Kirjahylly
5.1.2. Nucleotides Are the Monomeric Units of Nucleic Acids
Structural Insights, Nucleic Acids
tarjoaa kolmiulotteisen näkökulman nukleotidirakenteeseen, emäspareihin ja muihin DNA:n ja RNA:n rakenteeseen liittyviin seikkoihin.
Yksiköstä, joka koostuu sokeriin sitoutuneesta emäksestä, käytetään nimitystä anukleosidi. RNA:n neljää nukleosidiyksikköä kutsutaan adenosiiniksi, guanosiiniksi, sytidiiniksi jauridiiniksi, kun taas DNA:n neljää nukleosidiyksikköä kutsutaandeoksiadenosiiniksi, deoksiguanosiiniksi, deoksisytidiiniksi ja tymidiiniksi. Kussakin tapauksessa puriinin N-9 tai apyrimidiinin N-1 on kiinnittynyt sokerin C-1′:ään (kuva 5.5). Emäs sijaitsee sokerin tason yläpuolella, kun rakenne kirjoitetaan vakiosuunnassa, eli N-glykosidisidoksen konfiguraatio on β. Nukleotidi on nukleosidi, joka on liitetty yhteen tai useampaan fosfaattiryhmään esterisidoksella. Yleisin esteröitymispaikka luonnossa esiintyvissä nukleotideissa on sokerin C-5′:ään kiinnittynyt hydroksyyliryhmä. Yhdistettä, joka muodostuu fosfaattiryhmän kiinnittymisestä nukleosidisokerin C-5′:een, kutsutaan nukleosidi5′-fosfaatiksi tai 5′-nukleotidiksi. Esimerkiksi ATP onadenosiini-5′-trifosfaatti. Toinen nukleotidi on deoksiguanosiini-3′-monofosfaatti (3′-dGMP; kuva 5.6). Tämä nukleotidi eroaa ATP:stä siinä, että se sisältää adeniinin sijasta guaniinia, sisältää riboosin sijasta deoksiriboosia (merkitty etuliitteellä ”d”), sisältää yhden eikä kolmea fosfaattia ja fosfaatti on esteröitynyt hydroksyyliryhmään 3′- eikä 5′-asentoon. Nukleotidit ovat monomeerejä, jotka liittyvät toisiinsa muodostaen RNA:n ja DNA:n. DNA:n neljää nukleotidiyksikköä kutsutaan deoksiadenylaatiksi, deoksiguanylaatiksi, deoksisytidylaatiksi ja deoksitymidylaatiksi sekä tymidylaatiksi. Huomattakoon, että tymidylaatti sisältää deoksiriboosia; tavanomaisesti etuliitettä deoksi ei lisätä, koska tymiä sisältäviä nukleotideja esiintyy RNA:ssa vain harvoin.
Kuva 5.6
Nukleotidit Adenosiini-5′-trifosfaatti (5′-ATP) jadeoksiguanosiini-3′-monofosfaatti (3′-dGMP).
Lyhennetyt merkinnät pApCpG tai pACG tarkoittavat DNA:n trinukleotidia, joka koostuu rakennuspalikoista deoksiadenylaattimonofosfaatti, deoksisytidyylilatemonofosfaatti ja deoksiguanylaattimonofosfaatti, jotka on yhdistetty toisiinsa fosfodiesterisillalla, jossa ”p” tarkoittaa fosfaattiryhmää (kuva 5.7). 5′-päässä on usein fosfaatti kiinnittyneenä5′-OH-ryhmään. Huomaa, että kuten polypeptidillä (ks. kohta 3.2), myös DNA-ketjulla on poolisuus. Ketjun toisessa päässä on vapaa 5′-OH-ryhmä (tai fosfaattiin kiinnittynyt 5′-OH-ryhmä), kun taas toisessa päässä on 3′-OH-ryhmä, joista kumpikaan ei ole sitoutunut mihinkään muuhun nukleotidiin. Perinteisesti emäsjärjestys kirjoitetaan 5′-3′-suunnassa. Näin ollen symboli ACG tarkoittaa, että linkittymätön 5′-OH-ryhmä on deoksiadenylaatissa, kun taas linkittymätön 3′-OH-ryhmä on deoksiguanylaatissa. Tämän napaisuuden vuoksi ACG jaGCA vastaavat eri yhdisteitä.
Kuva 5.7
DNA-ketjun rakenne. Ketjussa on 5′-pää, joka on yleensä kiinnittynyt fosfaattiin, ja3′-pää, joka on yleensä vapaa hydroksyyliryhmä.
Luonnossa esiintyvien DNA-molekyylien silmiinpistävä ominaisuus on niiden pituus. ADNA-molekyylin on koostuttava monista nukleotideista, jotta se voi kuljettaa geneettistä informaatiota, jota yksinkertaisimmatkin organismit tarvitsevat. Esimerkiksi polyooman kaltaisen viruksen, joka voi aiheuttaa syöpää tietyissä organismeissa, DNA on jopa 5100nukleotidin pituinen. Nukleiinihappojen informaatiokapasiteetti voidaan mitata seuraavalla tavalla. Jokainen kanta voi olla yksi neljästä emäksestä, mikä vastaa kahta bittiä informaatiota (22 = 4). Näin ollen5100 nukleotidin ketju vastaa 2 × 5100 = 10 200 bittiä eli 1275 tavua (1 tavu = 8 bittiä). E. colin genomi on yksi DNA-molekyyli, joka koostuu kahdesta 4,6 miljoonan nukleotidin ketjusta, jotka vastaavat 9,2 miljoonaa bittiä eli 1,15 megatavua informaatiota (kuva5.8).
Kuva 5.8
Elektronimikroskooppikuva osasta E. coligenomia.
Korkeampien organismien DNA-molekyylit voivat olla paljon suurempia. Ihmisen genomi käsittää noin 3 miljardia nukleotidia, jotka jakautuvat 24 eri kokoiseen DNA-molekyyliin (22 autosomia, x- ja y-sukupuolikromosomit). Yksi suurimmista tunnetuista DNA-molekyyleistä löytyy intialaisesta muntjakista, aasialaisesta peurasta; sen genomi on lähes yhtä suuri kuin ihmisen genomi, mutta jakautuu vain kolmelle kromosomille (kuva 5.9). Suurimmassa näistä kromosomeista on yli miljardin nukleotidin ketjuja. Jos tällaisen DNA-molekyylin voisi täysin venyttää, se venyisi yli metrin pituiseksi.Joissakin kasveissa on vielä suurempia DNA-molekyylejä.
Kuva 5.9
Intianmuntjakki ja sen kromosomit. Naaraan intialaisen muntjakin soluissa (oikealla) on kolme paria erittäin suuria kromosomeja (värjätty oranssiksi). Kuvassa oleva solu on hybridi, joka sisältää vertailun vuoksi ihmisen kromosomiparin (värjätty vihreäksi). [(Vasen) (lisää…)