في جسم الإنسان عدد كبير منالمركبات العضوية التي بدونها يستحيل تخيلها تدفق مستقرعمليات التمثيل الغذائي التي تدعم النشاط الحيوي للجميع. إحدى هذه المواد هي نيوكليوتيدات - وهي استرات فسفورية للنيوكليوسيدات ، والتي تلعب دورًا مهمًا في نقل بيانات المعلومات ، وكذلك تفاعلات كيميائيةمع إطلاق الطاقة داخل الخلايا.

كوحدات عضوية مستقلة تشكل تركيبة الحشو لجميع الأحماض النووية ومعظم الإنزيمات المساعدة. دعونا نفكر بمزيد من التفصيل في ماهية الفوسفات النوكليوزيد وما هو الدور الذي تلعبه في جسم الإنسان.

ما هو النيوكليوتيد. يعتبر استر معقد للغاية ينتمي إلى مجموعة أحماض الفوسفور والنيوكليوسيدات ، والتي في الخصائص البيوكيميائيةهي N- جليكوسيدات وتحتوي على شظايا حلقية غير متجانسة مرتبطة بجزيئات الجلوكوز وذرة النيتروجين.

في الطبيعة ، تعتبر نيوكليوتيدات الحمض النووي هي الأكثر شيوعًا.

بالإضافة إلى ذلك ، تتميز المواد العضوية أيضًا بـ خصائص مماثلةالهياكل: ريبونوكليوتيدات ، وكذلك ديوكسي ريبونوكليوتيدات. كلهم ، بدون استثناء ، جزيئات أحادية التركيب معقدة التركيب. المواد البيولوجيةنوع البوليمر.

أنها تشكل الحمض النووي الريبي والحمض النووي لجميع الكائنات الحية ، بدءا من أبسط الكائنات الحية الدقيقة و اصابات فيروسيةتنتهي بجسم الإنسان.

تشكل بقية التركيب الجزيئي للفوسفور بين فوسفات النيوكليوزيد رابطة استر مع مجموعتين وثلاث مجموعات وفي بعض الحالات على الفور مع خمس مجموعات هيدروكسيل. من دون استثناء تقريبًا ، تعد النيوكليوتيدات من بين المواد الأساسية التي تشكلت من بقايا حمض الفوسفوريك ، لذا فإن روابطها مستقرة ولا تتفكك تحت تأثير العوامل الضارة للبيئة الداخلية والخارجية.

ملحوظة!دائمًا ما يكون هيكل النيوكليوتيدات معقدًا ويستند إلى الأحاديات. يمكن أن يتغير تسلسل النيوكليوتيدات تحت تأثير عوامل الإجهاد.

الدور البيولوجي

يتم دراسة تأثير النيوكليوتيدات على مسار جميع العمليات في جسم الكائنات الحية من قبل العلماء الذين يدرسون التركيب الجزيئي للفضاء داخل الخلايا.

بناءً على النتائج المختبرية التي تم الحصول عليها نتيجة لسنوات عديدة من العمل من قبل العلماء من جميع أنحاء العالم ، يتم تمييز الدور التالي لفوسفات النيوكليوزيد:

• مصدر عالمي الطاقة الحيوية، والتي بسببها تتغذى الخلايا ، وبالتالي ، الأداء الطبيعي للأنسجة التي تتشكل اعضاء داخليةوالسوائل البيولوجية والغطاء الظهاري ونظام الأوعية الدموية.
• هي ناقلات لمونومرات الجلوكوز في الخلايا من أي نوع (هذا هو أحد أشكال التمثيل الغذائي للكربوهيدرات ، عندما يستهلك السكر ، تحت تأثير الانزيمات الهاضمةيتحول إلى جلوكوز ، والذي ينتقل إلى كل ركن من أركان الجسم جنبًا إلى جنب مع نيوكليوزيد الفوسفات) ؛
• أداء وظيفة أنزيم (فيتامينات ومركبات معدنية تساعد في تزويد الخلايا بالمغذيات) ؛
• أحاديات النيوكليوتيدات المعقدة والحلقة هي موصلات بيولوجية للهرمونات التي تنتشر مع تدفق الدم ، وتعزز أيضًا تأثير النبضات العصبية ؛
• تنظيم نشاط الإنزيمات الهضمية التي تنتجها أنسجة البنكرياس.

النيوكليوتيدات جزء من الأحماض النووية. ترتبط بثلاثة وخمسة روابط من نوع phosphodiester. يواصل علماء الوراثة والعلماء الذين كرسوا حياتهم للبيولوجيا الجزيئية الأبحاث المختبرية على فوسفات النيوكليوزيد ، لذلك يتعلم العالم كل عام أشياء أكثر إثارة للاهتمام حول خصائص النيوكليوتيدات.

تسلسل النيوكليوتيدات هو نوع من التوازن الجيني وتوازن ترتيب الأحماض الأمينية في بنية الحمض النووي ، وهو ترتيب غريب لوضع بقايا الإستر في تكوين الأحماض النووية.

يتم تحديده باستخدام الطريقة التقليدية لتسلسل المواد البيولوجية المختارة للتحليل.

تي الثايمين

أ - الأدينين

ز ، جوانين.

ج ، السيتوزين.

R - GA adenine في مركب مع قواعد الجوانين والبيورين ؛

مركبات Y ، TC بيريميدين ؛

K ، GT النيوكليوتيدات التي تحتوي على مجموعة كيتو ؛

M - AC المدرجة في المجموعة الأمينية ؛

S - GC قوية ، تتميز بثلاثة مركبات هيدروجين ؛

W - AT غير مستقرة ، والتي تشكل فقط رابطتين هيدروجينيتين.

يمكن أن يتغير تسلسل النوكليوتيدات والتسميات بأحرف لاتينيةضروري في الحالات التي يكون فيها ترتيب المركبات الأساسية غير معروف ، أو غير مهم ، أو تكون نتائج الدراسات الأولية متاحة بالفعل.

أكبر عدد من المتغيرات والتوليفات من فوسفات النيوكليوزيد هو سمة من سمات الحمض النووي. الرموز A و C و G و U كافية لكتابة المركبات الأساسية للحمض النووي الريبي ، وآخر حرف هو مادة اليوريدين الموجودة في الحمض النووي الريبي فقط. يتم كتابة التسلسل الرمزي دائمًا بدون مسافات.

فيديو مفيد: الأحماض النووية (DNA و RNA)

كم عدد النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي

من أجل فهم ما هو على المحك بأكبر قدر ممكن من التفاصيل ، يجب أن يكون لدى المرء فهم واضح للحمض النووي نفسه. هذا عرض منفصلالجزيئات التي لها شكل ممدود وتتكون من عناصر هيكلية ، وهي نيوكليوزيد الفوسفات. كم عدد النيوكليوتيدات الموجودة في الحمض النووي؟ هناك 4 أنواع من المركبات الأساسية من هذا النوع والتي تعد جزءًا من الحمض النووي. هذه هي الأدينين ، الثايمين ، السيتوزين والجوانين. كل منهم يشكل سلسلة واحدة ، والتي من خلالها يتكون التركيب الجزيئي للحمض النووي.

تم فك شفرة بنية الحمض النووي لأول مرة في عام 1953 من قبل العلماء الأمريكيين فرانسيس كريك وجيمس واتسون. يحتوي جزيء واحد من حمض الديوكسي ريبونوكلييك على سلسلتين من فوسفات النيوكليوزيد. يتم وضعها بطريقة تبدو وكأنها ملتوية حلزونية حول محورها.

ملحوظة!عدد النيوكليوتيدات في الحمض النووي لم يتغير ويقتصر على أربعة أنواع فقط - هذا الاكتشاف جعل البشرية أقرب إلى فك تشفير كامل الكود الجينيشخص.

في هذه الحالة ، هيكل الجزيء له واحد ميزة مهمة. جميع سلاسل النيوكليوتيدات لها خاصية التكامل. هذا يعني أنه يتم وضع المركبات الأساسية فقط من نوع معين مقابل بعضها البعض.من المعروف أن الأدينين يقع دائمًا مقابل الثايمين. لا توجد مادة أخرى غير الجوانين يمكن العثور عليها مقابل السيتوزين. تشكل أزواج النيوكليوتيدات هذه مبدأ التكامل ولا يمكن فصلها.

