4.2.1. Estrutura primária de ácidos nucleicos chamado sequência de mononucleotídeos em uma cadeia de DNA ou RNA . A estrutura primária dos ácidos nucleicos é estabilizada por ligações 3",5"-fosfodiéster. Essas ligações são formadas pela interação do grupo hidroxila na posição 3" do resíduo pentose de cada nucleotídeo com o grupo fosfato do nucleotídeo adjacente (Figura 3.2),
Assim, em uma extremidade da cadeia polinucleotídica há um grupo 5'-fosfato livre (extremidade 5') e na outra extremidade há um grupo hidroxila livre na posição 3' (extremidade 3'). As sequências de nucleotídeos são geralmente escritas na direção da extremidade de 5" para a extremidade de 3".
Figura 4.2. A estrutura de um dinucleotídeo, que inclui adenosina-5"-monofosfato e citidina-5"-monofosfato.
4.2.2. DNA (ácido desoxirribonucleico) está contido no núcleo da célula e tem um peso molecular de cerca de 1011 Da. Seus nucleotídeos contêm bases nitrogenadas. adenina, guanina, citosina, timina , carboidrato desoxirribose e resíduos de ácido fosfórico. O conteúdo de bases nitrogenadas em uma molécula de DNA é determinado pelas regras de Chargaff:
1) o número de bases purinas é igual ao número de bases pirimídicas (A + G = C + T);
2) a quantidade de adenina e citosina é igual à quantidade de timina e guanina, respectivamente (A = T; C = G);
3) DNA isolado de células de diferentes espécies biológicas diferem entre si no valor do coeficiente de especificidade:
(G + C) / (A + T)
Esses padrões na estrutura do DNA são explicados pelas seguintes características de sua estrutura secundária:
1) uma molécula de DNA é construída a partir de duas cadeias polinucleotídicas interligadas por pontes de hidrogênio e orientadas antiparalelamente (ou seja, a extremidade 3" de uma cadeia está localizada oposta à extremidade 5" da outra cadeia e vice-versa);
2) ligações de hidrogênio são formadas entre pares complementares de bases nitrogenadas. A adenina é complementar à timina; este par é estabilizado por duas ligações de hidrogênio. A guanina é complementar à citosina; este par é estabilizado por três ligações de hidrogênio (veja a figura b). Quanto mais pares G-C em uma molécula de DNA, maior sua resistência a altas temperaturas e radiação ionizante;
Figura 3.3. Ligações de hidrogênio entre bases nitrogenadas complementares.
3) ambas as fitas de DNA são torcidas em uma hélice com um eixo comum. As bases nitrogenadas estão voltadas para o interior da hélice; além das interações de hidrogênio, também surgem interações hidrofóbicas entre eles. As partes de ribose fosfato estão localizadas ao longo da periferia, formando a espinha dorsal da hélice (veja a Figura 3.4).
Figura 3.4. Diagrama da estrutura do DNA.
4.2.3. RNA (ácido ribonucleico) está contido principalmente no citoplasma da célula e tem um peso molecular na faixa de 104 - 106 Da. Seus nucleotídeos contêm bases nitrogenadas. adenina, guanina, citosina, uracila , carboidrato ribose e resíduos de ácido fosfórico. Ao contrário do DNA, as moléculas de RNA são construídas a partir de uma única cadeia polinucleotídica, que pode conter seções complementares entre si (Figura 3.5). Essas seções podem interagir entre si, formando duplas hélices, alternando com seções não espiraladas.
Figura 3.5. Esquema da estrutura do RNA de transferência.
De acordo com as características da estrutura e função, distinguem-se três tipos principais de RNA:
1) mensageiro (mensageiro) RNA (mRNA) transmitir informações sobre a estrutura da proteína do núcleo da célula para os ribossomos;
2) RNA de transferência (tRNA) realizar o transporte de aminoácidos para o local de síntese de proteínas;
3) RNA ribossômico (rRNA) fazem parte dos ribossomos, participam da síntese de proteínas.
Os ácidos desoxirribonucleicos (DNA) são polidesoxirribonucleotídeos lineares (ou cíclicos), não ramificados. A unidade estrutural do DNA é desoxirribonucleotídeos, ou seja, monofosfatos de desoxirribonucleosídeos (DNMP).
DNMF são compostos que consistem em uma base nitrogenada purina ou pirimidina, desoxirribose e um resíduo de ácido fosfórico.
Como bases de purina, DNMF inclui adenina e guanina, as bases de pirimidina são representadas por timina e citosina. Uma característica importante dos derivados hidroxi de purina e pirimidina é a possibilidade de suas transformações tautoméricas (lactim-lactama). Na composição do DNA, todos os derivados hidroxilados de bases nitrogenadas estão presentes na forma de lactamas (forma ceto).
Monofosfatos de desocribonucleosídeos.
