Մոլորակի ողջ կյանքը բաղկացած է բազմաթիվ բջիջներից, որոնք պահպանում են իրենց կազմակերպման կարգը միջուկում պարունակվող գենետիկ տեղեկատվության շնորհիվ: Այն պահպանվում, ներդրվում և փոխանցվում է բարդ բարձր մոլեկուլային միացություններով՝ նուկլեինաթթուներով, որոնք բաղկացած են մոնոմերային միավորներից՝ նուկլեոտիդներից։ Նուկլեինաթթուների դերը չի կարելի գերագնահատել: Դրանց կառուցվածքի կայունությունը որոշում է օրգանիզմի բնականոն կենսագործունեությունը, և կառուցվածքի ցանկացած շեղում անխուսափելիորեն կհանգեցնի բջջային կազմակերպման, ֆիզիոլոգիական պրոցեսների ակտիվության և ընդհանուր առմամբ բջիջների կենսունակության փոփոխությանը։
Նուկլեոտիդի հայեցակարգը և նրա հատկությունները
ԴՆԹ-ի կամ ՌՆԹ-ի յուրաքանչյուր մոլեկուլ հավաքվում է ավելի փոքր մոնոմերային միացություններից՝ նուկլեոտիդներից: Այլ կերպ ասած, նուկլեոտիդը շինանյութ է նուկլեինաթթուների, կոֆերմենտների և շատ այլ կենսաբանական միացությունների համար, որոնք կարևոր են բջջի համար իր կյանքի ընթացքում:
Այս անփոխարինելիների հիմնական հատկություններիննյութերը կարող են վերագրվել՝
• սպիտակուցի կառուցվածքի և ժառանգական հատկությունների մասին տեղեկատվության պահպանում;
• աճի և վերարտադրության վերահսկում;
• մասնակցություն բջիջում տեղի ունեցող նյութափոխանակությանը և բազմաթիվ այլ ֆիզիոլոգիական գործընթացներին:
Նուկլեոտիդային բաղադրություն
Խոսելով նուկլեոտիդների մասին՝ չի կարելի չանդրադառնալ այնպիսի կարևոր խնդրի վրա, ինչպիսին են դրանց կառուցվածքն ու կազմը։
Յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ բաղկացած է՝
• շաքարի մնացորդ;
• ազոտային հիմք;
• ֆոսֆատային խումբ կամ ֆոսֆորաթթվի մնացորդ:
Կարելի է ասել, որ նուկլեոտիդը բարդ օրգանական միացություն է։ Կախված ազոտային հիմքերի տեսակային կազմից և նուկլեոտիդային կառուցվածքում պենտոզայի տեսակից՝ նուկլեինաթթուները բաժանվում են՝
• դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու կամ ԴՆԹ;
• ռիբոնուկլեինաթթու կամ ՌՆԹ.
Նուկլեինաթթուների բաղադրություն
Նուկլեինաթթուներում շաքարը ներկայացված է պենտոզայով: Սա հինգ ածխածնի շաքար է, ԴՆԹ-ում այն կոչվում է դեզօքսիրիբոզ, ՌՆԹ-ում՝ ռիբոզ: Պենտոզայի յուրաքանչյուր մոլեկուլ ունի հինգ ածխածնի ատոմ, որոնցից չորսը թթվածնի ատոմի հետ միասին կազմում են հնգանդամ օղակ, իսկ հինգերորդը HO-CH2 խմբի մի մասն է։
Ածխածնի յուրաքանչյուր ատոմի դիրքը պենտոզայի մոլեկուլում նշվում է արաբական թվով պարզ թվով (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´): Քանի որ նուկլեինաթթվի մոլեկուլից ժառանգական տեղեկատվության ընթերցման բոլոր գործընթացներն ունեն խիստ ուղղություն, ածխածնի ատոմների համարակալումը և օղակի մեջ դրանց դասավորությունը ծառայում են որպես ճիշտ ուղղության մի տեսակ ցուցիչ։
Հիդրօքսիլ խմբին համապատասխանֆոսֆորաթթվի մնացորդը կցվում է ածխածնի երրորդ և հինգերորդ ատոմներին (3С´ և 5С´): Այն որոշում է ԴՆԹ-ի և ՌՆԹ-ի քիմիական պատկանելությունը թթուների խմբին:
Ազոտային հիմքը կցված է շաքարի մոլեկուլում ածխածնի առաջին ատոմին (1С´):
Ազոտային հիմքերի տեսակային կազմը
ԴՆԹ նուկլեոտիդները ազոտային հիմքով ներկայացված են չորս տեսակի՝
• ադենին (A);
• գուանին (G);
• ցիտոզին (C);
• թիմին (T).