الوزن والطول

بمساعدة الحسابات الرياضية المعقدة و البحوث المخبرية، تمكن العلماء من تحديد الخصائص الفيزيائية والبيولوجية الدقيقة للمركبات الأساسية التي تشكل التركيب الجزيئي لحمض الديوكسي ريبونوكلييك.

من المعروف أن طول بقايا واحدة داخل الخلايا ، تتكون من أحماض أمينية في سلسلة عديد ببتيد واحدة ، يبلغ 3.5 أنجستروم. متوسط ​​كتلة بقايا جزيئية واحدة هو 110 amu.

بالإضافة إلى ذلك ، يتم أيضًا عزل المونومرات من نوع النيوكليوتيدات ، والتي لا تتكون فقط من الأحماض الأمينية ، ولكن أيضًا تحتوي على مكونات الأثير. هذه هي مونومرات DNA و RNA. يقاس طولها الخطي مباشرة داخل الحمض النووي ويبلغ 3.4 أنجستروم على الأقل. الوزن الجزيئي لنيوكليوزيد واحد في حدود 345 amu. هذه هي البيانات الأولية التي يتم استخدامها عمليًا العمل المخبريمكرسة للتجارب والبحوث الجينية والأنشطة العلمية الأخرى.

التسميات الطبية

علم الوراثة ، كعلم ، تطور مرة أخرى في الفترة التي لم تكن فيها دراسات عن بنية الحمض النووي للبشر والكائنات الحية الأخرى على المستوى الجزيئي. لذلك ، في فترة علم الوراثة قبل الجزيئية ، تم تعيين روابط النيوكليوتيدات على أنها أصغر عنصرفي بنية جزيء الحمض النووي. في السابق وفي الوقت الحاضر ، كانت المواد الأساسية من هذا النوع خاضعة. يمكن أن يكون عفويًا أو مستحثًا ، لذلك ، يستخدم مصطلح "ريكون" أيضًا للإشارة إلى فوسفات النيوكليوزيد ذي البنية التالفة.

لتحديد مفهوم بداية حدوث طفرة محتملة في المركبات النيتروجينية للروابط النوكليوتيدية ، يتم استخدام مصطلح "موتون". هذه التعيينات مطلوبة أكثر في العمل المخبري بالمواد البيولوجية. يتم استخدامها أيضًا من قبل علماء الوراثة الذين يدرسون بنية جزيئات الحمض النووي ، والطرق التي يتم بها نقل المعلومات الوراثية ، وكيفية تشفيرها ، والتوليفات المحتملة من الجينات الناتجة عن اندماج الإمكانات الجينية لشريكين جنسيين.

فيديو مفيد: بنية النوكليوتيدات

خاتمة

بناءً على ما سبق ، يمكننا أن نستنتج أن فوسفات النيوكليوزيد جزء مهم من الجهاز داخل الخلايا في جسم الإنسان وأي كائن حي. بسبب المواد الأساسية من هذا النوع ، معظمليس فقط المعلومات الجينية من الآباء إلى الأبناء ، ولكن أيضًا عمليات التمثيل الغذائي تتم في أنسجة جميع الأعضاء الحيوية.

الأحماض النووية عبارة عن مركبات جزيئية ضخمة يتراوح وزنها الجزيئي من 25 ألف إلى مليون أو أكثر.

يتم بناء السلاسل البوليمرية للأحماض النووية من وحدات أحادية - نيوكليوتيدات ، فيما يتعلق بالأحماض النووية التي تسمى عديد النيوكليوتيدات.

عادةً ما تكون وحدة المونومر "غير القابلة للتجزئة" (على سبيل المثال ، بقايا الأحماض الأمينية في البروتينات) في النيوكليوتيدات عبارة عن تكوين ثلاثي المكونات ، بما في ذلك قاعدة حلقية غير متجانسة وبقايا كربوهيدرات ومجموعة فوسفات.

مكونات الكربوهيدرات هي البنتوز - D-ribose و 2-deoxy-e-ribose. بناءً على ذلك ، يتم تقسيم الأحماض النووية إلى ريبونوكلي(RNA) التي تحتوي على ريبوز ، و ديوكسي ريبونوكلي(DNA) تحتوي على deoxyribose.

يوجد الحمض النووي بشكل أساسي في نوى الخلايا ، ويوجد الحمض النووي الريبي بشكل رئيسي في الريبوسومات ، وكذلك في بروتوبلازم الخلايا. يشارك الحمض النووي الريبي بشكل مباشر في تخليق البروتين.

14.1. النيوكليوتيدات

14.1.1. نيوكليوسيدات

في كيمياء الأحماض النووية ، عادةً ما تسمى المركبات الحلقية غير المتجانسة لسلسلة البيريميدين والبيورين المتضمنة في تكوينها القواعد النووية.

قد تحتوي القواعد النووية كبدائل في الدورة غير المتجانسة على:

أو مجموعة أوكسو ، كما في اليوراسيل والثايمين ؛

أو مجموعة أمينية ، كما في الأدينين ؛

أو كلا المجموعتين في نفس الوقت ، كما في السيتوزين والجوانين.

يتم تمثيل القواعد المحتوية على الأكسجين بأشكال توتوميرية لاكتام حيث لا تتأثر العطرية (انظر 13.4). بالنسبة لجميع القواعد ، تم اعتماد تسميات مختصرة مكونة من ثلاثة أحرف ، تتكون من الأحرف الأولى من أسمائها اللاتينية.

تختلف الأحماض النووية في قواعدها الحلقية غير المتجانسة: يتم تضمين اليوراسيل فقط في الحمض النووي الريبي ، والثايمين هو

في الحمض النووي:

تشكل القواعد النووية رابطة على حساب إحدى ذرات النيتروجين مع مركز شاذ من البنتوز (D-ribose أو 2-deoxy-D-ribose). هذا النوع من السندات مشابه لرابطة الجليكوسيد العادية ويعرف باسم الرابطة N- الجليكوسيد ،والجليكوزيدات نفسها - مثل N- جليكوسيدات. في كيمياء الحمض النووي يطلق عليهم النيوكليوسيدات.

تشتمل تركيبة النيوكليوسيدات الطبيعية على خماسيات في شكل فورانوز (يتم ترقيم ذرات الكربون فيها برقم بضربة). يتم تنفيذ الرابطة الجليكوسيدية مع ذرة النيتروجين N-1 لقواعد البيريميدين و N-9 البيورين.

النيوكليوسيدات الطبيعية هي دائماβ-anomers.

اعتمادًا على طبيعة بقايا الكربوهيدرات ، هناك ريبونوكليوسيداتو ديوكسي ريبونوكليوسيدات.بالنسبة للنيوكليوسيدات ، الأسماء الشائعة مشتقة من الاسم التافه للقاعدة النووية المقابلة مع اللواحق -أنا أتعشى في بيريميدين و -وزين في نيوكليوسيدات البيورين.

الاستثناء هو اسم "ثيميدين" (بدلاً من deoxythymidine) ، والذي يستخدم لثيمين deoxyriboside ، وهو جزء من الحمض النووي. في الحالات النادرة التي يحدث فيها الثايمين في الحمض النووي الريبي ، يسمى النيوكليوزيد المقابل ريبوثيميدين.

تختلف رموز النوكليوزيدات المكونة من ثلاثة أحرف عن الرموز الأساسية بالحرف الأخير. تستخدم الرموز أحادية الحرف فقط لبقايا (جذور) النيوكليوسيدات في الهياكل الأكثر تعقيدًا.

النيوكليوسيدات مقاومة للتحلل المائي في وسط قلوي ضعيف ، لكنها تتحلل في وسط حمضي. يتم تحلل نيوكليوسيدات البيورين بسهولة ، بينما تكون نكليوسيدات البيورين أكثر صعوبة.

كأدوية في علم الأورام ، يتم استخدام المشتقات الاصطناعية من سلسلة بيريميدين وبيورين ، والتي تشبه في تركيبها المستقلبات الطبيعية (في هذه الحالة ، للقواعد النووية) ، ولكنها ليست متطابقة تمامًا معها ، أي أنها مضادات الأيض. على سبيل المثال، 5-فلورويوراسيليتحدث

كمضاد لليوراسيل والثايمين ، 6- مركابتوبورين- الأدينين. تتنافس مع المستقلبات ، فهي تعطل تخليق الأحماض النووية في الجسم في مراحل مختلفة.

