Allgemeinheit
Nukleotide sind die organischen Moleküle, aus denen die DNA- und RNA-Nukleinsäuren bestehen.
Nukleinsäuren sind biologische Makromoleküle von grundlegender Bedeutung für das Überleben eines lebenden Organismus, und Nukleotide sind deren Bausteine.
Alle Nukleotide haben eine allgemeine Struktur, die drei molekulare Elemente umfasst: eine Phosphatgruppe, eine Pentose (d. h. ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen) und eine stickstoffhaltige Base.
In der DNA ist Pentose Desoxyribose; in der RNA ist es dagegen Ribose.
Die Anwesenheit von Desoxyribose in DNA und Ribose in RNA stellt den Hauptunterschied zwischen den Nukleotiden dar, die diese beiden Nukleinsäuren bilden.
Der zweite wichtige Unterschied betrifft die Stickstoffbasen: Die Nukleotide von DNA und RNA haben nur 3 der 4 mit ihnen assoziierten Stickstoffbasen gemeinsam.
Was sind Nukleotide?
Nukleotide sind die organischen Moleküle, die die Monomere von DNA- und RNA-Nukleinsäuren bilden.
Nach einer anderen Definition sind Nukleotide die molekularen Einheiten, aus denen die Nukleinsäuren DNA und RNA bestehen.
Chemische und biologische Monomere definieren molekulare Einheiten, die in langen linearen Ketten angeordnet große Moleküle (Makromoleküle), besser bekannt als Polymere, bilden.
Allgemeine Struktur
Nukleotide besitzen eine molekulare Struktur, die drei Elemente umfasst:
- Eine Phosphatgruppe, die ein Derivat von Phosphorsäure ist;
- Ein Zucker mit 5 Kohlenstoffatomen, dh eine Pentose;
- Eine stickstoffhaltige Base, die ein aromatisches heterozyklisches Molekül ist.
Die Pentose stellt das zentrale Element der Nukleotide dar, da an sie die Phosphatgruppe und die stickstoffhaltige Base binden.
Abbildung: Elemente, die ein generisches Nukleotid einer Nukleinsäure bilden. Wie zu sehen ist, binden die Phosphatgruppe und die Stickstoffbase an den Zucker.
Die chemische Bindung, die die Pentose- und die Phosphatgruppe zusammenhält, ist eine Phosphodiesterbindung (oder Phosphodiesterbindung), während die chemische Bindung, die die Pentose und die stickstoffhaltige Base bindet, eine N-glykosidische Bindung (oder N-glykosidische Bindung) ist.
WELCHE KOHLEN DES PENTOSO SIND AN DEN VERSCHIEDENEN LINKS BETEILIGT?
Prämisse: Chemiker haben daran gedacht, die Kohlenstoffe, aus denen die organischen Moleküle bestehen, zu nummerieren, um ihre Untersuchung und Beschreibung zu vereinfachen. Hier also, dass die 5 Kohlenstoffe einer Pentose zu Kohlenstoff 1, Kohlenstoff 2, Kohlenstoff 3, Kohlenstoff 4 und Kohlenstoff 5 werden.
Von den 5 Kohlenstoffatomen, die die Pentose der Nukleotide bilden, sind diejenigen, die an den Bindungen mit der stickstoffhaltigen Base und der Phosphatgruppe beteiligt sind, Kohlenstoff 1 bzw. Kohlenstoff 5.
- Pentose-Kohlenstoff 1 → N-glycosidische Bindung → Stickstoffbase
- Pentosekohlenstoff 5 → Phosphodiesterbindung → Phosphatgruppe
NUKLEOTIDE SIND NUKLEOSIDE MIT EINER PHOSPHATGRUPPE
Abbildung: Struktur einer Pentose, Nummerierung ihrer Kohlenstoffbestandteile und Bindungen mit Stickstoffbase und Phosphatgruppe.
Ohne das Phosphatgruppenelement werden Nukleotide zu Nukleosiden.
Ein Nukleosid ist in der Tat ein organisches Molekül, das aus der Verbindung zwischen einer Pentose und einer stickstoffhaltigen Base entsteht.
Diese Anmerkung dient zur Erläuterung einiger Definitionen von Nukleotiden, die lauten: "Nukleotide sind Nukleoside, die eine oder mehrere Phosphatgruppen an Kohlenstoff 5 gebunden haben".
Unterschied zwischen DNA und RNA
Die Nukleotide von DNA und RNA unterscheiden sich strukturell voneinander.
Der Hauptunterschied liegt in der Pentose: In der DNA ist die Pentose Desoxyribose; in der RNA ist es dagegen Ribose.
Desoxyribose und Ribose unterscheiden sich nur an einem Atom: Tatsächlich fehlt am Kohlenstoff 2 der Desoxyribose ein Sauerstoffatom (Hinweis: c "ist nur ein Wasserstoff), das im Gegenteil am Kohlenstoff 2 der Ribose vorhanden ist (Hinweis: hier verbindet sich Sauerstoff mit Wasserstoff und bildet eine Hydroxylgruppe (OH).
