Ribonukleotidi

Biokemiassa ribonukleotidi on nukleotidi , joka sisältää riboosin pentoosikomponenttina . Sitä pidetään nukleiinihappojen molekyyliprekursorina . Nukleotidit ovat DNA:n ja RNA : n perusrakennuspalikoita . Ribonukleotidit itsessään ovat RNA:n perusmonomeerisiä rakennuspalikoita. Deoksiribonukleotidit , jotka syntyvät ribonukleotidireduktaasientsyymin (RNR) aiheuttamasta ribonukleotidien pelkistämisestä , ovat tärkeitä DNA:n rakennuspalikoita [1] . DNA-deoksiribonukleotidien ja RNA-ribonukleotidien välillä on useita eroja. Peräkkäiset nukleotidit on liitetty toisiinsa fosfodiesterisidoksilla.

Ribonukleotideja käytetään myös muissa solutoiminnoissa. Näitä erityisiä monomeerejä käytetään sekä solusäätelyssä että solujen signaloinnissa, kuten adenosiinimonofosfaatissa (AMP) esitetään. Lisäksi ribonukleotidit voidaan muuntaa adenosiinitrifosfaatiksi (ATP), joka on organismien energiaekvivalentti. Ribonukleotidit voidaan muuttaa sykliseksi adenosiinimonofosfaatiksi (syklinen AMP) hormonien säätelemiseksi organismeissa [1] . Elävissä organismeissa ribonukleotidien yleisimmät emäkset ovat adeniini (A), guaniini (G), sytosiini (C) tai urasiili (U). Typpipitoiset emäkset on jaettu kahteen emäyhdisteeseen, puriiniin ja pyrimidiiniin .

Rakennus

Yleinen rakenne

Ribonukleotidien koostumus sisältää: fosforihappotähteen, riboosin pentoosisokerin ja typpipitoisen emäksen , jossa nukleiiniemäs voi olla adeniini, guaniini, sytosiini tai urasiili . Ilman fosfaattiryhmää nukleiinirungon ja sokerin koostumus tunnetaan nukleosidina . Vaihdettavat typpipitoiset nukleiiniemäkset ovat peräisin kahdesta emoyhdisteestä, puriinista ja pyrimidiinistä. Nukleotidit ovat heterosyklisiä yhdisteitä, mikä tarkoittaa, että ne sisältävät vähintään kaksi erilaista kemiallista alkuainetta renkaidensa jäseninä.

Sekä RNA että DNA sisältävät kaksi emäksistä puriiniemästä, adeniinia (A) ja guaniinia (G) ja kaksi emäksistä pyrimidiiniä. Sekä DNA:ssa että RNA:ssa yksi pyrimidiineistä on sytosiini (C). DNA ja RNA eroavat kuitenkin toisesta pääpyrimidiinistä. DNA sisältää tymiiniä (T) ja RNA sisältää urasiilia (U). Joissakin harvinaisissa tapauksissa tymiiniä löytyy RNA:sta ja urasiilia DNA:sta. Tässä on 4 perusribonukleotidia (ribonukleosidi-5'-monofosfaatti), jotka ovat RNA:n rakennuspalikoita.

DNA-deoksiribonukleotidien ja RNA-ribonukleotidien vertailu

Ribonukleotideissa sokerikomponentti on riboosi, kun taas deoksiribonukleotideissa sokerikomponentti on deoksiriboosi. Riboosirenkaan toisessa hiilessä olevan hydroksyyliryhmän sijaan se korvataan vetyatomilla [2] .

Molemmat pentoosityypit DNA:ssa ja RNA:ssa ovat β-furanoosin muodossa (suljettu viisijäseninen rengas) ja ne määrittävät nukleiinihapon identiteetin. DNA määritellään sisältävän 2'-deoksiriboosinukleiinihapon, kun taas RNA määritellään sisältävän riboosinukleiinihapon [1] .

Joissakin tapauksissa DNA ja RNA voivat sisältää pieniä emäksiä. Emäksisten emästen metyloidut muodot ovat yleisimpiä DNA:ssa. Virus-DNA:ssa jotkin emäkset voivat olla hydroksimetyloituja tai glukosyloituja. RNA:ssa pienet tai modifioidut emäkset ovat yleisempiä. Joitakin esimerkkejä ovat hypoksantiini, dihydrourasiili, urasiilin metyloidut muodot, sytosiini ja guaniini sekä modifioitu nukleosidi pseudouridiini [3] . Nukleotideja, joissa on fosfaattiryhmiä muissa kohdissa kuin 5'-hiilessä, on myös havaittu. Esimerkkejä ovat ribonukleosidi-2'-, 3'-sykliset monofosfaatit, jotka ovat isolaattivälituotteita, ja ribonukleosidi-3'-monofosfaatit, jotka ovat tiettyjen ribonukleaasien aiheuttaman RNA-hydrolyysin lopputuotteita. Muita muunnelmia ovat adenosiini-3',5'-syklinen monofosfaatti (cAMP) ja guanosiini-3',5'-syklinen monofosfaatti (cGMP) [4] .