Monofosfato de desoxiadenosina Monofosfato de desoxiguanosina
dAMP dGMP
Monofosfato de desoxicitidina Monofosfato de desoxitimidina
dCMP dTMP
Na composição do DNA, juntamente com as DNMPs indicadas, as DNMPs com bases menores (exóticas) são encontradas em pequenas quantidades. As bases nitrogenadas menores são bases metiladas, hidroximetiladas ou glicosiladas resultantes da modificação das bases principais do polidesoxirribonucleotídeo durante o processamento do DNA (maturação). Exemplos de bases nitrogenadas menores são:
Bases Purinas Bases Pirimidinas
N 6 -metiladenina 5-metilcitosina
1(ou 3, ou 7)-metilguanina 5-hidroximetilcitosina uranila
N 2 -metil (ou dimetil) -guanina hidroximetiluracil
Para estudar a composição nucleotídica do DNA, utiliza-se a hidrólise do DNA, seguida de cromatografia e determinação qualitativa e quantitativa de bases nitrogenadas. Juntamente com os métodos clássicos de análise, a composição de nucleotídeos do DNA também pode ser determinada a partir da temperatura de fusão do DNA (o conteúdo de pares GC é diretamente proporcional à temperatura de fusão) e da densidade flutuante do DNA durante sua ultracentrifugação em césio. gradiente de densidade de cloreto (o conteúdo de pares GC é diretamente proporcional à densidade flutuante).
Ao analisar a composição nucleotídica do DNA de diferentes tipos de organismos, foram estabelecidos vários padrões que caracterizam a proporção quantitativa das bases nitrogenadas (regras de Chargaff).
1. O conteúdo molar de adenina é igual ao conteúdo molar de timina, e o conteúdo molar de guanina é igual ao conteúdo molar de citosina.
A = T, ou A: T = 1.
G \u003d C, ou G: C \u003d 1.
2. A soma das bases purinas é igual à soma das bases pirimídicas.
A + G \u003d T + C, ou (A + G): (T + C) \u003d 1.
purinas = pirimidinas.
3. A composição de nucleotídeos do DNA de diferentes células de um organismo multicelular é a mesma.
4. Cada espécie biológica é caracterizada por uma composição específica constante de nucleotídeos de DNA, que se reflete no coeficiente de especificidade.
K = ------------;
Dependendo da predominância de AT ou GC, os tipos de DNA AT e GC são distinguidos, respectivamente. O tipo AT é típico, em particular, para cordados e invertebrados, plantas superiores e leveduras. Em diferentes espécies de bactérias, há uma dispersão na composição de nucleotídeos de um tipo GC fortemente pronunciado para o tipo AT. Com base no coeficiente de especificidade, foram desenvolvidos os princípios da sistemática genética de objetos da flora e da fauna.
3.3 ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA.
Os ácidos desoxirribonucleicos (DNA) são lineares
(ou cíclicos) polidesoxirribonucleotídeos.
A estrutura primária do DNA é a sequência de resíduos alternados de monofosfato de desoxirribonucleosídeo (DNMP) na cadeia polidesoxirribonucleotídica.
A estrutura primária do DNA é uma estrutura covalente, uma vez que os resíduos de DNMP na cadeia polidesoxirribonucleotídica estão ligados uns aos outros por ligações fosfodiéster de 3", 5".
O esqueleto (espinha dorsal, espinha dorsal) de um polidesoxirribonucleotídeo consiste em grupos desoxirribose e fosfato monotonicamente alternados ligados à espinha dorsal a distâncias iguais entre si. O esqueleto açúcar-fosfato do DNA, com uma grande carga negativa, é uma parte altamente polar da molécula, enquanto as bases nitrogenadas são componentes hidrofóbicos não polares.
A cadeia de polidesoxirribonucleotídeo tem vetoridade, tem uma direção da extremidade 5' (o início da cadeia) para a extremidade 3' (o final da cadeia), ou seja, 5" ----> 3". A extremidade 5' (extremidade fosfato) e a extremidade 3' (extremidade hidroxila) são as extremidades nas quais os átomos de desoxirribose 5' e 3', respectivamente, estão livres da ligação internucleotídica. A vetoridade é determinada pela direção de montagem da cadeia polidesoxirribonucleotídica.
O coeficiente de policondensação do DNA varia de 0,5. 10 4 para vírus a 10 8 para DNA nuclear de eucariotos superiores. De acordo com isso, o peso molecular do DNA também varia em uma ampla faixa, atingindo várias dezenas de bilhões de daltons em eucariotos superiores. Ao mesmo tempo, o número de proteínas codificadas em procariontes e eucariotos difere em não mais do que uma ordem de magnitude. Isso se deve tanto à organização complexa dos genes quanto à presença de DNA repetitivo em eucariotos.
Nos procariontes, o DNA é representado por uma única molécula. À medida que as espécies se tornam mais complexas, o tamanho e o número de diferentes DNAs aumentam. Nos eucariotos, o número de DNA é igual ao número de cromossomos. Assim, existem 46 DNAs diferentes nas células humanas.
Cada DNA tem uma estrutura primária única, e sua estrutura primária em todas as células de um organismo multicelular parece ser exatamente a mesma.
A sequência de nucleotídeos do DNA é designada começando na extremidade de 5" usando os símbolos de uma única letra A, G, C e T para nucleosídeos
(nucleotídeos) e f - para o grupo fosfato, por exemplo: fAphTfGfGfC ou fATHGC.
A complexidade de estudar a estrutura primária do DNA se deve ao comprimento muito longo da cadeia polidesoxirribonucleotídica e à presença de apenas quatro tipos de nucleotídeos. Para decifrar a estrutura primária do DNA, métodos indiretos foram usados anteriormente:
por coesão de unidades de nucleotídeos de purina e pirimidina, elucidação do número e estrutura de frações individuais de nucleotídeos (as chamadas isoplacas);
na cinética de reassociação do DNA (presença de sequências repetidas);
por distribuição de bases menores;
para detecção em DNA e determinação da sequência de palíndromos.