Allein dieser Unterschied hat eine enorme biologische Bedeutung: DNA ist das genetische Erbe, von dem die Entwicklung und das adäquate Funktionieren der Zellen eines lebenden Organismus abhängen; RNA hingegen ist das biologische Makromolekül, das hauptsächlich für die Kodierung, Dekodierung, Regulierung und Expression von DNA-Genen verantwortlich ist.
Der andere wichtige Unterschied zwischen DNA- und RNA-Nukleotiden betrifft die stickstoffhaltigen Basen.
Um diese zweite Ungleichung vollständig zu verstehen, ist es notwendig, einen kleinen Schritt zurück zu gehen.
Abbildung: 5-Kohlenstoff-Zucker, aus denen die Nukleotide von RNA (Ribose) und DNA (Desoxyribose) bestehen.
Stickstoffbasen sind Moleküle organischer Natur, die in Nukleinsäuren das charakteristische Element der verschiedenen Arten von konstituierenden Nukleotiden darstellen. Tatsächlich ist sowohl in DNA-Nukleotiden als auch in RNA-Nukleotiden das einzige variable Element die stickstoffhaltige Base Das Skelett der Zucker-Phosphat-Gruppe bleibt unverändert.
Sowohl in der DNA als auch in der RNA sind die möglichen stickstoffhaltigen Basen 4; daher sind die Nukleotidtypen für jede Nukleinsäure in allen 4.
Um auf den zweiten wichtigen Unterschied zwischen den Nukleotiden von DNA und RNA zurückzukommen, haben diese beiden Nukleinsäuren nur 3 von 4 Stickstoffbasen gemeinsam, in diesem Fall sind Adenin, Guanin und Cytosin die 3 Stickstoffbasen sowohl DNA als auch RNA, Thymin und Uracil andererseits sind die vierte stickstoffhaltige Base der DNA bzw. die vierte Base der RNA.
Daher sind, abgesehen von der Pentose, die DNA-Nukleotide und RNA-Nukleotide bei 3 von 4 Typen gleich.
Zugehörigkeitsklassen stickstoffhaltiger Basen
Adenin und Guanin gehören zur Klasse der stickstoffhaltigen Basen, die als Purine bekannt sind. Purine sind aromatische heterocyclische Doppelringverbindungen.
Thymin, Cytosin und Uracil hingegen gehören zur Klasse der stickstoffhaltigen Basen, den sogenannten Pyrimidinen Pyrimidine sind einringige aromatische Heterocyclen.
ANDERE BEZEICHNUNG VON DNA- UND RNA-NUKLEOTIDEN
Die Nukleotide mit Desoxyribose-Zucker, also die DNA-Nukleotide, nehmen gerade wegen der Anwesenheit des vorgenannten Zuckers die alternative Bezeichnung Desoxyribonukleotide an.
Aus ähnlichen Gründen nehmen die Nukleotide mit der Zuckerribose, also die Nukleotide der RNA, die alternative Bezeichnung Ribonukleotide an.
- Desoxyribonukleotid-Adenin
- Guanin-Desoxyribonukleotid
- Desoxyribonukleotid-Cytosin
- Desoxyribonukleotid Thymin
- Ribonukleotid-Adenin
- Guanin-Ribonukleotid
- Cytosin-Ribonukleotid
- Uracil-Ribonukleotid
Organisation in Nukleinsäuren
Beim Aufbau einer Nukleinsäure organisieren sich die Nukleotide in lange Stränge, ähnlich wie Ketten.
Jedes Nukleotid, das diese langen Stränge bildet, bindet an das nächste Nukleotid mittels einer Phosphodiesterbindung zwischen dem Kohlenstoff 3 seiner Pentose und der Phosphatgruppe des unmittelbar folgenden Nukleotids.
DIE EXTREMITIEN
Die Nukleotidstränge (oder Nukleotidstränge), die Nukleinsäuren bilden, haben zwei Enden, bekannt als das 5"-Ende (lesen Sie "Fünf-Ende-Prime") und das 3"-Ende (lesen Sie "Three-End-Prime"). Per Konvention haben Biologen und Genetiker festgestellt, dass "Ende 5" den Kopf eines Strangs darstellt, der eine Nukleinsäure bildet, während "Ende 3" seinen Schwanz darstellt.
Aus chemischer Sicht fällt das "5-Ende" mit der Phosphatgruppe des ersten Nukleotids der Kette zusammen, während das "3-Ende" mit der Hydroxylgruppe (OH) am Kohlenstoff 3 des letzten Nukleotids übereinstimmt.
Auf der Grundlage dieser Organisation werden in den Büchern über Genetik und Molekularbiologie die Nukleotidstränge wie folgt beschrieben: P-5 "→ 3" -OH.
* Hinweis: Der Buchstabe P bezeichnet das Phosphoratom der Phosphatgruppe.
Biologische Rolle
Die Expression von Genen hängt von der DNA-Nukleotidsequenz ab. Gene sind mehr oder weniger lange Abschnitte der DNA (dh Abschnitte von Nukleotiden), die die für die Proteinsynthese essentiellen Informationen enthalten. Proteine sind aus Aminosäuren aufgebaute biologische Makromoleküle, die spielen eine grundlegende Rolle bei der Regulierung der zellulären Mechanismen eines Organismus.
Die Nukleotidsequenz eines bestimmten Gens spezifiziert die Aminosäuresequenz des verwandten Proteins.
