4.2.1. Structura primară a acizilor nucleici numit secvență de mononucleotide dintr-un lanț de ADN sau ARN . Structura primară a acizilor nucleici este stabilizată prin legături 3",5"-fosfodiester. Aceste legături sunt formate prin interacțiunea grupării hidroxil din poziția de 3" a reziduului pentoză al fiecărei nucleotide cu gruparea fosfat a nucleotidei adiacente (Figura 3.2),

Astfel, la un capăt al lanțului polinucleotidic există o grupare 5’-fosfat liberă (capătul 5’), iar la celălalt capăt există o grupare hidroxil liberă în poziția 3’ (capătul 3’). Secvențele de nucleotide sunt de obicei scrise în direcția de la capătul de 5" la capătul de 3".

Figura 4.2. Structura unei dinucleotide, care include adenozin-5"-monofosfat și citidin-5"-monofosfat.

4.2.2. ADN (acid dezoxiribonucleic) este conținută în nucleul celulei și are o greutate moleculară de aproximativ 1011 Da. Nucleotidele sale conțin baze azotate. adenină, guanină, citozină, timină , carbohidrați dezoxiriboză și reziduuri de acid fosforic. Conținutul de baze azotate dintr-o moleculă de ADN este determinat de regulile Chargaff:

1) numărul bazelor purinice este egal cu numărul celor pirimidinice (A + G = C + T);

2) cantitatea de adenina si citozina este egala cu cantitatea de timina si respectiv guanina (A = T; C = G);

3) ADN-ul izolat din celule de diferite specii biologice diferă unul de celălalt prin valoarea coeficientului de specificitate:

(G + C) / (A + T)

Aceste modele în structura ADN-ului sunt explicate prin următoarele caracteristici ale structurii sale secundare:

1) o moleculă de ADN este construită din două lanțuri de polinucleotide interconectate prin legături de hidrogen și orientate antiparalel (adică capătul 3 al unui lanț este situat opus capătului 5 al celuilalt lanț și invers);

2) se formează legături de hidrogen între perechi complementare de baze azotate. Adenina este complementara timinei; această pereche este stabilizată de două legături de hidrogen. Guanina este complementară citozinei; această pereche este stabilizată de trei legături de hidrogen (vezi figura b). Cu cât mai multe perechi G-C într-o moleculă de ADN, cu atât este mai mare rezistența acesteia la temperaturi ridicate și radiații ionizante;

Figura 3.3. Legături de hidrogen între baze azotate complementare.

3) ambele catene de ADN sunt răsucite într-o spirală având o axă comună. Bazele azotate sunt orientate spre interiorul helixului; pe lângă interacțiunile cu hidrogen, între ele apar și interacțiuni hidrofobe. Părțile de riboză fosfat sunt situate de-a lungul periferiei, formând coloana vertebrală a helixului (vezi Figura 3.4).

Figura 3.4. Diagrama structurii ADN-ului.

4.2.3. ARN (acid ribonucleic) este conținută în principal în citoplasma celulei și are o greutate moleculară în intervalul 104 - 106 Da. Nucleotidele sale conțin baze azotate. adenină, guanină, citozină, uracil , carbohidrați riboza și reziduuri de acid fosforic. Spre deosebire de ADN, moleculele de ARN sunt construite dintr-un singur lanț de polinucleotide, care poate conține secțiuni complementare între ele (Figura 3.5). Aceste secțiuni pot interacționa între ele, formând elice duble, alternând cu secțiuni nespiralizate.

Figura 3.5. Schema structurii ARN de transfer.

În funcție de caracteristicile structurii și funcției, se disting trei tipuri principale de ARN:

1) mesager (mesager) ARN (ARNm) transmite informații despre structura proteinei de la nucleul celular la ribozomi;

2) transfer ARN (ARNt) efectuează transportul aminoacizilor la locul sintezei proteinelor;

3) ARN ribozomal (ARNr) fac parte din ribozomi, participă la sinteza proteinelor.

Acizii dezoxiribonucleici (ADN) sunt polidezoxiribonucleotide liniare (sau ciclice), neramificate. Unitatea structurală a ADN-ului este dezoxiribonucleotidele, și anume dezoxiribonucleozide monofosfați (DNMP).

DNMF sunt compuși formați dintr-o bază azotată purinică sau pirimidină, dezoxiriboză și un reziduu de acid fosforic.

Ca baze purinice, DNMF include adenina și guanina, bazele pirimidinice sunt reprezentate de timină și citozină. O caracteristică importantă a derivaților hidroxi ai purinei și pirimidinei este posibilitatea transformărilor lor tautomerice (lactim-lactamice). În compoziția ADN-ului, toți derivații hidroxi ai bazelor azotate sunt prezenți sub formă de lactame (forma ceto).

Desocribonucleozide monofosfați.

Deoxiadenozin monofosfat Deoxiguanozin monofosfat

umed dGMP

Monofosfat de deoxicitidină Monofosfat de deoxitimidină

dCMP dTMP

În compoziția ADN-ului, împreună cu DNMP-urile indicate, DNMP-urile cu baze minore (exotice) se găsesc în cantități mici. Bazele azotate minore sunt bazele metilate, hidroximetilate sau glucozilate rezultate din modificarea bazelor principale din polidezoxiribonucleotidă în timpul procesării (maturării) ADN-ului. Exemple de baze azotate minore sunt:

Baze purinice Baze pirimidinice

N6-metiladenină 5-metilcitozină

1(sau 3, sau 7)-metilguanină 5-hidroximetilcitozină uranil

N2-metil (sau dimetil)-guanină hidroximetiluracil

Pentru studiul compoziției nucleotidice a ADN-ului se folosește hidroliza ADN-ului, urmată de cromatografie și determinarea calitativă și cantitativă a bazelor azotate. Alături de metodele clasice de analiză, compoziția nucleotidică a ADN-ului poate fi determinată și din temperatura de topire a ADN-ului (conținutul perechilor GC este direct proporțional cu temperatura de topire) și din densitatea plutitoare a ADN-ului în timpul ultracentrifugării sale într-un cesiu. gradient de densitate a clorurii (conținutul de perechi GC este direct proporțional cu densitatea plutitoare).

