Deoksiriboosirakenne, ominaisuudet ja merkitys



deoksiriboosiyksikkö, tunnetaan myös nimellä 2-deoksi-D-riboosi tai 2-deoksi-D-erytro-pentoosi on 5-hiilimonosakkaridi (pentoosi), jonka empiirinen kaava on C5H10O4. Sen rakenne on esitetty kuvassa 1 (EMBL-EBI, 2016).

Molekyyli on osa DNA: n (deoksiribonukleiinihappo) rakennetta, jossa se vuorottelee fosfaattiryhmien kanssa muodostamaan DNA-polymeerin "luuranko" ja sitoutuu typpipohjaisiin emäksisiin

Deoksiribroosin esiintyminen riboosin sijasta on ero DNA: n ja RNA: n (ribonukleiinihappo) välillä. Deoksiribroosi syntetisoitiin vuonna 1935, mutta sitä ei eristetty DNA: sta vuoteen 1954 saakka (Encyclopædia Britannica, 1998).

Deoksiribroosissa kaikki hydroksyyliryhmät ovat samalla puolella Fischer-projektiossa (kuvio 2). D-2-deoksiriboosi on nukleiinihappo-DNA: n esiaste. 2-deoksiriboosi on aldopentoosi eli monosakkaridi, jossa on viisi hiiliatomia ja jossa on aldehydifunktionaalinen ryhmä.

On syytä huomata, että näiden sokerien tapauksessa hiilihapot merkitään apostrofilla erottaakseen ne DNA-ketjussa läsnä olevien typpipitoisten emästen hiilistä. Tällä tavoin sanotaan, että deoksiriboosista puuttuu hiili-C2: n OH..

Deoksiribroosin syklinen rakenne

Kaikki hiilihydraatit kierrätetään vesipitoisessa väliaineessa, koska tämä antaa stabiilisuuden. Hiilimäärästään riippuen ne voivat käyttää furaanin tai pyranan kaltaista rakennetta, kuten kuviossa 3 on esitetty (MURRAY, BENDER, & BOTHAM, 2013).

Deoksiribroosi esiintyy pääasiassa kolmen rakenteen seoksena: lineaarinen muoto H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H ja kaksi rengasmuotoa, deoksiribofuranoosi (C3'-endo), jossa rengas on viisi raajat ja deoksiribopyranoosi ("C2'-endo"), jossa on kuusijäseninen rengas. Viimeinen muoto on vallitseva, kuten kuviossa 4 on esitetty.

Riboosin ja deoksiriboosin erot

Kuten nimensä mukaan deoksiriboosi on hapettumaton sokeri, se tarkoittaa, että se on peräisin riboosisokerista happiatomin häviämisellä.

Siinä ei ole hydroksyyliryhmää (OH) hiilessä C2 ', kuten kuviossa 5 on esitetty (Carr, 2014). Deoksiribososokeri on osa DNA-ketjua, kun taas riboosi on osa RNA-ketjua.

Koska pentoosisokerit, arabinoosi ja riboosi eroavat toisistaan ​​vain stereokemiasta C2: ssa (riboosi on R ja arabinoosi L on Fisherin yleissopimuksen mukaan), 2-deoksiriboosi ja 2-deoksiarabinoosi ovat samanarvoisia, vaikka jälkimmäinen on \ t Termiä käytetään harvoin, koska riboosi, ei arabinoosi, on deoksiribroosin esiaste.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

Riboosi on valkoinen kiinteä aine, joka muodostaa värittömän nesteen vesiliuoksessa (National Center for Biotechnology Information., 2017). Sen molekyylipaino on 134,13 g / mol, sulamispiste 91 ° C ja kuten kaikki hiilihydraatit, se on hyvin liukoinen veteen (Royal Society of Chemistry, 2015).

Deoksiribroosi on peräisin riboosin 5-fosfaatista peräisin olevasta pentoosifosfaattireitistä, jota kutsutaan ribonukleotidien reduktaaseiksi. Nämä entsyymit katalysoivat hapenpoiston prosessia (yhdiste: C01801, S.F.).

