Deoksüriboosi struktuur, omadused ja tähtsus



The deoksüriboos, 2-deoksü-D-riboos või 2-deoksü-D-erütropentoos on 5-süsinikmonosahhariid (pentoos), mille empiiriline valem on C5H10O4. Selle struktuur on esitatud joonisel 1 (EMBL-EBI, 2016).

Molekul on DNA (deoksüribonukleiinhappe) struktuuri komponent, kus see vaheldub fosfaatrühmadega, moodustades DNA polümeeri "skeleti" ja seondudes lämmastiku alustega.

Deoksribriboosi olemasolu riboosi asemel on erinevus DNA ja RNA (ribonukleiinhape) vahel. Deoksüriboos sünteesiti 1935. aastal, kuid seda ei eraldatud DNA-st kuni 1954. aastani (Encyclopædia Britannica, 1998)..

Deoksüriboosis on kõik hüdroksüülrühmad Fischeri projektsioonis samal küljel (joonis 2). D-2-deoksüriboos on nukleiinhappe DNA prekursor. 2-deoksüriboos on aldopentoos, see tähendab viie süsinikuaatomiga monosahhariid, millel on funktsionaalne aldehüüdrühm.

Tuleb märkida, et nende suhkrute puhul tähistatakse süsinikke apostroofiga, et eristada neid DNA ahelas olevate lämmastiku aluste süsinikust. Sel viisil öeldakse, et deoksüriboosil puudub süsinik-C2 OH;.

Deoksüriboosi tsükliline struktuur

Kõik süsivesikud tsüklitakse vesikeskkonnas, kuna see annab stabiilsuse. Sõltuvalt nende süsinikuarvust võivad nad omada furaani või püraaniga analoogset struktuuri, nagu on näidatud joonisel fig 3 (MURRAY, BENDER, & BOTHAM, 2013).

Deoksüriboos esineb peamiselt kolme struktuuri seguna: lineaarne vorm H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H ja kaks tsükli vormi, deoksüribofuranoos (C3'-endo), mille tsükkel on viis jäsemed ja deoksüribopüranoos ("C2'-endo") koos kuueliikmelise ringiga. Viimane vorm on ülekaalus, nagu on näidatud joonisel 4.

Riboosi ja deoksüriboosi erinevused

Nagu nimigi ütleb, on deoksüriboos hapnikuga mittesisaldav suhkur, mis tähendab, et see on saadud riboossuhkrust hapnikuaatomi kaotamisega..

Sellel puudub süsinik-C2 'hüdroksüülrühm (OH), nagu on näidatud joonisel 5 (Carr, 2014). Deoksüriboos suhkur on osa DNA ahelast, samas kui riboos on osa RNA ahelast.

Kuna pentoossuhkurid, arabinoos ja riboos erinevad ainult stereokeemiast C2 'juures (riboos on R ja arabinoos on L vastavalt Fisheri kokkuleppele), on 2-deoksüriboos ja 2-deoksüarabinoos samaväärsed, kuigi viimane Terminit kasutatakse harva, sest riboos, mitte arabinoos, on deoksüriboosi eelkäija.

Füüsikalised ja keemilised omadused

Riboos on valge tahke aine, mis moodustab vesilahuses värvitu vedeliku (National Center for Biotechnology Information., 2017). Selle molekulmass on 134,13 g / mol, sulamistemperatuur 91 ° C ja nagu kõik süsivesikud, on see vees väga hästi lahustuv (Royal Society of Chemistry, 2015).

Deoksüriboos pärineb riboosi 5-fosfaadi pentoosfosfaadi rajast ensüümidega, mida nimetatakse ribonukleotiidreduktaasideks. Need ensüümid katalüüsivad deoksüdeerimise protsessi (ühend: C01801, S.F.).

Deoksüriboos DNA-s

Nagu eespool mainitud, on deoksüriboos DNA ahela komponent, mis annab talle suure bioloogilise tähtsuse. DNA molekul (deoksüribonukleiinhape) on elu geneetilise informatsiooni peamine hoidla.