La analiza compoziției nucleotidice a ADN-ului diferitelor tipuri de organisme, s-au stabilit o serie de modele care caracterizează raportul cantitativ al bazelor azotate (regulile lui Chargaff).

1. Conținutul molar al adeninei este egal cu conținutul molar al timinei, iar conținutul molar al guaninei este egal cu conținutul molar al citozinei.

A = T sau A: T = 1.

G \u003d C sau G: C \u003d 1.

2. Suma bazelor purinice este egală cu suma bazelor pirimidinice.

A + G \u003d T + C sau (A + G) : (T + C) \u003d 1.

purine = pirimidine.

3. Compoziția de nucleotide a ADN-ului diferitelor celule ale unui organism multicelular este aceeași.

4. Fiecare specie biologică se caracterizează printr-o compoziție specifică constantă de nucleotide a ADN-ului, care se reflectă în coeficientul de specificitate.

K = -----------;

În funcție de predominanța AT sau GC, se disting tipurile de ADN AT și, respectiv, GC. Tipul AT este tipic, în special, pentru cordate și nevertebrate, plante superioare și drojdii. La diferite specii de bacterii, există o împrăștiere în compoziția nucleotidelor de la un tip GC puternic pronunțat la tipul AT. Pe baza coeficientului de specificitate, s-au dezvoltat principiile sistematicii genice a obiectelor florei și faunei.

3.3 STRUCTURA PRIMARĂ A ADN-ului.

Acizii dezoxiribonucleici (ADN) sunt liniari

polidezoxiribonucleotide (sau ciclice).

Structura primară a ADN-ului este secvența de reziduuri alternante de deoxiribonucleozide monofosfat (DNMP) din lanțul polidezoxiribonucleotidic.

Structura primară a ADN-ului este o structură covalentă, deoarece reziduurile DNMP din lanțul polidezoxiribonucleotidic sunt conectate între ele prin legături fosfodiester de 3", 5".

Scheletul (coloana vertebrală, coloana vertebrală) a unei polidezoxiribonucleotide constă din grupări de dezoxiriboză și fosfat alternate monoton atașate la coloana vertebrală la distanțe egale una de cealaltă. Coloana vertebrală zahăr-fosfat a ADN-ului, având o sarcină negativă mare, este o parte extrem de polară a moleculei, în timp ce bazele azotate sunt componente nepolare, hidrofobe.

Lanțul polidezoxiribonucleotidic are vectoritate, are o direcție de la capătul 5’ (începutul lanțului) până la capătul 3’ (capătul lanțului), adică. 5"---->3". Capătul 5’ (capătul fosfat) și capătul 3’ (capătul hidroxil) sunt capetele la care atomii de deoxiriboză 5’ și, respectiv, 3’ sunt liberi de legătura internucleotidă. Vectoritatea este determinată de direcția de asamblare a lanțului de polidezoxiribonucleotide.

Coeficientul de policondensare ADN variază de la 0,5. 10 4 pentru virusuri la 10 8 pentru ADN-ul nuclear al eucariotelor superioare. În conformitate cu aceasta, greutatea moleculară a ADN-ului variază, de asemenea, într-o gamă largă, ajungând la câteva zeci de miliarde de daltoni la eucariotele superioare. În același timp, numărul de proteine ​​codificate în procariote și eucariote diferă cu nu mai mult de un ordin de mărime. Acest lucru se datorează atât organizării complexe a genelor, cât și prezenței ADN-ului repetitiv la eucariote.

La procariote, ADN-ul este reprezentat de o singură moleculă. Pe măsură ce speciile devin mai complexe, mărimea și numărul de ADN-uri diferite crește. La eucariote, numărul de ADN este egal cu numărul de cromozomi. Astfel, există 46 de ADN-uri diferite în celulele umane.

Fiecare ADN are o structură primară unică, iar structura lor primară în toate celulele unui organism multicelular pare să fie exact aceeași.

Secvența de nucleotide a ADN-ului este desemnată începând cu capătul de 5" folosind simbolurile cu o singură literă A, G, C și T pentru nucleozide

(nucleotide) și f - pentru gruparea fosfat, de exemplu: fAphTfGfGfC sau fATHGC.

Complexitatea studierii structurii primare a ADN-ului se datorează lungimii foarte mari a lanțului de polidezoxiribonucleotide și prezenței a doar patru tipuri de nucleotide. Pentru a descifra structura primară a ADN-ului, au fost utilizate anterior metode indirecte:

prin coeziunea unităților de nucleotide purinice și pirimidinice, elucidarea numărului și structurii fracțiilor individuale de nucleotide (așa-numitele izoplate);

asupra cineticii reasocierii ADN-ului (prezența secvențelor repetate);

prin repartizarea bazelor minore;

pentru detectarea în ADN și determinarea secvenței palindromilor.