Atualmente, são amplamente utilizados os métodos diretos, que são utilizados na seguinte sequência:
clivagem com várias enzimas de restrição com formação de sequências sobrepostas;
separação eletroforética de fragmentos de DNA em gel de poliacrilamida de acordo com o número de nucleotídeos que contêm;
decifrar a sequência nucleotídica nos fragmentos;
estabelecer a ordem de arranjo dos fragmentos de nucleotídeos em áreas sobrepostas.
FORMAÇÃO DE POLIDEOXIRIBONUCLEOTÍDEOS.
Arroz. Fragmento de uma cadeia polidesoxirribonucleoide
Ácidos nucleicos são heteropolímeros irregulares contendo fósforo. Inaugurado em 1868 por G. F. Misher.
Os ácidos nucleicos são encontrados nas células de todos os organismos vivos. Além disso, cada tipo de organismo contém seu próprio conjunto de ácidos nucleicos, característico apenas para ele. Na natureza, existem mais de 1.200.000 espécies de organismos vivos - desde bactérias e humanos. Isso significa que existem cerca de 10 10 ácidos nucleicos diferentes que são construídos a partir de apenas quatro bases nitrogenadas. Como podem quatro bases nitrogenadas codificar 10 10 ácidos nucleicos? Aproximadamente o mesmo que codificamos nossos pensamentos no papel. Estabelecemos uma sequência de letras do alfabeto, agrupando-as em palavras, e a natureza codifica a informação hereditária, estabelecendo uma sequência de muitos nucleotídeos.
Nucleotídeo - um monômero relativamente simples, a partir das moléculas das quais os ácidos nucleicos são construídos. Cada nucleotídeo consiste em: uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos (ribose ou desoxirribose) e um resíduo de ácido fosfórico. A parte principal de um nucleotídeo é a base nitrogenada.
As bases nitrogenadas têm uma estrutura cíclica que, juntamente com outros átomos (C, O, H), inclui átomos de nitrogênio. Por isso, esses compostos são chamados de azotado. As propriedades mais importantes das bases nitrogenadas também estão associadas aos átomos de nitrogênio, por exemplo, suas propriedades fracamente básicas (alcalinas). Por isso, esses compostos são chamados de "bases".
Na natureza, os ácidos nucleicos contêm apenas cinco das bases nitrogenadas conhecidas. Eles são encontrados em todos os tipos de células, de micoplasmas a células humanas.
Isso é purina bases nitrogenadas Adenina (A) e Guanina (G) e pirimidina Uracila (U), Timina (T) e Citosina (C) As bases púricas são derivadas do heterociclo das purinas e as bases pirimídicas são derivadas da pirimidina. A uracila é encontrada apenas no RNA, enquanto a timina é encontrada no DNA. A, G e C são encontrados tanto no DNA quanto no DNA.
Existem dois tipos de nucleotídeos em ácidos nucleicos: desoxirribonucleotídeos - no DNA, ribonucleotídeos - no RNA. A estrutura da desoxirribose difere daquela da ribose, pois não há grupo hidroxila no segundo átomo de carbono da desoxirribose.
Como resultado da combinação de uma base nitrogenada e pentose, nucleosídeo. Nucleosídeo ligado a um resíduo de ácido fosfórico nucleotídeo:
base nitrogenada + pentose = nucleosídeo + resíduo de ácido fosfórico = nucleotídeo
A proporção de bases nitrogenadas em uma molécula de DNA é descrita Regras de cobrança:
1. A quantidade de adenina é igual à quantidade de timina (A = T).
2. A quantidade de guanina é igual à quantidade de citosina (G = C).
3. O número de purinas é igual ao número de pirimidinas (A + G = T + C), i.e. A + G / T + C \u003d 1.
4. O número de bases com seis grupos amino é igual ao número de bases com seis grupos ceto (A + C = G + T).
5. A razão das bases A + C / G + T é um valor constante, estritamente específico da espécie: homem - 0,66; polvo - 0,54; rato - 0,81; trigo - 0,94; algas - 0,64-1,76; bactérias - 0,45-2,57.
Com base nos dados de E. Chargaff sobre a proporção de bases purinas e pirimidinas e os resultados da análise de difração de raios X obtidos por M. Wilkins e R. Franklin em 1953, J. Watson e F. Crick propuseram um modelo da molécula de DNA. Para o desenvolvimento de uma molécula de DNA de fita dupla, Watson, Crick e Wilkins em 1962 receberam o Prêmio Nobel.
A molécula de DNA tem duas fitas paralelas entre si, mas em ordem inversa. Os monômeros de DNA são desoxirribonucleotídeos: adenil (A), timidil (T), guanil (G) e citosil (C). As cadeias são mantidas juntas por ligações de hidrogênio: entre A e T duas, entre G e C três ligações de hidrogênio. A dupla hélice da molécula de DNA é torcida na forma de uma espiral e uma volta inclui 10 pares de nucleotídeos. As bobinas da hélice são mantidas juntas por ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas. Na molécula de desoxirribose, os grupos hidroxila livres estão nas posições 3' e 5'. Nessas posições, uma ligação diéster pode se formar entre a desoxirribose e o ácido fosfórico, que conecta os nucleotídeos entre si. Nesse caso, uma extremidade do DNA carrega um grupo 5'-OH e a outra extremidade carrega um grupo 3'-OH. O DNA é a maior molécula orgânica. Seu comprimento varia de 0,25 nm a 40 mm em humanos em bactérias (o comprimento da maior molécula de proteína não é superior a 200 nm). A massa de uma molécula de DNA é 6 x 10 -12 g.
postulados de DNA
1. Cada molécula de DNA consiste em duas cadeias polinucleotídicas antiparalelas formando uma dupla hélice torcida (para a direita ou para a esquerda) em torno do eixo central. O antiparalelismo é fornecido pela conexão da extremidade 5' de uma fita à extremidade 3' da outra fita e vice-versa.
