelfde voor 3 van de 4 typen.
Lidmaatschapsklassen van stikstofbasen
Adenine en guanine behoren tot de klasse van stikstofbasen, bekend als purines. Purines zijn aromatische heterocyclische verbindingen met dubbele ring.
Thymine, cytosine en uracil daarentegen behoren tot de klasse van stikstofbasen, bekend als pyrimidinen.Pyrimidinen zijn aromatische heterocyclische verbindingen met een enkele ring.
ANDERE NAAM VAN DNA- EN RNA-NUCLEOTIDEN
De nucleotiden met deoxyribosesuiker, oftewel de DNA-nucleotiden, nemen de alternatieve naam deoxyribonucleotiden aan, juist vanwege de aanwezigheid van de eerder genoemde suiker.
Om soortgelijke redenen nemen de nucleotiden met de suikerribose, dat wil zeggen de nucleotiden van het RNA, de alternatieve naam ribonucleotiden aan.
- Deoxyribonucleotide adenine
- Guanine deoxyribonucleotide
- Deoxyribonucleotide cytosine
- Deoxyribonucleotide thymine
- Ribonucleotide adenine
- Guanine ribonucleotide
- Cytosine Ribonucleotide
- Uracil ribonucleotide
Organisatie in nucleïnezuren
Bij het samenstellen van een nucleïnezuur organiseren de nucleotiden zichzelf in lange strengen, vergelijkbaar met ketens.
Elk nucleotide dat deze lange strengen vormt, bindt aan het volgende nucleotide door middel van een fosfodiesterbinding tussen de koolstof 3 van zijn pentose en de fosfaatgroep van het onmiddellijk volgende nucleotide.
DE UITERST
De nucleotidestrengen (of nucleotidestrengen), waaruit nucleïnezuren bestaan, hebben twee uiteinden, bekend als het 5 "uiteinde (lees" vijfpunts priemgetal ") en 3" uiteinde (lees "drie-uiteinde prime"). Volgens afspraak hebben biologen en genetici vastgesteld dat "eind 5" de kop van een streng voorstelt die een nucleïnezuur vormt, terwijl "eind 3" de staart voorstelt.
Vanuit chemisch oogpunt valt het "5-uiteinde" samen met de fosfaatgroep van het eerste nucleotide van de keten, terwijl het "3-uiteinde" samenvalt met de hydroxylgroep (OH) geplaatst op koolstof 3 van het laatste nucleotide.
Het is op basis van deze organisatie dat in de boeken over genetica en moleculaire biologie de nucleotidestrengen als volgt worden beschreven: P-5 "→ 3" -OH.
* Let op: de letter P geeft het fosforatoom van de fosfaatgroep aan.
biologische rol
De expressie van genen hangt af van de DNA-nucleotidesequentie Genen zijn min of meer lange segmenten van DNA (dwz segmenten van nucleotiden), die de informatie bevatten die essentieel is voor de synthese van eiwitten Eiwitten zijn opgebouwd uit aminozuren en zijn biologische macromoleculen die spelen een fundamentele rol bij het reguleren van de cellulaire mechanismen van een organisme.
De nucleotidesequentie van een bepaald gen specificeert de aminozuursequentie van het verwante eiwit.