În prezent, metodele directe sunt utilizate pe scară largă, care sunt utilizate în următoarea secvență:

clivaj cu diverse enzime de restricție cu formarea de secvențe suprapuse;

separarea electroforetică a fragmentelor de ADN într-un gel de poliacrilamidă în funcție de numărul de nucleotide pe care le conțin;

descifrarea secvenței de nucleotide din fragmente;

stabilirea ordinii de aranjare a fragmentelor de nucleotide în zone suprapuse.

FORMAREA POLIDEOXIRIBONUCLEOTIDELOR.

Orez. Fragment de lanț polidezoxiribonucleoid

Acizi nucleici sunt heteropolimeri neregulați care conțin fosfor. Deschis în 1868 de G.F. Misher.

Acizii nucleici se găsesc în celulele tuturor organismelor vii. Mai mult, fiecare tip de organism conține propriul său set de acizi nucleici, caracteristici doar pentru acesta. În natură, există peste 1.200.000 de specii de organisme vii - de la bacterii și oameni. Aceasta înseamnă că există aproximativ 10 10 acizi nucleici diferiți care sunt construiți din doar patru baze azotate. Cum pot patru baze azotate să codifice 1010 acizi nucleici? Aproximativ la fel cum ne codificăm gândurile pe hârtie. Stabilim o secvență de litere ale alfabetului, grupându-le în cuvinte, iar natura codifică informații ereditare, stabilind o secvență de multe nucleotide.

Nucleotide - un monomer relativ simplu, din moleculele din care se construiesc acizii nucleici. Fiecare nucleotidă constă din: o bază azotată, un zahăr cu cinci atomi de carbon (riboză sau dezoxiriboză) și un reziduu de acid fosforic. Partea principală a unei nucleotide este baza azotată.

Bazele azotate au o structură ciclică, care, împreună cu alți atomi (C, O, H), include atomi de azot. Din această cauză, acești compuși sunt numiți azotat. Cele mai importante proprietăți ale bazelor azotate sunt, de asemenea, asociate cu atomii de azot, de exemplu, proprietățile lor slab bazice (alcaline). Prin urmare, acești compuși sunt numiți „baze”.

În natură, acizii nucleici conțin doar cinci dintre bazele azotate cunoscute. Se găsesc în toate tipurile de celule, de la micoplasme la celule umane.

Aceasta este purină baze azotate Adenina (A) si Guanina (G) si pirimidină Uracil (U), Timină (T) și Citozină (C) Bazele purinice sunt derivați ai heterociclului purinic, iar bazele pirimidinice sunt derivați ai pirimidinei. Uracilul se găsește numai în ARN, în timp ce timina se găsește în ADN. A, G și C se găsesc atât în ​​ADN, cât și în ADN.

Există două tipuri de nucleotide în acizii nucleici: dezoxiribonucleotide - în ADN, ribonucleotide - în ARN. Structura dezoxiribozei diferă de cea a ribozei prin faptul că nu există o grupare hidroxil la al doilea atom de carbon al dezoxiribozei.

Ca rezultat al combinației dintre o bază azotată și pentoză, nucleozidă. Nucleozidă legată de un reziduu de acid fosforic nucleotide:

bază azotată + pentoză = nucleozidă + reziduu de acid fosforic = nucleotidă

Este descris raportul bazelor azotate dintr-o moleculă de ADN Regulile Chargaff:

1. Cantitatea de adenina este egala cu cantitatea de timina (A = T).

2. Cantitatea de guanină este egală cu cantitatea de citozină (G = C).

3. Numărul de purine este egal cu numărul de pirimidine (A + G = T + C), adică. A + G / T + C \u003d 1.

4. Numărul de baze cu șase grupări amino este egal cu numărul de baze cu șase grupări ceto (A + C = G + T).

5. Raportul bazelor A + C / G + T este o valoare constantă, strict specifică speciei: om - 0,66; caracatiță - 0,54; mouse - 0,81; grâu - 0,94; alge - 0,64-1,76; bacterii - 0,45-2,57.

Pe baza datelor lui E. Chargaff privind raportul dintre bazele purinice și pirimidinice și a rezultatelor analizei de difracție de raze X obținute de M. Wilkins și R. Franklin în 1953, J. Watson și F. Crick au propus un model al moleculei de ADN. Pentru dezvoltarea unei molecule de ADN dublu catenar, Watson, Crick și Wilkins în 1962 au primit Premiul Nobel.

Molecula de ADN are două catene paralele între ele, dar în ordine inversă. Monomerii ADN sunt dezoxiribonucleotide: adenil (A), timidil (T), guanil (G) și citozil (C). Lanțurile sunt ținute împreună prin legături de hidrogen: între A și T două, între G și C trei legături de hidrogen. Helixul dublu al moleculei de ADN este răsucit sub formă de spirală, iar o tură include 10 perechi de nucleotide. Bobinele helixului sunt ținute împreună prin legături de hidrogen și interacțiuni hidrofobe. În molecula de deoxiriboză, grupările hidroxil libere sunt în pozițiile 3’ și 5’. În aceste poziții, se poate forma o legătură diester între dezoxiriboză și acid fosforic, care conectează nucleotidele între ele. În acest caz, un capăt al ADN-ului poartă o grupare 5'-OH, iar celălalt capăt poartă o grupare 3'-OH. ADN-ul este cea mai mare moleculă organică. Lungimea lor variază de la 0,25 nm la 40 mm la oameni în bacterii (lungimea celei mai mari molecule de proteine ​​nu este mai mare de 200 nm). Masa unei molecule de ADN este de 6 x 10 -12 g.

postulate ADN

1. Fiecare moleculă de ADN constă din două lanțuri de polinucleotide antiparalele care formează o dublă helix răsucită (la dreapta sau la stânga) în jurul axei centrale. Antiparalelismul este asigurat prin conectarea capătului 5’ al unei toroane la capătul 3’ al celeilalte toroane și invers.