Standardse nukleiinhappe nomenklatuuris koosneb DNA nukleotiid deoksüriboosi molekulist koos orgaanilise alusega (tavaliselt adeniin, tümiin, guaniin või tsütosiin), mis on kinnitatud süsiniku 1 'riboosi külge..

Iga deoksüriboosiühiku 5'-hüdroksüülrühm asendatakse fosfaadiga (moodustab nukleotiidi), mis on seotud eelmise ühiku deoksüriboosi 3 'süsinikuga (Crick, 1953)..

DNA ahela moodustamiseks on vajalik nukleosiidide moodustumine. Nukleosiidid on enne nukleotiide. DNA (deoksüribonukleiinhape) ja RNA (ribonukleiinhape) moodustavad nukleotiidahelad.

Nukleosiidi moodustab heterotsükliline amiin, mida nimetatakse lämmastiku amiiniks ja suhkrumolekuliks, mis võib olla riboos või deoksüriboos. Kui fosfaatrühm on seotud nukleosiidiga, muutub nukleosiidiks nukleotiid.

DNA nukleosiidi prekursorite alused on adeniin, guaniin, tsütosiin ja tümiin. Viimane asendab RNA ahelas uratsiili. Deoksüriboosi suhkrumolekulid seonduvad DNA nukleosiidi prekursorite alustega.

DNA nukleosiide nimetatakse adenosiiniks, guanosiiniks, tümidiiniks ja tsütosiiniks. Joonis fig 6 illustreerib DNA nukleosiidide struktuure.

Kui nukleosiid saab fosfaatrühma, muutub see nukleotiidiks; Üks, kaks või kolm fosfaatrühma võivad olla seotud nukleosiidiga. Näited on adeniini ribonukleosiidi monofosfaat (AMP), adeniin-ribonukleosiiddifosfaat (ADP) ja adeniin-ribonukleosiidtrifosfaat (ATP).

Nukleotiidid (fosfaatidega seotud nukleosiidid) ei ole mitte ainult RNA ja DNA põhikomponendid, vaid toimivad ka energiaallikatena ja rakkude informatsiooni edastajatena..

Näiteks toimib ATP energiaallikana paljudes raku biokeemilistes interaktsioonides, GTP (guanosiintrifosfaat) varustab energiat valgusünteesiks ja tsükliline AMP (tsükliline adenosiinmonofosfaat), tsükliline nukleotiid, annab signaale valkudeks. hormonaalsed ja närvisüsteemi reaktsioonid (sinine, SF).

DNA korral on monofosfaatnukleotiidid fofodiestri sideme kaudu seotud teise nukleotiidi 5 'ja 3' süsiniku vahel, moodustades ahela ahela, nagu on näidatud joonisel fig..

Seejärel seondub fosfodiestersidemega ühendatud nukleotiidide poolt moodustatud ahel komplementaarse ahelaga, moodustades DNA molekuli, nagu on näidatud joonisel fig..

Deoksüriboosi bioloogiline tähtsus

DNA ahela konfiguratsioon on väga stabiilne, osaliselt deoksüriboosi molekulide korstnate tõttu.

Deoksüriboosi molekulid toimivad Van der Waalsi jõudude vahel nende vahel püsivate dipoolide interaktsioonide ja dipoolide abil, mis on indutseeritud hüdroksüülrühmade (OH) oksiididega, andes DNA ahelale täiendava stabiilsuse.

2 'hüdroksüülrühma puudumine desoksüriboosis on ilmselt vastutav DNA suurema mehaanilise paindlikkuse eest võrreldes RNA-ga, mis võimaldab tal võtta topeltheliksi konformatsiooni ja samuti (eukarüootides) tihedalt haavata tuuma sisemusse. lahtrisse.

Kahe ahelaga DNA molekulid on tavaliselt palju pikemad kui RNA molekulid. RNA ja DNA selgroog on struktuurselt sarnased, kuid RNA on üheahelaline ja on valmistatud riboosi deoksüriboosi asemel.

Hüdroksüülrühma puudumise tõttu on DNA hüdrolüüsi suhtes vastupidavam kui RNA. Osaliselt negatiivse hüdroksüülrühma puudumine soodustab ka RNA-l olevat DNA stabiilsust.

