Nucleotidă

Definiția nucleotidei

Nucleotida este o moleculă organică care constituie componenta de bază a ADN și ARN. Ele au, de asemenea, funcții legate de semnalizarea celulară, de metabolism și de reacțiile enzimatice. O nucleotidă este alcătuită din trei părți: o grupare fosfat, un zahăr cu 5 atomi de carbon și o bază azotată. Cele patru baze azotate din ADN sunt adenina, citosina, guanina și timina. ARN-ul conține uracil, în loc de timină. O nucleotidă în cadrul unui lanț alcătuiește materialul genetic al tuturor ființelor vii cunoscute. Ele au, de asemenea, o serie de funcții în afara stocării informațiilor genetice, ca mesageri și molecule care deplasează energie.

O serie de trei nucleotide din ADN este cunoscută sub numele de codon și direcționează proteinele din celulă pentru a atașa o anumită proteină la o serie specificată de restul ADN-ului. Codonii speciali chiar specifică mașinăriei unde să oprească și să înceapă procesul. Traducerea ADN-ului, așa cum este cunoscută, convertește informațiile din ADN în limbajul proteinelor. Acest lanț de aminoacizi poate fi apoi pliat corespunzător și poate asigura una dintre numeroasele funcții în cadrul celulei.

Structura nucleotidelor

Structura nucleotidelor este simplă, dar structura pe care acestea o pot forma împreună este complexă. Mai jos este o imagine a ADN-ului. Această moleculă este formată din două șiruri care se înfășoară unul în jurul celuilalt, formând legături de hidrogen în mijlocul structurii pentru susținere. Fiecare nucleotidă din interiorul ei are o structură specifică care permite această formare.

Baza azotată

Baza azotată este partea centrală purtătoare de informație a structurii nucleotidelor. Aceste molecule, care au diferite grupe funcționale expuse, au capacități diferite de a interacționa între ele. La fel ca în imagine, ideea de aranjament este cantitatea maximă de legături de hidrogen între nucleotidele implicate. Din cauza structurii nucleotidei, doar o anumită nucleotidă poate interacționa cu alta. Imaginea de mai sus arată legătura dintre timină și adenină, iar guanina se leagă de citosină. Acesta este aranjamentul corect și tipic.

Această formare uniformă determină o răsucire a structurii și este netedă dacă nu există erori. Una dintre modalitățile prin care proteinele sunt capabile să repare ADN-ul deteriorat este aceea că se pot lega de punctele neuniforme din structură. Punctele inegale sunt create atunci când nu are loc o legătură de hidrogen între moleculele de nucleotide opuse. Proteina va tăia o nucleotidă și o va înlocui cu alta. Natura duplicată a șirurilor genetice asigură faptul că erori de acest gen pot fi corectate cu un grad ridicat de precizie.

Sugar

A doua porțiune a nucleotidei este zahărul. Indiferent de nucleotidă, zahărul este întotdeauna același. Diferența este între ADN și ARN. În ADN, zahărul cu 5 atomi de carbon este dezoxiriboza, în timp ce în ARN, zahărul cu 5 atomi de carbon este riboza. Acest lucru dă numele moleculelor genetice; numele complet al ADN este acid dezoxiribonucleic, iar ARN este acid ribonucleic.

Săracul, cu oxigenul său expus, se poate lega de grupul fosfat al moleculei următoare. Ele formează apoi o legătură, care devine coloana vertebrală zahăr-fosfat. Această structură adaugă rigiditate structurii, deoarece legăturile covalente pe care le formează sunt mult mai puternice decât legăturile de hidrogen dintre cele două catene. Atunci când proteinele vin să proceseze și să transpună ADN-ul, ele fac acest lucru prin separarea șirurilor și citirea doar a unei părți. Când acestea trec mai departe, șirurile de material genetic se reunesc din nou, impulsionate de atracția dintre bazele nucleotidice opuse. Coloana vertebrală zahăr-fosfat rămâne conectată tot timpul.

Grupul fosfat

Ultima parte a structurii nucleotidelor, grupul fosfat, este probabil cunoscută de la o altă moleculă importantă, ATP. Adenozin trifosfatul, sau ATP, este molecula de energie pe care se bazează cea mai mare parte a vieții de pe Pământ pentru a stoca și transfera energie între reacții. ATP conține trei grupe fosfat, care pot stoca o cantitate mare de energie în legăturile lor. Spre deosebire de ATP, legăturile formate în cadrul unei nucleotide sunt cunoscute sub numele de legături fosfodiester, deoarece au loc între grupul fosfat și molecula de zahăr.

