Könyvespolc
5.1.2. A nukleotidok a nukleinsavak monomer egységei
Structural Insights, Nucleic Acids
háromdimenziós perspektívát nyújt a nukleotidok szerkezetéről, a bázispárosodásról és a DNS és RNS szerkezetének egyéb aspektusairól.
A cukorhoz kötött bázisból álló egységet anukleozidnak nevezzük. Az RNS-ben lévő négy nukleozidegységet adenozinnak, guanozinnak, citidinnek ésuridinnak, míg a DNS-ben lévő egységeket dezoxi-adenozinnak, dezoxi-guanozinnak, dezoxi-citidinnek és timidinnek nevezik. Mindegyik esetben a purin N-9-je vagy az apirimidin N-1-je a cukor C-1′-éhez kapcsolódik (5.5. ábra). A bázis a cukor síkja felett helyezkedik el, ha a szerkezetet standard orientációban írjuk fel; azaz az N-glikozidos kötés konfigurációja β. A nukleotid egy olyan nukleozid, amely egy vagy több foszfátcsoporthoz észterkötéssel kapcsolódik. A természetben előforduló nukleotidokban az észteresedés leggyakoribb helye a cukor C-5′-éhez kapcsolódó hidroxilcsoport. A nukleozidcukor C-5′-csoportjának foszfátcsoporttal való összekapcsolásával képződött vegyületet nukleozid5′-foszfátnak vagy 5′-nukleotidnak nevezzük. Például az ATP azadenozin-5′-trifoszfát. Egy másik nukleotid a dezoxiguanozin-3′-monofoszfát (3′-dGMP; 5.6. ábra). Ez a nukleotid abban különbözik az ATP-től, hogy adenin helyett guanint tartalmaz, ribóz helyett dezoxiribózt tartalmaz (ezt a “d” előtag jelzi), három helyett egy foszfátot tartalmaz, és a foszfát nem az 5′, hanem a 3′ helyzetben észteresedik a hidroxilcsoporthoz. A nukleotidok azok a monomerek, amelyek összekapcsolódva RNS-t és DNS-t alkotnak. A DNS négy nukleotid egységét dezoxi-adenilátnak, dezoxi-guanilátnak, dezoxi-citidilátnak és dezoxi-thimidilátnak, valamint timidilátnak nevezik. Megjegyzendő, hogy a timidilát dezoxiribózt tartalmaz; a konvenció szerint a deoxi előtagot nem adjuk hozzá, mivel a timintartalmú nukleotidok csak ritkán fordulnak elő az RNS-ben.
5.6. ábra
Nukleotidok Adenozin-5′-trifoszfát (5′-ATP) ésdeoxiguanozin-3′-monofoszfát (3′-dGMP).
A pApCpG vagy pACG rövidített jelölések a DNS olyan trinukleotidját jelölik, amely a dezoxiadenilát-monofoszfát, dezoxicitidilát-monofoszfát és dezoxiguanilát-monofoszfát építőelemekből áll, amelyek foszfodiészterhíddal kapcsolódnak, ahol a “p” foszfátcsoportot jelöl (5.7. ábra). Az 5′ véghez gyakran kapcsolódik egy foszfát az5′-OH csoporthoz. Vegyük észre, hogy a polipeptidekhez (lásd a 3.2. szakaszt) hasonlóan a DNS-lánc is polaritással rendelkezik. A lánc egyik végén szabad 5′-OH csoport van (vagy foszfáthoz kötött 5′-OH csoport), míg a másik végén 3′-OH csoport van, amelyek közül egyik sem kapcsolódik más nukleotidhoz. Megállapodás szerint a bázissorozatot az5′-3′ irányban írjuk. Így az ACG szimbólum azt jelzi, hogy a nem kapcsolt 5′-OH csoport a dezoxi-adeniláton van, míg a nem kapcsolt 3′-OH csoport a dezoxi-guaniláton. E polaritás miatt az ACG és aGCA különböző vegyületeknek felel meg.
5.7. ábra
A DNS-lánc szerkezete. A láncnak van egy 5′ vége, amely általában egy foszfáthoz kapcsolódik, és egy 3′ vége, amely általában egy szabad hidroxilcsoport.
A természetben előforduló DNS-molekulák feltűnő jellemzője a hosszuk. Az ADNS-molekulának sok nukleotidból kell állnia ahhoz, hogy még a legegyszerűbb szervezetek számára is szükséges genetikai információt hordozza. Például egy olyan vírus DNS-e, mint a polyoma, amely bizonyos szervezetekben rákot okozhat, akár 5100 nukleotid hosszúságú is lehet. A nukleinsavak információhordozó kapacitását a következőképpen tudjuk számszerűsíteni. Minden pozíció négy bázis egyike lehet, ami két bit információnak felel meg (22 = 4). Így egy5100 nukleotidból álló lánc 2 × 5100 = 10 200 bitnek, azaz 1275 bájtnak felel meg (1 bájt = 8 bit). Az E. coli genom egyetlen DNS-molekula, amely két 4,6 millió nukleotidból álló láncból áll, ami 9,2 millió bit, azaz 1,15 megabájtnyi információnak felel meg (5.8. ábra).
5.8. ábra
Elektronmikroszkópos felvétel az E. coligenom egy részéről.
A magasabb rendű szervezetekből származó DNS-molekulák sokkal nagyobbak lehetnek. Az emberi genom megközelítőleg 3 milliárd nukleotidból áll, amely 24 különböző méretű DNS-molekulára (22 autoszóma, x és y nemi kromoszóma) oszlik meg. Az egyik legnagyobb ismert DNS-molekula az indiai muntjakban, egy ázsiai szarvasban található; genomja majdnem akkora, mint az emberi genom, de csak 3 kromoszómán oszlik meg (5.9. ábra). E kromoszómák közül a legnagyobbnak több mint 1 milliárd nukleotidból álló láncai vannak. Ha egy ilyen DNS-molekula teljesen kinyújtható lenne, akkor több mint egy méter hosszúra nyúlna.Egyes növények még ennél is nagyobb DNS-molekulákat tartalmaznak.
5.9. ábra
Az indiai muntjak és kromoszómái. A nőstény indiai muntjak sejtjei (jobbra) három pár igen nagy kromoszómát tartalmaznak (narancssárgára festve). Az ábrázolt sejt egy hibrid, amely összehasonlításképpen egy pár emberi kromoszómát tartalmaz (zöldre festve). [(Balra) (tovább…)