2. Fiecare nucleozidă (pentoză + bază) este situată într-un plan perpendicular pe axa helixului.

3. Două lanțuri ale helixului sunt ținute împreună prin legături de hidrogen între bazele A–T (două) și G–C (trei).

4. Împerecherea bazelor este foarte specifică și are loc conform principiului complementarității, ca urmare, sunt posibile doar perechile A:T, G:C.

5. Secvența bazelor dintr-un lanț poate varia semnificativ, dar secvența lor într-un alt lanț este strict complementară.

ADN-ul are proprietăți unice de replicare (capacitatea de a se auto-dubla) și de reparare (abilitatea de a se auto-repara).

Replicarea ADN-ului- reacția de sinteză a matricei, procesul de dublare a moleculei de ADN prin reduplicare. În 1957, M. Delbrück și G. Stent, pe baza rezultatelor experimentelor, au propus trei modele de dublare a moleculei de ADN:

La conservator: asigură conservarea moleculei originale de ADN dublu catenar și sinteza unei noi molecule, de asemenea, dublu catenar;

- semiconservator: presupune separarea unei molecule de ADN în monolanțuri ca urmare a ruperii legăturilor de hidrogen dintre bazele azotate ale celor două lanțuri, după care la fiecare bază care și-a pierdut un partener se atașează o bază complementară; moleculele fiice sunt obținute ca copii exacte ale moleculei părinte;

- dispersat: constă în descompunerea moleculei originale în fragmente de nucleotide care sunt replicate. După replicare, fragmentele noi și părinte sunt asamblate aleatoriu.

În același an, 1957, M. Meselson și F. Stahl au demonstrat experimental existența unui model semi-conservator bazat pe Escherichia coli. Iar 10 ani mai târziu, în 1967, biochimistul japonez R. Okazaki a descifrat mecanismul de replicare a ADN-ului într-un mod semi-conservator.

Replicarea se realizează sub controlul unui număr de enzime și se desfășoară în mai multe etape. Unitatea de replicare este replicon - o secțiune de ADN care în fiecare ciclu celular doar 1 dată intră în stare activă. Replicon are puncte de plecareși Sfârşit replicare. La eucariote, mulți repliconi apar simultan în fiecare ADN. Originea replicării se deplasează secvenţial de-a lungul catenei de ADN în aceeaşi direcţie sau în direcţii opuse. Frontul mobil al replicării este o furcă - replicativ sau furcă de replicare.

Ca în orice reacție de sinteză a matricei, există trei etape în replicare.

Iniţiere: atașarea enzimatică helicaze (helicaze) la originea replicării. Helicase desfășoară porțiuni scurte de ADN. După aceea, la fiecare dintre lanțurile separate este atașată o proteină de legare a ADN-ului (DBP), ceea ce împiedică reunirea lanțurilor. Procariotele au o enzimă suplimentară ADN girază, care ajută helicaza să desfacă ADN-ul.

Elongaţie: adăugare complementară consecutivă de nucleotide, în urma căreia lanțul ADN este prelungit.

Sinteza ADN-ului are loc imediat pe ambele lanțuri. Deoarece enzima ADN polimeraza poate asambla doar un lanț de nucleotide în direcția de la 5’ la 3’, unul dintre lanțuri se replic continuu (în direcția furculiței de replicare), iar celălalt se replic discontinuu (cu formarea fragmentelor Okazaki). ), în sens opus mișcării furcii de replicare. Se numește primul lanț conducere, iar al doilea este rămânând în urmă. Sinteza ADN-ului se realizează cu participarea enzimei ADN polimeraza. În mod similar, fragmentele de ADN sunt sintetizate pe catenă întârziată, care sunt apoi reticulate de enzime - ligaze.

Încetarea: terminarea sintezei ADN-ului la atingerea lungimii dorite a moleculei.

Repararea ADN-ului- capacitatea unei molecule de ADN de a „corecta” daunele care au apărut în lanțurile sale. La acest proces iau parte peste 20 de enzime (endonucleaze, exonucleaze, enzime de restricție, ADN polimeraze, ligaze). Sunt:

1) găsiți zone modificate;

2) tăiați și îndepărtați-le din lanț;

3) restabilirea secvenței corecte de nucleotide;

4) fragmentul de ADN restaurat este fuzionat cu regiunile învecinate.

ADN-ul îndeplinește funcții speciale în celulă, care sunt determinate de compoziția chimică, structura și proprietățile sale: stocarea, reproducerea și implementarea informațiilor ereditare între noile generații de celule și organisme.

ARN-urile sunt comune în toate organismele vii și sunt reprezentate de molecule de diferite dimensiuni, structuri și funcții. Ele constau dintr-un lanț polinucleotidic format din patru tipuri de monomeri - ribonucleotide: adenil (A), uracil (U), guanil (G) și citozil (C). Fiecare ribonucleotidă constă dintr-o bază azotată, o riboză și un reziduu de acid fosforic. Toate moleculele de ARN sunt copii exacte ale anumitor secțiuni de ADN (gene).