Fosfodiestri sildadega on alati seotud negatiivne laeng, mis seob kaks nukleotiidi, mis tõrjuvad RNA hüdroksüülrühma, muutes selle vähem stabiilseks kui DNA (struktuurne biokeemia / nukleiinhape / suhkrud / deoksüriboosi suhkur, 2016).

Teised deoksüriboosi bioloogiliselt olulised derivaadid hõlmavad mono-, di- ja trifosfaate, samuti 3'-5'-tsüklilisi monofosfaate, samuti tuleb märkida, et DNA ahela mõtet tähistatakse riboosi süsinikuga. See on eriti kasulik DNA replikatsiooni mõistmiseks.

Nagu juba märgitud, on DNA molekulid kaheahelalised ja kaks ahelat on paralleelsed, st nad töötavad vastassuunas. DNA replikatsioon prokarüootides ja eukarüootides toimub mõlemas ahelas samaaegselt.

Siiski ei ole üheski organismis ensüümi, mis oleks võimeline DNA-d polümeriseerima 3 'kuni 5' suunas, nii et mõlemad äsja replikeeritud DNA ahelad ei saa samaaegselt kasvada samas suunas.

Samas kordab sama ensüüm mõlemat ahelat samal ajal. Üksik ensüüm replikeerib ahelat ("juhtiv ahel") pidevalt 5 'kuni 3' suunas samasuguse üldsuuna suunas.

Korrake teist ahelat ("hilistatud ahel") katkendlikult, samal ajal kui nukleotiidid polümeriseeritakse lühikestes 150-250 nukleotiidi joades, jälle 5 'kuni 3' suunas, kuid samal ajal RNA tagumise otsa poole. pretsedent selle asemel, et pöördumatu osa.

Kuna DNA kiud on antiparalleelsed, toimib ensüüm DNA polümeraas asümmeetriliselt. Peaahelas (edasi) sünteesitakse DNA pidevalt. Viivitusfilamentis sünteesitakse DNA lühikesteks fragmentideks (1-5 kilo alused), nn Okazaki fragmendid.

Iga replikatsioonikahvi jaoks tuleb sünteesida mitu Okazaki fragmenti (kuni 250). Selle tagamiseks toimib helikaas viivitusahelale, et dsDNA 5'kuni 3 'suunas lahti lasta.

Imetaja tuumagenoomis eemaldatakse enamik RNA praimereid replikatsiooniprotsessi osana, samas kui pärast mitokondriaalse genoomi replikatsiooni jääb RNA väike osa suletud ringikujulise DNA struktuuri lahutamatuks osaks..

Viited

  1. Sinine, M.-L. (S.F.). Mis vahe on nukleotiidi ja nukleosiidi vahel? Taastatud sciencing.com.
  2. Carr, S. M. (2014). Deoksüriboos versus riboosi suhkrud. Välja otsitud aadressilt mun.ca.
  3. ÜHEND: C01801. (S.F.). Taastati genoomist .jp.
  4. Crick, J. D. (1953). Deoksüriboosi nukleiinhappe struktuur. Loodus. Taastati genius.com-st.
  5. EMBL-EBI (2016, 4. juuli). 2-deoksü-D-riboos. Taastatud ebi.ac.uk. 
  6. Encyclopædia Britannica. (1998, 20. september). Deoksüriboos. Taastati britannica.com.
  7. MURRAY, R. K., BENDER, D. A., & BOTHAM, K. M. (2013). Harper Biochemistry 28. väljaanne. Mcgraw-Hill.
  8. Riiklik biotehnoloogia teabe keskus ... (2017, 22. aprill). PubChem Compound andmebaas; CID = 5460005. Välja otsitud aadressilt pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Royal Society of Chemistry. (2015). 2-deoksü-D-riboos. Välja otsitud chemspider.com-lt.
  10. Struktuurne biokeemia / nukleiinhape / suhkrud / deoksüriboossuhkur. (2016, 21. september). Välja otsitud aadressilt wikibooks.org.