นิวคลีโอไทด์

ลักษณะทั่วไป

นิวคลีโอไทด์เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ประกอบขึ้นเป็นกรดนิวคลีอิกของ DNA และ RNA

กรดนิวคลีอิกเป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ทางชีววิทยาที่มีความสำคัญพื้นฐานสำหรับการอยู่รอดของสิ่งมีชีวิต และนิวคลีโอไทด์เป็นส่วนประกอบสำคัญของพวกมัน

นิวคลีโอไทด์ทั้งหมดมีโครงสร้างทั่วไปที่ประกอบด้วยสามองค์ประกอบโมเลกุล: กลุ่มฟอสเฟต เพนโทส (เช่นน้ำตาล 5-คาร์บอน) และฐานไนโตรเจน
ใน DNA เพนโทสคือดีออกซีไรโบส ในอาร์เอ็นเอ ในทางกลับกัน มันคือไรโบส
การปรากฏตัวของดีออกซีไรโบสใน DNA และ ribose ใน RNA แสดงถึงความแตกต่างที่สำคัญระหว่างนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็นกรดนิวคลีอิกทั้งสองนี้
ความแตกต่างที่สำคัญประการที่สองเกี่ยวข้องกับเบสไนโตรเจน: นิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA มีเบสไนโตรเจนเพียง 3 ใน 4 เท่านั้นที่เหมือนกัน

นิวคลีโอไทด์คืออะไร?

นิวคลีโอไทด์เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่ประกอบเป็นโมโนเมอร์ของกรดนิวคลีอิก DNA และ RNA
ตามคำจำกัดความอื่น นิวคลีโอไทด์เป็นหน่วยโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็น DNA และ RNA ของกรดนิวคลีอิก

โมโนเมอร์เคมีและชีวภาพกำหนดหน่วยของโมเลกุลซึ่งถูกจัดเรียงเป็นสายยาวเป็นเส้นตรงทำให้เกิดโมเลกุลขนาดใหญ่ (macromolecules) ซึ่งรู้จักกันดีในชื่อพอลิเมอร์

โครงสร้างทั่วไป

นิวคลีโอไทด์มีโครงสร้างโมเลกุลที่ประกอบด้วยสามองค์ประกอบ:

• หมู่ฟอสเฟต ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของกรดฟอสฟอริก
• น้ำตาลที่มีคาร์บอน 5 อะตอม นั่นคือ เพนโทส
• ฐานไนโตรเจนซึ่งเป็นโมเลกุลเฮเทอโรไซคลิกอะโรมาติก

เพนโทสเป็นตัวแทนขององค์ประกอบกลางของนิวคลีโอไทด์เนื่องจากกลุ่มฟอสเฟตและฐานไนโตรเจนจับกับมัน

รูปภาพ: องค์ประกอบที่ประกอบเป็นนิวคลีโอไทด์ทั่วไปของกรดนิวคลีอิก ดังจะเห็นได้ว่าหมู่ฟอสเฟตและฐานไนโตรเจนจับกับน้ำตาล

พันธะเคมีที่ยึดเพนโทสและหมู่ฟอสเฟตไว้ด้วยกันคือพันธะฟอสโฟไดสเตอร์ (หรือพันธะฟอสโฟไดสเตอร์) ในขณะที่พันธะเคมีที่ยึดเพนโทสและเบสไนโตรเจนเป็นพันธะ N-glycosidic (หรือพันธะ N-glycosidic )

ถ่านหินของ PENTOSO ใดบ้างที่มีส่วนเกี่ยวข้องในลิงค์ต่างๆ

ที่ตั้ง: นักเคมีได้คิดที่จะนับคาร์บอนที่ประกอบเป็นโมเลกุลอินทรีย์ เพื่อให้การศึกษาและคำอธิบายง่ายขึ้น ในที่นี้ 5 คาร์บอนของเพนโทสกลายเป็น: คาร์บอน 1 คาร์บอน 2 คาร์บอน 3 คาร์บอน 4 และคาร์บอน 5 เกณฑ์ในการกำหนดตัวเลขค่อนข้างซับซ้อน ดังนั้นเราจึงพิจารณาว่าเหมาะสมที่จะปล่อยมันออกไป
จากคาร์บอน 5 ตัวที่ก่อตัวเป็นเพนโตสของนิวคลีโอไทด์ คาร์บอนที่เกี่ยวพันกับพันธะกับฐานไนโตรเจนและหมู่ฟอสเฟตคือคาร์บอน 1 และคาร์บอน 5 ตามลำดับ

• เพนโทสคาร์บอน 1 → พันธะ N-ไกลโคซิดิก → ฐานไนโตรเจน
• เพนโทสคาร์บอน 5 → พันธะฟอสโฟไดเอสเทอร์ → กลุ่มฟอสเฟต