Structura ARN-ului este determinată de secvența ribonucleotidelor:

- primar– secvența ribonucleotidelor din lanțul ARN; este un fel de înregistrare a informațiilor genetice; definește structura secundară;

-secundar- o catenă de ARN răsucită în spirală;

- terţiar– aranjarea spațială a întregii molecule de ARN; structura terțiară include structura secundară și fragmentele primare, care leagă o secțiune a structurii secundare de alta (transport, ARN ribozomal).

Structurile secundare și terțiare sunt formate din legături de hidrogen și interacțiuni hidrofobe între bazele azotate.

ARN mesager (i-ARN)- programeaza sinteza proteinelor celulare, intrucat fiecare proteina este codificata de ARNm corespunzator (i-ARN contine informatii despre secventa de aminoacizi din proteina de sintetizat); greutate 10 4 -2x10 6; moleculă de scurtă durată.

Transfer ARN (t-ARN)- 70-90 ribonucleotide, greutate 23.000-30.000; la implementarea informațiilor genetice, furnizează aminoacizi activați la locul sintezei polipeptidelor, „recunoaște” secțiunea corespunzătoare a i-ARN; în citoplasmă este reprezentată prin două forme: t-ARN în formă liberă și t-ARN asociat cu un aminoacid; peste 40 de tipuri; zece%.

Corpul uman conține un număr mare de compuși organici, fără de care este imposibil să ne imaginăm un curs stabil al proceselor metabolice care susțin activitatea vitală a tuturor. Una dintre aceste substanțe sunt nucleotide - aceștia sunt esteri fosforici ai nucleozidelor, care joacă un rol crucial în transmiterea datelor de informații, precum și în reacțiile chimice cu eliberarea de energie intracelulară.

Ca unități organice independente formează compoziția de umplere a tuturor acizilor nucleici și a majorității coenzimelor. Să luăm în considerare mai detaliat ce sunt fosfații nucleozidici și ce rol joacă aceștia în corpul uman.

Din ce este formată o nucleotidă. Este considerat un ester extrem de complex aparținând grupului de acizi fosforici și nucleozide, care, după proprietățile lor biochimice, se numără printre N-glicozide și conțin fragmente heterociclice asociate cu molecule de glucoză și un atom de azot.

În natură, nucleotidele ADN sunt cele mai comune.

În plus, se disting și substanțe organice cu caracteristici structurale similare: ribonucleotide, precum și dezoxiribonucleotide. Toate, fără excepție, sunt molecule monomerice aparținând unor substanțe biologice complexe de tip polimer.

Ele formează ARN-ul și ADN-ul tuturor ființelor vii, de la cele mai simple microorganisme și infecții virale până la corpul uman.

Restul structurii moleculare a fosforului dintre fosfații nucleozidici formează o legătură esterică cu două, trei și, în unele cazuri, imediat cu cinci grupări hidroxil. Aproape fără excepție, nucleotidele se numără printre substanțele esențiale care s-au format din reziduurile de acid fosforic, astfel încât legăturile lor sunt stabile și nu se descompun sub influența factorilor negativi ai mediului intern și extern.

Notă! Structura nucleotidelor este întotdeauna complexă și se bazează pe monoesteri. Secvența de nucleotide se poate modifica sub influența factorilor de stres.

Rolul biologic

Influența nucleotidelor asupra cursului tuturor proceselor din corpul ființelor vii este studiată de oamenii de știință care studiază structura moleculară a spațiului intracelular.

Pe baza constatărilor de laborator obținute ca urmare a multor ani de muncă de către oameni de știință din întreaga lume, se distinge următorul rol al fosfaților nucleozidici:

• o sursă universală de energie vitală, datorită căreia celulele sunt hrănite și, în consecință, se menține funcționarea normală a țesuturilor care formează organele interne, fluidele biologice, învelișul epitelial și sistemul vascular;
• sunt transportatori de monomeri de glucoză în celulele de orice tip (aceasta este una dintre formele metabolismului carbohidraților, atunci când zahărul consumat este transformat în glucoză sub influența enzimelor digestive, care este transportată în fiecare colț al corpului împreună cu fosfații nucleozidici);
• îndeplinesc funcția unei coenzime (compuși de vitamine și minerale care ajută la furnizarea celulelor cu nutrienți);
• mononucleotidele complexe și ciclice sunt conductori biologici ai hormonilor care se răspândesc odată cu fluxul sanguin și, de asemenea, sporesc efectul impulsurilor neuronale;
• reglează alosteric activitatea enzimelor digestive produse de țesuturile pancreatice.

Nucleotidele fac parte din acizii nucleici. Ele sunt conectate prin trei și cinci legături de tip fosfodiester. Geneticienii și oamenii de știință care și-au dedicat viața biologiei moleculare continuă cercetările de laborator asupra fosfaților nucleozidici, așa că în fiecare an lumea învață lucruri și mai interesante despre proprietățile nucleotidelor.

Secvența de nucleotide este un fel de echilibru genetic și echilibrul aranjamentului aminoacizilor în structura ADN-ului, o ordine particulară de plasare a resturilor de ester în compoziția acizilor nucleici.

Se determină folosind metoda tradițională de secvențiere a materialului biologic selectat pentru analiză.

T, timină;

A - adenina;

G, guanină;

C, citozină;

R – GA adenina in complex cu baze guanina si purinice;

Y, TC compuşi pirimidinici;

K, nucleotide GT care conţin o grupare ceto;

M - AC inclus în gruparea amino;

S - GC puternic, caracterizat prin trei compuși de hidrogen;

W - AT sunt instabile, care formează doar două legături de hidrogen.