Nukleotidien peräkkäinen sitoutuminen

Ribonukleotidit kytkeytyvät toisiinsa muodostaen RNA-ketjuja fosfodiesterisidosten kautta. Yhden nukleotidin 5'-fosfaattiryhmä on kytketty seuraavan nukleotidin 3'-hydroksyyliryhmään, jolloin muodostuu vuorottelevien fosfaatti- ja pentoositähteiden runko. Polynukleotidin kummassakin päässä ei ole fosfodiesterisidosta [5] . RNA-polymeraasientsyymi muodostaa fosfodiesterisidoksia ribonukleotidien välille. RNA-juoste syntetisoidaan 5'-päästä 3'-päähän, koska ketjun viimeisen ribonukleotidin 3'-hydroksyyliryhmä toimii nukleofiilina ja käynnistää hydrofiilisen hyökkäyksen tulevan ribonukleotidin 5'-trifosfaattia vastaan ​​vapauttaen pyrofosfaattia. sivutuotteena [6] . Nukleotidien fysikaalisista ominaisuuksista johtuen RNA-runko on hyvin hydrofiilinen ja polaarinen. Neutraalissa pH:ssa nukleiinihapot ovat erittäin varautuneita, koska jokaisessa fosfaattiryhmässä on negatiivinen varaus [7] .

Sekä DNA että RNA on rakennettu nukleosidifosfaateista, jotka tunnetaan myös mononukleotidimonomeereinä, jotka ovat termodynaamisesti vähemmän todennäköisiä kuin aminohapot. Fosfodiesterisidokset vapauttavat hydrolyysin aikana huomattavan määrän vapaata energiaa. Siksi nukleiinihapoilla on taipumus spontaanisti hydrolysoitua mononukleotideiksi. RNA:n esiasteita ovat GTP, CTP, UTP ja ATP, jotka ovat pääasiallinen energianlähde ryhmäsiirtoreaktioissa [8] .

Toiminto

Deoksiribonukleotidiprekursorit[muokkaa]

Tutkijat uskovat, että RNA ilmestyi ennen DNA:ta.

Ribonukleotidireduktaasi katalysoi ribonukleotidien pelkistymistä deoksiribonukleotideiksi. Ribonukleotidireduktaasi (RNR) on tärkeä entsyymi kaikille eläville organismeille, koska se vastaa viimeisestä vaiheesta neljän DNA:n replikaatioon ja korjaamiseen tarvittavan deoksiribonukleotidin (dNTP:n) synteesissä [9] . Reaktio vaatii myös kaksi muuta proteiinia: tioredoksiinia ja tioredoksiini-reduktaasia. Ribonukleosidifosfaatti (NDP) pelkistyy tioredoksiinilla deoksiribonukleosididifosfaatiksi (dNTP).

Yleinen reaktio on seuraava: ribonukleosididifosfaatti + NADPH + H + -> deoksiribonukleosididifosfaatti + NADP + + H 2 O [10] .

Tämän yhtälön havainnollistamiseksi dATP ja dGTP syntetisoidaan vastaavasti ADP:stä ja GDP:stä. Ne pelkistyvät ensin RNR:llä ja sitten fosforyloivat nukleosididifosfaattikinaasit dATP:ksi ja dGTP:ksi. Ribonukleotidireduktaasia säätelevät allosteeriset vuorovaikutukset . Kun dATP sitoutuu ribonukleotidireduktaasiin, entsyymin kokonaiskatalyyttinen aktiivisuus laskee, koska tämä tarkoittaa deoksiribonukleotidien runsautta. Tämä takaisinkytkennän esto kumoutuu heti, kun ATP sitoutuu [11] .

