Нуклеотиды

Определение понятия

Нуклеотиды - это сложные мономеры, из которых собраны гетерополимерные молекулы ДНК и РНК. Свободные нуклеотиды участвуют в сигнальных и энергетических процессах жизнедеятельности.  ДНК-нуклеотиды и РНК-нуклеотиды имеют общий план строения, но различаются по строению сахара-пентозы. В ДНК-нуклеотидах используется сахар дезоксирибоза, а в РНК-нуклеотидах - рибоза. Для включения в цепь нуклеиновой кислоты свободный нуклеотид должен быть активирован, т.е. иметь в своём составе вместо монофосфата трифосфат.

Структура нуклеотида

В каждом нуклеотиде можно выделить 3 части:

1. Углевод - это пятичленный сахар-пентоза (рибоза или дезоксирибоза) в виде кольца с коротким "хвостиком".

2. Фосфатный остаток -H₂PO₃ (фосфат) - это остаток фосфорной кислоты. Именно этой частью нуклеотиды могут присоединяться друг к другу и формировать цепочки из нуклеотидов - РНК или ДНК. Но для того чтобы присоединиться к другому нуклеотиду, данному нуклеотиду нужен не простой одинарный фосфатный остаток, а трифосфатный, состоящий из трёх фосфатов, соединённых мактроэргическими связями, дающими много энергии при расщеплении.

3. Азотистое основание - это циклическое соединение, в котором много атомов азота. В нуклеиновых кислотах используется всего 5 видов азотистых оснований : Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин, Урацил. В ДНК - 4 вида: Аденин, Тимин, Гуанин, Цитозин. В РНК - тоже 4 вида: Аденин, Урацил, Гуанин, Цитозин, Легко заметить, что в РНК происходит замещение Тимина на Урацил по сравнению с ДНК.

Общая структурная формула пентозы (рибозы или дезоксирибозы), молекулы которой образуют "скелет" нуклеиновых кислот:

 Если  Х заменить на Н (Х = Н) - то получаются дезоксирибонуклеозиды; если Х заменить на ОН (Х = ОН) - то получаются рибонуклеозиды. Если вместо R подставить азотистое основание (пуриновое или пиримидиновое) - то получится конкретный нуклеотид.

 Важно обратить внимание на те положения атомов углерода в пентозе, которые обозначены как 3' и 5'. Нумерация атомов углерода начинается от атома кислорода вверху и идёт по часовой стрелке. Последним получается атом углерода (5'), который располагается за пределами пентозного кольца и образует, можно сказать, "хвостик" у пентозы. Так вот, при наращивании цепочки из нуклеотидов фермент может присоединить новый нуклеотид только к углероду 3' и ни к какому другому. Поэтому 5'-конец нуклеотидной цепочки никогда не сможет иметь продолжения, удлинняться может только 3'-конец.

Азотистые основания

Нуклеотиды

Сравните нуклеотид для РНК с нуклеотидом для ДНК.

Попробуйте узнать, какой это нуклеотид, в таком представлении:

АТФ - свободный нуклеотид

цАМФ - "закольцованная" молекула АТФ

Схема строения нуклеотида

Обратите внимание на то, что активированный нуклеотид, способный наращивать цепочку ДНК или РНК, имеет "трифосфатный хвостик". Именно этим "энергонасыщенным" хвостиком он может присоединиться к уже имеющейся цепочке растущей нуклеиновой кислоты. Фосфатный хвостик сидит на 5-м атоме углерода, так что это положение углерода уже занято фосфатами и предназнено для прикрепления. К чему же его прикрепить? Только к углероду в положении 3'. После прикрепления данный нуклеотид сам станет мишенью дла прикрепления следующего нуклеотида. "Принимающая сторона" предоставляет углерод в положении 3', а "прибывающая сторона" цепляется к нему фосфатным хвостиком, находящимся в положении 5'. В целом цепочка растёт со стороны 3'.

Наращивание нуклеотидной цепочки ДНК

 Наращивание цепочки за счёт "продольных" связей между нуклеотидами может идти только в одном направлении: от 5' ⇒ к 3', т.к. новый нуклеотид можно присоединить только к 3'-концу цепочки, но не к 5'-концу.

 Пары нуклеотидов, связанные "поперечными" комплементарными связями своих азотистых оснований

 Участок двойной спирали ДНК

Найдите признаки антипараллельности двух цепей ДНК.

Найдите пары нуклеотидов с двойными и тройными комплементарными связями.