14.1.2. النيوكليوتيدات

تسمى النيوكليوتيدات nucleoside phosphates. عادةً ما يستقر حمض الفوسفوريك هيدروكسيل الكحول عند C-5 "أو C-3" في بقايا ريبوز (ريبونوكليوتيد) أو ديوكسي ريبوز (ديوكسي ريبونوكليوتيد).

يظهر المبدأ العام لهيكل النيوكليوتيدات في مثال فوسفات الأدينوزين. لربط المكونات الثلاثة في جزيء النيوكليوتيدات ، يتم استخدام روابط استر و N-glycosidic.

يمكن اعتبار النيوكليوتيدات ، من ناحية ، إسترات نيوكليوزيد (فوسفات) ، ومن ناحية أخرى ، كأحماض (بسبب وجود بقايا حمض الفوسفوريك).

بسبب بقايا الفوسفات ، تظهر النيوكليوتيدات خصائص حمض ثنائي القاعدة وتحت الظروف الفسيولوجية عند درجة الحموضة ~ 7 تكون في حالة تأين كاملة.

بالنسبة للنيوكليوتيدات ، يتم استخدام نوعين من الأسماء (الجدول 14.1). يتضمن أحدهما اسم النيوكليوسيد ، مشيرًا إلى موضع بقايا الفوسفات فيه ، على سبيل المثال ، الأدينوزين-3-الفوسفات ، اليوريدين-5-الفوسفات ؛ آخر مبني مع إضافة مجموعة - حمض اليليك إلى اسم بقايا قاعدة بيريميدين ، على سبيل المثال 5'-uridylic acid ، أو قاعدة البيورين ، على سبيل المثال 3'-adenylic acid.

باستخدام الرمز المقبول من حرف واحد للنيوكليوسيدات ، تتم كتابة 5 "فوسفات مع إضافة الحرف اللاتيني" r " قبلرمز النوكليوزيد ، 3 "فوسفات - بعدرمز النوكليوزيد. الأدينوسين -5 "فوسفات" يسمى pA ، الأدينوزين -3 "-فوسفات- Ap ، إلخ. تستخدم هذه الاختصارات لتسجيل تسلسل بقايا النوكليوتيدات في الأحماض النووية. فيما يتعلق بالنيوكليوتيدات الحرة في الأدبيات البيوكيميائية ،

تستخدم الجولة أسمائها على نطاق واسع كأحادي الفوسفات مع انعكاس هذه الميزة في رمز مختصر ، على سبيل المثال ، AMP (أو AMP) للأدينوسين -5 "فوسفات ، وما إلى ذلك (انظر الجدول 14.1).

الجدول 14.1.أهم النيوكليوتيدات التي تتكون منها الأحماض النووية

سيكلوفوسفات.وتشمل هذه النيوكليوتيدات التي فيها جزيء واحد من حمض الفوسفوريك يسترة في وقت واحد مجموعتين من الهيدروكسيل من بقايا الكربوهيدرات. تحتوي جميع الخلايا تقريبًا على اثنين من النوكليوزيد السيكلوفوسفات - الأدينوزين -3 "و 5" -سيكلوفوسفات (cAMP) و Guanosine-3 "و 5" -Cyclophosphate (cGMP).

14.2. تركيب الأحماض النووية

14.2.1. الهيكل الأساسي

في سلاسل عديد النوكليوتيدات ، ترتبط وحدات النيوكليوتيدات من خلال مجموعة فوسفاتية. تشكل مجموعة الفوسفات رابطتين استر: مع C-3 "من السابق و C-5" لوحدات النيوكليوتيدات اللاحقة (الشكل 14.1). يتكون العمود الفقري للسلسلة من متبقيات البنتوز والفوسفات المتناوبة ، والقواعد الحلقية غير المتجانسة عبارة عن مجموعات "متدلية" متصلة ببقايا البنتوز. النوكليوتيدات مع مجموعة 5 -OH الحرة تسمى 5 "الطرفية ، ونيوكليوتيد مع مجموعة 3 -OH الحرة تسمى 3" الطرفية.

يوضح الشكل 14.2 بنية قسم تعسفي من سلسلة الحمض النووي ، والذي يتضمن أربع قواعد نووية. من السهل تخيل عدد التركيبات التي يمكن الحصول عليها عن طريق تغيير تسلسل أربعة بقايا نيوكليوتيدات. مبدأ بناء سلسلة من الحمض النووي الريبي هو نفس مبدأ DNA ، مع استثناءين: D-ribose يعمل كبقايا بنتوز في RNA ، وليس الثايمين ، لكن uracil يستخدم في مجموعة القواعد الحلقية غير المتجانسة.

يتم تحديد الهيكل الأساسي للأحماض النووية من خلال تسلسل وحدات النيوكليوتيدات المرتبطة بروابط تساهمية في سلسلة مستمرة من عديد النوكليوتيدات.

لتسهيل كتابة الهيكل الأساسي ، توجد عدة طرق للاختصارات. أحدهما هو استخدام الأسماء المختصرة المعطاة سابقًا للنيوكليوزيدات. على سبيل المثال ، هو مبين في الشكل. 14.2 يمكن كتابة جزء سلسلة DNA

أرز. 14.1.المبدأ العام لهيكل سلسلة عديد النوكليوتيدات

أرز. 14.2.الهيكل الأساسي لجزء من سلسلة DNA

مثل d (ApCpGpTp ...) أو d (A-C-G-T ...). غالبًا ما يتم حذف الحرف d إذا كان من الواضح أننا نتحدث عن الحمض النووي.

من الخصائص المهمة للأحماض النووية تكوين النوكليوتيدات ، أي المجموعة والنسبة الكمية لمكونات النوكليوتيدات. يتم إنشاء تركيبة النوكليوتيدات ، كقاعدة عامة ، من خلال دراسة نواتج الانقسام المائي للأحماض النووية.

يختلف الحمض النووي والحمض النووي الريبي في سلوكهما في ظل ظروف التحلل المائي القلوي والحمضي. الحمض النووي مقاوم للتحلل المائي في البيئة القلوية. تتحلل الحمض النووي الريبي بسهولة في ظروف معتدلة في وسط قلوي إلى نيوكليوتيدات ، والتي بدورها قادرة على شق بقايا حمض الفوسفوريك في وسط قلوي لتكوين نيوكليوسيدات. يتم تحلل النيوكليوسيدات في البيئة الحمضية إلى قواعد حلقية غير متجانسة وكربوهيدرات.

14.2.2. التركيب الثانوي للحمض النووي

تحت الهيكل الثانوي فهم التنظيم المكاني لسلسلة عديد النوكليوتيد. وفقًا لنموذج Watson-Crick ، ​​يتكون جزيء الحمض النووي من سلسلتين عديد النوكليوتيد ، يمينًا حول محور مشترك لتشكيل حلزون مزدوج. يتم توجيه قواعد البيورين والبيريميدين داخل الحلزون. تتكون الروابط الهيدروجينية بين قاعدة البيورين لسلسلة واحدة وقاعدة بيريميدين للسلسلة الأخرى. هذه الأسباب أزواج مكملة.

تتشكل الروابط الهيدروجينية بين المجموعة الأمينية لقاعدة واحدة ومجموعة الكاربونيل لقاعدة أخرى -NH ... O = C-, وأيضًا بين ذرات النيتروجين الأميد والأمين- NH ... N- على سبيل المثال ، كما هو موضح أدناه ، تتكون رابطتان هيدروجينيتان بين الأدينين والثايمين ، وتشكل هذه القواعد زوجًا مكملًا ، أي أن الأدينين في سلسلة واحدة يتوافق مع الثايمين في السلاسل الأخرى. زوج آخر من القواعد التكميلية هو الجوانين والسيتوزين ، حيث توجد ثلاث روابط هيدروجينية.

الروابط الهيدروجينية بين القواعد التكميلية هي أحد أنواع التفاعلات التي تثبت اللولب المزدوج. إن خيطي الحمض النووي اللذين يشكلان الحلزون المزدوج ليسا متطابقين ، لكنهما مكملان لبعضهما البعض. هذا يعني أن الهيكل الأساسي ، أي تسلسل النوكليوتيدات ، لخيط واحد يحدد الهيكل الأساسي للحبلة الثانية (الشكل 14.3).