นิวคลีโอไทด์คือนิวคลีโอไซด์ที่มีกลุ่มฟอสเฟต

รูป: โครงสร้างของเพนโทส การกำหนดหมายเลขของคาร์บอนที่เป็นส่วนประกอบและพันธะกับฐานไนโตรเจนและกลุ่มฟอสเฟต

หากไม่มีธาตุกลุ่มฟอสเฟต นิวคลีโอไทด์จะกลายเป็นนิวคลีโอไซด์
อันที่จริงนิวคลีโอไซด์เป็นโมเลกุลอินทรีย์ที่เกิดจากการรวมตัวระหว่างเพนโตสและเบสไนโตรเจน
คำอธิบายประกอบนี้ใช้เพื่ออธิบายคำจำกัดความบางอย่างของนิวคลีโอไทด์ ซึ่งระบุว่า: "นิวคลีโอไทด์คือนิวคลีโอไซด์ที่มีหมู่ฟอสเฟตอย่างน้อยหนึ่งกลุ่มถูกผูกมัดกับคาร์บอน 5"

ความแตกต่างระหว่าง DNA และ RNA

นิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA แตกต่างกัน จากมุมมองเชิงโครงสร้าง
ความแตกต่างที่สำคัญอยู่ในเพนโทส: ใน DNA เพนโทสคือดีออกซีไรโบส ในอาร์เอ็นเอ ในทางกลับกัน มันคือไรโบส
ดีออกซีไรโบสและไรโบสต่างกันสำหรับอะตอมเดียว: อันที่จริง อะตอมออกซิเจนหายไปในคาร์บอน 2 ของดีออกซีไรโบส (NB: c "เป็นเพียงไฮโดรเจน) ซึ่งตรงกันข้าม มีอยู่ในคาร์บอน 2 ของไรโบส (NB: ที่นี่ ออกซิเจนรวมไฮโดรเจน ก่อตัวเป็นกลุ่มไฮดรอกซิล (OH)
ความแตกต่างนี้เพียงอย่างเดียวมีความสำคัญทางชีวภาพอย่างมาก: DNA เป็นมรดกทางพันธุกรรมที่การพัฒนาและการทำงานที่เพียงพอของเซลล์ของสิ่งมีชีวิตขึ้นอยู่กับ; ในทางกลับกัน RNA เป็นโมเลกุลทางชีววิทยาที่มีหน้าที่หลักในการเข้ารหัส ถอดรหัส ควบคุม และแสดงออกยีนดีเอ็นเอ
ความแตกต่างที่สำคัญอื่น ๆ ระหว่างนิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA เกี่ยวข้องกับเบสไนโตรเจน
เพื่อให้เข้าใจถึงความไม่เท่าเทียมกันอย่างที่สองนี้อย่างถ่องแท้ จำเป็นต้องถอยกลับเล็กน้อย

รูป: น้ำตาล 5 คาร์บอนที่ประกอบเป็นนิวคลีโอไทด์ของ RNA (ไรโบส) และ DNA (ดีออกซีไรโบส)

เบสไนโตรเจนเป็นโมเลกุลของธรรมชาติอินทรีย์ซึ่งในกรดนิวคลีอิกเป็นตัวแทนขององค์ประกอบที่โดดเด่นของนิวคลีโอไทด์ที่เป็นส่วนประกอบประเภทต่าง ๆ อันที่จริงในนิวคลีโอไทด์ของ DNA เช่นเดียวกับในนิวคลีโอไทด์ RNA องค์ประกอบที่แปรผันได้เพียงอย่างเดียวคือฐานไนโตรเจน ; โครงกระดูกกลุ่มน้ำตาลฟอสเฟตยังคงไม่เปลี่ยนแปลง
ทั้งใน DNA และใน RNA ฐานไนโตรเจนที่เป็นไปได้คือ 4 ดังนั้นชนิดของนิวคลีโอไทด์สำหรับกรดนิวคลีอิกแต่ละชนิดจึงอยู่ในทั้งหมด 4
ต้องบอกว่าเมื่อกลับไปที่ความแตกต่างที่สำคัญที่สองระหว่างนิวคลีโอไทด์ของ DNA และ RNA กรดนิวคลีอิกทั้งสองนี้มีฐานไนโตรเจนเพียง 3 ใน 4 เท่านั้นที่เหมือนกัน ในกรณีนี้ adenine, guanine และ cytosine เป็นเบส 3 ตัวที่มีไนโตรเจน ทั้ง DNA และ RNA ในทางกลับกัน thymine และ uracil เป็นเบสไนโตรเจนที่สี่ของ DNA และเบสที่สี่ของ RNA ตามลำดับ
ดังนั้นนอกเหนือจากเพนโทสแล้ว DNA nucleotides และ RNA nucleotides จึงเหมือนกันสำหรับ 3 ใน 4 ประเภท