Secvența nucleotidelor se poate modifica, iar denumirile cu litere latine sunt necesare în cazurile în care ordinea compușilor eterici este necunoscută, este nesemnificativă sau rezultatele studiilor primare sunt deja disponibile.

Cel mai mare număr de variante și combinații de fosfați nucleozidici este caracteristic ADN-ului. Simbolurile A, C, G, U sunt suficiente pentru a scrie compușii esențiali ai ARN.Ultima literă desemnare este substanța uridină, care se găsește numai în ARN. Secvența simbolică este întotdeauna scrisă fără spații.

Video util: acizi nucleici (ADN și ARN)

Câte nucleotide sunt în ADN

Pentru a înțelege cât mai detaliat ce este în joc, ar trebui să înțelegem clar ADN-ul în sine. Acesta este un tip separat de molecule care au o formă alungită și constau din elemente structurale, și anume fosfați nucleozidici. Câte nucleotide sunt în ADN? Există 4 tipuri de compuși esențiali de acest tip care fac parte din ADN. Acestea sunt adenina, timina, citozina si guanina. Toate formează un singur lanț, din care se formează structura moleculară a ADN-ului.

Structura ADN-ului a fost descifrată pentru prima dată în 1953 de oamenii de știință americani Francis Crick și James Watson. O moleculă de acid dezoxiribonucleic conține două lanțuri de fosfați nucleozidici. Ele sunt așezate în așa fel încât să arate ca o spirală care se răsucește în jurul axei sale.

Notă! Numărul de nucleotide din ADN este neschimbat și limitat la doar patru specii - această descoperire a adus omenirea mai aproape de descifrarea întregului cod genetic uman.

În acest caz, structura moleculei are o caracteristică importantă. Toate lanțurile de nucleotide au proprietatea de complementaritate. Aceasta înseamnă că numai compușii esențiali de un anumit tip sunt plasați unul față de celălalt. Se știe că adenina se află întotdeauna în fața timinei. Nici o altă substanță în afară de guanina nu poate fi găsită în fața citozinei. Astfel de perechi de nucleotide formează principiul complementarității și sunt inseparabile.

Greutate și lungime

Cu ajutorul calculelor matematice complexe și al studiilor de laborator, oamenii de știință au reușit să stabilească proprietățile fizice și biologice exacte ale compușilor esențiali care formează structura moleculară a acidului dezoxiribonucleic.

Se știe că lungimea unui rest intracelular, constând din aminoacizi într-un singur lanț polipeptidic, este de 3,5 angstromi. Masa medie a unui reziduu molecular este de 110 amu.

În plus, sunt izolați și monomerii de tip nucleotide, care sunt formați nu numai din aminoacizi, dar au și componente eterice. Aceștia sunt monomeri ADN și ARN. Lungimea lor liniară este măsurată direct în interiorul acidului nucleic și este de cel puțin 3,4 angstromi. Greutatea moleculară a unui nucleozid fosfat este în intervalul de 345 amu. Acestea sunt datele inițiale care sunt utilizate în lucrările practice de laborator dedicate experimentelor, studiilor genetice și altor activități științifice.

Denumiri medicale

Genetica, ca știință, s-a dezvoltat în perioada în care nu existau studii ale structurii ADN-ului oamenilor și ale altor ființe vii la nivel molecular. Prin urmare, în perioada geneticii premoleculare, legăturile nucleotidice au fost desemnate drept cel mai mic element din structura moleculei de ADN. Atât anterior, cât și în prezent, au fost supuse substanțelor esențiale de acest tip. Ar putea fi spontan sau indus, prin urmare, termenul „recon” este folosit și pentru a se referi la fosfații nucleozidici cu o structură deteriorată.

Pentru a defini conceptul de declanșare a unei posibile mutații în compușii azotați ai legăturilor nucleotidice, se folosește termenul „muton”. Aceste denumiri sunt mai solicitate în munca de laborator cu material biologic. Ele sunt, de asemenea, folosite de geneticieni care studiază structura moleculelor de ADN, modurile în care informațiile ereditare sunt transmise, cum este criptată și posibilele combinații de gene rezultate din fuziunea potențialului genetic a doi parteneri sexuali.

In contact cu

Acizii nucleici sunt compuși organici naturali cu molecule înalte, polinucleotide care asigură stocarea și transmiterea informațiilor ereditare (genetice) în organismele vii.

Acești compuși organici au fost descoperiți în 1869 de un medic elvețian în celule bogate în material nuclear (leucocite, spermatozoizi de somon). Acizii nucleici sunt parte integrantă a nucleelor ​​celulare, motiv pentru care și-au primit numele (de la lat. nucleu- miez). Pe lângă nucleu, acizii nucleici se găsesc și în citoplasmă, centrioli, mitocondrii și cloroplaste.

Există două tipuri de acizi nucleici în natură: dezoxiribonucleici (ADN) și ribonucleici (ARN). Ele diferă prin compoziție, structură și funcții. ADN-ul este dublu catenar, iar ARN-ul este monocatenar.

Acizii nucleici sunt biopolimeri care ating dimensiuni enorme. Lungimea moleculelor lor este de sute de mii de nanometri (1 nm = 10–9 m), ceea ce este de mii de ori mai mare decât lungimea moleculelor de proteine. Molecula de ADN este deosebit de mare. Greutatea moleculară a acizilor nucleici ajunge la zeci de milioane și miliarde (105–109). De exemplu, masa ADN-ului E. coli este de 2,5x109, iar în nucleul unei celule germinale umane (set haploid de cromozomi), lungimea moleculelor de ADN este de 102 cm.