Առաջին երկուսը պուրիններ են, վերջին երկուսը՝ պիրիմիդիններ։ Ըստ մոլեկուլային քաշի՝ պուրինները միշտ ավելի ծանր են, քան պիրիմիդինները։
ՌՆԹ նուկլեոտիդները ազոտային հիմքով ներկայացված են՝
• ադենին (A);
• գուանին (G);
• ցիտոզին (C);
• ուրացիլ (U).
Ուրացիլը, ինչպես և թիմինը, պիրիմիդինային հիմք է:
Գիտական գրականության մեջ հաճախ կարելի է գտնել ազոտային հիմքերի մեկ այլ անվանում՝ լատինատառ (A, T, C, G, U):
Եկեք ավելի մանրամասն անդրադառնանք պուրինների և պիրիմիդինների քիմիական կառուցվածքին։
Պիրիմիդինները՝ ցիտոսինը, թիմինը և ուրացիլը, ներկայացված են ազոտի երկու ատոմներով և չորս ածխածնի ատոմներով՝ ձևավորելով վեցանդամ օղակ։ Յուրաքանչյուր ատոմ ունի իր սեփական թիվը 1-ից մինչև 6:
Պուրինները (ադենինը և գուանինը) բաղկացած են պիրիմիդինից և իմիդազոլից կամ երկու հետերոցիկլից: Պուրինի հիմքի մոլեկուլը ներկայացված է չորս ազոտի ատոմներով և հինգ ածխածնի ատոմներով: Յուրաքանչյուր ատոմ համարակալված է 1-ից մինչև 9:
Ազոտի միացման արդյունքումհիմքը և պենտոզայի մնացորդը կազմում են նուկլեոզիդ: Նուկլեոտիդը նուկլեոզիդի և ֆոսֆատ խմբի համակցություն է։
Ֆոսֆոդիստերային կապերի ձևավորում
Կարևոր է հասկանալ այն հարցը, թե ինչպես են նուկլեոտիդները կապված պոլիպեպտիդային շղթայում և ձևավորում նուկլեինաթթվի մոլեկուլ: Դա տեղի է ունենում այսպես կոչված ֆոսֆոդիստերային կապերի շնորհիվ։
Երկու նուկլեոտիդների փոխազդեցությունից ստացվում է դինուկլեոտիդ: Նոր միացության ձևավորումը տեղի է ունենում խտացման միջոցով, երբ ֆոսֆոդիստերային կապ է առաջանում մի մոնոմերի ֆոսֆատային մնացորդի և մյուսի պենտոզայի հիդրօքսի խմբի միջև։
Պոլինուկլեոտիդի սինթեզը այս ռեակցիայի կրկնությունն է (մի քանի միլիոն անգամ): Պոլինուկլեոտիդային շղթան կառուցված է շաքարների երրորդ և հինգերորդ ածխածինների միջև ֆոսֆոդիստերային կապերի ձևավորման միջոցով (3С´ և 5С´):
Պոլինուկլեոտիդային հավաքումը բարդ գործընթաց է, որը տեղի է ունենում ԴՆԹ պոլիմերազ ֆերմենտի մասնակցությամբ, որն ապահովում է շղթայի աճը միայն մի ծայրից (3') ազատ հիդրօքսի խմբի հետ:
:
ԴՆԹ-ի մոլեկուլի կառուցվածքը
ԴՆԹ-ի մոլեկուլը, ինչպես սպիտակուցը, կարող է ունենալ առաջնային, երկրորդական և երրորդական կառուցվածք:
Նուկլեոտիդների հաջորդականությունը ԴՆԹ-ի շղթայում որոշում է դրա առաջնային կառուցվածքը: Երկրորդական կառուցվածքը ձևավորվում է ջրածնային կապերով, որոնք հիմնված են փոխլրացման սկզբունքի վրա։ Այսինքն՝ ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրի սինթեզի ժամանակ գործում է որոշակի օրինաչափություն՝ մի շղթայի ադենինը համապատասխանում է մյուսի թիմինին, գուանինը ցիտոսինին և հակառակը։ Ադենին և թիմին կամ գուանին և ցիտոսին զույգերառաջանում են երկուսի առաջին և երեքի վերջին դեպքում ջրածնային կապերի շնորհիվ։ Նուկլեոտիդների նման միացումն ապահովում է շղթաների միջև ամուր կապ և նրանց միջև հավասար հեռավորություն։