คลาสสมาชิกของฐานไนโตรเจน
อะดีนีนและกวานีนอยู่ในกลุ่มของเบสไนโตรเจนที่เรียกว่าพิวรีน พิวรีนเป็นสารประกอบอะโรมาติกเฮเทอโรไซคลิกแบบวงแหวนคู่
ในทางกลับกัน Thymine, cytosine และ uracil อยู่ในกลุ่มของฐานไนโตรเจนที่เรียกว่า pyrimidines Pyrimidines เป็นสารประกอบอะโรมาติกเฮเทอโรไซคลิกแบบวงแหวนเดียว

ชื่ออื่นของ DNA และ RNA NUCLEOTIDES

นิวคลีโอไทด์ที่มีน้ำตาลดีออกซีไรโบส เช่น นิวคลีโอไทด์ของดีเอ็นเอ ใช้ชื่ออื่นของดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ เนื่องจากการมีอยู่ของน้ำตาลดังกล่าว
ด้วยเหตุผลที่คล้ายคลึงกัน นิวคลีโอไทด์ที่มีน้ำตาลไรโบส นั่นคือนิวคลีโอไทด์ของอาร์เอ็นเอ ใช้ชื่ออื่นของไรโบนิวคลีโอไทด์

ดีเอ็นเอนิวคลีโอไทด์ RNA นิวคลีโอไทด์

• ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ อะดีนีน
• กวานีนดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์
• ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ ไซโตซีน
• ดีออกซีไรโบนิวคลีโอไทด์ไทมีน

• ไรโบนิวคลีโอไทด์อะดีนีน
• กวานีน ไรโบนิวคลีโอไทด์
• ไซโตซีน ไรโบนิวคลีโอไทด์
• ยูราซิล ไรโบนิวคลีโอไทด์

การจัดระเบียบในกรดนิวคลีอิก

ในการสร้างกรดนิวคลีอิก นิวคลีโอไทด์จะเรียงตัวเป็นเส้นยาวๆ คล้ายกับโซ่
นิวคลีโอไทด์แต่ละตัวที่ก่อตัวเป็นเกลียวยาวเหล่านี้จับกับนิวคลีโอไทด์ถัดไปโดยใช้พันธะฟอสโฟไดสเตอร์ระหว่างคาร์บอน 3 ของเพนโทสของมันกับกลุ่มฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์ที่ตามมาทันที

สุดขั้ว

สายนิวคลีโอไทด์ (หรือสายนิวคลีโอไทด์) ซึ่งประกอบกันเป็นกรดนิวคลีอิก มีปลายสองด้าน เรียกว่าปลาย 5 " (อ่าน" Five end prime ") และปลาย 3" (อ่านว่า "three end prime") ตามแบบแผน นักชีววิทยาและนักพันธุศาสตร์ได้กำหนดไว้ว่า "ปลาย 5" หมายถึงส่วนหัวของเส้นใยที่สร้างกรดนิวคลีอิก ในขณะที่ "ปลาย 3" หมายถึงหางของมัน
จากมุมมองทางเคมี "ปลาย 5" เกิดขึ้นพร้อมกับกลุ่มฟอสเฟตของนิวคลีโอไทด์แรกของสายโซ่ ขณะที่ "ปลาย 3" เกิดขึ้นพร้อมกับกลุ่มไฮดรอกซิล (OH) ที่วางอยู่บนคาร์บอน 3 ของนิวคลีโอไทด์สุดท้าย
มันอยู่บนพื้นฐานขององค์กรนี้ที่ในหนังสือเกี่ยวกับพันธุศาสตร์และอณูชีววิทยา มีการอธิบายเส้นนิวคลีโอไทด์ดังนี้: P-5 "→ 3" -OH
* หมายเหตุ: ตัวอักษร P หมายถึงอะตอมของฟอสฟอรัสของกลุ่มฟอสเฟต

บทบาททางชีวภาพ

การแสดงออกของยีนขึ้นอยู่กับลำดับของ DNA นิวคลีโอไทด์ ยีนเป็นส่วนที่ยาวมากหรือน้อยของ DNA (เช่น ส่วนของนิวคลีโอไทด์) ซึ่งมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์โปรตีน โปรตีนประกอบด้วยกรดอะมิโนเป็นโมเลกุลทางชีววิทยาซึ่ง มีบทบาทสำคัญในการควบคุมกลไกระดับเซลล์ของสิ่งมีชีวิต
ลำดับนิวคลีโอไทด์ของยีนที่กำหนดระบุลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนที่เกี่ยวข้อง