Ribonukleotid

A biokémiában a ribonukleotid olyan nukleotid , amely pentózkomponensként ribózt tartalmaz . A nukleinsavak molekuláris prekurzorának tekintik . A nukleotidok a DNS és az RNS alapvető építőkövei . Maguk a ribonukleotidok az RNS alapvető monomer építőkövei. A dezoxiribonukleotidok , amelyek a ribonukleotidok ribonukleotid-reduktáz (RNR) enzim általi redukciójából származnak , a DNS fontos építőkövei [1]. Számos különbség van a DNS-dezoxiribonukleotidok és az RNS-ribonukleotidok között. A szekvenciális nukleotidok foszfodiészter kötésekkel kapcsolódnak egymáshoz.

A ribonukleotidokat más sejtfunkciókban is használják. Ezeket a speciális monomereket a celluláris szabályozásban és a sejtjelátvitelben egyaránt használják, amint azt az adenozin-monofoszfát (AMP) mutatja. Ezenkívül a ribonukleotidok adenozin-trifoszfáttá (ATP) alakíthatók át , amely az organizmusok energiaegyenértéke. A ribonukleotidok ciklikus adenozin-monofoszfáttá (ciklikus AMP) alakíthatók át a hormonok szabályozására az organizmusokban [1] . Az élő szervezetekben a ribonukleotidok leggyakoribb bázisa az adenin (A), guanin (G), citozin (C) vagy uracil (U). A nitrogéntartalmú bázisok két alapvegyületre, purinra és pirimidinre oszthatók .

Épület

Általános szerkezet

A ribonukleotidok összetétele a következőket tartalmazza: foszforsav , ribóz pentózcukor és nitrogéntartalmú bázis , amelyben a nukleinbázis lehet adenin, guanin, citozin vagy uracil. A foszfátcsoport nélkül a nukleinváz és a cukor összetételét nukleozidnak nevezzük . A felcserélhető nitrogéntartalmú nukleinbázisok két kiindulási vegyületből, a purinból és a pirimidinből származnak. A nukleotidok heterociklusos vegyületek, ami azt jelenti, hogy legalább két különböző kémiai elemet tartalmaznak gyűrűjükként.

Mind az RNS, mind a DNS két bázikus purinbázist, adenint (A) és guanint (G), valamint két bázikus pirimidint tartalmaz. Mind a DNS-ben, mind az RNS-ben az egyik pirimidinek a citozin (C). A DNS és az RNS azonban különbözik a második fő pirimidinben. A DNS timint (T) és az RNS uracilt (U) tartalmaz. Néhány ritka esetben a timin az RNS-ben, az uracil pedig a DNS-ben található. Itt van a 4 alapvető ribonukleotid (ribonukleozid 5'-monofoszfát), amelyek az RNS építőkövei.

DNS dezoxiribonukleotidok és RNS ribonukleotidok összehasonlítása

A ribonukleotidokban a cukorkomponens a ribóz, míg a dezoxiribonukleotidokban a cukorkomponens a dezoxiribóz. A ribózgyűrű második szénatomján lévő hidroxilcsoport helyett hidrogénatom lép [2] .

A DNS-ben és az RNS-ben található pentózok mindkét típusa β-furanóz (zárt öttagú gyűrű) formájában van, és ezek határozzák meg a nukleinsav azonosságát. A DNS definíció szerint 2'-dezoxi-ribóz nukleinsavat tartalmaz, míg az RNS ribóz nukleinsavat tartalmaz [1] .

Egyes esetekben a DNS és az RNS tartalmazhat néhány kisebb bázist. A bázikus bázisok metilált formái a leggyakoribbak a DNS-ben. A virális DNS-ben egyes bázisok hidroximetilezettek vagy glükoziláltak lehetnek. Az RNS-ben gyakrabban fordulnak elő kisebb vagy módosított bázisok. Néhány példa a hipoxantin, a dihidrouracil, az uracil metilált formái, a citozin és a guanin, valamint a módosított nukleozid, a pszeudouridin [3] . Az 5' szénatomtól eltérő pozíciókban foszfátcsoportokat tartalmazó nukleotidokat is megfigyeltek. Ilyenek például a ribonukleozid 2', 3'-ciklusos monofoszfátok, amelyek izolátum köztitermékek, és ribonukleozid 3'-monofoszfátok, amelyek bizonyos ribonukleázok RNS-hidrolízisének végtermékei. További változatok közé tartozik az adenozin-3',5'-ciklusos monofoszfát (cAMP) és a guanozin-3',5'-ciklikus monofoszfát (cGMP) [4] .

