Struktura nukleotidů: 9 zajímavých faktů, které byste měli vědět

Obsah

• Klíčová koncepce a pojmy
• Co je to nukleotid? | Z čeho jsou vyrobeny nukleotidy?
• Struktura nukleotidů Nukleotidový monomer
• Co dělají nukleotidy?
• DNA nukleotidy
• RNA nukleotidy
• Zdarma nukleotidy
• Proč investovat do čističky vzduchu?
• Interview Otázky a odpovědi týkající se tohoto tématu

S výjimkou některých virů se DNA všudypřítomně nachází v živých formách (kromě RNA virů) a působí jako genetický materiál téměř ve všech živých formách. Nukleotid je považován za stavební kameny pro syntézu nukleových kyselin (RNA a DNA). Kromě účasti na syntéze nukleových kyselin jsou nukleotidy také zapojeny do různých dalších buněčných funkcí v závislosti na jejich chemických a strukturních vlastnostech.

Klíčová koncepce a pojmy

RNA (kyselina ribonukleová): je přítomen ve všech buňkách vykazujících metabolické aktivity. Vyrábí se z DNA a zapojuje se do proteosyntéza podle pokynů daných DNA. RNA působí jako prostředník mezi genetickou informací a její expresí. Protože pořadí exprese genetické informace je z DNA –> RNA –> Proteiny.

DNA (kyselina deoxyribonukleová): DNA je všudypřítomná téměř ve všech živých organismech. DNA se může sama replikovat a syntetizovat své kopie. Tento proces replikace však zahajuje a dokončuje a enzym DNA polymeráza. DNA nese genetickou informaci a nachází se téměř v každé buňce našeho těla (nepřítomná v červených krvinkách). DNA má strukturu jako dvojitá šroubovice.

Monomer: Monomer je jednotka (monomer; „mono“ znamená jednu), která se váže k dalším podobným jednotkám za vzniku větší jednotky (polymeru).

Polymer: Polymer je větší jednotka (polymer; „poly“ znamená mnoho) nebo jednotka vytvořená v důsledku sdružení menších jednotek (monomerů).

Puriny: Dvoukruhová dusíkatá bazická struktura je známá jako purinu (Guanin a adenin)

Pyrimidin: Jediná kruhová dusíkatá bazická struktura je známá jako pyrimidin (Uracil, Thymine a Cytosine)

Pyrimidiny a puriny jsou složkami dusíkatých bází nacházejících se v DNA a RNA.

Co je to nukleotid? | Z čeho jsou vyrobeny nukleotidy?

Nukleotidy jsou monomerní jednotky, které se spojují a tvoří větší molekuly (polymery), jako je RNA a DNA. Nukleotidy slouží jako základní strukturní a základní jednotka polynukleotidového řetězce. Nukleotidy jsou odpovědné za syntézu genetického materiálu ve všech formách života na této planetě.

Bez ohledu na organismus a místo výskytu obsahuje nukleotid tři základní chemické složky, které jsou následující:

• Fosfátová skupina (alespoň jedna)
• Pentózový cukr (cukr s pěti uhlíky, kterým může být ribóza nebo deoxyribóza)
• Dusíkatá báze (pyrimidin purinu)

Nukleotidy se spojí dohromady a vytvoří nukleová kyselina nebo polynukleotidové řetězce, často považované za řetězec DNA.

Nukleotidy někdy působí nezávisle (genová exprese) nebo se účastní dalších buněčných procesů (katalýza a signalizace).

Struktura nukleotidů Nukleotidový monomer

Abychom pochopili různorodé fungování nukleotidů, musíme se zaměřit na způsob, jakým jsou vytvářeny a jak se kombinují, aby se staly nukleovou kyselinou. 

Nukleotidové báze (dusíkaté báze)

Nukleotidy jsou diferencovány a klasifikovány na základě přítomnosti různých dusíkatých bází. V genomu každého organismu se obecně nachází pět typů dusíkatých bází.

• uracil
• Thymine
• Guanine
• Cytosin
• Adenine

Pojmenování nukleotidu je určeno dusíkatou bází a počtem fosfátových skupin v ní přítomných. Řekněme například, že pokud nukleotid obsahuje guanin a jednu fosfátovou skupinu, bude mít nukleotid název guanosinmonofosfát (GMP). Tady, guanosin označuje guanin a monofosfát Výraz "fosfát" označuje jediný fosfát přítomný v GMP. 

Dusíkaté báze jsou široce klasifikovány na základě počtu přítomných kruhů do dvou typů, a to na puriny a pyrimidiny. Puriny zahrnují adenin a guanin (nazývají se adenosin a guanosin, pokud jsou přítomny v DNA nebo RNA. Jejich název obvykle končí příponou „sine“). Naproti tomu pyrimidiny zahrnují tymin, cytosin a uracil (nazývají se thymidin, cytidin a uridin, pokud jsou přítomny v DNA nebo RNA. Jejich název obvykle končí příponou „dine“).