În timpul replicării ADN-ului, o enzimă cunoscută sub numele de ADN polimeraza asamblează bazele nucleotide corecte și începe să le organizeze în raport cu lanțul pe care îl citește. O altă proteină, ADN ligază, a terminat treaba prin crearea legăturii fosfodiesterice între molecula de zahăr a unei baze și grupul fosfat al următoarei baze. Astfel se creează coloana vertebrală a unei noi molecule genetice, capabilă să fie transmisă generației următoare. ADN-ul și ARN-ul conțin toate informațiile genetice necesare funcționării celulelor.

Exemple de nucleotide

Adenina

Adenina este o purină, care este una dintre cele două familii de baze azotate. Purinele au o structură cu două inele. În ADN, adenina se leagă de timină. În ARN, adenina se leagă cu uracilul. Adenozin trifosfatul de adenozină, așa cum am discutat anterior, folosește nucleotida adenină ca bază. De aici, pot fi atașate trei grupări fosfat. Acest lucru permite stocarea unei cantități mari de energie în legături. Din același motiv pentru care coloana vertebrală zahăr-fosfat este atât de puternică, și legăturile din ATP sunt la fel de puternice. Atunci când sunt combinate cu enzimele speciale care s-au format pentru a elibera energia, aceasta poate fi transferată către alte reacții și molecule.

Guanina

Ca și adenina, guanina este un nucleotid purinic; are un inel dublu. Se leagă de citozină atât în ADN, cât și în ARN. După cum se vede în imaginea de mai sus, guanina se leagă de citosină prin trei legături de hidrogen. Acest lucru face ca legătura citozină-guanină să fie puțin mai puternică decât legătura timină-adenină, care formează doar două legături de hidrogen.

Citosina

Pirimidinele sunt cealaltă clasă de nucleotide. Citosina este o nucleotidă pirimidinică; are un singur inel în structura sa. Citosina se leagă de guanină atât în ADN, cât și în ARN. Legându-se de nucleotida guanină, cele două formează o pereche puternică.

Timina

Ca și nucleotida citozină, timina este o nucleotidă pirimidinică și are un singur inel. Ea se leagă cu adenina în ADN. Timina nu se găsește în ARN. În ADN, formează doar două legături de hidrogen cu adenina, ceea ce face ca acestea să fie perechea cea mai slabă.

Uracil

Uracilul este, de asemenea, o pirimidină. În timpul transcrierii din ADN în ARN, uracilul este plasat peste tot unde în mod normal ar merge o timină. Motivul pentru acest lucru nu este pe deplin înțeles, deși uracilul are unele avantaje și dezavantaje distincte. Cele mai multe creaturi nu folosesc uracilul în ADN deoarece are o durată de viață scurtă și se poate degrada în citosină. Cu toate acestea, în ARN, uracilul este nucleotida preferată, deoarece ARN-ul este, de asemenea, o moleculă cu durată scurtă de viață.

Funcția nucleotidei

În afară de a fi unitatea de bază a materialului genetic pentru toate ființele vii, o nucleotidă poate avea și alte funcții. O nucleotidă poate fi o bază într-o altă moleculă, cum ar fi trifosfatul de adenozină (ATP), care este principala moleculă energetică a celulei. Ele se găsesc, de asemenea, în coenzime precum NAD și NADP, care provin din ADP; aceste molecule sunt utilizate în multe reacții chimice care joacă roluri în metabolism. O altă moleculă care conține o nucleotidă este AMP ciclic (AMPc), o moleculă mesager care este importantă în multe procese, inclusiv în reglarea metabolismului și în transportul de semnale chimice către celule. Nucleotidele nu numai că alcătuiesc elementele constitutive ale vieții, dar formează, de asemenea, multe molecule diferite care funcționează pentru a face viața posibilă.

Chestionar

1. Care dintre următoarele nu face parte din structura nucleotidelor?
A. Zahărul cu 5 atomi de carbon
B. Grupa fosfat
C. Fosfolipid

2. Care este împerecherea corectă?
A. A-G
B. C-G
C. T-U
D. U-C

3. Ce nucleotidă nu se găsește în ADN?
A. Uracilul
B. Timina
C. Adenină