أرز. 14.3.تكامل سلاسل عديد النوكليوتيدات في الحلزون المزدوج

الحمض النووي

14.3. أنزيمات النوكليوتيدات

النيوكليوتيدات لها أهمية عظيمةليس فقط كيف مواد البناءللأحماض النووية. يشاركون في العمليات البيوكيميائية ولها أهمية خاصة في هذا الدور الإنزيماتأي المواد المرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالأنزيمات والضرورية لمظاهر النشاط الأنزيمي.

14.3.1. نيوكليوزيد متعدد الفوسفات

تحتوي جميع أنسجة الجسم على أحادي وثنائي وثلاثي الفوسفات من النيوكليوسيدات. من المعروف على نطاق واسع بشكل خاص النيوكليوتيدات المحتوية على الأدينين - الأدينوزين-5'-الفوسفات (AMP) والأدينوزين-5'-ثنائي الفوسفات (ADP)

و adenosine-5'-triphosphate (ATP) (بالنسبة لهذه المركبات ، إلى جانب الاختصارات الواردة في الأحرف اللاتينية ، يستخدم الأدب الروسي اختصارات من الأسماء الروسية المقابلة - AMP ، ADP ، ATP).

النيوكليوتيدات المفسفرة في درجات متفاوته، قادرة على إجراء التحويلات البينية من خلال تراكم أو القضاء على مجموعات الفوسفات. تحتوي مجموعة ثنائي الفوسفات على واحد ، وتحتوي مجموعة ثلاثي الفوسفات على رابطتين من أنهيدريد ، تسمى الماكرولأن لديهم الكثير من الطاقة. يتم تجديد تكاليف الطاقة اللازمة لتشكيل مثل هذه الرابطة من خلال الطاقة المنبعثة في عملية التمثيل الغذائي للكربوهيدرات. عندما يتم شق رابطة P ~ O الماكرو (يُشار إليها بخط متموج) ، يتم تحرير حوالي 32 كيلو جول / مول. يرتبط بهذا الدور الأكثر أهمية الذي يلعبه ATP باعتباره "موردًا" للطاقة في جميع الخلايا الحية.

في التحويلات البينية لـ AMP و ADP و ATP الموضحة أدناه ، تتوافق صيغ هذه المركبات مع حالتها غير المتأينة. في ظل الظروف الفسيولوجية عند درجة الحموضة ~ 7 ، تتأين مجموعات الفوسفات بالكامل تقريبًا ؛ لذلك ، في الأدبيات البيوكيميائية ، تتم كتابة هذه النيوكليوتيدات وأي نيوكليوتيدات أخرى كأنيونات ، على التوالي.

النيوكليوزيد متعدد الفوسفات في العمليات البيوكيميائية. بمشاركة ATP و ADP في الجسم ، يتم تنفيذ أهم عملية كيميائية حيوية - نقل مجموعات الفوسفات.على سبيل المثال ، يعتبر تكوين الإسترات (الفوسفات) تفاعلًا نموذجيًا في استقلاب الكربوهيدرات. يتم تنفيذ جميع مراحل تحلل السكر (تحويل الجلوكوز إلى بيروفات) فقط في شكل فوسفات. يمكن تمثيل تحضير فوسفات المركبات المحتوية على الهيدروكسيل كمخطط عام.

وهكذا ، يتفاعل الجالاكتوز ، الذي يتشكل أثناء تفكك اللاكتوز ، في المرحلة الأولية من التحول الأيضي إلى جلوكوز ، مع ATP لتشكيل أحادي الفوسفات.

14.3.2. نيوكليوتيدات النيكوتيناميد

أهم ممثلي هذه المجموعة من المركبات هم نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد(NAD ، أو NAD في الأدب الروسي) وفوسفاته (NADP ، أو NADP). تلعب هذه المركبات دورًا مهمًا مثل الإنزيمات المساعدة في تنفيذ العديد

تفاعلات الأكسدة والاختزال. وفقًا لذلك ، يمكن أن توجد في كل من الأشكال المؤكسدة (NAD + ، NADP +) والمختصرة (NADH ، NADPH).

الجزء الهيكلي لـ NAD + و NADP + عبارة عن بقايا نيكوتيناميد في شكل كاتيون بيريدينيوم. في تكوين NADH و NADPH ، يتم تحويل هذه القطعة إلى بقايا 1.4-ديهيدروبيريدين.

أثناء نزع الهيدروجين البيولوجي ، تفقد الركيزة ذرتين من الهيدروجين ، أي بروتونين وإلكترونين (2H + ، 2e) أو بروتون وأيون هيدريد (H + و H-). يُعتبر الإنزيم المساعد NAD + عادةً متقبلًا لأيون الهيدريد H - (على الرغم من أنه لم يتم تحديد ما إذا كان نقل ذرة الهيدروجين إلى هذا الإنزيم المساعد يحدث في وقت واحد مع نقل الإلكترون أم أن هذه العمليات تستمر بشكل منفصل).

نتيجة الاختزال عن طريق إضافة أيون هيدريد إلى NAD + ، يتم تحويل حلقة البيريدينيوم إلى جزء 1،4-ديهيدروبيريدين. هذه العملية قابلة للعكس.

في تفاعل الأكسدة ، يتم تحويل حلقة بيريدين العطرية إلى حلقة 1.4-ديهيدروبيريدين غير عطرية. بسبب فقدان العطرية ، تزداد طاقة NADH مقارنة بـ NAD +. بهذه الطريقة ، يقوم NADH بتخزين الطاقة ، والتي يتم استهلاكها بعد ذلك في عمليات كيميائية حيوية أخرى تتطلب تكاليف الطاقة.

الأمثلة النموذجية للتفاعلات الكيميائية الحيوية التي تتضمن NAD + هي أكسدة مجموعات الكحول إلى مجموعات الألدهيد (على سبيل المثال ، تحويل الريتينول إلى شبكية العين ، انظر 15.4) ، وبمشاركة NADH ، يتم تقليل مجموعات الكربونيل إلى مجموعات كحولية (تحويل حمض البيروفيك إلى حمض اللاكتيك ، انظر 9.2. 3).

المحاضرة رقم 19
النيوكليوزيدات. نيوكليوتيدات. احماض نووية
يخطط

1. القواعد النووية.
2. نيوكليوسيدات.
3. النيوكليوتيدات.
4. أنزيمات النوكليوتيدات.
5. احماض نووية.

المحاضرة رقم 19

النيوكليوزيدات. نيوكليوتيدات. نووي
حامض

يخطط

1. القواعد النووية.
2. نيوكليوسيدات.
3. النيوكليوتيدات.
4. أنزيمات النوكليوتيدات.
5. احماض نووية.

الأحماض النووية موجودة في
خلايا البوليمرات الحيوية للكائنات الحية التي تؤدي أهم الوظائف
تخزين ونقل المعلومات الجينية والمشاركة في آلياتها
التنفيذ في عملية تخليق البروتينات الخلوية.

تحديد تكوين الأحماض النووية بتسلسلها
يسمح لنا الانقسام المائي بتمييز الهيكلية التالية
عناصر.

ضع في اعتبارك المكونات الهيكلية للنواة
الأحماض بترتيب تعقيد بنيتها.

1. القواعد النووية.

القواعد الحلقية غير المتجانسة التي هي جزء من
احماض نووية ( القواعد النووية) ، هو هيدروكسي- و
المشتقات الأمينية من بيريميدين وبيورين. تحتوي الأحماض النووية على ثلاثة
قواعد حلقية غير متجانسة مع حلقة بيريميدين ( بيريميدين
أسباب) واثنين - مع دورة البيورين (قواعد البيورين). القواعد النووية
لها أسماء تافهة وتسميات ذات حرف واحد.

في الأحماض النووية ، الحلقية غير المتجانسة
القواعد في شكل oxo المستقر ديناميكيًا حراريًا.

بالإضافة إلى هذه المجموعات من القواعد النووية ،
مُسَمًّى رئيسيفي الأحماض النووية بكميات صغيرة
يقابل صغيرالقواعد: 6-oxopurine (hypoxanthine) ،
3-N-methyluracil ، 1-N-methylguanine ، إلخ.

تشمل الأحماض النووية المخلفات
السكريات الأحادية - D-ribose و 2-deoxy-D-ribose. كلا السكريات الأحادية موجودة في
الأحماض النووية فيهاب - شكل فورانوز.

2. النيوكليوسيدات.

النيوكليوسيدات هي N- جليكوسيدات تتكون من القواعد النووية والريبوز.
أو ديوكسيريبوز.