2. NC - polimeri neperiodici. Tipuri de nucleotide și structura lor

Acizii nucleici sunt biopolimeri neperiodici ale căror lanțuri polimerice sunt formate din monomeri numiți nucleotide. Moleculele de ADN și ARN conțin patru tipuri de nucleotide.

Compoziția nucleotidelor ADN și ARN

Luați în considerare structura unei nucleotide. Nucleotidele sunt compuși organici complecși care includ trei componente.

Dezoxiribonucleotidele conțin baze pirimidinice timină și citozină și în compoziția ribonucleotidelor - citozină și uracil . adenina și guanina fac parte din nucleotidele ADN-ului și ARN-ului.

Sarcină. Molecula de ADN este formată din două lanțuri - cel principal, pe care este sintetizat ARNm, și cel complementar. Notați ordinea nucleotidelor din ARNm sintetizat, dacă ordinea nucleotidelor din catena principală (de lucru) de ADN este următoarea: C-G-C-T-G-A-T-A-G.

Decizie

Folosind principiul complementarității, determinăm ordinea de aranjare a nucleotidelor în ARNm sintetizat de-a lungul lanțului de ADN de lucru: G-C-G-A-C-U-A-U-C.

Răspuns: G-Ts-G-A-Ts-U-A-U-Ts

Sarcină. Analiza chimică a arătat că 28% din numărul total de nucleotide ale acestui ARNm este adenină, 6% este guanină și 40% este uracil. Care ar trebui să fie compoziția de nucleotide a secțiunii corespunzătoare a ADN-ului dublu catenar, a cărei informație este „rescrisă” de acest ARNm?

Decizie

1. Știind că lanțul moleculei de ARN și lanțul de lucru al moleculei de ADN sunt complementare între ele, determinăm conținutul de nucleotide (în%) din lanțul de lucru al ADN:

· în lanțul de ARNm G = 6%, ceea ce înseamnă că în lanțul de ADN de lucru C = 6%;

În lanțul de ARNm A = 28%, apoi în lanțul de ADN de lucru T = 28%;

În lanțul de ARNm Y = 40%, ceea ce înseamnă că în lanțul de ADN de lucru A = 40%;

2. Determinați conținutul lanțului de ARNm (în%) de citozină.

Să rezumam conținutul altor trei tipuri de nucleotide din lanțul ARNm: 6% + 28% + +40% = 74% (G+A+U);

Determinați proporția de citozină în lanțul ARNm: 100% - 74% = 26% (C);

Dacă în lanțul ARNm C=26%, atunci în lanțul ADN de lucru G=26%.

Răspuns: C=6%; T=28%; A=40%; G=26%

Sarcină . Pe un fragment dintr-un lanț de ADN, nucleotidele sunt aranjate în secvența: A-A-G-T-C-T-A-A-C-G-T-A-T. Desenați o diagramă a structurii unei molecule de ADN dublu catenar. Care este lungimea acestui fragment de ADN? Câte (în%) nucleotide sunt în această catenă de ADN?

Decizie

1. Prin principiul complementarității, construiește a doua catenă a unei molecule de ADN date: T-T-C-A-G-A-T-T-G-C-A-T-A.

2. Cunoscând lungimea unei nucleotide (0,34 nm), determinăm lungimea acestui fragment de ADN (în ADN, lungimea unui lanț este egală cu lungimea întregii molecule): 13x0,34 = 4,42 nm.

3. Calculați procentul de nucleotide din acest lanț de ADN:

13 nucleotide - 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).

Răspuns: 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%.

Sarcină. O secțiune a unuia dintre lanțurile de molecule de ADN a fost examinată în laborator. S-a dovedit că este format din 20 de monomeri, care sunt aranjați în următoarea secvență: G-T-G-T-A-A-C-G-A-C-C-G-A-T-A-C-T-G -T-A.
Ce se poate spune despre structura secțiunii corespunzătoare a celei de-a doua catene a aceleiași molecule de ADN?

Decizie

Știind că lanțurile unei molecule de ADN sunt complementare între ele, determinăm secvența de nucleotide a celui de-al doilea lanț al aceleiași molecule de ADN: C-A-C-A-T-T-G-C-T-G-G-C-T-A-T-G-A-C-A-T.

Sarcină. Pe un fragment dintr-un lanț de ADN, nucleotidele sunt aranjate în secvența: A-A-G-T-C-T-A-C-G-T-A-T...

1. Desenați o diagramă a structurii celei de-a doua catene a acestei molecule de ADN.
2. Care este lungimea în nm a acestui fragment de ADN dacă o nucleotidă are aproximativ 0,34 nm?
3. Câte (în%) nucleotide sunt conținute în acest fragment al moleculei de ADN?

Decizie

1. Completam a doua catenă a acestui fragment al moleculei de ADN, folosind regula complementarității: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A.
2. Determinați lungimea acestui fragment de ADN: 12x0,34=4,08 nm.
3. Calculați procentul de nucleotide din acest fragment de ADN.

24 de nucleotide - 100%
8A - x%, prin urmare x = 33,3% (A);
deoarece conform regulii Chargaff A=T, atunci conținutul de T=33,3%;
24 de nucleotide - 100%
4D - x%, prin urmare x \u003d 16,7% (G);
întrucât conform regulii Chargaff G=C, înseamnă că conținutul de C=16,6%.