2. Cada nucleosídeo (pentose + base) está localizado em um plano perpendicular ao eixo da hélice.
3. Duas cadeias da hélice são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre as bases A–T (duas) e G–C (três).
4. O pareamento de bases é altamente específico e ocorre de acordo com o princípio da complementaridade, portanto, apenas os pares A:T, G:C são possíveis.
5. A sequência de bases em uma cadeia pode variar significativamente, mas sua sequência em outra cadeia é estritamente complementar.
O DNA tem propriedades únicas de replicação (a capacidade de auto-duplicação) e de reparo (a capacidade de auto-reparação).
Replicação do DNA- a reação de síntese da matriz, o processo de duplicação da molécula de DNA por reduplicação. Em 1957, M. Delbrück e G. Stent, com base nos resultados de experimentos, propuseram três modelos para duplicar a molécula de DNA:
Para conservador: prevê a preservação da molécula original de DNA de fita dupla e a síntese de uma nova molécula também de fita dupla;
- semiconservador: envolve a separação de uma molécula de DNA em monocadeias como resultado da quebra das ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas das duas cadeias, após o que uma base complementar é ligada a cada base que perdeu um parceiro; as moléculas filhas são obtidas como cópias exatas da molécula mãe;
- disperso: consiste na quebra da molécula original em fragmentos de nucleotídeos que são replicados. Após a replicação, os fragmentos novos e pai são montados aleatoriamente.
No mesmo ano, 1957, M. Meselson e F. Stahl provaram experimentalmente a existência de um modelo semiconservador baseado em Escherichia coli. E 10 anos depois, em 1967, o bioquímico japonês R. Okazaki decifrou o mecanismo de replicação do DNA de forma semiconservadora.
A replicação é realizada sob o controle de várias enzimas e prossegue em várias etapas. A unidade de replicação é réplica - uma seção de DNA que em cada ciclo celular apenas 1 vez entra em estado ativo. Replicon tem pontos de partida e fim replicação. Em eucariotos, muitos replicons aparecem simultaneamente em cada DNA. A origem de replicação se move sequencialmente ao longo da fita de DNA na mesma direção ou em direções opostas. A frente móvel da replicação é uma bifurcação - replicativo ou garfo de replicação.
Como em qualquer reação de síntese de matriz, existem três estágios na replicação.
Iniciação: ligação enzimática helicases (helicases) para a origem de replicação. A helicase desenrola pequenos trechos de DNA. Depois disso, uma proteína de ligação ao DNA (DBP) é anexada a cada uma das cadeias separadas, o que impede a reunião das cadeias. Os procariontes têm uma enzima adicional DNA girase, o que ajuda a helicase a desenrolar o DNA.
Alongamento: adição complementar consecutiva de nucleotídeos, como resultado do alongamento da cadeia de DNA.
A síntese de DNA ocorre imediatamente em ambas as suas cadeias. Como a enzima DNA polimerase só pode montar uma cadeia de nucleotídeos na direção de 5' para 3', uma das cadeias se replica continuamente (na direção da forquilha de replicação) e a outra se replica de forma descontínua (com a formação de fragmentos de Okazaki ), na direção oposta ao movimento da forquilha de replicação. A primeira cadeia é chamada conduzindo, e o segundo é ficando para trás. A síntese de DNA é realizada com a participação da enzima DNA polimerase. Da mesma forma, fragmentos de DNA são sintetizados na fita atrasada, que são então reticulados por enzimas - ligases.
Terminação: término da síntese de DNA ao atingir o comprimento desejado da molécula.
reparo de DNA- a capacidade de uma molécula de DNA de “corrigir” danos que surgiram em suas cadeias. Mais de 20 enzimas (endonucleases, exonucleases, enzimas de restrição, DNA polimerases, ligases) participam deste processo. Eles estão:
1) encontrar áreas alteradas;
2) corte e retire-os da corrente;
3) restaurar a sequência correta de nucleotídeos;
4) o fragmento de DNA restaurado é fundido com regiões vizinhas.
O DNA desempenha funções especiais na célula, que são determinadas por sua composição química, estrutura e propriedades: armazenamento, reprodução e implementação de informações hereditárias entre novas gerações de células e organismos.
Os RNAs são comuns em todos os organismos vivos e são representados por moléculas de vários tamanhos, estruturas e funções. Eles consistem em uma cadeia polinucleotídica formada por quatro tipos de monômeros - ribonucleotídeos: adenil (A), uracil (U), guanil (G) e citosil (C). Cada ribonucleotídeo consiste em uma base nitrogenada, uma ribose e um resíduo de ácido fosfórico. Todas as moléculas de RNA são cópias exatas de certas seções de DNA (genes).