Իմանալով ԴՆԹ-ի մեկ շղթայի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը՝ կարող եք լրացնել երկրորդը փոխլրացման կամ գումարման սկզբունքով։
ԴՆԹ-ի երրորդական կառուցվածքը ձևավորվում է բարդ եռաչափ կապերով, ինչը նրա մոլեկուլին դարձնում է ավելի կոմպակտ և կարող է տեղավորվել փոքր բջջի ծավալում: Այսպիսով, օրինակ, E. coli ԴՆԹ-ի երկարությունը 1 մմ-ից ավելի է, մինչդեռ բջջի երկարությունը 5 միկրոնից պակաս է:
ԴՆԹ-ում նուկլեոտիդների թիվը, մասնավորապես՝ դրանց քանակական հարաբերակցությունը, ենթարկվում է Չերգաֆի կանոնին (պուրինային հիմքերի թիվը միշտ հավասար է պիրիմիդինային հիմքերի թվին): Նուկլեոտիդների միջև հեռավորությունը հաստատուն արժեք է, որը հավասար է 0,34 նմ, ինչպես նաև նրանց մոլեկուլային քաշը:
ՌՆԹ մոլեկուլի կառուցվածքը
ՌՆԹ-ն ներկայացված է մեկ պոլինուկլեոտիդային շղթայով, որը ձևավորվում է պենտոզայի (այս դեպքում՝ ռիբոզայի) և ֆոսֆատի մնացորդի միջև կովալենտային կապերի միջոցով։ Այն երկարությամբ ԴՆԹ-ից շատ ավելի կարճ է։ Տարբերություններ կան նաև նուկլեոտիդում ազոտային հիմքերի տեսակային կազմի մեջ։ ՌՆԹ-ում ուրացիլն օգտագործվում է թիմինի պիրիմիդինային հիմքի փոխարեն։ Կախված մարմնում կատարվող գործառույթներից՝ ՌՆԹ-ն կարող է լինել երեք տեսակի։
• Ռիբոսոմային (rRNA) - սովորաբար պարունակում է 3000-ից 5000 նուկլեոտիդ: Որպես անհրաժեշտ կառուցվածքային բաղադրիչ՝ այն մասնակցում է ռիբոսոմների ակտիվ կենտրոնի ձևավորմանը՝ բջջի կարևորագույն պրոցեսներից մեկի վայրում։- սպիտակուցի կենսասինթեզ։
• Տրանսպորտ (tRNA) - բաղկացած է միջինը 75 - 95 նուկլեոտիդից, ցանկալի ամինաթթուն փոխանցում է ռիբոսոմում պոլիպեպտիդների սինթեզի տեղամաս։ tRNA-ի յուրաքանչյուր տեսակ (առնվազն 40) ունի մոնոմերների կամ նուկլեոտիդների իր յուրահատուկ հաջորդականությունը:
• Տեղեկատվական (mRNA) - շատ բազմազան է նուկլեոտիդային կազմով: Փոխանցում է գենետիկական տեղեկատվությունը ԴՆԹ-ից ռիբոսոմներին, գործում է որպես սպիտակուցի մոլեկուլի սինթեզի մատրիցա։
Նուկլեոտիդների դերը մարմնում
Նուկլեոտիդները բջջում կատարում են մի շարք կարևոր գործառույթներ.
• օգտագործվում են որպես նուկլեինաթթուների շինանյութ (պուրինային և պիրիմիդինային շարքի նուկլեոտիդներ); - բջիջներում էներգիայի հիմնական աղբյուրը. • կարելի է համարել որպես արտաբջջային կանոնավոր սինթեզ երկրորդ սուրհանդակներ (օրինակ՝ cAMP կամ cGMP):
Նուկլեոտիդը մոնոմերային միավոր է, որն առաջացնում է ավելի բարդ միացություններ՝ նուկլեինաթթուներ, առանց որոնց անհնար է գենետիկական տեղեկատվության փոխանցումը, դրա պահպանումն ու վերարտադրությունը։ Ազատ նուկլեոտիդները ազդանշանային և էներգետիկ գործընթացներում ներգրավված հիմնական բաղադրիչներն են, որոնք աջակցում են բջիջների և ամբողջ մարմնի բնականոն գործունեությանը:
