Tutta la vita sul pianeta è composta da molte cellule che mantengono l'ordine della loro organizzazione grazie alle informazioni genetiche contenute nel nucleo. Viene immagazzinato, implementato e trasmesso da complessi composti ad alto peso molecolare - acidi nucleici, costituiti da unità monomeriche - nucleotidi. Il ruolo degli acidi nucleici non può essere sopravvalutato. La stabilità della loro struttura determina la normale attività vitale dell'organismo e qualsiasi deviazione nella struttura porterà inevitabilmente a un cambiamento nell'organizzazione cellulare, nell'attività dei processi fisiologici e nella vitalità delle cellule nel loro insieme.
Il concetto di nucleotide e le sue proprietà
Ogni molecola di DNA o RNA è assemblata da composti monomerici più piccoli - nucleotidi. In altre parole, un nucleotide è un materiale da costruzione per acidi nucleici, coenzimi e molti altri composti biologici che sono essenziali per una cellula nel corso della sua vita.
Alle principali proprietà di questi insostituibilile sostanze possono essere attribuite:
• memorizzazione di informazioni sulla struttura delle proteine e sui tratti ereditari;
• controllo sulla crescita e sulla riproduzione;
• partecipazione al metabolismo e molti altri processi fisiologici che si verificano nella cellula.
Composizione nucleotidica
A proposito di nucleotidi, non si può non soffermarsi su una questione così importante come la loro struttura e composizione.
Ogni nucleotide è composto da:
• residuo di zucchero;
• base azotata;
• residuo di gruppo fosfato o acido fosforico.
Si può dire che un nucleotide è un composto organico complesso. A seconda della composizione delle specie delle basi azotate e del tipo di pentoso nella struttura nucleotidica, gli acidi nucleici sono suddivisi in:
• acido desossiribonucleico, o DNA;
• acido ribonucleico, o RNA.
Composizione degli acidi nucleici
Negli acidi nucleici, lo zucchero è rappresentato dal pentoso. Questo è uno zucchero a cinque atomi di carbonio, nel DNA si chiama desossiribosio, nell'RNA si chiama ribosio. Ogni molecola di pentoso ha cinque atomi di carbonio, quattro dei quali, insieme a un atomo di ossigeno, formano un anello a cinque membri e il quinto fa parte del gruppo HO-CH2.
La posizione di ciascun atomo di carbonio in una molecola di pentoso è indicata da un numero arabo con un primo (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Poiché tutti i processi di lettura delle informazioni ereditarie da una molecola di acido nucleico hanno una direzione precisa, la numerazione degli atomi di carbonio e la loro disposizione nell'anello servono come una sorta di indicatore della giusta direzione.
Secondo il gruppo ossidrile aun residuo di acido fosforico è attaccato al terzo e al quinto atomo di carbonio (3С´ e 5С´). Determina l'affiliazione chimica del DNA e dell'RNA al gruppo degli acidi.
Una base azotata è attaccata al primo atomo di carbonio (1С´) in una molecola di zucchero.
Composizione delle specie di basi azotate
I nucleotidi del DNA per base azotata sono rappresentati da quattro tipi:
• adenina (LA);
• guanina (G);
• citosina (C);
• timina (T).
Le prime due sono purine, le ultime due sono pirimidine. Per peso molecolare, le purine sono sempre più pesanti delle pirimidine.
I nucleotidi di RNA per base azotata sono rappresentati da:
• adenina (LA);
• guanina (G);
• citosina (C);
• uracile (U).
L'uracile, come la timina, è una base pirimidinica.
Nella letteratura scientifica, si può spesso trovare un' altra designazione di basi azotate - in lettere latine (A, T, C, G, U).
Soffermiamoci più in dettaglio sulla struttura chimica di purine e pirimidine.
Le pirimidine, ovvero citosina, timina e uracile, sono rappresentate da due atomi di azoto e quattro atomi di carbonio, che formano un anello a sei membri. Ogni atomo ha il proprio numero da 1 a 6.
Le purine (adenina e guanina) sono costituite da pirimidina e imidazolo o da due eterocicli. La molecola di base delle purine è rappresentata da quattro atomi di azoto e cinque atomi di carbonio. Ogni atomo è numerato da 1 a 9.
Come risultato della connessione dell'azotouna base e un residuo pentoso formano un nucleoside. Un nucleotide è una combinazione di un nucleoside e di un gruppo fosfato.
Formazione di legami fosfodiestere
È importante capire la questione di come i nucleotidi siano collegati in una catena polipeptidica e formino una molecola di acido nucleico. Ciò accade a causa dei cosiddetti legami fosfodiestere.