بين ذرة الكربون الشاذة للسكريات الأحادية وذرة النيتروجين في الموضع 1
تتكون حلقة البيريميدين أو ذرة النيتروجين في الموضع 9 من حلقة البيورين ب -جليكوزيد
اتصال.

اعتمادًا على طبيعة بقايا السكاريد الأحادي
النيوكليوسيدات مقسمة إلى ريبونوكليوسيدات(تحتوي على بقايا ريبوز) و ديوكسي ريبونوكليوسيدات(تحتوي على بقايا ديوكسيريبوز). الألقاب
النيوكليوسيدات مبنية على أساس الأسماء التافهة للقواعد النووية ،
مضيفا نهاية - الدينلمشتقات بيريميدين و -وزينل
مشتقات البيورين. تضاف البادئة إلى أسماء deoxyribonucleosides deoxy-.الاستثناء هو النيوكليوسيد الذي يتكون من الثايمين و
deoxyribose ، التي البادئة ديوكسي-لا تضاف بسبب
يشكل الثايمين نيوكليوسيدات مع الريبوز فقط في حالات نادرة جدًا.

تستخدم للإشارة إلى النيوكليوسيدات.
التعيينات أحادية الحرف للقواعد النووية المدرجة في تكوينها. ل
بالنسبة إلى deoxyribonucleosides (باستثناء thymidine) ، تتم إضافة حرف
"د".

جنبا إلى جنب مع الرئيسي
النيوكليوسيدات في تكوين الأحماض النووية توجد نيوكليوسيدات ثانوية ،
تحتوي على قواعد نووية معدلة (انظر أعلاه).

في الطبيعة ، توجد النيوكليوسيدات أيضًا في
الحالة الحرة ، بشكل رئيسي في شكل مضادات حيوية نوكليوزيد ، والتي
عرض نشاط مضاد للورم. تحتوي نيوكليوسيدات المضادات الحيوية على بعض
الاختلافات عن النيوكليوسيدات التقليدية في بنية جزء الكربوهيدرات أو
قاعدة حلقية غير متجانسة ، والتي تسمح لهم بالعمل
مضادات الأيض ، وهو ما يفسر نشاطها المضاد الحيوي.

مثل N- جليكوسيدات ، النيوكليوسيدات مقاومة
القلويات ، لكنها تنقسم تحت تأثير الأحماض مع تشكيلها الحر
أحادي السكاريد والقاعدة النووية. يتم تحلل نيوكليوسيدات البيورين
أخف بكثير من بيريميدين.

3. النيوكليوتيدات

النيوكليوتيدات هي استرات النيوكليوسيدات والفوسفات
الأحماض (الفوسفات النيوكليوزيدية). يتم تكوين رابطة استر مع حمض الفوسفوريك بواسطة OH
المجموعة في المركز 5/ أو
3 / أحادي السكاريد. يعتمد على
تنقسم طبيعة النيوكليوتيدات المتخلفة عن السكاريد الأحادي إلى ريبونوكليوتيدات(العناصر الهيكلية للحمض النووي الريبي) و ديوكسي ريبونوكليوتيدات(العناصر الهيكلية
الحمض النووي). تتضمن أسماء النوكليوتيدات اسم النيوكليوسيد ، متبوعًا بالموضع في
يحتوي على بقايا حمض الفوسفوريك. تحتوي تسميات النوكليوسيدات المختصرة على
تعيين بقايا حمض نيوكليوسيد ، أحادي ، ثنائي ، أو ثلاثي الفوسفوريك ، من أجل
3 / - يشار أيضا إلى المشتقات
موقف مجموعة الفوسفات.

النيوكليوتيدات هي وحدات أحادية ، من
أي سلاسل البوليمر للأحماض النووية مبنية. بعض النيوكليوتيدات
بمثابة الإنزيمات المساعدة والمشاركة في التمثيل الغذائي.

4. النوكليوتيدات
الإنزيمات

الإنزيماتهي مركبات عضوية
الطبيعة غير البروتينية اللازمة لتنفيذ الحفاز
عمل الانزيمات. تنتمي الإنزيمات المساعدة إلى فئات مختلفة من المواد العضوية
روابط. مجموعة مهمة من الإنزيمات المساعدة نيوكليوزيد متعدد الفوسفات .

فوسفات الأدينوزين - المشتقات
يحتوي الأدينوزين على بقايا أحماض أحادي وثنائي وثلاثي الفوسفوريك. مكان خاص
تحتل الأدينوزين -5 / -mono- ، di- و
ثلاثي الفوسفات - AMP و ADP و ATP - ماكروالمواد التي لديها
احتياطيات كبيرة من الطاقة المجانية في شكل متحرك. يحتوي جزيء ATP
ماكرو اتصالات P-O، والتي يتم شقها بسهولة عن طريق التحلل المائي.
الطاقة الحرة الصادرة في هذه الحالة تضمن تدفق المترافق
التحلل المائي لـ ATP لعمليات الابتنائية غير المواتية من الناحية الديناميكية الحرارية ، على سبيل المثال ،
التخليق الحيوي للبروتين.

أنزيم أ.جزيء منه
يتكون الإنزيم المساعد من ثلاثة مكونات هيكلية: حمض البانتوثنيك ،
2-أمينوثانيثيول و ADP.

يشارك الإنزيم A في العمليات
أسيلة إنزيمية ، منشط الأحماض الكربوكسيليةعن طريق قلبهم
في رد الفعل استراتثيولز.

أنزيمات نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد. نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد (أكثر من +)وفوسفاته ( NADP + ) تحتوي في تكوينها على الكاتيون البيريدينيوم في الشكل
جزء النيكوتيناميد. البيريدينيوم الكاتيون كجزء من هذه الإنزيمات المساعدة
قادر على إضافة أنيون هيدريد بشكل عكسي لتشكيل شكل مختزل
أنزيم - أكثر منن.

وهكذا نيكوتيناميد الأدينين ثنائي النوكليوتيد
تشارك الإنزيمات المساعدة في عمليات الأكسدة والاختزال المرتبطة بـ
نقل أنيون الهيدريد ، على سبيل المثال ، أكسدة مجموعات الكحول إلى الألدهيد
(تحويل الريتينول إلى شبكية العين) ، اختزال أميني لأحماض الكيتو ،
تقليل أحماض الكيتو إلى أحماض الهيدروكسي. خلال هذه العمليات ، الركيزة
يفقد (أكسدة) أو يضيف (اختزال) ذرتين هيدروجين في الشكل
ح+ و H - . يعمل الإنزيم كمقبل
(فوق + ) أو متبرع
(فوق . ح) أيون هيدريد. جميع العمليات من
مشاركة الإنزيمات المساعدة انتقائية ستيريو. نعم ، عند التعافي
حمض البيروفيك ، يتكون حمض اللاكتيك فقط.

5. الأحماض النووية.

الهيكل الأساسي الأحماض النووية عبارة عن سلسلة بوليمر خطية مبنية
مونومرات - نيوكليوتيدات مرتبطة ببعضها البعض
3 / -5 / -فسفوديستر
روابط. سلسلة عديد النوكليوتيد لها نهاية 5 و 3. في 5 'نهاية
بقايا حمض الفوسفوريك ، وفي الطرف 3 توجد مجموعة هيدروكسيل حرة.
عادة ما تتم كتابة سلسلة النيوكليوتيدات بدءًا من النهاية 5.

اعتمادًا على طبيعة بقايا السكاريد الأحادي
في النيوكليوتيدات ، تتميز الأحماض النووية الريبية (DNA) والأحماض النووية الريبية
الأحماض (RNA). يختلف DNA و RNA أيضًا في طبيعة مكوناتهما.
القواعد النووية: اليوراسيل هو جزء فقط من الحمض النووي الريبي ، والثيمين جزء فقط من
تكوين الحمض النووي.