Nukleotidok szekvenciális kötődése

A ribonukleotidok egymáshoz kapcsolódnak, és foszfodiészter kötéseken keresztül RNS-láncokat képeznek. Az egyik nukleotid 5'-foszfátcsoportja a következő nukleotid 3'-hidroxilcsoportjához kapcsolódik, így váltakozó foszfát- és pentózcsoportokból álló gerincet hoz létre. A polinukleotid mindkét végén nincs foszfodiészter kötés [5] . A ribonukleotidok között foszfodiészter kötések jönnek létre az RNS polimeráz enzim hatására. Az RNS-szál az 5'-végtől a 3'-végig szintetizálódik, mivel a lánc utolsó ribonukleotidjának 3'-hidroxilcsoportja nukleofilként működik, és hidrofil támadást indít a bejövő ribonukleotid 5'-trifoszfátja ellen, pirofoszfát szabadul fel. melléktermékként [6] . A nukleotidok fizikai tulajdonságai miatt az RNS-váz nagyon hidrofil és poláris. Semleges pH-n a nukleinsavak nagy töltésűek, mivel minden foszfátcsoport negatív töltést hordoz [7] .

Mind a DNS, mind az RNS nukleozid-foszfátokból, más néven mononukleotid monomerekből épül fel, amelyek termodinamikailag kisebb valószínűséggel egyesülnek, mint az aminosavak. A hidrolízis során létrejövő foszfodiészter kötések jelentős mennyiségű szabad energiát szabadítanak fel. Ezért a nukleinsavak hajlamosak spontán mononukleotidokká hidrolizálni. Az RNS prekurzorai a GTP, CTP, UTP és ATP, amelyek a fő energiaforrást jelentik a csoporttranszfer reakciókban [8] .

Funkció

Dezoxiribonukleotid prekurzorok[szerkesztés]

A tudósok úgy vélik, hogy az RNS a DNS előtt jelent meg.

A ribonukleotidok dezoxiribonukleotidokká történő redukcióját a ribonukleotid-reduktáz katalizálja. A ribonukleotid-reduktáz (RNR) minden élő szervezet számára fontos enzim, mivel ez felelős a DNS replikációjához és helyreállításához szükséges négy dezoxiribonukleotid (dNTP) szintézisének utolsó lépéséért [9] . A reakcióhoz két másik fehérje is szükséges: tioredoxin és tioredoxin-reduktáz. A ribonukleozid-difoszfátot (NDP) tioredoxin redukálja dezoxiribonukleozid-difoszfáttá (dNTP).

Az általános reakció a következő: ribonukleozid-difoszfát + NADPH + H + -> dezoxiribonukleozid-difoszfát + NADP + + H 2 O [10] .

Ennek az egyenletnek a szemléltetésére a dATP-t és a dGTP-t az ADP-ből, illetve a GDP-ből szintetizálják. Először az RNR redukálja őket, majd a nukleozid-difoszfát kinázok dATP-vé és dGTP-vé foszforilezik. A ribonukleotid reduktázt alloszterikus kölcsönhatások szabályozzák . Miután a dATP kötődik a ribonukleotid-reduktázhoz, az enzim általános katalitikus aktivitása csökken, mivel ez a dezoxiribonukleotidok bőségét jelenti. Ez a visszacsatolási gátlás megfordul, amint az ATP kötődik [11] .

A ribonukleotidok megkülönböztetése

A DNS-szintézis során a DNS-polimerázoknak komponenseket kell kiválasztaniuk a ribonukleotidok ellen, amelyek sokkal nagyobb koncentrációban vannak jelen, mint a dezoxiribonukleotidok. Kritikus a szelektivitás, mivel a DNS-replikációnak pontosnak kell lennie az organizmus genomjának fenntartásához. Kimutatták, hogy az Y családba tartozó DNS-polimerázok aktív helyei felelősek a ribonukleotidok iránti nagy szelektivitás fenntartásáért [12] . A legtöbb DNS-polimeráz fel van szerelve arra is, hogy kizárja a ribonukleotidokat aktív helyéről egy terjedelmes oldallánc-maradékon keresztül, amely sztérikusan blokkolhatja a ribózgyűrű 2'-hidroxilcsoportját. Azonban számos nukleáris replikatív és javító DNS-polimeráz ribonukleotidokat épít be a DNS-be [13] [14] , ami arra utal, hogy a kizárási mechanizmus tökéletlen [15] .