A estrutura do RNA é determinada pela sequência de ribonucleotídeos:
- primário– a sequência de ribonucleotídeos na cadeia de RNA; é uma espécie de registro de informações genéticas; define a estrutura secundária;
-secundário- uma fita de RNA torcida em espiral;
- terciário– arranjo espacial de toda a molécula de RNA; a estrutura terciária inclui a estrutura secundária e fragmentos da primária, que conectam uma seção da estrutura secundária a outra (transporte, RNA ribossômico).
As estruturas secundárias e terciárias são formadas por ligações de hidrogênio e interações hidrofóbicas entre bases nitrogenadas.
RNA mensageiro (i-RNA)- programa a síntese de proteínas celulares, pois cada proteína é codificada pelo mRNA correspondente (o i-RNA contém informações sobre a sequência de aminoácidos na proteína a ser sintetizada); peso 10 4 -2x10 6; molécula de vida curta.
RNA de transferência (t-RNA)- 70-90 ribonucleotídeos, peso 23.000-30.000; ao implementar a informação genética, entrega aminoácidos ativados ao local da síntese de polipeptídeos, “reconhece” a seção correspondente de i-RNA; no citoplasma é representado por duas formas: t-RNA na forma livre e t-RNA associado a um aminoácido; mais de 40 tipos; dez%.
O corpo humano contém um grande número de compostos orgânicos, sem os quais é impossível imaginar um curso estável de processos metabólicos que sustentam a atividade vital de todos. Uma dessas substâncias são os nucleotídeos - são ésteres fosfóricos de nucleosídeos, que desempenham um papel crucial na transmissão de dados de informações, bem como reações químicas com liberação de energia intracelular.
Como unidades orgânicas independentes formam a composição de preenchimento de todos os ácidos nucléicos e da maioria das coenzimas. Vamos considerar com mais detalhes o que são fosfatos de nucleosídeos e qual o papel que desempenham no corpo humano.
Do que é feito um nucleotídeo. É considerado um éster extremamente complexo pertencente ao grupo dos ácidos fosforosos e nucleosídeos, que, de acordo com suas propriedades bioquímicas, estão entre os N-glicosídeos e contêm fragmentos heterocíclicos associados a moléculas de glicose e um átomo de nitrogênio.
Na natureza, os nucleotídeos de DNA são os mais comuns.
Além disso, também são distinguidas substâncias orgânicas com características estruturais semelhantes: ribonucleotídeos, bem como desoxirribonucleotídeos. Todos eles, sem exceção, são moléculas monoméricas pertencentes a substâncias biológicas complexas do tipo polímero.
Eles formam o RNA e o DNA de todos os seres vivos, desde os mais simples microrganismos e infecções virais até o corpo humano.
O resto da estrutura molecular do fósforo entre os fosfatos de nucleosídeos forma uma ligação éter com dois, três e, em alguns casos, imediatamente com cinco grupos hidroxila. Quase sem exceção, os nucleotídeos estão entre as substâncias essenciais que foram formadas a partir dos resíduos do ácido fosfórico, de modo que suas ligações são estáveis e não se rompem sob a influência de fatores adversos do ambiente interno e externo.
Observação! A estrutura dos nucleotídeos é sempre complexa e é baseada em monoésteres. A sequência de nucleotídeos pode mudar sob a influência de fatores de estresse.
Papel biológico
A influência dos nucleotídeos no curso de todos os processos no corpo dos seres vivos é estudada por cientistas que estudam a estrutura molecular do espaço intracelular.
Com base em resultados de laboratório obtidos como resultado de muitos anos de trabalho por cientistas de todo o mundo, o seguinte papel dos fosfatos de nucleosídeos é distinguido:
- uma fonte universal de energia vital, pela qual as células são nutridas e, consequentemente, o funcionamento normal dos tecidos que formam os órgãos internos, os fluidos biológicos, a cobertura epitelial e o sistema vascular é mantido;
- são transportadores de monômeros de glicose em células de qualquer tipo (esta é uma das formas de metabolismo de carboidratos, quando o açúcar consumido é transformado em glicose sob a influência de enzimas digestivas, que é transportada para todos os cantos do corpo junto com nucleosídeos fosfatos);
- desempenhar a função de uma coenzima (compostos vitamínicos e minerais que ajudam a fornecer nutrientes às células);
- mononucleotídeos complexos e cíclicos são condutores biológicos de hormônios que se espalham com o fluxo sanguíneo e também potencializam o efeito dos impulsos neuronais;
- regulam alostericamente a atividade das enzimas digestivas produzidas pelos tecidos pancreáticos.
Os nucleotídeos fazem parte dos ácidos nucleicos. Eles estão conectados por três e cinco ligações do tipo fosfodiéster. Geneticistas e cientistas que dedicaram suas vidas à biologia molecular continuam pesquisas de laboratório sobre fosfatos de nucleosídeos, de modo que a cada ano o mundo aprende coisas ainda mais interessantes sobre as propriedades dos nucleotídeos.
A sequência de nucleotídeos é uma espécie de equilíbrio genético e o equilíbrio do arranjo dos aminoácidos na estrutura do DNA, uma ordem peculiar de colocação dos resíduos éster na composição dos ácidos nucléicos.
É determinado pelo método tradicional de sequenciamento do material biológico selecionado para análise.
T, timina;
A - adenina;
G, guanina;
C, citosina;
R – GA adenina em complexo com bases guanina e purina;
Y, compostos de pirimidina TC;
K, nucleótidos GT contendo um grupo ceto;
M - AC incluído no grupo amino;
S - GC poderoso, caracterizado por três compostos de hidrogênio;
W - AT são instáveis, que formam apenas duas ligações de hidrogênio.
A sequência de nucleotídeos pode mudar, e as designações em letras latinas são necessárias nos casos em que a ordem dos compostos de éter é desconhecida, é insignificante, ou os resultados de estudos primários já estão disponíveis.
O maior número de variantes e combinações de fosfatos de nucleosídeos é característico do DNA. Os símbolos A, C, G, U são suficientes para escrever os compostos essenciais do RNA. A última designação da letra é a substância uridina, encontrada apenas no RNA. A sequência simbólica é sempre escrita sem espaços.
Vídeo útil: ácidos nucleicos (DNA e RNA)
Quantos nucleotídeos existem no DNA
Para entender o mais detalhadamente possível o que está em jogo, deve-se ter uma compreensão clara do próprio DNA. Este é um tipo separado de moléculas que têm uma forma alongada e consistem em elementos estruturais, nomeadamente fosfatos de nucleósidos. Quantos nucleotídeos existem no DNA? Existem 4 tipos de compostos essenciais desse tipo que fazem parte do DNA. Estes são adenina, timina, citosina e guanina. Todos eles formam uma única cadeia, a partir da qual é formada a estrutura molecular do DNA.
A estrutura do DNA foi decifrada pela primeira vez em 1953 pelos cientistas americanos Francis Crick e James Watson. Uma molécula de ácido desoxirribonucleico contém duas cadeias de nucleosídeos fosfatos. Eles são colocados de tal forma que parecem uma espiral girando em torno de seu eixo.
Observação! O número de nucleotídeos no DNA permanece inalterado e limitado a apenas quatro espécies - esta descoberta aproximou a humanidade de decifrar o código genético humano completo.
Neste caso, a estrutura da molécula tem uma característica importante. Todas as cadeias de nucleotídeos têm a propriedade de complementaridade. Isso significa que apenas compostos essenciais de um certo tipo são colocados um em frente ao outro. Sabe-se que a adenina está sempre localizada oposta à timina. Nenhuma outra substância além da guanina pode ser encontrada em oposição à citosina. Tais pares de nucleotídeos formam o princípio da complementaridade e são inseparáveis.
Peso e comprimento
Com a ajuda de cálculos matemáticos complexos e estudos de laboratório, os cientistas conseguiram estabelecer as propriedades físicas e biológicas exatas dos compostos essenciais que formam a estrutura molecular do ácido desoxirribonucleico.
Sabe-se que o comprimento de um resíduo intracelular, consistindo de aminoácidos em uma única cadeia polipeptídica, é de 3,5 angstroms. A massa média de um resíduo molecular é de 110 amu.
Além disso, também são isolados monômeros do tipo nucleotídeo, que são formados não apenas a partir de aminoácidos, mas também possuem componentes éter. Estes são monômeros de DNA e RNA. Seu comprimento linear é medido diretamente dentro do ácido nucleico e é de pelo menos 3,4 angstroms. O peso molecular de um fosfato de nucleosídeo está na faixa de 345 amu. Estes são os dados iniciais que são utilizados em trabalhos práticos de laboratório dedicados a experimentos, estudos genéticos e outras atividades científicas.
Designações médicas
A genética, como ciência, se desenvolveu no período em que não havia estudos sobre a estrutura do DNA de humanos e outros seres vivos em nível molecular. Portanto, no período da genética pré-molecular, as ligações nucleotídicas foram designadas como o menor elemento na estrutura da molécula de DNA. Tanto anteriormente quanto atualmente, substâncias essenciais desse tipo estavam sujeitas. Pode ser espontâneo ou induzido, portanto, o termo “recon” também é usado para se referir a fosfatos de nucleosídeos com uma estrutura danificada.
Para definir o conceito do início de uma possível mutação em compostos nitrogenados de ligações nucleotídicas, o termo "múton" é usado. Essas designações são mais procuradas em trabalhos de laboratório com material biológico. Eles também são usados por geneticistas que estudam a estrutura das moléculas de DNA, as formas como a informação hereditária é transmitida, como ela é criptografada e as possíveis combinações de genes resultantes da fusão do potencial genético de dois parceiros sexuais.
Em contato com
Os ácidos nucleicos são compostos orgânicos naturais de alto peso molecular, polinucleotídeos que fornecem armazenamento e transmissão de informações hereditárias (genéticas) em organismos vivos.
Esses compostos orgânicos foram descobertos em 1869 por um médico suíço em células ricas em material nuclear (leucócitos, espermatozóides de salmão). Os ácidos nucleicos são parte integrante dos núcleos das células, razão pela qual receberam o nome (do lat. núcleo- testemunho). Além do núcleo, os ácidos nucleicos também são encontrados no citoplasma, centríolos, mitocôndrias e cloroplastos.
Existem dois tipos de ácidos nucléicos na natureza: desoxirribonucléico (DNA) e ribonucléico (RNA). Eles diferem em composição, estrutura e função. O DNA é de fita dupla e o RNA é de fita simples.
Os ácidos nucleicos são biopolímeros que atingem tamanhos enormes. O comprimento de suas moléculas é de centenas de milhares de nanômetros (1 nm = 10-9 m), que é milhares de vezes maior que o comprimento das moléculas de proteína. A molécula de DNA é especialmente grande. O peso molecular dos ácidos nucleicos atinge dezenas de milhões e bilhões (105-109). Por exemplo, a massa do DNA de E. coli é 2,5x109, e no núcleo de uma célula germinativa humana (conjunto haploide de cromossomos), o comprimento das moléculas de DNA é de 102 cm.
