Generalitate
Nucleotidele sunt moleculele organice care alcătuiesc acizii nucleici ADN și ARN.
Acizii nucleici sunt macromolecule biologice de importanță fundamentală pentru supraviețuirea unui organism viu, iar nucleotidele sunt elementele constitutive ale acestora.
Toate nucleotidele au o structură generală care include trei elemente moleculare: o grupare fosfat, o pentoză (adică un zahăr cu 5 carbon) și o bază azotată.
În ADN, pentoza este dezoxiriboză; în ARN, pe de altă parte, este riboză.
Prezența dezoxiribozei în ADN și a ribozei în ARN reprezintă diferența principală între nucleotidele care constituie acești doi acizi nucleici.
A doua diferență importantă se referă la bazele azotate: nucleotidele ADN și ARN au în comun doar 3 din cele 4 baze azotate asociate acestora.
Ce sunt nucleotidele?
Nucleotidele sunt moleculele organice care constituie monomerii acizilor nucleici ADN și ARN.
Conform unei alte definiții, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc acizii nucleici ADN și ARN.
Monomerii chimici și biologici definesc unități moleculare care, fiind dispuse în lanțuri liniare lungi, formează molecule mari (macromolecule), mai bine cunoscute sub numele de polimeri.
Structura generală
Nucleotidele posedă o structură moleculară care include trei elemente:
- O grupare fosfat, care este un derivat al acidului fosforic;
- Un zahăr cu 5 atomi de carbon, adică o pentoză;
- O bază azotată, care este o moleculă heterociclică aromatică.
Pentozele reprezintă elementul central al nucleotidelor, deoarece grupul fosfat și baza azotată se leagă de acesta.
Figura: Elemente care alcătuiesc un nucleotid generic al unui acid nucleic. După cum se poate observa, grupul fosfat și baza de azot se leagă de zahăr.
Legătura chimică care ține împreună pentoză și gruparea fosfat este o legătură fosfodiester (sau legătură fosfodiester), în timp ce legătura chimică care leagă pentoză și baza azotată este o legătură N-glicozidică (sau legătură N-glicozidică).
CARE CARBUNI DE PENTOSO SUNT IMPLICATI ÎN DIFERITE LEGĂTURI?
Premisă: chimiștii s-au gândit să numere carbonii care alcătuiesc moleculele organice, astfel încât să le simplifice studiul și descrierea. Iată, așadar, că cei 5 carboni ai unei pentoze devin: carbonul 1, carbonul 2, carbonul 3, carbonul 4 și carbonul 5. Criteriul de atribuire a numerelor este destul de complex, de aceea considerăm că este oportun să o lăsăm deoparte.
Dintre cei 5 carboni care formează pentozele nucleotidelor, cei implicați în legăturile cu baza azotată și gruparea fosfat sunt, respectiv, carbonul 1 și carbonul 5.
- Pentoză carbon 1 → legătură N-glicozidică → bază azotată
- Pentoză carbon 5 → legătură fosfodiester → grupare fosfat
NUCLEOTIDELE SUNT NUCLEOZIDE CU GRUP DE FOSFAT
Figura: Structura unei pentoze, numerotarea carbonilor și legăturilor sale constitutive cu baza de azot și gruparea fosfat.
Fără elementul grupului fosfat, nucleotidele devin nucleozide.
De fapt, o nucleozidă este o moleculă organică, care derivă din uniunea dintre o pentoză și o bază azotată.
Această adnotare servește pentru a explica unele definiții ale nucleotidelor, care afirmă: „nucleotidele sunt nucleozide care au una sau mai multe grupări fosfat legate de carbonul 5”.
Diferența dintre ADN și ARN
Nucleotidele ADN și ARN diferă unele de altele, din punct de vedere structural.
Principala diferență constă în pentoză: în ADN, pentoză este dezoxiriboză; în ARN, pe de altă parte, este riboză.
Deoxiriboză și riboză sunt diferite pentru un singur atom: de fapt, un atom de oxigen lipsește pe carbonul 2 al dezoxiribozei (NB: c "este doar un hidrogen), care, dimpotrivă, este prezent pe carbonul 2 al ribozei (NB: aici, oxigenul se alătură unui hidrogen, formând o grupare hidroxil (OH).
Numai această diferență are o importanță biologică enormă: ADN-ul este patrimoniul genetic de care depind dezvoltarea și funcționarea adecvată a celulelor unui organism viu; ARN, pe de altă parte, este macromolecula biologică responsabilă în principal de codificare, decodificare, reglare și exprimare a genelor ADN.