Biológiai funkciók a sejtben

• Az RNS szintézishez szükséges
• A sejtben számos kulcsmolekula ribonukleotid, vagy ribonukleotidok ezek részei, például ATP, piridoxál-foszfát , NAD , koenzim A , FAD .

1. ↑ 1 2 3 Nelson, David. Lehninger biokémia alapelvei. – W. H. Freeman és Társa, 2008. – P. 272–273.
2. ↑ EA Newsholme. Funkcionális biokémia az egészségben és a betegségekben . - Chichester, Egyesült Királyság: Wiley-Blackwell, 2009. - xvi, 543 oldal p. - ISBN 978-0-471-98820-5 , 0-471-98820-0, 978-0-471-93165-2, 0-471-93165-9.
3. ↑ Das, Debajyoti. biokémia. - Bimal Kumar Dhur, Academic Publishers, 2010.
4. ↑ Michael M. Cox. A biokémia alapelvei . - WH Freeman & Co, 2008. - 1158 oldal p. - ISBN 978-1-4292-2263-1 , 1-4292-2263-8, 978-0-230-22699-9, 0-230-22699-X.
5. ↑ Kenneth W. Raymond. Általános, szerves és biológiai kémia: integrált megközelítés . — 3. kiadás. – Hoboken, NJ: Wiley, 2010. – Getr. Zahlung. Val vel. - ISBN 978-0-470-50476-5 , 0-470-50476-5, 978-0-470-55124-0, 0-470-55124-0.
6. ↑ A mikrobiológia asztali enciklopédiája . — 1. kiad. - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2004. - 1 online forrás (1149 oldal) p. - ISBN 978-0-08-047246-1 , 0-08-047246-X, 1-280-96697-1, 978-1-280-96697-2, 9786610966974, 66140966.
7. ↑ Molekuláris biológia . — 3. kiadás. – New York, NY: Taylor & Francis, 2005. – xiv, 370 oldal p. - ISBN 0-415-35167-7 , 978-0-415-35167-6.
8. ↑ Nelson, David. Lehninger biokémia alapelvei. – W. H. Freeman és Társa, 2008. – P. 274–275.
9. ↑ Maria del Mar Cendra, Antonio Juárez, Eduard Torrents. A biofilm módosítja a ribonukleotid-reduktáz gének expresszióját Escherichia coliban  // PloS One. - 2012. - 7. évf . 9 . — S. e46350 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0046350 .
10. ↑ Mary K. Campbell. biokémia . — 7. kiadás. - Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2012. - 1 kötet (különböző lapozások) p. - ISBN 978-0-8400-6858-3 , 0-8400-6858-1, 978-1-111-42564-7, 1-111-42564-7.
11. ↑ Jeremy M. Berg. biokémia . — 6. kiadás. - New York: WH Freeman, 2007. - 1 kötet (különböző lapozások) p. - ISBN 0-7167-8724-5 , 978-0-7167-8724-2, 0-7167-6766-X, 978-0-7167-6766-4.
12. ↑ Kevin N. Kirouac, Zucai Suo, Hong Ling. A ribonukleotidok Y-család DNS-polimeráz általi megkülönböztetésének szerkezeti mechanizmusa  //  Journal of Molecular Biology. — 2011-04. — Vol. 407 , iss. 3 . — P. 382–390 . - doi : 10.1016/j.jmb.2011.01.037 .
13. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Dinesh Kumar, Alan B. Clark, Danielle L. Watt, Brian E. Watts. A genom instabilitása a ribonukleotidok DNS-be történő beépülése miatt  // Nature Chemical Biology. — 2010-10. - T. 6 , sz. 10 . – S. 774–781 . — ISSN 1552-4469 . - doi : 10.1038/nchembio.424 .
14. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Brian E. Watts, Dinesh Kumar, Danielle L. Watt, Else-Britt Lundström. Bőséges ribonukleotid beépülés a DNS-be élesztő replikatív polimerázok által  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 2010-03-16. - T. 107 , sz. 11 . — S. 4949–4954 . — ISSN 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.0914857107 .
15. ↑ Rajesh Kasiviswanathan, William C. Copeland. Ribonukleotid megkülönböztetés és reverz transzkripció az emberi mitokondriális DNS polimeráz által  // The Journal of Biological Chemistry. — 2011-09-09. - T. 286 , sz. 36 . — S. 31490–31500 . — ISSN 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M111.252460 .