الهيكل الثانويالحمض النووي عبارة عن مركب من سلسلتين عديد النوكليوتيد ملتويتين إلى اليمين
حول محور مشترك بحيث تكون سلاسل الكربوهيدرات والفوسفات بالخارج و
القواعد النووية موجهة إلى الداخل ( الحلزون المزدوج Watson-Crick).
تبلغ درجة اللولب 3.4 نانومتر ، مع 10 أزواج أساسية لكل دور. بولينوكليوتيد
السلاسل متوازنة ، أولئك.
مقابل الطرف 3 من خصلة واحدة هو الطرف 5 من الخصلة الأخرى. شريطين من الحمض النووي
تكوين مختلف ، لكنهم مكمل. يتم التعبير عن هذا في
حقيقة أن الأدينين (A) المقابل في إحدى السلاسل يوجد دائمًا ثايمين (T) في السلسلة الأخرى
السلسلة ، والجوانين المقابل (G) هو دائمًا السيتوزين (C). مكمل
يتم تنفيذ اقتران A مع T و G مع C بواسطة روابط هيدروجينية. بين A و T
يتم تكوين رابطتين هيدروجينيتين ، بين G و C - ثلاثة.

تكامل خيوط الحمض النووي هو
الأساس الكيميائي لأهم وظيفة للحمض النووي - تخزين ونقل الجينات
معلومة.

أنواع الحمض النووي الريبي. هناك ثلاثة رئيسية
أنواع الحمض النووي الريبي الخلوي: نقل الحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) ، والحمض النووي الريبي المرسال (مرنا) والريبوزومي
الحمض النووي الريبي (الرنا الريباسي). تختلف في الموقع في الخلية والتكوين والحجم ،
فضلا عن الوظائف. عادة ما يتكون الحمض النووي الريبي من سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات
التي في الفضاء تتطور بطريقة تجعل أقسامها الفردية
تصبح مكملة لبعضها البعض ("التمسك ببعضها البعض") وتكون قصيرة
المقاطع الحلزونية المزدوجة للجزيء ، بينما تبقى الأقسام الأخرى
واحد تقطعت بهم السبل.

رسول RNAأداء وظيفة المصفوفة
تخليق البروتين في الريبوسومات.

RNA الريبوسومتلعب دور الهيكلية
مكونات الريبوسوم.

نقل الحمض النووي الريبيمشاركة في
مواصلاتأ - الأحماض الأمينية من السيتوبلازم إلى الريبوسومات وفي ترجمة معلومات النوكليوتيدات
تسلسل mRNA لتسلسل الأحماض الأمينية في البروتينات.

آلية نقل المعلومات الجينية. المعلومات الجينية المشفرة في تسلسل النيوكليوتيدات
الحمض النووي. تتضمن آلية نقل هذه المعلومات ثلاث خطوات رئيسية.

المرحلة الأولى - تكرار-ينسخ
الحمض النووي للأم لتشكيل جزيئين DNA ابنتين ، نوكليوتيد
تسلسل مكمل لتسلسل الحمض النووي للأم و
يتم تعريفه بشكل فريد به. يتم إجراء النسخ المتماثل عن طريق تخليق ملف
جزيئات الحمض النووي على الأم ، والتي تلعب دور القالب. الحلزون المزدوج
ينفصل الحمض النووي للأمهات ويتم تصنيع واحد جديد على كل من الخيطين
(ابنة) حبلا من الحمض النووي ، مع مراعاة مبدأ التكامل. يتم تنفيذ العملية
بواسطة إنزيم DNA polymerase. إذن من حمض نووي واحد للأم
يتم تشكيل شركتين تابعتين ، يحتوي كل منهما على واحدة
أحد الوالدين وسلسلة عديد النوكليوتيد تم تصنيعها حديثًا.

المرحلة الثانية - النسخ- العملية في
يتم خلالها نسخ جزء من المعلومات الجينية من الحمض النووي في شكل مرنا.
يتم تصنيع Messenger RNA في منطقة خيط DNA غير المتصاعد كما في القالب
بواسطة إنزيم بوليميراز الحمض النووي الريبي. في سلسلة عديد النوكليوتيد مرنا
ribonucleotides التي تحمل تأكيد
يتم ترتيب القواعد النووية في تسلسل تحدده
التفاعلات التكميلية مع القواعد النووية لسلسلة الحمض النووي. حيث الأدينينسوف تتطابق قاعدة في الحمض النووي اليوراسيلقاعدة في RNA. يتم ترميز المعلومات الجينية لتخليق البروتين في الحمض النووي باستخدام
يساعد ثلاثة توائمشفرة. يتم ترميز حمض أميني واحد
ثلاثة تسلسل النوكليوتيدات يسمى كودون.
يسمى قسم الحمض النووي الذي يرمز لسلسلة بولي ببتيد واحدة الجينوم.
يتوافق كل كودون في DNA مع كودون مكمل في mRNA. بشكل عام ، الجزيء
mRNA مكمل لجزء محدد من سلسلة DNA - الجين.

تتم عمليات النسخ والنسخ في
نواة الخلية. يتم تصنيع البروتين في الريبوسومات. توليف مرنا
يهاجر من النواة إلى السيتوبلازم إلى الريبوسومات ، وينقل المعلومات الوراثية إلى
موقع تخليق البروتين.

المرحلة الثالثة - إذاعة- عملية
تنفيذ المعلومات الجينية التي يحملها الرنا المرسال في شكل تسلسل
النيوكليوتيدات في تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين المركب.أ -الأحماض الأمينية اللازمة
يتم نقل تخليق البروتين إلى الريبوسومات عن طريق الحمض الريبي النووي النقال الذي يتم بواسطته
الارتباط بالأسيلة 3 / مجموعات -OH في نهاية سلسلة الحمض النووي الريبي.

يحتوي الحمض الريبي النووي النقال (tRNA) على فرع مضاد للكودون يحتوي على
ثلاثي النوكليوتيد - أنتيكودون، والذي يتوافق مع
حمض أميني. على الريبوسوم ، ترتبط الحمض النووي الريبي في مواقع anticodon بـ
أكواد mRNA المقابلة. خصوصية الكودون ورسو السفن المضاد
المقدمة من خلال تكاملها. بين الأحماض الأمينية وثيقة الصلة
تتشكل رابطة الببتيد. وهكذا ، يتم تعريفها بدقة
سلسلة من الأحماض الأمينية التي تشكل البروتينات المشفرة بـ
الجينات.

احماض نووية. ATP

احماض نووية(من lat. nucleus - nucleus) - أحماض ، اكتشفت لأول مرة في دراسة نوى الكريات البيض ؛ تم اكتشافه في عام 1868 بواسطة I.F. ميشير ، عالم الكيمياء الحيوية السويسري. الأهمية البيولوجيةالأحماض النووية - تخزين المعلومات الوراثية ونقلها ؛ فهي ضرورية للحفاظ على الحياة وإعادة إنتاجها.

احماض نووية

نيوكليوتيد الحمض النووي ونيوكليوتيد الحمض النووي الريبي لهما أوجه تشابه واختلاف.

هيكل النوكليوتيدات DNA

هيكل نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي

جزيء الحمض النووي هو حبلا حلزون مزدوج.

جزيء الحمض النووي الريبي هو خيط واحد من النيوكليوتيدات ، يشبه في هيكله خيط واحد من الحمض النووي. فقط بدلاً من deoxyribose ، يشتمل RNA على كربوهيدرات أخرى - ريبوز (ومن هنا جاءت تسميته) ، وبدلاً من الثايمين - اليوراسيل.

يتم توصيل شريطين من الحمض النووي ببعضهما البعض بواسطة روابط هيدروجينية. في هذه الحالة ، يتم ملاحظة نمط مهم: مقابل القاعدة النيتروجينية ، الأدينين أ في سلسلة واحدة هو القاعدة النيتروجينية الثايمين T في السلسلة الأخرى ، والسيتوزين C يقع دائمًا مقابل الجوانين G. تسمى هذه الأزواج القاعدية أزواج مكملة.

هكذا، مبدأ التكامل(من خط مكمل - إضافة) هو أن كل قاعدة نيتروجينية متضمنة في النيوكليوتيد تتوافق مع قاعدة نيتروجينية أخرى. هناك أزواج محددة بدقة من القواعد (A - T ، G - C) ، هذه الأزواج محددة. هناك ثلاث روابط هيدروجينية بين الجوانين والسيتوزين ، وبين الأدينين والثايمين ، توجد رابطتان هيدروجينيتان في نوكليوتيد الحمض النووي ، وفي الحمض النووي الريبي ، توجد رابطتان هيدروجينيتان بين الأدينين واليوراسيل.

