Semua kehidupan di planet ini terdiri dari banyak sel yang menjaga keteraturan organisasinya karena informasi genetik yang terkandung dalam nukleus. Itu disimpan, diimplementasikan, dan ditransmisikan oleh senyawa molekul tinggi yang kompleks - asam nukleat, yang terdiri dari unit monomer - nukleotida. Peran asam nukleat tidak dapat ditaksir terlalu tinggi. Stabilitas strukturnya menentukan aktivitas vital organisme yang normal, dan setiap penyimpangan dalam struktur pasti akan menyebabkan perubahan dalam organisasi seluler, aktivitas proses fisiologis, dan kelangsungan hidup sel secara keseluruhan.
Konsep nukleotida dan sifat-sifatnya
Setiap molekul DNA atau RNA dirakit dari senyawa monomer yang lebih kecil - nukleotida. Dengan kata lain, nukleotida adalah bahan bangunan untuk asam nukleat, koenzim dan banyak senyawa biologis lainnya yang penting untuk sel dalam perjalanan hidupnya.
Untuk properti utama yang tak tergantikan inizat dapat dikaitkan:
• penyimpanan informasi tentang struktur protein dan sifat-sifat yang diturunkan;
• kontrol atas pertumbuhan dan reproduksi;
• partisipasi dalam metabolisme dan banyak proses fisiologis lain yang terjadi di dalam sel.
Komposisi nukleotida
Berbicara tentang nukleotida, kita tidak bisa tidak memikirkan masalah penting seperti struktur dan komposisinya.
Setiap nukleotida terdiri dari:
• residu gula;
• basa nitrogen;
• residu gugus fosfat atau asam fosfat.
Dapat dikatakan bahwa nukleotida adalah senyawa organik kompleks. Tergantung pada komposisi spesies basa nitrogen dan jenis pentosa dalam struktur nukleotida, asam nukleat dibagi menjadi:
• asam deoksiribonukleat, atau DNA;
• asam ribonukleat, atau RNA.
Komposisi asam nukleat
Dalam asam nukleat, gula diwakili oleh pentosa. Ini adalah gula lima karbon, dalam DNA disebut deoksiribosa, dalam RNA disebut ribosa. Setiap molekul pentosa memiliki lima atom karbon, empat di antaranya, bersama dengan satu atom oksigen, membentuk cincin beranggota lima, dan yang kelima adalah bagian dari gugus HO-CH2.
Posisi setiap atom karbon dalam molekul pentosa ditunjukkan oleh angka Arab dengan bilangan prima (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Karena semua proses membaca informasi herediter dari molekul asam nukleat memiliki arah yang tegas, penomoran atom karbon dan susunannya dalam cincin berfungsi sebagai semacam indikator arah yang benar.
Menurut gugus hidroksil untukresidu asam fosfat melekat pada atom karbon ketiga dan kelima (3С´ dan 5С´). Ini menentukan afiliasi kimia DNA dan RNA ke kelompok asam.
Sebuah basa nitrogen terikat pada atom karbon pertama (1С´) dalam molekul gula.
Komposisi spesies basa nitrogen
nukleotida DNA oleh basa nitrogen diwakili oleh empat jenis:
• adenin (A);
• guanin (G);
• sitosin (C);
• timin (T).
Dua yang pertama adalah purin, dua yang terakhir adalah pirimidin. Berdasarkan berat molekul, purin selalu lebih berat daripada pirimidin.
RNA nukleotida oleh basa nitrogen diwakili oleh:
• adenin (A);
• guanin (G);
• sitosin (C);
• urasil (U).
Urasil, seperti timin, adalah basa pirimidin.
Dalam literatur ilmiah, seseorang sering dapat menemukan sebutan lain untuk basa nitrogen - dalam huruf Latin (A, T, C, G, U).
Mari kita membahas lebih detail tentang struktur kimia purin dan pirimidin.
Pirimidin, yaitu sitosin, timin, dan urasil, diwakili oleh dua atom nitrogen dan empat atom karbon, membentuk cincin beranggota enam. Setiap atom memiliki nomor sendiri dari 1 sampai 6.
Purin (adenin dan guanin) terdiri dari pirimidin dan imidazol atau dua heterosiklik. Molekul basa purin diwakili oleh empat atom nitrogen dan lima atom karbon. Setiap atom diberi nomor dari 1 sampai 9.
Sebagai hasil dari koneksi nitrogenbasa dan residu pentosa membentuk nukleosida. Nukleotida adalah kombinasi dari nukleosida dan gugus fosfat.
Pembentukan ikatan fosfodiester
Penting untuk memahami pertanyaan tentang bagaimana nukleotida terhubung dalam rantai polipeptida dan membentuk molekul asam nukleat. Ini terjadi karena apa yang disebut ikatan fosfodiester.
