E gjithë jeta në planet përbëhet nga shumë qeliza që ruajnë rregullsinë e organizimit të tyre për shkak të informacionit gjenetik që përmban bërthama. Ai ruhet, zbatohet dhe transmetohet nga komponime komplekse me molekulare të lartë - acide nukleike, të përbëra nga njësi monomere - nukleotide. Roli i acideve nukleike nuk mund të mbivlerësohet. Stabiliteti i strukturës së tyre përcakton aktivitetin normal jetësor të organizmit dhe çdo devijim në strukturë do të çojë në mënyrë të pashmangshme në një ndryshim në organizimin qelizor, aktivitetin e proceseve fiziologjike dhe qëndrueshmërinë e qelizave në tërësi.
Koncepti i një nukleotidi dhe vetitë e tij
Çdo molekulë e ADN-së ose ARN-së është mbledhur nga komponime më të vogla monomerike - nukleotide. Me fjalë të tjera, një nukleotid është një material ndërtimor për acidet nukleike, koenzimat dhe shumë komponime të tjera biologjike që janë thelbësore për një qelizë gjatë jetës së saj.
Për vetitë kryesore të këtyre të pazëvendësueshmesubstancat mund t'i atribuohen:
• ruajtja e informacionit për strukturën e proteinave dhe tiparet e trashëguara;
• kontrolli mbi rritjen dhe riprodhimin;
• pjesëmarrja në metabolizëm dhe shumë procese të tjera fiziologjike që ndodhin në qelizë.
Përbërja nukleotide
Duke folur për nukleotidet, nuk mund të mos ndalemi në një çështje kaq të rëndësishme si struktura dhe përbërja e tyre.
Çdo nukleotid përbëhet nga:
• mbetje sheqeri;
• bazë azotike;
• grup fosfat ose mbetje acidi fosforik.
Mund të thuhet se një nukleotid është një përbërje organike komplekse. Në varësi të përbërjes së llojeve të bazave azotike dhe llojit të pentozës në strukturën nukleotide, acidet nukleike ndahen në:
• acid deoksiribonukleik, ose ADN;
• acid ribonukleik, ose ARN.
Përbërja e acideve nukleike
Në acidet nukleike, sheqeri përfaqësohet nga pentoza. Ky është një sheqer me pesë karbon, në ADN quhet deoksiribozë, në ARN quhet ribozë. Çdo molekulë pentozë ka pesë atome karboni, katër prej të cilëve, së bashku me një atom oksigjeni, formojnë një unazë me pesë anëtarë dhe e pesta është pjesë e grupit HO-CH2.
Pozicioni i çdo atomi karboni në një molekulë pentozë tregohet me një numër arab me një të thjeshtë (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Meqenëse të gjitha proceset e leximit të informacionit të trashëguar nga një molekulë e acidit nukleik kanë një drejtim të rreptë, numërimi i atomeve të karbonit dhe renditja e tyre në unazë shërbejnë si një lloj treguesi i drejtimit të duhur.
Sipas grupit hidroksil tënjë mbetje e acidit fosforik është ngjitur në atomet e tretë dhe të pestë të karbonit (3С´ dhe 5С´). Ai përcakton përkatësinë kimike të ADN-së dhe ARN-së në grupin e acideve.
Një bazë azotike është ngjitur me atomin e parë të karbonit (1С´) në një molekulë sheqeri.
Përbërja e llojeve të bazave azotike
Nukleotidet e ADN-së sipas bazës azotike përfaqësohen nga katër lloje:
• adeninë (A);
• guaninë (G);
• citozinë (C);
• timinë (T).
Dy të parat janë purina, dy të fundit janë pirimidinat. Për nga pesha molekulare, purinat janë gjithmonë më të rënda se pirimidinat.
Nukleotidet e ARN-së sipas bazës azotike përfaqësohen nga:
• adeninë (A);
• guaninë (G);
• citozinë (C);
• uracil (U).
Uracil, si timina, është një bazë pirimidine.
Në literaturën shkencore, shpesh mund të gjesh një emërtim tjetër të bazave azotike - me shkronja latine (A, T, C, G, U).
Le të ndalemi më në detaje në strukturën kimike të purinave dhe pirimidinave.
Pirimidinat, përkatësisht citozina, timina dhe uracili, përfaqësohen nga dy atome azoti dhe katër atome karboni, duke formuar një unazë gjashtë-anëtarësh. Çdo atom ka numrin e vet nga 1 në 6.
Purinat (adenina dhe guanina) përbëhen nga pirimidina dhe imidazoli ose dy heterocikle. Molekula e bazës purine përfaqësohet nga katër atome azoti dhe pesë atome karboni. Çdo atom numërohet nga 1 në 9.
Si rezultat i lidhjes së azotitnjë bazë dhe një mbetje pentozë formojnë një nukleozid. Një nukleotid është një kombinim i një nukleozidi dhe një grupi fosfat.
Formimi i lidhjeve fosfodiesterike
Është e rëndësishme të kuptohet pyetja se si nukleotidet lidhen në një zinxhir polipeptid dhe formojnë një molekulë të acidit nukleik. Kjo ndodh për shkak të të ashtuquajturave lidhje fosfodiesterike.
