Nukleotid

Nukleotid definíció

A nukleotid egy szerves molekula, amely a DNS és az RNS építőköve. A sejtek jelátviteléhez, az anyagcseréhez és az enzimreakciókhoz kapcsolódó funkciókkal is rendelkeznek. Egy nukleotid három részből áll: egy foszfátcsoportból, egy 5 szénatomos cukorból és egy nitrogénbázisból. A DNS négy nitrogénbázisa az adenin, a citozin, a guanin és a timin. Az RNS a timin helyett uracilt tartalmaz. A nukleotidok egy láncon belül alkotják az összes ismert élőlény genetikai anyagát. A genetikai információ tárolásán kívül is számos funkciót töltenek be, mint hírvivő és energiamozgató molekulák.

A DNS-en belüli három nukleotidból álló sorozatot kodonnak nevezzük, és a sejtben lévő fehérjéket arra irányítja, hogy egy adott fehérjét a DNS többi része által meghatározott sorozathoz csatoljanak. A speciális kodonok még azt is megadják a gépezetnek, hogy hol álljon le és hol induljon el a folyamat. A DNS-transzláció, ahogyan azt ismerjük, a DNS-ből származó információt alakítja át a fehérjék nyelvére. Ezt az aminosavakból álló láncot aztán megfelelően össze lehet hajtogatni, és a sejten belüli számos funkció egyikét ellátni.

Nukleotidszerkezet

A nukleotidok szerkezete egyszerű, de az általuk együttesen kialakítható szerkezet összetett. Az alábbiakban egy képet láthatunk a DNS-ről. Ez a molekula két szálból áll, amelyek egymás köré tekerednek, és a szerkezet közepén hidrogénkötéseket képeznek a megtámasztás érdekében. Minden egyes benne lévő nukleotidnak sajátos szerkezete van, amely lehetővé teszi ezt a képződést.

Nitrogénbázis

A nitrogénbázis a nukleotidszerkezet központi információhordozó része. Ezek a molekulák, amelyek különböző exponált funkciós csoportokkal rendelkeznek, eltérő képességgel rendelkeznek az egymással való kölcsönhatásra. Ahogy a képen is látható, az ötlet elrendezése az érintett nukleotidok közötti hidrogénkötések maximális mennyisége. A nukleotid szerkezetéből adódóan csak egy bizonyos nukleotid képes kölcsönhatásba lépni a másikkal. A fenti képen a timin az adeninhez, a guanin pedig a citozinhoz kötődik. Ez a helyes és tipikus elrendeződés.

Ez az egyenletes kialakulás csavart okoz a szerkezetben, és hiba esetén sima. A fehérjék többek között úgy képesek javítani a sérült DNS-t, hogy képesek a szerkezeten belüli egyenetlen foltokhoz kötődni. Az egyenetlen foltok akkor jönnek létre, amikor a szemben álló nukleotidmolekulák között nem jön létre hidrogénkötés. A fehérje kivágja az egyik nukleotidot, és egy másikkal helyettesíti. A genetikai szálak duplikált jellege biztosítja, hogy az ilyen hibák nagy pontossággal kijavíthatók.

Cukor

A nukleotid második része a cukor. A nukleotidtól függetlenül a cukor mindig ugyanaz. A különbség a DNS és az RNS között van. A DNS-ben az 5 szénatomos cukor a dezoxiribóz, míg az RNS-ben az 5 szénatomos cukor a ribóz. Ez adja a genetikai molekulák nevét; a DNS teljes neve dezoxiribonukleinsav, az RNS pedig ribonukleinsav.

A cukor a szabadon lévő oxigénnel képes kötődni a következő molekula foszfátcsoportjához. Ekkor kötést alkotnak, amely a cukor-foszfát gerinccé válik. Ez a szerkezet merevséget kölcsönöz a szerkezetnek, mivel az általuk kialakított kovalens kötések sokkal erősebbek, mint a két szál közötti hidrogénkötések. Amikor a fehérjék a DNS feldolgozásához és transzponálásához érkeznek, ezt úgy teszik, hogy szétválasztják a szálakat, és csak az egyik oldalt olvassák le. Amikor továbbadják, a genetikai anyag szálai az ellentétes nukleotidbázisok közötti vonzás hatására újra összeállnak. A cukor-foszfát gerinc végig kapcsolatban marad.