الروابط الهيدروجينية بين القواعد النيتروجينية للنيوكليوتيدات

G ≡ C G ≡ C

نتيجة لذلك ، في أي كائن حي ، يكون عدد نيوكليوتيدات الأدينيل مساويًا لعدد الثيميديل ، وعدد نيوكليوتيدات الغوانيل يساوي عدد السيتيدل. بسبب هذه الخاصية ، فإن تسلسل النيوكليوتيدات في إحدى السلاسل يحدد تسلسلها في سلسلة أخرى. تسمى هذه القدرة على الجمع الانتقائي للنيوكليوتيدات بالتكامل ، وهذه الخاصية تكمن وراء تكوين جزيئات DNA جديدة بناءً على الجزيء الأصلي (النسخ المتماثل ، أي المضاعفة).

وبالتالي ، فإن المحتوى الكمي للقواعد النيتروجينية في الحمض النووي يخضع لقواعد معينة:

1) مجموع الأدينين والجوانين يساوي مجموع السيتوزين والثيمين A + G = C + T.

2) مجموع الأدينين والسيتوزين يساوي مجموع الجوانين والثيمين A + C = G + T.

3) كمية الأدينين تساوي كمية الثايمين ، كمية الجوانين تساوي كمية السيتوزين A = T ؛ G = ج.

عندما تتغير الظروف ، يمكن أن يخضع الحمض النووي ، مثل البروتينات ، للتمسخ ، وهو ما يسمى بالذوبان.

الحمض النووي له خصائص فريدة من نوعها: القدرة على المضاعفة الذاتية (التكرار ، المضاعفة) والقدرة على الشفاء الذاتي (الإصلاح). تكراريضمن التكاثر الدقيق في جزيئات الابنة للمعلومات التي تم تسجيلها في الجزيء الأصل. لكن في بعض الأحيان تحدث أخطاء أثناء عملية النسخ المتماثل. قدرة جزيء الحمض النووي على تصحيح الأخطاء التي تحدث في دوائره ، أي الاستعادة التسلسل الصحيحالنيوكليوتيدات تعويضات.

توجد جزيئات الحمض النووي بشكل أساسي في نوى الخلايا وكمية صغيرة في الميتوكوندريا والبلاستيدات - البلاستيدات الخضراء. جزيئات الحمض النووي هي ناقلات للمعلومات الوراثية.

الهيكل والوظائف والتوطين في الخلية. هناك ثلاثة أنواع من الحمض النووي الريبي. ترتبط الأسماء بالوظائف المؤداة:

الخصائص المقارنةاحماض نووية

أحماض الأدينوزين الفوسفوريك - أ حمض الدينوزين ثلاثي الفوسفوريك (ATP) ،أ حمض الدينوزين ثنائي الفوسفوريك (ADP) ،أ حمض أحادي الفوسفوريك (AMP).

يحتوي السيتوبلازم في كل خلية ، وكذلك الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء والنواة ، على ثلاثي فوسفات الأدينوزين (ATP). يوفر الطاقة لمعظم التفاعلات التي تحدث في الخلية. بمساعدة ATP ، تقوم الخلية بتجميع جزيئات جديدة من البروتينات والكربوهيدرات والدهون ، وتقوم بالنقل الفعال للمواد ، وتتغلب على الأسواط والأهداب.

يشبه ATP في هيكله نيوكليوتيد الأدينين الذي يعد جزءًا من الحمض النووي الريبي ، فقط بدلاً من حمض الفوسفوريك واحد ، يحتوي ATP على ثلاث بقايا حمض الفوسفوريك.

هيكل جزيء ATP:

الروابط الكيميائية غير المستقرة التي تربط جزيئات حمض الفوسفوريك في ATP غنية جدًا بالطاقة. عندما تنكسر هذه الروابط ، يتم إطلاق الطاقة ، والتي تستخدمها كل خلية لضمان العمليات الحيوية:

ATP ADP + P + E.

ADP AMP + F + E ،

حيث F هو حمض الفوسفوريك H3PO4 ، E هي الطاقة المنبعثة.

تسمى الروابط الكيميائية الغنية بالطاقة في ATP بين بقايا حمض الفوسفوريك روابط ماكرورجيك. يصاحب انقسام جزيء واحد من حامض الفوسفوريك إطلاق طاقة - 40 كيلو جول.

يتكون ATP من ADP والفوسفات غير العضوي بسبب الطاقة المنبعثة أثناء الأكسدة المواد العضويةوأثناء عملية التمثيل الضوئي. هذه العملية تسمى الفسفرة.

في هذه الحالة ، يجب إنفاق ما لا يقل عن 40 كيلو جول / مول من الطاقة ، والتي تتراكم في روابط كبيرة. وبالتالي ، يتم تحديد الأهمية الرئيسية لعمليات التنفس والتمثيل الضوئي من خلال حقيقة أنها توفر الطاقة لتخليق ATP ، مع مشاركة معظم العمل في الخلية.

يتم تحديث ATP بسرعة كبيرة. في البشر ، على سبيل المثال ، يتم تكسير كل جزيء ATP وإعادة بنائه 2400 مرة في اليوم ، بحيث يكون متوسط ​​مدةالحياة أقل من 1 دقيقة. يتم تصنيع ATP بشكل رئيسي في الميتوكوندريا والبلاستيدات الخضراء (جزئيًا في السيتوبلازم). يتم إرسال ATP المتكون هنا إلى تلك الأجزاء من الخلية حيث توجد حاجة للطاقة.

يلعب ATP دورًا مهمًا في الطاقة الحيوية للخلايا: فهو يؤدي إحدى الوظائف الأكثر أهمية - جهاز تخزين الطاقة ، وهو مجمع عالمي للطاقة البيولوجية.

تتكون كل أشكال الحياة على الكوكب من العديد من الخلايا التي تحافظ على تنظيم تنظيمها بسبب المعلومات الجينية الموجودة في النواة. يتم تخزينه وتنفيذه ونقله بواسطة مركبات جزيئية معقدة - أحماض نووية ، تتكون من وحدات مونومر - نيوكليوتيدات. لا يمكن المبالغة في تقدير دور الأحماض النووية. يحدد استقرار هيكلها النشاط الحيوي الطبيعي للكائن الحي ، وأي انحرافات في الهيكل تؤدي حتما إلى تغيير في التنظيم الخلوي ونشاط العمليات الفسيولوجية وصلاحية الخلايا ككل.

مفهوم النوكليوتيدات وخصائصه

يتم تجميع كل أو RNA من مركبات أحادية أصغر - النيوكليوتيدات. وبعبارة أخرى ، فإن النيوكليوتيدات هي مادة بناء للأحماض النووية والإنزيمات المساعدة والعديد من المركبات البيولوجية الأخرى الضرورية للخلية في مسار حياتها.

إلى الخصائص الرئيسية لهذه المواد الأساسيةيمكن أن يعزى:

تخزين المعلومات حول السمات الموروثة ؛
. ممارسة السيطرة على النمو والتكاثر ؛
. المشاركة في التمثيل الغذائي والعديد من العمليات الفسيولوجية الأخرى التي تحدث في الخلية.

عند الحديث عن النيوكليوتيدات ، من المستحيل عدم الخوض في هذا الأمر امر هامكهيكلها وتكوينها.

يتكون كل نوكليوتيد من:

بقايا السكر
. قاعدة نيتروجينية؛
. مجموعة الفوسفات أو بقايا حمض الفوسفوريك.

يمكننا القول أن النيوكليوتيدات معقد مركب عضوي. اعتمادًا على تكوين الأنواع للقواعد النيتروجينية ونوع البنتوز في بنية النيوكليوتيدات ، تنقسم الأحماض النووية إلى:

حمض ديوكسي ريبونوكلييك ، أو دنا ؛
. حمض النووي الريبي ، أو RNA.

تكوين الأحماض النووية

في الأحماض النووية ، يتم تمثيل السكر بالبنتوز. هذا سكر مكون من خمسة كربون ، ويسمى في الحمض النووي ديوكسيريبوز ، وفي الحمض النووي الريبي يطلق عليه ريبوز. يحتوي كل جزيء خماسي على خمس ذرات كربون ، أربع منها ، مع ذرة أكسجين ، تشكل حلقة من خمسة أعضاء ، والخامس مدرج في مجموعة HO-CH2.

يتم الإشارة إلى موضع كل ذرة كربون في جزيء البنتوز رقم عربيمعدة (1C´ ، 2C´ ، 3C´ ، 4C´ ، 5C´). نظرًا لأن جميع عمليات القراءة من جزيء الحمض النووي لها اتجاه صارم ، فإن ترقيم ذرات الكربون وترتيبها في الحلقة يعمل كمؤشر للاتجاه الصحيح.