Adenin (A): Adenin je purinová dusíkatá báze s chemickým vzorcem C.₅H₅N₅. Nukleotid obsahující adenin je známý jako adenosin. Adenin se váže na thymin pomocí dvou vodíkových vazeb. Tyto interakce pomáhají stabilizovat strukturu DNA nebo RNA. Adenin je také přítomen v ATP (Adenosintrifosfát), který se účastní různých buněčných procesů a energeticky řízených reakcí.

Cytosin (C): je to dusíkatá pyrimidinová báze s chemickým vzorcem C₄H₅N₃O. Nukleotid obsahující cytosinovou bázi je známý jako cytidin. Má aromatický heterocyklický šestičlenný kruh. Cytosin se páruje s guaninem pomocí tří vodíkových vazeb. Tyto interakce pomáhají stabilizovat strukturu DNA nebo RNA. Volná nukleotidová forma cytosinu se často podílí na katalýze reakcí, jako je přeměna ADP na ATP.

Guanin (G): Guanin je purinová dusíkatá báze s chemickým vzorcem C₅H₅N₅O. Nukleotid obsahující guanin je známý jako guanosin. Guanin je struktura s dvojitým kruhem s konjugovanými jednoduchými dvojnými vazbami a tvoří tři vodíkové vazby s cytosinem a stabilizuje strukturu DNA.

Thymin (T): Je to dusíkatá pyrimidinová báze s chemickým vzorcem C.₅H₆N₂O₂. Nukleotid obsahující tyminovou bázi je známý jako thymidin. Vypadá to jako kondenzovaný kruh a vytváří dvě vodíkové vazby s adeninem, který pomáhá stabilizovat strukturu DNA. 

uracil (U): je to dusíkatá pyrimidinová báze, která se nachází výlučně v DNA. Působí jako slabá kyselina a má chemický vzorec C.₄H₄N₂O₂. Nukleotid obsahující Uracil je známý jako uridin. Uracil se liší od thyminu pouhou nepřítomností methylové skupiny; proto je jeho struktura podobná struktuře thyminu.

Pentosový cukr (monosacharidy)

Cukr pentóza je základním prvkem při tvorbě nukleotidu a zároveň poskytuje páteř pro strukturu nukleových kyselin. Pentózový cukr obsahuje pět atomů uhlíku. Nukleotidy mají dva typy pentózových cukrů:

• Deoxyribóza (nalezená v DNA)
• Ribóza (nalezená v RNA)

Fosfátová skupina 

Fosfátové skupiny přítomné v nukleotidech jsou odvozeny od kyseliny fosforečné. Má obecný vzorec (PO₄)^3- a nachází se v nukleotidech jako mono, di nebo tri-fosfáty. Nukleotid obsahující jeden, dva a tři fosfáty je monofosfát, difosfát a trifosfát.

Přesné pojmenování nukleotidů se provádí s ohledem na přítomný cukr, dusíkatou bázi a počet přítomných fosfátových skupin. Například ATP je adenosintrifosfát, zatímco dGDP je deoxyguanosindifosfát. Písmeno „d“ v názvu nukleotidu označuje přítomnost deoxyribózového cukru v nukleotidu.

Co dělají nukleotidy?

DNA a RNA jednotlivce jsou obvykle tvořeny řetězci nukleových kyselin (polynukleotidy). Genová exprese uvnitř buněk organismů se pokaždé neustále mění a buňky organismu současně rostou a umírají.

Nukleotidy hrají během celého tohoto procesu klíčovou roli.

• Nukleotidy regulují proces v kombinacích jako v nukleových kyselinách
• Nukleotidy také regulují metabolický proces, jsou-li přítomny ve volné formě (nesouvisí s nukleovou kyselinou)

Když nukleotidy tvoří DNA dvojšnekovou strukturu, tvoří komplementární párování bází mezi nukleotidy přítomnými na protilehlých polynukleotidových řetězcích. 

Základním pravidlem komplementarity je, že purin přítomný na jednom řetězci se páruje s komplementárním pyrimidinem přítomným na druhém řetězci (guanin se páruje s Cytosin a adenin páry s thyminem). 

• Puriny zahrnují guanin a adenin
• Mezi pyrimidiny patří uracil, tymin a cytosin

DNA nukleotidy

Následují nukleotidy, které tvoří DNA:

Deoxyguanosin trifosfát (dGTP): Je to purinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, deoxyribózového cukru a guaninové báze.

