Budowa i funkcje nukleotydów oraz kwasów nukleinowych

Budowa i funkcje nukleotydów oraz kwasów nukleinowych

Ważne w temacie

  • Budowa i funkcje nukleotydów
  • Budowa i znaczenie biologiczne kwasów nukleinowych - DNA oraz RNA

Nukleotydy

  • Nukleotydy to związki organiczne o niewielkich cząsteczkach.
  • W komórkach mogą występować w stanie wolnym lub łączyć się ze sobą, tworząc dinukleotydy oraz polinukleotydy - kwasy nukleinowe.

Budowa nukleotydów

  • Nukleotydy są zbudowane z:
    • Węgla (C)
    • Wodoru (H)
    • Tlenu (O)
    • Azotu (N)
    • Fosforu (P)
  • Każdy nukleotyd składa się z:
    • Pięciowęglowego cukru (pentozy) - rybozy lub deoksyrybozy
    • Jednej z pięciu zasad azotowych:
    • Guanina (G)
    • Adenina (A)
    • Cytozyna (C)
    • Tymina (T)
    • Uracyl (U)
    • Od jednej do trzech reszt fosforanowych(V)
  • Budowa nukleotydu:
    • Pięciowęglowy cukier łączy się z zasadą azotową wiązaniem N-glikozydowym, co prowadzi do powstania nukleozydu.
    • Nukleozyd łączy się z resztą fosforanową (V) wiązaniem estrowym, tworząc nukleotyd.

Rodzaje nukleotydów

  • Podział nukleotydów według typu cukru i zasady azotowej:
    • Rybonukleotydy - zawierają rybozę oraz jedną z czterech zasad azotowych (G, A, C, U), np. adenozynotrifosforan (ATP)
    • Deoksyrybonukleotydy - zawierają deoksyrybozę oraz jedną z czterech zasad azotowych (G, A, C, T), np. deoksyadenozynotrifosforan (dATP)
  • W zależności od liczby reszt fosforanowych(V) nukleotydy dzieli się na:
    • Trifosforany
    • Difosforany
    • Monofosforany
  • Nukleotydy mogą przekształcać się w siebie przez przyłączanie lub odłączanie reszt fosforanowych(V).
    • Niektóre z nich tworzą również formy pierścieniowe (cykliczne).

Funkcje nukleotydów w komórkach

  • W komórkach znajduje się pewna ilość wolnych nukleotydów. Pełnią one m.in. funkcje:
    • Nośników energii chemicznej, np. adenozynotrifosforan (ATP)
    • Cząsteczek sygnałowych, np. cykliczny adenozynomonofosforan (cAMP)
  • Nukleotydy są również substratami do syntezy dinukleotydów oraz kwasów nukleinowych.

Dinukleotydy

  • Dinukleotydy to związki zbudowane z dwóch połączonych ze sobą nukleotydów.
  • Funkcje dinukleotydów:
    • Przenośniki elektronów w procesach metabolicznych.
  • Przykłady dinukleotydów:
    • Dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy (NAD) - zbudowany z dwóch nukleotydów, z których jeden zawiera pochodną kwasu nikotynowego (witaminy B3)
    • Fosforan dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego (NADP+) - zawiera dodatkową resztę fosforanową(V)
    • Dinukleotyd flawinoadeninowy (FAD) - składa się z dwóch nukleotydów, z których jeden to pochodna ryboflawiny (witaminy B2).

Kwasy nukleinowe

  • W komórkach występują dwa rodzaje kwasów nukleinowych:
    • Kwas deoksyrybonukleinowy (DNA)
    • Kwas rybonukleinowy (RNA)
  • DNA i RNA są polinukleotydami (polimerami) zbudowanymi z wielu nukleotydów (monomerów).
  • Poszczególne nukleotydy łączą się ze sobą wiązaniami 3',5'-fosfodiestrowymi:
    • Uczestniczy w tym reszta fosforanowa(V), która łączy trzeci atom węgla pentozy jednego nukleotydu z piątym atomem węgla pentozy drugiego nukleotydu.
  • Powstaje w ten sposób polarna nić polinukleotydowa (łańcuch polinukleotydowy), której końce różnią się budową:
    • Końce 5' z resztą fosforanową(V)
    • Końce 3' z grupą hydroksylową pentozy.
  • Sekwencję nukleotydową zapisuje się od końca 5' za pomocą liter oznaczających rodzaje zasad azotowych, np.:
    • 5'-ATCGT-3' (DNA)
    • 5'-AUCGU-3' (RNA)

Budowa DNA

  • Kwas deoksyrybonukleinowy zbudowany z czterech rodzajów deoksyrybonukleotydów różniących się zasadą azotową (A, T, G, C).
  • Zwykle DNA tworzy dwa nici polinukleotydowe skręcone śrubowo wokół wspólnej osi - struktura podwójnej helisy.
  • Helisę utrzymują wiązania wodorowe między zasadami azotowymi obu nici - pary zasad azotowych:
    • Adenina łączy się z tyminą za pomocą dwóch wiązań wodorowych.
    • Guanina łączy się z cytozyną za pomocą trzech wiązań wodorowych.
  • Ilość adeniny równa się ilości tyminy, a ilość cytozyny równa się ilości guaniny (reguła komplementarności).
  • Nici polinukleotydowe są antyrównoległe - koniec 5' jednej nici naprzeciw końca 3' drugiej nici.

Budowa RNA

  • Kwas rybonukleinowy zbudowany z czterech rodzajów rybonukleotydów różniących się zasadą azotową (A, U, G, C).
  • W komórkach występuje wiele rodzajów RNA, różniących się liczbą oraz sekwencją budujących je nukleotydów, a także strukturą przestrzenną i funkcjami.
  • Trzy podstawowe rodzaje RNA:
    • mRNA (informacyjny RNA) - przenosi informację genetyczną z DNA do miejsca syntezy białka.
    • rRNA (rybosomowy RNA) - wchodzi w skład rybosomów, które przeprowadzają syntezę białka.
    • tRNA (transportujący RNA) - transportuje aminokwasy do rybosomów, które są substratami do syntezy białka.
  • Cząsteczki mRNA są jednoniciowe. W cząsteczkach rRNA i tRNA mogą występować fragmenty dwuniciowe.

Funkcje głównych rodzajów RNA

  • mRNA: Przenosi informację genetyczną do syntezy białka.
  • rRNA: Wchodzi w skład rybosomów.
  • tRNA: Transportuje aminokwasy do rybosomów.

Polecenia kontrolne

  1. Podaj dwie funkcje wolnych nukleotydów w komórce.
  2. Oblicz procentową zawartość adeniny w cząsteczce DNA zgodnie z założeniem, że cytozyna stanowi 18% wszystkich zasad azotowych tej cząsteczki.
  3. Podaj sekwencję nukleotydową nici DNA komplementarnej do nici o sekwencji 5'-GCCATCATCCTTACC-3'.
  4. Wyjaśnij, dlaczego DNA ulega powieleniu przed każdym podziałem komórki.
  5. Wymień trzy różnice między DNA a RNA.