2. NC - polímeros não periódicos. Tipos de nucleotídeos e sua estrutura
Os ácidos nucleicos são biopolímeros não periódicos cujas cadeias poliméricas são formadas por monômeros chamados nucleotídeos. As moléculas de DNA e RNA contêm quatro tipos de nucleotídeos.
Composição de nucleotídeos de DNA e RNA
Considere a estrutura de um nucleotídeo. Os nucleotídeos são compostos orgânicos complexos que incluem três componentes.
Os desoxirribonucleotídeos contêm bases pirimídicas timina e citosina , e na composição de ribonucleotídeos - citosina e uracila . adenina e guanina fazem parte dos nucleotídeos do DNA e do RNA.
Tarefa. A molécula de DNA consiste em duas cadeias - a principal, na qual o mRNA é sintetizado, e a complementar. Anote a ordem dos nucleotídeos no mRNA sintetizado, se a ordem dos nucleotídeos na fita de DNA principal (de trabalho) for a seguinte: C-G-C-T-G-A-T-A-G.
Decisão
Usando o princípio da complementaridade, determinamos a ordem dos nucleotídeos no mRNA sintetizado ao longo da cadeia de DNA de trabalho: G-C-G-A-C-U-A-U-C.
Responda: G-Ts-G-A-Ts-U-A-U-Ts
Tarefa. A análise química mostrou que 28% do número total de nucleotídeos desse mRNA é adenina, 6% é guanina e 40% é uracil. Qual deve ser a composição de nucleotídeos da seção correspondente de DNA de fita dupla, cuja informação é “reescrita” por esse mRNA?
Decisão
1. Sabendo que a cadeia da molécula de RNA e a cadeia de trabalho da molécula de DNA são complementares entre si, determinamos o conteúdo de nucleotídeos (em%) na cadeia de trabalho do DNA:
· na cadeia de mRNA G = 6%, o que significa que na cadeia de DNA de trabalho C = 6%;
Na cadeia de mRNA A = 28%, depois na cadeia de DNA de trabalho T = 28%;
Na cadeia de mRNA Y = 40%, o que significa que na cadeia de DNA de trabalho A = 40%;
2. Determinar o conteúdo da cadeia de mRNA (em%) de citosina.
Vamos resumir o conteúdo de três outros tipos de nucleotídeos na cadeia de mRNA: 6% + 28% + +40% = 74% (G+A+U);
Determinar a proporção de citosina na cadeia de mRNA: 100% - 74% = 26% (C);
Se na cadeia de mRNA C=26%, então na cadeia de DNA de trabalho G=26%.
Responda: C=6%; T=28%; A=40%; G=26%
Tarefa . Em um fragmento de uma cadeia de DNA, os nucleotídeos estão dispostos na sequência: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. Desenhe um diagrama da estrutura de uma molécula de DNA de fita dupla. Qual é o comprimento desse fragmento de DNA? Quantos (em%) nucleotídeos estão nesta fita de DNA?
Decisão
1. Pelo princípio da complementaridade, constrói a segunda fita de uma dada molécula de DNA: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.
2. Conhecendo o comprimento de um nucleotídeo (0,34 nm), determinamos o comprimento desse fragmento de DNA (no DNA, o comprimento de uma cadeia é igual ao comprimento da molécula inteira): 13x0,34 = 4,42 nm.
3. Calcule a porcentagem de nucleotídeos nesta cadeia de DNA:
13 nucleotídeos - 100%
5 A - x%, x \u003d 38% (A).
2 G - x%, x \u003d 15,5% (G).
4 T – x%, x=31% (T).
2 C - x%, x \u003d 15,5% (C).
Responda: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A; 4,42 nm; A=38; T=31%; G=15,5%; C=15,5%.
Tarefa. Uma seção de uma das cadeias de moléculas de DNA foi examinada em laboratório. Descobriu-se que consiste em 20 monômeros, que estão dispostos na seguinte sequência: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G-T-A.
O que pode ser dito sobre a estrutura da seção correspondente da segunda fita da mesma molécula de DNA?
Decisão
Sabendo que as cadeias de uma molécula de DNA são complementares entre si, determinamos a sequência de nucleotídeos da segunda cadeia da mesma molécula de DNA: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T- G-A-C-A-T.
Tarefa. Em um fragmento de uma cadeia de DNA, os nucleotídeos estão dispostos na sequência: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T...
1. Desenhe um diagrama da estrutura da segunda fita dessa molécula de DNA.
2. Qual é o comprimento em nm desse fragmento de DNA se um nucleotídeo tem cerca de 0,34 nm?
3. Quantos (em%) nucleotídeos estão contidos neste fragmento da molécula de DNA?
Decisão
1. Completamos a segunda fita deste fragmento da molécula de DNA, usando a regra da complementaridade: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. Determine o comprimento deste fragmento de DNA: 12x0,34=4,08 nm.
3. Calcule a porcentagem de nucleotídeos neste fragmento de DNA.
24 nucleotídeos - 100%
8A - x%, portanto x = 33,3% (A);
porque de acordo com a regra de Chargaff A=T, então o conteúdo de T=33,3%;
24 nucleotídeos - 100%
4D - x%, portanto x \u003d 16,7% (G);
pois pela regra de Chargaff G=C, significa que o teor de C=16,6%.