Deoxythymidin trifosfát (dTTP): Je to pyrimidinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, deoxyribózového cukru a tyminové báze.

Deoxycytidin trifosfát (dCTP): Je to pyrimidinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, deoxyribózového cukru a cytosinové báze.

Deoxyadenosintrifosfát (dATP): Je to purinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, deoxyribózového cukru a adeninové báze.

RNA nukleotidy

Následují nukleotidy, které tvoří RNA:

Guanosin trifosfát (GTP): Je to purinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, ribózového cukru a guaninové báze.

Uridin trifosfát (UTP): Je to pyrimidinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, ribózového cukru a uracilové báze.

Cytidin trifosfát (CTP): Je to pyrimidinový nukleotid složený ze tří fosfátových skupin, ribózového cukru a cytosinové báze.

Adenosintrifosfát (ATP): Je to purinový nukleotid tvořený třemi fosfátovými skupinami, ribózou cukr a adenin báze.

Zdarma nukleotidy

Pouze nukleotidtrifosfáty se vzájemně propojují za vzniku nukleových kyselin, nukleotidmonofosfáty a nukleotiddifosfáty se neintegrují do polynukleotidových řetězců a jsou v buňce přítomny jako volné nukleotidy. Mono a difosfátové nukleotidy se však podílejí na dalších základních buněčných procesech a metabolismu. Volné nukleotidy také působí jako koenzymy pro různé enzymy pro katalýzu biochemických reakcí. 

Řekněme například, že ATP působí jako energeticky bohatá molekula a koenzym pro mnoho biochemických reakcí. ATP je často nutný k zahájení řady biochemických reakcí uvnitř našeho těla. 

Volné nukleotidy také hrají roli v buněčné apoptóze. Změny v nukleotidech aktivují proteazomální aparát buňky, který vede buňku k programované buněčné smrti, známé také jako apoptóza. Apoptóza je důležitý jev, který se odehrává v našem těle. Poskytuje našemu tělu správný tvar a chrání naše tělo před různými genetickými chorobami.

Proč investovat do čističky vzduchu?

V tomto článku jsme diskutovali o struktura nukleotidů podrobně. Mají klíčovou roli při tvorbě genetického materiálu (DNA a RNA). Hrají však také roli při rozkladu a degradaci poškozených buněčných složek, o kterých bude řeč v našich nadcházejících příspěvcích. 

Interview Otázky a odpovědi týkající se tohoto tématu

Q1 Pojmenujte čtyři typy nukleotidů?

Odpověď: V DNA a RNA je kolektivně přítomno pět typů nukleotidů. Jmenovitě: adenin, guanin, tymin, cytosin a uracil. Z toho jsou mezi DNA a RNA běžné adenin, guanin a cytosin. Zatímco DNA obsahuje tymin a RNA obsahuje místo tyminu Uracil.

Q2 Vyjmenujte tři složky nukleotidu?

Odpověď: Nukleotid obsahuje tři strukturní složky (stavební bloky), které jsou následující:

• dusíkatá báze [purin (adenin a guanin) nebo pyrimidin (tymin a cytosin)], 
• pětikarbonový cukr (ribózový cukr v případě RNA a deoxyribózový cukr v případě DNA) 
• a fosfátová skupina.

Q3 Jaká je funkce nukleotidů?

Odpověď: Primární funkcí nukleotidu je budovat DNA a RNA, které ukládají genetickou informaci organismu. Nukleotidy se také účastní buněčných signálních drah (cAMP působí jako sekundární posel). Nukleotidy jako ATP a GTP se často podílejí na energeticky řízených mechanismech těla. Některé z nukleotidů jako NAD, NADH, NADP, NADPH atd. často působí jako kofaktor pro enzymy provádějící různé metabolické procesy.

Q4 Kde se nacházejí nukleotidy?

Odpověď: Nukleotidy jsou v buňce hojně přítomny jádra, protože jsou stavebními kameny DNA nebo RNA. Některé nukleotidy jsou přítomny v cytoplazmě, protože se také účastní biochemických drah. Konečně, nukleotidy zapojené do buněčných signálních drah jsou také přítomny v extracelulárním prostředí.

Q5 Je DNA nukleotid?

Odpověď: DNA obsahuje velké množství nukleotidů. Je tedy známý jako polynukleotid. 

Q6 Co je to nukleotidový diagram?

Odpověď: Podrobnosti o struktuře nukleotidů Klikněte zde

Q7 Jak vzniká nukleotid?

Odpověď: Tvorba nukleosidů je primárním krokem při tvorbě nukleotidů. Nukleosid je syntetizován poté, co se pentózový cukr spojí s dusíkatou bází prostřednictvím N-glykosidové vazby. Vytvořený nukleosid reaguje s fosfátovou skupinou a podstupuje esterifikační reakci za vzniku nukleotidu. Chemicky je nukleotid fosfátový ester nukleosidu.