في مجموعة الهيدروكسيل ، يتم ربط بقايا حمض الفوسفوريك بذرات الكربون الثالثة والخامسة (3 درجة مئوية و 5 درجة مئوية). يحدد الارتباط الكيميائي للحمض النووي والحمض النووي الريبي لمجموعة من الأحماض.

ترتبط القاعدة النيتروجينية بأول ذرة كربون (1C´) في جزيء السكر.

تكوين الأنواع من القواعد النيتروجينية

يتم تمثيل نيوكليوتيدات الحمض النووي وفقًا للقاعدة النيتروجينية بأربعة أنواع:

الأدينين (أ) ؛
. جوانين (G) ؛
. السيتوزين (ج) ؛
. الثايمين (T).

الأولين ينتميان إلى فئة البيورينات ، والنوعان الأخيران هما بيريميدين. من حيث الوزن الجزيئي ، تكون البيورينات دائمًا أثقل من البيريميدين.

يتم تمثيل نيوكليوتيدات الحمض النووي الريبي بواسطة القاعدة النيتروجينية من خلال:

الأدينين (أ) ؛
. جوانين (G) ؛
. السيتوزين (ج) ؛
. اليوراسيل (يو).

اليوراسيل ، مثل الثايمين ، هو قاعدة بيريميدين.

في الأدبيات العلمية ، غالبًا ما يمكن للمرء أن يجد تسمية أخرى للقواعد النيتروجينية - بأحرف لاتينية (A ، T ، C ، G ، U).

دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول التركيب الكيميائي للبيورينات والبيريميدين.

يتم تمثيل Pyrimidines ، وهي السيتوزين والثايمين واليوراسيل ، في تكوينها بواسطة ذرتين من النيتروجين وأربع ذرات كربون ، وتشكل حلقة من ستة أعضاء. كل ذرة لها رقمها الخاص من 1 إلى 6.

تتكون البيورينات (الأدينين والجوانين) من بيريميدين وإيميدازول أو دورتين غير متجانستين. يتم تمثيل جزيء قاعدة البيورين بأربع ذرات نيتروجين وخمس ذرات كربون. كل ذرة مرقمة من 1 إلى 9.

نتيجة للجمع بين القاعدة النيتروجينية وبقايا البنتوز ، يتم تكوين نوكليوزيد. النوكليوتيدات مركب من مجموعة نيوكليوسيد وفوسفات.

تكوين روابط فوسفوديستر

من المهم أن نفهم مسألة كيفية ارتباط النيوكليوتيدات بسلسلة عديد ببتيد وتشكيل جزيء حمض نووي. يحدث هذا بسبب ما يسمى روابط phosphodiester.

تفاعل اثنين من النيوكليوتيدات يعطي ثنائي النوكليوتيد. يحدث تكوين مركب جديد عن طريق التكثيف ، عندما تحدث رابطة فوسفوديستر بين بقايا الفوسفات لمونومر ومجموعة هيدروكسي من البنتوز في آخر.

تخليق عديد النوكليوتيد هو التكرار المتكرر لهذا التفاعل (عدة ملايين من المرات). تم بناء سلسلة عديد النوكليوتيد من خلال تكوين روابط فوسفوديستر بين الكربونات الثالثة والخامسة من السكريات (3C 'و 5C').

يعتبر تجميع البولينوكليوتيد عملية معقدة تحدث بمشاركة إنزيم بوليميراز الحمض النووي ، والذي يضمن نمو السلسلة من طرف واحد فقط (3´) مع مجموعة هيدروكسيل حرة.

هيكل جزيء الحمض النووي

يمكن أن يكون لجزيء الحمض النووي ، مثل البروتين ، بنية أولية أو ثانوية أو ثلاثية.

يحدد تسلسل النيوكليوتيدات في سلسلة الحمض النووي تكوينها الأساسي بسبب الروابط الهيدروجينية ، والتي تستند إلى مبدأ التكامل. بعبارة أخرى ، أثناء تخليق المضاعفة ، يعمل نمط معين: الأدينين في إحدى السلاسل يتوافق مع ثايمين الآخر ، والجوانين إلى السيتوزين ، والعكس صحيح. تتشكل أزواج من الأدينين والثايمين أو الجوانين والسيتوزين بسبب اثنين من الروابط الهيدروجينية في الحالة الأولى والثالثة في الحالة الأخيرة. يوفر اتصال النيوكليوتيدات هذا رابطة قوية بين السلاسل ومسافة متساوية بينهما.

بمعرفة تسلسل النوكليوتيدات لشريط واحد من الحمض النووي ، من خلال مبدأ التكامل أو الإضافة ، يمكنك إكمال السلسلة الثانية.

يتكون الهيكل الثلاثي للحمض النووي من روابط معقدة ثلاثية الأبعاد ، مما يجعل جزيئه أكثر إحكاما وقادرًا على احتواء حجم خلية صغير. لذلك ، على سبيل المثال ، يبلغ طول E. coli DNA أكثر من 1 مم ، بينما يبلغ طول الخلية أقل من 5 ميكرون.

يخضع عدد النيوكليوتيدات في الحمض النووي ، أي نسبتها الكمية ، لقاعدة Chergaff (عدد قواعد البيورين دائمًا يساوي عدد قواعد بيريميدين). المسافة بين النيوكليوتيدات قيمة ثابتة تساوي 0.34 نانومتر ، وكذلك وزنها الجزيئي.

هيكل جزيء الحمض النووي الريبي

يتم تمثيل الحمض النووي الريبي من خلال سلسلة واحدة من عديد النوكليوتيدات تتشكل من خلال البنتوز (في هذه الحالة ، الريبوز) وبقايا الفوسفات. إنه أقصر بكثير من طول الحمض النووي. هناك أيضًا اختلافات في تكوين الأنواع للقواعد النيتروجينية في النيوكليوتيدات. في الحمض النووي الريبي ، يستخدم اليوراسيل بدلاً من قاعدة بيريميدين من الثايمين. اعتمادًا على الوظائف التي يتم إجراؤها في الجسم ، يمكن أن يكون الحمض النووي الريبي من ثلاثة أنواع.

الريبوسوم (الرنا الريباسي) - يحتوي عادة من 3000 إلى 5000 نيوكليوتيد. كما هو مطلوب المكون الهيكلييشارك في تكوين المركز النشط للريبوسوم ، موقع أحد العمليات الحرجةفي الخلية - التخليق الحيوي للبروتين.
. النقل (الحمض الريبي النووي النقال) - يتكون من 75-95 نيوكليوتيد في المتوسط ​​، يقوم بنقل الحمض الأميني المطلوب إلى موقع تخليق بولي ببتيد في الريبوسوم. كل نوع من أنواع الحمض الريبي النووي النقال (40 على الأقل) له تسلسل فريد خاص به من المونومرات أو النيوكليوتيدات.
. المعلومات (مرنا) - تكوين النيوكليوتيدات شديد التنوع. ينقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى الريبوسومات ، ويعمل كمصفوفة لتخليق جزيء البروتين.

دور النيوكليوتيدات في الجسم

تؤدي النيوكليوتيدات في الخلية عددًا من الوظائف المهمة:

يتم استخدامها ككتل هيكلية للأحماض النووية (نيوكليوتيدات سلسلة البيورين وبيريميدين) ؛
. المشاركة في العديد من عمليات التمثيل الغذائي في الخلية ؛
. هي جزء من ATP - المصدر الرئيسي للطاقة في الخلايا ؛
. تعمل كحاملات لتقليل المكافئات في الخلايا (NAD + ، NADP + ، FAD ، FMN) ؛
. أداء وظيفة المنظمين الحيوي ؛
. يمكن اعتباره الرسل الثاني للتوليف المنتظم خارج الخلية (على سبيل المثال ، cAMP أو cGMP).

النوكليوتيدات هي وحدة أحادية تشكل أكثر اتصالات معقدة- الأحماض النووية ، والتي بدونها يتعذر نقل المعلومات الوراثية وتخزينها وتكاثرها. النيوكليوتيدات الحرة هي المكونات الرئيسية المشاركة في عمليات الإشارات والطاقة التي تدعم الأداء الطبيعي للخلايا والجسم ككل.