Responda: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08 nm; A=T=33,3%; G=C=16,7%
Tarefa. Qual será a composição da segunda fita de DNA se a primeira contém 18% de guanina, 30% de adenina e 20% de timina?
Decisão
1. Sabendo que as cadeias da molécula de DNA são complementares entre si, determinamos o conteúdo de nucleotídeos (em%) na segunda cadeia:
já que na primeira cadeia G = 18%, então na segunda cadeia C = 18%;
já que na primeira cadeia A = 30%, então na segunda cadeia T = 30%;
já que na primeira cadeia T = 20%, então na segunda cadeia A = 20%;
2. Determine o conteúdo na primeira cadeia de citosina (em%).
Vamos resumir o conteúdo de três outros tipos de nucleotídeos na primeira fita de DNA: 18% + 30% + 20% = 68% (G+A+T);
Determinar a proporção de citosina na primeira fita de DNA: 100% - 68% = 32% (C);
Se na primeira cadeia C=32%, então na segunda cadeia G=32%.
Responda: C=18%; T=30%; A=20%; G=32%
Tarefa. Em uma molécula de DNA, existem 23% de nucleotídeos de adenil do número total de nucleotídeos. Determine a quantidade de nucleotídeos timidil e citosil.
Decisão
1. De acordo com a regra de Chargaff, encontramos o conteúdo de nucleotídeos timidil em uma dada molécula de DNA: A=T=23%.
2. Encontre a soma (em%) do conteúdo de nucleotídeos adenil e timidil em uma dada molécula de DNA: 23% + 23% = 46%.
3. Encontre a soma (em%) do conteúdo de nucleotídeos de guanil e citosil nesta molécula de DNA: 100% - 46% = 54%.
4. De acordo com a regra de Chargaff, na molécula de DNA G=C, no total eles representam 54%, e individualmente: 54% : 2 = 27%.
Responda: T=23%; C = 27%
Tarefa. Dada uma molécula de DNA com um peso molecular relativo de 69 mil, dos quais 8625 são nucleotídeos de adenil. O peso molecular relativo de um nucleotídeo é em média 345. Quantos nucleotídeos existem individualmente neste DNA? Qual é o comprimento de sua molécula?
Decisão
1. Determine quantos nucleotídeos de adenil existem em uma determinada molécula de DNA: 8625: 345 = 25.
2. De acordo com a regra de Chargaff, A=G, ou seja, nesta molécula de DNA A=T=25.
3. Determine quanto do peso molecular total desse DNA é a proporção de nucleotídeos de guanil: 69.000 - (8625x2) = 51.750.
4. Determine o número total de nucleotídeos de guanil e citosil neste DNA: 51 750:345=150.
5. Determinar o conteúdo de nucleotídeos de guanil e citosil separadamente: 150:2 = 75;
6. Determine o comprimento desta molécula de DNA: (25 + 75) x 0,34 = 34 nm.
Responda: A=T=25; G=C=75; 34nm.
Tarefa. De acordo com alguns cientistas, o comprimento total de todas as moléculas de DNA no núcleo de uma célula germinativa humana é de cerca de 102 cm Quantos pares de bases existem no DNA de uma célula (1 nm = 10–6 mm)?
Decisão
1. Converta centímetros para milímetros e nanômetros: 102 cm = 1020 mm = 1.020.000.000 nm.
2. Conhecendo o comprimento de um nucleotídeo (0,34 nm), determinamos o número de pares de bases contidos nas moléculas de DNA do gameta humano: (102 x 107): 0,34 = 3 x 109 pares.
Responda: 3x109 pares.
Trabalho de casa
1. Aprenda resumo
2. resolver problemas
Opção 1
1. São dados fragmentos de uma cadeia da molécula de DNA: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. Determine o conteúdo (em%) de cada tipo de nucleotídeo e o comprimento desse fragmento da molécula de DNA.
2. Foram encontrados 880 nucleotídeos guanil na molécula de DNA, que representam 22% do número total de nucleotídeos desse DNA? Determine quantos outros nucleotídeos estão contidos (individualmente) nesta molécula de DNA. Qual é o comprimento desse DNA?
opção 2
1. São dados fragmentos de uma cadeia da molécula de DNA: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. Determine o conteúdo (em%) de cada tipo de nucleotídeo e o comprimento desse fragmento da molécula de DNA.
2. Na molécula de DNA foram encontrados 250 nucleotídeos timidil, que representam 22,5% do número total de nucleotídeos desse DNA. Determine quantos outros nucleotídeos estão contidos (individualmente) nesta molécula de DNA. Qual é o comprimento desse DNA?
3. Distribua os resumos por opções. Opção 1 - ADN; opção 2 - ARN.
1. Molécula de fita simples.
2. Molécula de fita dupla.
3. Contém adenina, uracila, guanina, citosina.
4. Contém adenina, timina, guanina, citosina.
5. A ribose faz parte dos nucleotídeos.
6. Os nucleotídeos contêm desoxirribose.
7. Contido no núcleo, cloroplastos, mitocôndrias, centríolos, ribossomos, citoplasma.
8. Contido no núcleo, cloroplastos, mitocôndrias.
9. Participa no armazenamento, reprodução e transmissão de informações hereditárias.
10. Participa na transferência de informações hereditárias.