Foszfátcsoport

A nukleotidszerkezet utolsó része, a foszfátcsoport valószínűleg egy másik fontos molekulából, az ATP-ből ismerős. Az adenozin-trifoszfát vagy ATP az az energiamolekula, amelyre a földi élet nagy része támaszkodik a reakciók közötti energiatároláshoz és -átvitelhez. Az ATP három foszfátcsoportot tartalmaz, amelyek kötéseikben sok energiát képesek tárolni. Az ATP-vel ellentétben a nukleotidban kialakuló kötéseket foszfodiészterkötésnek nevezik, mivel ezek a foszfátcsoport és a cukormolekula között jönnek létre.

A DNS-replikáció során a DNS-polimeráz nevű enzim összeállítja a megfelelő nukleotidbázisokat, és elkezdi őket a leolvasott lánchoz rendezni. Egy másik fehérje, a DNS-ligáz fejezi be a munkát azzal, hogy létrehozza a foszfodiészterkötést az egyik bázis cukormolekulája és a következő bázis foszfátcsoportja között. Így jön létre egy új genetikai molekula gerince, amely képes továbbadni a következő generációnak. A DNS és az RNS tartalmazza a sejtek működéséhez szükséges összes genetikai információt.

Nukleotid példák

Adenin

Adenin egy purin, amely a nitrogénbázisok két családjának egyike. A purinok kettős gyűrűs szerkezetűek. A DNS-ben az adenin a timinhez kapcsolódik. Az RNS-ben az adenin az uracillal kötődik. Az adenozin-trifoszfát, mint korábban tárgyaltuk, a nukleotid adenint használja bázisként. Innen három foszfátcsoport kapcsolódhat hozzá. Ez lehetővé teszi, hogy a kötésekben nagy mennyiségű energia tárolódjon. Ugyanazért, amiért a cukor-foszfát gerinc olyan erős, az ATP-ben lévő kötések is azok. Az energia felszabadítására kialakult speciális enzimekkel kombinálva más reakciókba és molekulákba vihető át.

Guanin

Az adeninhez hasonlóan a guanin is egy purin nukleotid; kettős gyűrűvel rendelkezik. A DNS-ben és az RNS-ben is a citozinnal kötődik. Ahogy a fenti képen látható, a guanin három hidrogénkötésen keresztül kötődik a citozinhoz. Ezáltal a citozin-guanin kötés valamivel erősebb, mint a timin-adenin kötés, amely csak két hidrogénkötést képez.

Citozin

A pirimidinek a nukleotidok másik osztálya. A citozin egy pirimidin nukleotid; szerkezetében csak egy gyűrű található. A citozin mind a DNS-ben, mind az RNS-ben guaninnal kötődik. A guanin nukleotiddal kötődve a kettő erős párt alkot.

Thymin

A citozin nukleotidhoz hasonlóan a timin is pirimidin nukleotid, és egy gyűrűvel rendelkezik. A DNS-ben az adeninhez kapcsolódik. A timin nem található meg az RNS-ben. A DNS-ben csak két hidrogénkötést képez az adeninnel, így ők alkotják a gyengébb párt.

Uracil

Az urcil szintén pirimidin. A DNS-ről RNS-re történő átírás során az uracil kerül mindenhová, ahová normális esetben timin kerülne. Ennek oka nem teljesen tisztázott, bár az uracilnak van néhány határozott előnye és hátránya. A legtöbb élőlény nem használja az uracilt a DNS-en belül, mert rövid életű, és citozinná bomolhat. Az RNS-ben azonban az uracil az előnyben részesített nukleotid, mivel az RNS szintén rövid életű molekula.

Nukleotid funkció

Amellett, hogy a nukleotid minden élőlény genetikai anyagának alapegysége, más funkciói is lehetnek. Egy nukleotid lehet egy másik molekula bázisa, például az adenozin-trifoszfát (ATP), amely a sejt fő energiamolekulája. Olyan koenzimekben is megtalálhatóak, mint a NAD és a NADP, amelyek az ADP-ből származnak; ezeket a molekulákat számos kémiai reakcióban használják fel, amelyek szerepet játszanak az anyagcserében. Egy másik nukleotidot tartalmazó molekula a ciklikus AMP (cAMP), egy hírvivő molekula, amely számos folyamatban fontos, többek között az anyagcsere szabályozásában és a kémiai jelek sejtekhez történő továbbításában. A nukleotidok nemcsak az élet építőköveit alkotják, hanem számos különböző molekulát alkotnak, amelyek az életet lehetővé téve működnek.

Kvíz

1. Az alábbiak közül melyik nem része a nukleotidok szerkezetének?
A. 5 szénatomos cukor
B. Foszfátcsoport
C. Foszfolipid

2. Melyik a helyes párosítás?
A. A-G
B. C-G
C. T-U
D. U-C

3. Melyik nukleotid nem található meg a DNS-ben?
A. Uracil
B. Thymin
C. Adenin