Răspuns: T-T-C-A-G-A-T-G-C-A-T-A; 4,08 nm; A=T=33,3%; G=C=16,7%

Sarcină. Care va fi compoziția celei de-a doua catene de ADN dacă prima conține 18% guanină, 30% adenină și 20% timină?

Decizie

1. Știind că lanțurile moleculei de ADN sunt complementare între ele, determinăm conținutul de nucleotide (în%) din al doilea lanț:

întrucât în ​​primul lanț G = 18%, apoi în al doilea lanț C = 18%;
întrucât în ​​primul lanț A = 30%, apoi în al doilea lanț T = 30%;
întrucât în ​​primul lanț T = 20%, apoi în al doilea lanț A = 20%;

2. Determinați conținutul din primul lanț de citozină (în%).

Să rezumăm conținutul altor trei tipuri de nucleotide din prima catenă de ADN: 18% + 30% + 20% = 68% (G+A+T);

Determinați proporția de citozină din prima catenă de ADN: 100% - 68% = 32% (C);

Dacă în primul lanț C=32%, atunci în al doilea lanț G=32%.

Răspuns: C=18%; T=30%; A=20%; G=32%

Sarcină.Într-o moleculă de ADN, există 23% de nucleotide adenil din numărul total de nucleotide. Determinați cantitatea de nucleotide timidil și citozil.

Decizie

1. Conform regulii Chargaff, găsim conținutul de nucleotide timidil dintr-o moleculă de ADN dată: A=T=23%.
2. Aflați suma (în%) conținutului de nucleotide adenil și timidil dintr-o moleculă de ADN dată: 23% + 23% = 46%.
3. Aflați suma (în%) conținutului de nucleotide guanil și citozil din această moleculă de ADN: 100% - 46% = 54%.
4. Conform regulii Chargaff, în molecula de ADN G=C, în total reprezintă 54%, iar individual: 54% : 2 = 27%.

Răspuns: T=23%; C=27%

Sarcină. Având în vedere o moleculă de ADN cu o greutate moleculară relativă de 69 mii, dintre care 8625 sunt nucleotide adenil. Greutatea moleculară relativă a unei nucleotide este în medie de 345. Câte nucleotide există individual în acest ADN? Care este lungimea moleculei sale?

Decizie

1. Determinați câte adenil nucleotide sunt într-o moleculă de ADN dată: 8625: 345 = 25.
2. Conform regulii lui Chargaff, A=G, adică în această moleculă de ADN A=T=25.
3. Determinați cât din greutatea moleculară totală a acestui ADN este ponderea nucleotidelor guanil: 69.000 - (8625x2) = 51.750.
4. Determinați numărul total de nucleotide guanil și citozil din acest ADN: 51 750:345=150.
5. Determinați separat conținutul de nucleotide guanil și citozil: 150:2 = 75;
6. Determinați lungimea acestei molecule de ADN: (25 + 75) x 0,34 = 34 nm.

Răspuns: A=T=25; G=C=75; 34 nm.

Sarcină. Potrivit unor oameni de știință, lungimea totală a tuturor moleculelor de ADN din nucleul unei celule germinale umane este de aproximativ 102 cm. Câte perechi de baze există în ADN-ul unei celule (1 nm = 10–6 mm)?

Decizie

1. Convertiți centimetri în milimetri și nanometri: 102 cm = 1020 mm = 1.020.000.000 nm.
2. Cunoscând lungimea unei nucleotide (0,34 nm), determinăm numărul de perechi de baze conținute în moleculele de ADN ale gametului uman: (102 x 107): 0,34 = 3 x 109 perechi.

Răspuns: 3x109 perechi.

Teme pentru acasă

1. Învață abstract

2. rezolva probleme

Opțiunea 1

1. Sunt date fragmente dintr-un lanț al moleculei de ADN: C-A-A-A-T-T-G-G-A-C-G-G-G. Determinați conținutul (în%) al fiecărui tip de nucleotidă și lungimea acestui fragment al moleculei de ADN.

2. În molecula de ADN au fost găsite 880 de nucleotide guanil, care reprezintă 22% din numărul total de nucleotide ale acestui ADN? Determinați câte alte nucleotide sunt conținute (individual) în această moleculă de ADN. Care este lungimea acestui ADN?

Opțiunea 2

1. Sunt date fragmente dintr-un lanț al moleculei de ADN: A-G-C-C-G-G-G-A-A-T-T-A. Determinați conținutul (în%) al fiecărui tip de nucleotidă și lungimea acestui fragment al moleculei de ADN.

2. În molecula de ADN au fost găsite 250 de nucleotide de timidil, care reprezintă 22,5% din numărul total de nucleotide ale acestui ADN. Determinați câte alte nucleotide sunt conținute (individual) în această moleculă de ADN. Care este lungimea acestui ADN?

3. Distribuiți rezumatele după opțiuni. Opțiunea 1 - ADN; varianta 2 - ARN.

1. Moleculă monocatenară.
2. Moleculă dublu catenară.
3. Contine adenina, uracil, guanina, citosina.
4. Contine adenina, timina, guanina, citozina.
5. Riboza este o parte a nucleotidelor.
6. Nucleotidele conțin dezoxiriboză.
7. Cuprinse în nucleu, cloroplaste, mitocondrii, centrioli, ribozomi, citoplasmă.
8. Conținute în nucleu, cloroplaste, mitocondrii.
9. Participa la stocarea, reproducerea si transmiterea informatiilor ereditare.
10. Participa la transferul de informatii ereditare.