Interaksi dua nukleotida menghasilkan dinukleotida. Pembentukan senyawa baru terjadi melalui kondensasi, ketika ikatan fosfodiester terjadi antara residu fosfat dari satu monomer dan gugus hidroksi dari pentosa yang lain.
Sintesis polinukleotida adalah pengulangan berulang dari reaksi ini (beberapa juta kali). Rantai polinukleotida dibangun melalui pembentukan ikatan fosfodiester antara karbon ketiga dan kelima gula (3С´ dan 5С´).
Perakitan polinukleotida adalah proses kompleks yang terjadi dengan partisipasi enzim DNA polimerase, yang memastikan pertumbuhan rantai hanya dari satu ujung (3´) dengan gugus hidroksi bebas.
Struktur molekul DNA
Molekul DNA, seperti protein, dapat memiliki struktur primer, sekunder, dan tersier.
Urutan nukleotida dalam rantai DNA menentukan struktur primernya. Struktur sekunder dibentuk oleh ikatan hidrogen, yang didasarkan pada prinsip saling melengkapi. Dengan kata lain, selama sintesis heliks ganda DNA, pola tertentu beroperasi: adenin dari satu rantai sesuai dengan timin dari yang lain, guanin dengan sitosin, dan sebaliknya. Pasangan adenin dan timin atau guanin dan sitosinterbentuk karena dua dalam ikatan hidrogen pertama dan tiga dalam kasus terakhir. Sambungan nukleotida semacam itu memberikan ikatan yang kuat antara rantai dan jarak yang sama di antara mereka.
Mengetahui urutan nukleotida dari satu untai DNA, Anda dapat melengkapi yang kedua dengan prinsip komplementaritas atau penambahan.
Struktur tersier DNA dibentuk oleh ikatan tiga dimensi yang kompleks, yang membuat molekulnya lebih kompak dan mampu menampung volume sel yang kecil. Jadi, misalnya panjang DNA E.coli lebih dari 1 mm, sedangkan panjang selnya kurang dari 5 mikron.
Jumlah nukleotida dalam DNA, yaitu rasio kuantitatifnya, mematuhi aturan Chergaff (jumlah basa purin selalu sama dengan jumlah basa pirimidin). Jarak antara nukleotida adalah nilai konstan yang sama dengan 0,34 nm, seperti berat molekulnya.
Struktur molekul RNA
RNA diwakili oleh rantai polinukleotida tunggal yang dibentuk melalui ikatan kovalen antara pentosa (dalam hal ini, ribosa) dan residu fosfat. Panjangnya jauh lebih pendek daripada DNA. Ada juga perbedaan dalam komposisi spesies basa nitrogen dalam nukleotida. Dalam RNA, urasil digunakan sebagai pengganti basa pirimidin timin. Tergantung pada fungsi yang dilakukan dalam tubuh, RNA dapat terdiri dari tiga jenis.
• Ribosomal (rRNA) - biasanya mengandung 3000 hingga 5000 nukleotida. Sebagai komponen struktural yang diperlukan, ia mengambil bagian dalam pembentukan pusat aktif ribosom, tempat salah satu proses terpenting dalam sel- biosintesis protein.
• Transport (tRNA) - terdiri dari rata-rata 75 - 95 nukleotida, mentransfer asam amino yang diinginkan ke tempat sintesis polipeptida di ribosom. Setiap jenis tRNA (setidaknya 40) memiliki urutan unik dari monomer atau nukleotida.
• Informasi (mRNA) - sangat beragam dalam komposisi nukleotida. Mentransfer informasi genetik dari DNA ke ribosom, bertindak sebagai matriks untuk sintesis molekul protein.
Peran nukleotida dalam tubuh
Nukleotida dalam sel melakukan sejumlah fungsi penting:
• digunakan sebagai bahan penyusun asam nukleat (nukleotida dari seri purin dan pirimidin);
• terlibat dalam banyak proses metabolisme di dalam sel;
• adalah bagian dari ATP - sumber energi utama dalam sel;
• bertindak sebagai pembawa ekuivalen pereduksi dalam sel (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• melakukan fungsi bioregulator;
• dapat dianggap sebagai pembawa pesan kedua sintesis reguler ekstraseluler (misalnya, cAMP atau cGMP).
Nukleotida adalah unit monomer yang membentuk senyawa yang lebih kompleks - asam nukleat, yang tanpanya transfer informasi genetik, penyimpanan dan reproduksinya tidak mungkin dilakukan. Nukleotida bebas adalah komponen utama yang terlibat dalam proses sinyal dan energi yang mendukung fungsi normal sel dan tubuh secara keseluruhan.