Ndërveprimi i dy nukleotideve jep një dinukleotid. Formimi i një përbërjeje të re ndodh nga kondensimi, kur ndodh një lidhje fosfodiesterike midis mbetjes fosfatike të një monomeri dhe grupit hidroksi të pentozës së një tjetri.
Sinteza e një polinukleotidi është përsëritja e këtij reaksioni (disa milionë herë). Zinxhiri polinukleotid ndërtohet nëpërmjet formimit të lidhjeve fosfodiesterike ndërmjet karbonit të tretë dhe të pestë të sheqernave (3С´ dhe 5С´).
Mbledhja e polinukleotideve është një proces kompleks që ndodh me pjesëmarrjen e enzimës së polimerazës ADN, e cila siguron rritjen e zinxhirit vetëm nga një skaj (3´) me një grup hidroksi të lirë.
Struktura e molekulës së ADN-së
Një molekulë e ADN-së, si një proteinë, mund të ketë një strukturë parësore, dytësore dhe terciare.
Sekuenca e nukleotideve në një zinxhir të ADN-së përcakton strukturën e saj parësore. Struktura dytësore formohet nga lidhje hidrogjenore, të cilat bazohen në parimin e komplementaritetit. Me fjalë të tjera, gjatë sintezës së spirales së dyfishtë të ADN-së, funksionon një model i caktuar: adenina e njërit zinxhir korrespondon me timinën e tjetrit, guanina me citozinën dhe anasjelltas. Çiftet e adeninës dhe timinës ose guaninës dhe citozinësjanë formuar për shkak të dy lidhjeve hidrogjenore në rastin e parë dhe tre në rastin e fundit. Një lidhje e tillë e nukleotideve siguron një lidhje të fortë midis zinxhirëve dhe një distancë të barabartë ndërmjet tyre.
Duke ditur sekuencën nukleotide të një vargu të ADN-së, mund ta plotësoni të dytën me parimin e komplementaritetit ose shtesës.
Struktura terciare e ADN-së formohet nga lidhje komplekse tre-dimensionale, gjë që e bën molekulën e saj më kompakte dhe të aftë për t'u përshtatur në një vëllim të vogël qelize. Kështu, për shembull, gjatësia e ADN-së së E. coli është më shumë se 1 mm, ndërsa gjatësia e qelizës është më pak se 5 mikron.
Numri i nukleotideve në ADN, përkatësisht raporti i tyre sasior, i bindet rregullit Chergaff (numri i bazave purine është gjithmonë i barabartë me numrin e bazave pirimidine). Distanca midis nukleotideve është një vlerë konstante e barabartë me 0,34 nm, ashtu siç është pesha e tyre molekulare.
Struktura e molekulës së ARN
ARN përfaqësohet nga një zinxhir i vetëm polinukleotid i formuar përmes lidhjeve kovalente midis një pentoze (në këtë rast, ribozës) dhe një mbetje fosfati. Është shumë më e shkurtër se ADN-ja në gjatësi. Ekzistojnë gjithashtu ndryshime në përbërjen e specieve të bazave azotike në nukleotid. Në ARN, uracil përdoret në vend të bazës pirimidine të timinës. Në varësi të funksioneve të kryera në trup, ARN mund të jetë e tre llojeve.
• Ribozomale (rARN) - zakonisht përmban nga 3000 deri në 5000 nukleotide. Si një komponent i domosdoshëm strukturor, ai merr pjesë në formimin e qendrës aktive të ribozomeve, vendi i një prej proceseve më të rëndësishme në qelizë.- biosinteza e proteinave.
• Transporti (tARN) - përbëhet mesatarisht nga 75 - 95 nukleotide, transferon aminoacidin e dëshiruar në vendin e sintezës së polipeptideve në ribozom. Çdo lloj tARN (të paktën 40) ka sekuencën e vet unike të monomereve ose nukleotideve.
• Informative (mRNA) - shumë e ndryshme në përbërjen e nukleotideve. Transferon informacionin gjenetik nga ADN-ja në ribozome, vepron si një matricë për sintezën e një molekule proteine.
Roli i nukleotideve në trup
Nukleotidet në qelizë kryejnë një sërë funksionesh të rëndësishme:
• përdoren si blloqe ndërtuese për acidet nukleike (nukleotide të serisë purine dhe pirimidine);
• janë të përfshirë në shumë procese metabolike në qelizë;
• janë pjesë e ATP - burimi kryesor i energjisë në qeliza;
• veprojnë si bartës të ekuivalentëve reduktues në qeliza (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• kryejnë funksionin e bioregulatorëve;
• mund të konsiderohet si sintezë e rregullt jashtëqelizore e lajmëtarëve të dytë (për shembull, cAMP ose cGMP).
Nukleotidi është një njësi monomerike që formon komponime më komplekse - acide nukleike, pa të cilat transferimi i informacionit gjenetik, ruajtja dhe riprodhimi i tij është i pamundur. Nukleotidet e lira janë përbërësit kryesorë të përfshirë në proceset e sinjalizimit dhe të energjisë që mbështesin funksionimin normal të qelizave dhe të trupit në tërësi.