L'interazione di due nucleotidi dà un dinucleotide. La formazione di un nuovo composto avviene per condensazione, quando si verifica un legame fosfodiestere tra il residuo fosfato di un monomero e il gruppo idrossile del pentoso di un altro.
La sintesi di un polinucleotide è ripetizione ripetuta di questa reazione (diversi milioni di volte). La catena polinucleotidica è costruita attraverso la formazione di legami fosfodiestere tra il terzo e il quinto carbonio degli zuccheri (3С´ e 5С´).
L'assemblaggio del polinucleotide è un processo complesso che si verifica con la partecipazione dell'enzima DNA polimerasi, che assicura la crescita della catena solo da un'estremità (3') con un gruppo idrossi libero.
Struttura della molecola di DNA
Una molecola di DNA, come una proteina, può avere una struttura primaria, secondaria e terziaria.
La sequenza di nucleotidi in una catena di DNA determina la sua struttura primaria. La struttura secondaria è formata da legami idrogeno, che si basano sul principio di complementarità. In altre parole, durante la sintesi della doppia elica del DNA, opera un certo schema: l'adenina di una catena corrisponde alla timina dell' altra, la guanina alla citosina e viceversa. Coppie di adenina e timina o guanina e citosinasi formano a causa di due legami idrogeno nel primo e tre nell'ultimo caso. Tale connessione di nucleotidi fornisce un forte legame tra le catene e una distanza uguale tra loro.
Conoscendo la sequenza nucleotidica di un filamento di DNA, puoi completare il secondo in base al principio di complementarità o addizione.
La struttura terziaria del DNA è formata da complessi legami tridimensionali, che rendono la sua molecola più compatta e in grado di adattarsi a un piccolo volume cellulare. Quindi, ad esempio, la lunghezza del DNA di E. coli è superiore a 1 mm, mentre la lunghezza della cellula è inferiore a 5 micron.
Il numero dei nucleotidi nel DNA, ovvero il loro rapporto quantitativo, obbedisce alla regola di Chergaff (il numero delle basi puriniche è sempre uguale al numero delle basi pirimidiniche). La distanza tra i nucleotidi è un valore costante pari a 0,34 nm, così come il loro peso molecolare.
La struttura della molecola di RNA
L'RNA è rappresentato da una singola catena polinucleotidica formata attraverso legami covalenti tra un pentoso (in questo caso, ribosio) e un residuo di fosfato. È molto più corto del DNA in lunghezza. Ci sono anche differenze nella composizione delle specie delle basi azotate nel nucleotide. Nell'RNA, l'uracile viene utilizzato al posto della base pirimidinica della timina. A seconda delle funzioni svolte nel corpo, l'RNA può essere di tre tipi.
• Ribosomiale (rRNA) - di solito contiene da 3000 a 5000 nucleotidi. Come componente strutturale necessaria, partecipa alla formazione del centro attivo dei ribosomi, sede di uno dei processi più importanti nella cellula- biosintesi proteica.
• Trasporto (tRNA) - consiste in una media di 75 - 95 nucleotidi, trasferisce l'amminoacido desiderato al sito di sintesi del polipeptide nel ribosoma. Ogni tipo di tRNA (almeno 40) ha la sua sequenza unica di monomeri o nucleotidi.
• Informativo (mRNA) - molto diverso nella composizione dei nucleotidi. Trasferisce informazioni genetiche dal DNA ai ribosomi, funge da matrice per la sintesi di una molecola proteica.
Il ruolo dei nucleotidi nel corpo
I nucleotidi nella cellula svolgono una serie di importanti funzioni:
• sono usati come elementi costitutivi degli acidi nucleici (nucleotidi della serie delle purine e delle pirimidine);
• sono coinvolti in molti processi metabolici nella cellula;
• fanno parte dell'ATP - la principale fonte di energia nelle cellule;
• agiscono come vettori di equivalenti riducenti nelle cellule (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• svolgono la funzione di bioregolatori;
• possono essere considerati come secondi messaggeri di sintesi extracellulare regolare (ad esempio cAMP o cGMP).
Nucleotide è un'unità monomerica che forma composti più complessi - acidi nucleici, senza i quali il trasferimento di informazioni genetiche, la sua conservazione e riproduzione è impossibile. I nucleotidi liberi sono i componenti principali coinvolti nella segnalazione e nei processi energetici che supportano il normale funzionamento delle cellule e del corpo nel suo insieme.