Cealaltă diferență importantă dintre nucleotidele ADN și ARN se referă la bazele azotate.
Pentru a înțelege pe deplin această a doua inegalitate, este necesar să facem un mic pas înapoi.
Figura: zaharuri cu 5 carbon care alcătuiesc nucleotidele ARN (riboză) și ADN (dezoxiriboză).
Bazele de azot sunt molecule de natură organică, care, în acizii nucleici, reprezintă elementul distinctiv al diferitelor tipuri de nucleotide constitutive. De fapt, în nucleotidele ADN, precum și în nucleotidele ARN, singurul element variabil este baza azotată.; scheletul grupului zahăr-fosfat rămâne neschimbat.
Atât în ADN, cât și în ARN, bazele azotate posibile sunt 4; prin urmare, tipurile de nucleotide, pentru fiecare acid nucleic, sunt în total 4.
Acestea fiind spuse, revenind la a doua diferență importantă între nucleotidele ADN și ARN, acești doi acizi nucleici au în comun doar 3 din 4 baze azotate. În acest caz, adenina, guanina și citozina sunt cele 3 baze azotate. atât ADN cât și ARN; timina și uracilul, pe de altă parte, sunt a patra bază azotată a ADN-ului și, respectiv, a patra bază a ARN-ului.
Prin urmare, în afară de pentoză, nucleotidele ADN și nucleotidele ARN sunt aceleași pentru 3 din 4 tipuri.
Clase de apartenență la baze azotate
Adenina și guanina aparțin clasei bazelor azotate, cunoscute sub numele de purine. Purinele sunt compuși heterociclici aromatici cu dublu inel.
Timina, citozina și uracilul, pe de altă parte, aparțin clasei bazelor azotate, cunoscute sub numele de pirimidine.Pirimidinele sunt compuși heterociclici aromatici cu un singur inel.
ALTE DENUMIRI A NUCLEOTIDELOR ADN ȘI ARN
Nucleotidele cu zahăr dezoxiriboză, adică nucleotidele ADN, iau denumirea alternativă de dezoxiribonucleotide, tocmai datorită prezenței zahărului menționat anterior.
Din motive similare, nucleotidele cu zahăr riboză, adică nucleotidele ARN, iau denumirea alternativă de ribonucleotide.
- Deoxiribonucleotidă adenină
- Deoxiribonucleotidă de guanină
- Citozina dezoxiribonucleotidică
- Desoxiribonucleotid timină
- Ribonucleotidă adenină
- Ribanucleotidă de guanină
- Citozină Ribonucleotidă
- Ribonucleotidă uracilă
Organizarea în acizi nucleici
În compunerea unui acid nucleic, nucleotidele se organizează în fire lungi, asemănătoare lanțurilor.
Fiecare nucleotidă care formează aceste fire lungi se leagă de următoarea nucleotidă prin intermediul unei legături fosfodiesterice între carbonul 3 al pentozei sale și grupul fosfat al nucleotidei imediat următoare.
EXTREMITĂȚILE
Catenele nucleotidice (sau catenele nucleotidice), care alcătuiesc acizii nucleici, au două capete, cunoscute sub numele de capătul 5 "(citiți" capătul cinci prim ") și capătul 3" (citiți "capătul trei capăt"). Prin convenție, biologii și geneticienii au stabilit că „capătul 5” reprezintă capul unei catene care formează un acid nucleic, în timp ce „capătul 3” reprezintă coada acestuia.
Din punct de vedere chimic, „capătul 5” coincide cu gruparea fosfat a primului nucleotid al lanțului, în timp ce „capătul 3” coincide cu gruparea hidroxil (OH) plasată pe carbonul 3 al ultimului nucleotid.
Pe baza acestei organizații, în cărțile de genetică și biologie moleculară, catenele nucleotidice sunt descrise după cum urmează: P-5 "→ 3" -OH.
* Notă: litera P indică atomul de fosfor al grupului fosfat.
Rolul biologic
Expresia genelor depinde de secvența nucleotidică a ADN-ului. Genele sunt segmente mai mult sau mai puțin lungi de ADN (adică segmente de nucleotide), care conțin informații esențiale pentru sinteza proteinelor. Alcătuite din aminoacizi, proteinele sunt macromolecule biologice, care joacă un rol fundamental în reglarea mecanismelor celulare ale unui organism.
Secvența de nucleotide a unei gene date specifică secvența de aminoacizi a proteinei înrudite.
