Bookshelf
5.1.2. Nucleotidele sunt unitățile monomerice ale acizilor nucleici
Structural Insights, Nucleic Acids
oferă o perspectivă tridimensională asupra structurii nucleotidelor, a împerecherii bazelor și a altor aspecte ale structurii ADN și ARN.
O unitate formată dintr-o bază legată de un zahăr se numește anucleozidă. Cele patru unități nucleozidice din ARN se numesc adenozină, guanozină, citidină șiuridină, în timp ce cele din ADN se numesc deoxiadenozină, deoxiganozină, deoxi-citidină șitimidină. În fiecare caz, N-9 al unei purine sau N-1 al unei apirimidine este atașat la C-1′ al zahărului (figura 5.5). Baza se află deasupra planului zahărului atunci când structura este scrisă în orientarea standard; adică, configurația legăturii N-glicozidice este β. O nucleotidă este o nucleozidă unită la una sau mai multe grupări fosfat printr-o legătură ester. Cel mai frecvent loc de esterificare în nucleotidele naturale este grupul hidroxil atașat la C-5′ al zahărului. Un compus format prin atașarea grupului fosfat la C-5′ al unui zahăr nucleozidic se numește nucleozidă5′-fosfat sau 5′-nucleotidă. De exemplu, ATP este 5′-trifosfat de adenozină. O altănucleotidă este deoxiguanozina 3′-monofosfat (3′-dGMP; figura 5.6). Această nucleotidă diferă de ATP prin faptul că conține guanină în loc de adenină, conține deoxiriboză în loc de riboză (indicată prin prefixul „d”), conține unul în loc de trei fosfați și are fosfatul esterificat la grupul hidroxil în poziția 3′ în loc de 5′. Nucleotidele sunt monomerii care sunt legați pentru a forma ARN și ADN. Cele patru unități de nucleotide din ADN se numesc deoxiadenilat, deoxiguanilat, deoxi-citidilat și deoxitimidilat și timidilat. Rețineți că timidilatul conține deoxiriboză; prin convenție, nu se adaugă prefixul deoxy deoarece nucleotidele care conțin timină nu se găsesc decât foarte rar în ARN.
Figura 5.6
Nucleotide Adenozină 5′ -trifosfat (5′-ATP) și deoxigozină 3′-monofosfat de guanozină (3′-dGMP).
Notațiile prescurtate pApCpG sau pACG desemnează o trinucleotidă de ADN care constă din elementele constitutive dezoxiadenilat monofosfat, dezoxi-citidilatatemonofosfat și dezoxi-guanilat monofosfat legate printr-un pod fosfodiester, unde „p” reprezintă o grupare fosfat (figura 5.7). Capătul 5′ va avea adesea un fosfat atașat la grupul5′-OH. Rețineți că, la fel ca o polipeptidă (a se vedea secțiunea 3.2), un lanț ADN are polaritate. Un capăt al lanțului are o grupare 5′-OH liberă (sau o grupare 5′-OH atașată unui fosfat), în timp ce celălalt capăt are o grupare 3′-OH, niciuna dintre acestea nefiind legată de o altă nucleotidă. Prin convenție, secvența de baze este scrisă în direcția 5′ – 3′. Astfel, simbolul ACG indică faptul că grupul 5′-OH nelegat se află pe deoxiadenilat, în timp ce grupul 3′-OH nelegat se află pe deoxi-guanilat. Din cauza acestei polarități, ACG șiGCA corespund unor compuși diferiți.
Figura 5.7
Structura unui lanț de ADN. Lanțul are un capăt 5′, care este de obicei atașat la un fosfat, și un capăt 3′, care este de obicei o grupare hidroxil liberă.
O caracteristică frapantă a moleculelor de ADN din natură este lungimea lor. Molecula de ADNA trebuie să cuprindă multe nucleotide pentru a transporta informația geneticănecesară chiar și pentru cele mai simple organisme. De exemplu, ADN-ul unui virus, cum ar fi poliomul, care poate provoca cancer la anumite organisme, are o lungime de 5100nucleotide. Putem cuantifica capacitatea de transport al informației a acizilor nucleici în felul următor. Fiecare poziție poate fi una dintre cele patru baze, corespunzând la doi biți de informație (22 = 4). Astfel, un lanț de5100 de nucleotide corespunde la 2 × 5100 = 10.200 de biți, sau 1275 de octeți (1 octet = 8 biți). Genomul E. coli este o singură moleculă de ADN formată din două lanțuri de 4,6 milioane de nucleotide, corespunzând la 9,2 milioane de biți, sau1,15 megabytes, de informație (figura5.8).
Figura 5.8
Micrografie cu electroni a unei părți din genomul E. coligenom.
Moleculele de ADN din organismele superioare pot fi mult mai mari. Genomul uman cuprinde aproximativ 3 miliarde de nucleotide, împărțite în 24 de molecule de ADN distincte (22 de autosomi, cromozomi sexuali x și y) de dimensiuni diferite. Una dintre cele mai mari molecule de ADN cunoscute se găsește la muntjakul indian, un cerb asiatic; genomul său este aproape la fel de mare ca genomul uman, dar este distribuit pe numai 3 cromozomi (figura 5.9). Cel mai mare dintre acești cromozomi are lanțuri de peste 1 miliard de nucleotide. Dacă o astfel de moleculă de ADN ar putea fi întinsă complet, ea s-ar întinde pe o lungime de peste 1 picior.Unele plante conțin molecule de ADN chiar mai mari.
Figura 5.9
Muntjakul indian și cromozomii săi. Celulele de la o femelă de muntjak indian (dreapta) conțin trei perechi de cromozomi foarte mari (colorați în portocaliu). Celula prezentată este un hibrid care conține o pereche de cromozomi umani (colorați în verde) pentru comparație. [(Stânga) (continuare…)
.