Bookshelf
5.1.2. Nucleotides Are the Monomeric Units of Nucleic Acids
Structural Insights, Nucleic Acids
erbjuder ett tredimensionellt perspektiv på nukleotidstruktur, baskoppling och andra aspekter av DNA:s och RNA:s struktur.
En enhet som består av en bas som är bunden till ett socker kallas anukleosid. De fyra nukleosidenheterna i RNA kallas adenosin, guanosin, cytidin ochuridin, medan de fyra nukleosidenheterna i DNA kallas deoxyadenosin, deoxyguanosin, deoxycytidin och tymidin. I samtliga fall är N-9 i ett purin eller N-1 i apyrimidin fäst vid C-1′ i sockret (figur 5.5). Basen ligger ovanför sockrets plan när strukturen är skriven i standardorientering, dvs. konfigurationen av den N-glykosidiska bindningen är β. En nukleotid är en nukleosid som är knuten till en eller flera fosfatgrupper genom en esterbindning. Den vanligaste platsen för förestring i naturligt förekommande nukleotider är den hydroxylgrupp som är knuten till C-5′ i sockret. En förening som bildas genom att en fosfatgrupp knyts till C-5′ i ett nukleosidsocker kallas nukleosid5′-fosfat eller en5′-nukleotid. ATP är till exempeladenosin 5′-trifosfat. En annan nukleotid är deoxyguanosin 3′-monofosfat (3′-dGMP; figur 5.6). Denna nukleotid skiljer sig från ATP genom att den innehåller guanin i stället för adenin, innehåller deoxyribose i stället för ribose (anges med prefixet ”d”), innehåller en i stället för tre fosfater och har fosfatet förestrat till hydroxylgruppen i 3′-läget i stället för i 5′-läget. Nukleotider är de monomerer som är sammankopplade för att bilda RNA och DNA. De fyra nukleotidenheterna i DNA kallas deoxyadenylat, deoxyguanylat, deoxycytidylat, deoxythymidylat och deoxythymidylat, ochthymidylat. Observera att tymidylat innehåller deoxyribose. Av konvention läggs prefixet deoxy inte till eftersom tyminnehållande nukleotider endast sällan förekommer i RNA.
Figur 5.6
Nukleotider Adenosin 5′ -trifosfat (5′-ATP) ochdeoxyguanosin 3′-monofosfat (3′-dGMP).
De förkortade beteckningarna pApCpG eller pACG betecknar en trinukleotid av DNA som består av byggstenarna deoxyadenylatmonofosfat, deoxycytidylatemonofosfat och deoxyguanylatmonofosfat som är sammanlänkade med en fosfodiesterbro, där ”p” betecknar en fosfatgrupp (figur 5.7). 5′-änden har ofta en fosfat knuten till5′-OH-gruppen. Observera att en DNA-kedja, liksom en polypeptid (se avsnitt 3.2), har polaritet. Den ena änden av kedjan har en fri 5′-OH-grupp (eller en 5′-OH-grupp som är knuten till en fosfat), medan den andra änden har en 3′-OH-grupp, som inte är knuten till någon annan nukleotid. Konventionellt skrivs bassekvensen i 5′-till-3′-riktningen. Symbolen ACG anger således att den obundna 5′-OH-gruppen finns på desoxadenylat, medan den obundna 3′-OH-gruppen finns på desoxyguanylat. På grund av denna polaritet motsvarar ACG ochGCA olika föreningar.
Figur 5.7
Strukturen av en DNA-kedja. Kedjan har en 5′-änd, som vanligtvis är knuten till en fosfat, och en 3′-änd, som vanligtvis är en fri hydroxylgrupp.
En slående egenskap hos naturligt förekommande DNA-molekyler är deras längd. ADNA-molekylen måste bestå av många nukleotider för att bära den genetiska information som är nödvändig även för de enklaste organismerna. DNA:t i ett virus som polyoma, som kan orsaka cancer i vissa organismer, är till exempel så långt som 5 100 nukleotider. Vi kan kvantifiera nukleinsyrornas informationsbärande kapacitet på följande sätt. Varje position kan vara en av fyra baser, vilket motsvarar två informationsbitar (22 = 4). En kedja med 5 100 nukleotider motsvarar således 2 × 5 100 = 10 200 bitar eller 1275 byte (1 byte = 8 bitar). E. coli-genomet är en enda DNA-molekyl som består av två kedjor med 4,6 miljoner nukleotider, vilket motsvarar 9,2 miljoner bitar eller 1,15 megabyte information (figur 5.8).
Figur 5.8
Elektronmikrograf av en del av E. coligenomet.
DNA-molekyler från högre organismer kan vara mycket större. Det mänskliga genomet består av cirka 3 miljarder nukleotider, fördelade på 24 olika DNA-molekyler (22 autosomer, x- och y-könskromosomer) av olika storlek. En av de största kända DNA-molekylerna finns i den indiska muntjak, en asiatisk hjort. Dess genom är nästan lika stort som det mänskliga genomet men är fördelat på endast tre kromosomer (figur 5.9). Den största av dessa kromosomer har kedjor med mer än 1 miljard nukleotider. Om en sådan DNA-molekyl kunde sträcka ut sig helt skulle den sträcka sig mer än en fot i längd.Vissa växter innehåller ännu större DNA-molekyler.
Figur 5.9
Den indiska Muntjak och dess kromosomer. Celler från en honlig indisk muntjak (till höger) innehåller tre par mycket stora kromosomer (färgade orange). Cellen som visas är en hybrid som innehåller ett par mänskliga kromosomer (färgade grönt) för jämförelse. [(Vänster) (mer…)