Bookshelf
5.1.2. Nucleotides Are the Monomeric Units of Nucleic Acids
Structural Insights, Nucleic Acids
giver et tredimensionelt perspektiv på nukleotidstruktur, baseparring og andre aspekter af DNA- og RNA-strukturen.
En enhed, der består af en base bundet til et sukker, betegnes anucleosid. De fire nukleosidenheder i RNA kaldes adenosin, guanosin, cytidin og uridin, mens de fire nukleosidenheder i DNA kaldes deoxyadenosin, deoxyguanosin, deoxycytidin og thymidin. I hvert tilfælde er N-9 af et purin eller N-1 af apyrimidin bundet til C-1′ af sukkeret (figur 5.5). Basen ligger over sukkerplanet, når strukturen er skrevet i standardorientering; det vil sige, at konfigurationen af N-glykosidbindingen er β. Et nukleotid er et nukleosid, der er knyttet til en eller flere fosfatgrupper ved en esterbinding. Det mest almindelige sted for esterificering i naturligt forekommende nukleotider er den hydroxylgruppe, der er knyttet til sukkerets C-5′. En forbindelse, der er dannet ved tilknytning af en fosfatgruppe til C-5′ af et nukleosidsukker, kaldes et nukleosid5′-fosfat eller et5′-nukleotid. ATP er f.eks.adenosin 5′-triphosphat. Et andetnukleotid er deoxyguanosin 3′-monofosfat (3′-dGMP; figur 5.6). Dette nukleotid adskiller sig fra ATP ved at indeholde guanin i stedet for adenin, indeholder deoxyribose i stedet for ribose (angivet med præfikset “d”), indeholder én fosfat i stedet for tre fosfater og har fosfatet esterificeret til hydroxylgruppen i 3′- i stedet for 5′-stillingen. Nukleotider er de monomerer, der er forbundet til RNA og DNA. De fire nukleotidenheder i DNA kaldes deoxyadenylat, deoxyguanylat, deoxycytidylat, deoxycytidylat og deoxythymidylat, ogthymidylat. Bemærk, at thymidylat indeholder deoxyribose; efter konvention er præfikset deoxy ikke tilføjet, fordi thyminholdige nukleotider kun sjældent findes i RNA.
Figur 5.6
Nukleotider Adenosin 5′ -triphosphat (5′-ATP) ogdeoxyguanosin 3′-monofosfat (3′-dGMP).
De forkortede betegnelser pApCpG eller pACG betegner et trinukleotid af DNA bestående af byggestenene deoxyadenylatmonofosfat, deoxycytidylatmonofosfat og deoxyguanylatmonofosfat, der er forbundet med en phosphodiesterbro, hvor “p” betegner en fosfatgruppe (figur 5.7). I 5′-enden vil der ofte være en fosfat knyttet til5′-OH-gruppen. Bemærk, at en DNA-kæde ligesom et polypeptid (se afsnit 3.2) har polaritet. Den ene ende af kæden har en fri 5′-OH-gruppe (eller en 5′-OH-gruppe knyttet til et fosfat), mens den anden ende har en 3′-OH-gruppe, hvoraf ingen af dem er knyttet til et andet nukleotid. Konventionelt skrives basesekvensen i 5′-til-3′-retningen. Symbolet ACG angiver således, at den ikke-bundne 5′-OH-gruppe er på desoxyadenylat, mens den ikke-bundne 3′-OH-gruppe er på desoxyguanylat. På grund af denne polaritet svarer ACG ogGCA til forskellige forbindelser.
Figur 5.7
Strukturen af en DNA-kæde. Kæden har en 5′-ende, som normalt er knyttet til en fosfat, og en 3′-ende, som normalt er en fri hydroxylgruppe.
Et slående kendetegn ved naturligt forekommende DNA-molekyler er deres længde. ADNA-molekylet skal bestå af mange nukleotider for at kunne bære den genetiske information, der er nødvendig for selv de enkleste organismer. F.eks. er DNA’et fra en virus som polyoma, der kan forårsage kræft i visse organismer, op til 5100 nukleotider langt. Vi kan kvantificere nukleinsyrernes informationsbærende kapacitet på følgende måde. Hver position kan være en af fire baser, hvilket svarer til to informationsbits (22 = 4). En kæde på5100 nukleotider svarer således til 2 × 5100 = 10 200 bits eller 1275 bytes (1 byte = 8 bits). E. coli-genomet er et enkelt DNA-molekyle bestående af to kæder af 4,6 millioner nukleotider, svarende til 9,2 millioner bits eller 1,15 megabyte information (figur 5.8).
Figur 5.8
Elektronmikroskopisk billede af en del af E. coligenomet.
DNA-molekyler fra højere organismer kan være meget større. Det menneskelige genom omfatter ca. 3 mia. nukleotider, fordelt på 24 forskellige DNA-molekyler (22 autosomer, x- og y-kønskromosomer) af forskellig størrelse. Et af de største kendte DNA-molekyler findes i den indiske muntjak, en asiatisk hjort; dens genom er næsten lige så stort som det menneskelige genom, men er fordelt på kun 3 kromosomer (figur 5.9). Det største af disse kromosomer har kæder af mere end 1 milliard nukleotider. Hvis et sådant DNAmolekyle kunne strækkes helt ud, ville det strække sig mere end 1 fod i længden.Nogle planter indeholder endnu større DNA-molekyler.
Figur 5.9
Den indiske Muntjak og dens kromosomer. Celler fra en hun af en indisk muntjak (til højre) indeholder tre par meget store kromosomer (farvet orange). Den viste celle er en hybrid, der indeholder et par menneskelige kromosomer (farvet grønt) til sammenligning. [(Venstre) (mere…)