Ribonukleotidien erottelu

DNA-synteesin aikana DNA-polymeraasien on valittava komponentteja ribonukleotideja vastaan, joita on paljon suurempina pitoisuuksina kuin deoksiribonukleotidit. On kriittistä, että on selektiivisyyttä, koska DNA:n replikaation on oltava tarkkaa organismin genomin ylläpitämiseksi. On osoitettu, että Y-perheen DNA-polymeraasien aktiiviset kohdat ovat vastuussa korkean ribonukleotidien selektiivisyyden ylläpitämisestä [12] . Useimmat DNA-polymeraasit on myös varustettu sulkemaan pois ribonukleotidit aktiivisesta kohdastaan ​​tilaa vievän sivuketjutähteen kautta, joka voi steerisesti estää riboosirenkaan 2'-hydroksyyliryhmän. Kuitenkin monet tuman replikatiiviset ja korjaavat DNA-polymeraasit sisällyttävät ribonukleotideja DNA:han [13] [14] , mikä viittaa siihen, että poissulkemismekanismi on epätäydellinen [15] .

Biologiset toiminnot solussa

• Tarvitaan RNA-synteesiin
• Monet solun avainmolekyylit ovat ribonukleotideja tai ribonukleotidit ovat osa niitä, esimerkiksi ATP, pyridoksaalifosfaatti , NAD , koentsyymi A , FAD .

1. ↑ 1 2 3 Nelson, David. Lehningerin biokemian periaatteet. - W. H. Freeman and Co., 2008. - S. 272–273.
2. ↑ EA Newsholme. Funktionaalinen biokemia terveydessä ja sairauksissa . - Chichester, UK: Wiley-Blackwell, 2009. - xvi, 543 sivua s. - ISBN 978-0-471-98820-5 , 0-471-98820-0, 978-0-471-93165-2, 0-471-93165-9.
3. ↑ Das, Debajyoti. biokemia. - Bimal Kumar Dhur, Academic Publishers, 2010.
4. ↑ Michael M. Cox. Biokemian periaatteet . - WH Freeman & Co, 2008. - 1158 sivua s. - ISBN 978-1-4292-2263-1 , 1-4292-2263-8, 978-0-230-22699-9, 0-230-22699-X.
5. ↑ Kenneth W. Raymond. Yleinen, orgaaninen ja biologinen kemia: integroitu lähestymistapa . – 3. painos — Hoboken, NJ: Wiley, 2010. — Getr. Zahlung. Kanssa. - ISBN 978-0-470-50476-5 , 0-470-50476-5, 978-0-470-55124-0, 0-470-55124-0.
6. ↑ Mikrobiologian pöytätietosanakirja . – 1. painos - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2004. - 1 online-lähde (1149 sivua) s. - ISBN 978-0-08-047246-1 , 0-08-047246-X, 1-280-96697-1, 978-1-280-96697-2, 9786610966974, 66140966.
7. ↑ Molekyylibiologia . – 3. painos — New York, NY: Taylor & Francis, 2005. — xiv, 370 sivua s. - ISBN 0-415-35167-7 , 978-0-415-35167-6.
8. ↑ Nelson, David. Lehningerin biokemian periaatteet. - W. H. Freeman and Co, 2008. - S. 274–275.
9. ↑ Maria del Mar Cendra, Antonio Juárez, Eduard Torrents. Biofilmi muuttaa ribonukleotidireduktaasigeenien ilmentymistä Escherichia colissa  // PloS One. - 2012. - Vol. 7 , no. 9 . — S. e46350 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0046350 .
10. ↑ Mary K. Campbell. biokemia . – 7. painos - Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2012. - 1 osa (useita sivuja) s. - ISBN 978-0-8400-6858-3 , 0-8400-6858-1, 978-1-111-42564-7, 1-111-42564-7.
11. ↑ Jeremy M. Berg. biokemia . - 6. painos - New York: WH Freeman, 2007. - 1 osa (useita sivuja) s. - 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. Y-perheen DNA-polymeraasin ribonukleotidien erottelun rakennemekanismi  //  Journal of Molecular Biology. - 2011-04. — Voi. 407 , iss. 3 . — s. 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. Genomin epävakaus johtuu ribonukleotidien sisällyttämisestä DNA:han  // Nature Chemical Biology. – 2010-10. - T. 6 , no. 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. Runsas ribonukleotidien sisällyttäminen DNA:han hiivan replikatiivisten polymeraasien toimesta  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United of America. – 16.3.2010. - T. 107 , no. 11 . — S. 4949–4954 . — ISSN 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.0914857107 .
15. ↑ Rajesh Kasiviswanathan, William C. Copeland. Ribonukleotidien erottelu ja käänteistranskriptio ihmisen mitokondrion DNA-polymeraasin toimesta  // The Journal of Biological Chemistry. - 09-09-2011. - T. 286 , no. 36 . — S. 31490–31500 . — ISSN 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M111.252460 .