Q8 Nukleotid vs. nukleosid

Odpověď: Základní rozdíl mezi nukleotidem a nukleosidem je přítomnost fosfátové skupiny. Nukleosid obsahuje dusíkatou bázi a ribózový cukr, zatímco dusíkatá báze obsahuje dusíkatou bázi, ribózový cukr a fosfátovou skupinu.

Q9 Jaké nukleotidové páry se cytosinem?

Odpověď: Guanin tvoří doplňkový pár bází s cytosinem. Guanin tvoří tři vodíkové vazby s cytosinem. Toto párování bazí guaninu a cytosinu je hlavní stabilizační silou v DNA.

Q10 Název nukleotid nebyl nalezen v RNA?

Odpověď: Thymin se v RNA nenachází. Uracil se nachází pouze v RNA jako náhrada za thymin. Thymin se účastní opravných mechanismů, ale žádný takový opravný mechanismus není v RNA vyžadován. Proto RNA obsahuje uracil místo thyminu.

Q11 jaký nukleotid je vždy spárován s thyminem?

Odpověď: Adenin se vždy spáruje s thyminem. Doplňkovým párem bází pro thymin je v biologickém systému adenin. Adenin jednoho řetězce DNA tvoří dvě vodíkové vazby s thyminem druhého řetězce DNA, což přispívá ke stabilizaci DNA.

Q12 Kde je nukleotid umístěn v buňce?

Odpověď: nukleotidy jsou umístěny v celé protoplazmě buňky. Ale hojně se nachází v jádru. Nukleotidy se také nacházejí v cytoplazmě a extracelulárním prostředí.

Q13 kde je nukleotid na řetězci DNA?

Odpověď: Vlákno DNA je známé jako polynukleotidové vlákno; proto je tvořen několika jednotkami nukleotidů. Nukleotidy se nacházejí v celé délce DNA.

Q14 Jaký nukleotid se spáruje s guaninem?

Odpověď: Cytosin přítomný na druhém řetězci DNA tvoří komplementární pár bází s guaninem. Mezi cytosinem jednoho řetězce DNA a guaninem druhého řetězce DNA se tvoří tři vodíkové vazby.

Q16. Pojmenujte tři složky jednoho nukleotidu?

Odpověď: Tři základní složky jednoho nukleotidu zahrnují: dusíkatou bázi (purin nebo pyrimidin), ribózový cukr (ribózu nebo deoxyribózu) a fosfátovou skupinu.

Q18. Jak můžete porovnat a porovnat nukleotidové a dusíkaté báze?

Odpověď: Nukleotid je základní jednotka nukleových kyselin (DNA / RNA), která zahrnuje dusíkatou bázi, ribózový cukr a fosfátovou skupinu. Zatímco samotný dusík je jednou ze složek nukleotidu.

Q19. Co znamená analog nukleotidů?

Odpověď: Nukleotidový analog je derivát standardních nukleotidů nebo strukturně podobných molekul, které vypadají jako nukleotidy, ale neplní funkci, kterou obvykle provádějí nukleotidy.

Q20. Jaké části DNA nukleotidu jsou nejdůležitější?

Odpověď: Nukleotidy jsou charakterizovány na základě přítomnosti typu dusíkaté báze. Dusíkatá báze je tedy nejdůležitější částí nukleotidu. DNA uchovává genetickou informaci ve formě nukleotidové sekvence. Přítomnost různých dusíkatých bází je zodpovědná za vytváření kombinací a sekvencí v DNA.

Také čtení:

• Jak zjistit fenotypový poměr
• Polymerázová řetězová reakce
• Mají všechny buňky cytoplazmu?
• Nenasycené mastné kyseliny
• Potravinová vakuola v houbách
• Je vitamín koenzym
• Je aktivní exocytóza
• Charakteristika Hexapoda
• Je cytosin pyrimidin
• Mají živočišné buňky endoplazmatické retikulum?

Dr. Abdullah Arsalan

Jsem Abdullah Arsalan, dokončil jsem doktorát z biotechnologie. Mám 7 let zkušeností s výzkumem. Dosud jsem publikoval 6 článků v časopisech mezinárodní pověsti s průměrným impakt faktorem 4.5 a několik dalších je v úvahu. Prezentoval jsem výzkumné práce na různých národních a mezinárodních konferencích. Mým předmětem zájmu je biotechnologie a biochemie se zvláštním důrazem na proteinovou chemii, enzymologii, imunologii, biofyzikální techniky a molekulární biologii.