Deoksiribroosi DNA: ssa

Kuten edellä mainittiin, deoksiribroosi on DNA-juosteen komponentti, joka antaa sille suuren biologisen merkityksen. DNA-molekyyli (deoksiribonukleiinihappo) on elämässä olevan geneettisen tiedon päävarasto.

Normaalissa nukleiinihappo-nimikkeistössä DNA-nukleotidi koostuu deoksiriboosimolekyylistä, jossa on orgaaninen emäs (tavallisesti adeniini, tymiini, guaniini tai sytosiini), joka on kiinnitetty hiilen 1'-riboosiin.

Kunkin deoksiribtoosiyksikön 5'-hydroksyyli korvataan fosfaatilla (joka muodostaa nukleotidin), joka on sitoutunut deoksiribroosin 3'-hiileen edellisessä yksikössä (Crick, 1953).

DNA-juosteen muodostamiseksi tarvitaan ensin nukleosidien muodostuminen. Nukleosidit edeltävät nukleotideja. DNA (deoksiribonukleiinihappo) ja RNA (ribonukleiinihappo) muodostavat nukleotidiketjut.

Nukleosidi muodostuu heterosyklisestä amiinista, jota kutsutaan typpiseksi amiiniksi ja sokerimolekyyliksi, joka voi olla riboosi tai deoksiriboosi. Kun fosfaatti- ryhmä on kytketty nukleosidiin, nukleosidi tulee nukleotidiksi.

DNA-nukleosidiprekursoreiden emäkset ovat adeniini, guaniini, sytosiini ja tymiini. Jälkimmäinen korvaa urasiilin RNA-ketjussa. Deoksiribroosisokerimolekyylit sitoutuvat emäksiin DNA-nukleosidiprekursoreissa.

DNA: n nukleosidit merkitään adenosiiniksi, guanosiiniksi, tymidiiniksi ja sytosiiniksi. Kuvio 6 havainnollistaa DNA-nukleosidien rakenteita.

Kun nukleosidi saa fosfaatti- ryhmän, siitä tulee nukleotidi; Yksi, kaksi tai kolme fosfaatti- ryhmää voidaan liittää nukleosidiin. Esimerkkejä ovat adeniini-ribonukleosidimonofosfaatti (AMP), adeniini-ribonukleosididifosfaatti (ADP) ja adeniini-ribonukleosiditrifosfaatti (ATP).

Nukleotidit (fosfaattiin liittyvät nukleosidit) eivät ole vain RNA: n ja DNA: n peruskomponentteja, vaan ne toimivat myös energialähteinä ja solujen lähettäjinä..

Esimerkiksi ATP toimii energialähteenä monissa biokemiallisissa vuorovaikutuksissa solussa, GTP (guanosiinitrifosfaatti) toimittaa energiaa proteiinisynteesille, ja syklinen AMP (syklinen adenosiinimonofosfaatti), syklinen nukleotidi, muuntaa signaaleja proteiineiksi. hormonaaliset ja hermoston vasteet (sininen, SF).

DNA: n tapauksessa monofosfaatinukleotidit sitoutuvat toisen nukleotidin 5'- ja 3'-hiilen välisen fofodiesterisidoksen kautta ketjun juosteen muodostamiseksi, kuten kuviossa 8 on esitetty..

Tämän jälkeen fosfodiesterisidoksella liitettyjen nukleotidien muodostama juoste sitoutuu komplementaariseen juosteeseen muodostamaan DNA-molekyyli, kuten kuviossa 9 on esitetty..

Deoksiribroosin biologinen merkitys

DNA-ketjun konfiguraatio on erittäin stabiili, mikä johtuu osittain deoksiribroosimolekyylien pinoista.

Deoksiribroosimolekyylit ovat vuorovaikutuksessa Van der Waals -voimien välillä niiden välisten pysyvien dipoli-vuorovaikutusten ja hydroksyyliryhmien (OH) oksigeenien indusoimien dipolien avulla, mikä antaa DNA-juosteelle lisää stabiilisuutta.

2'-hydroksyyliryhmän poissaolo deoksiriboosissa on ilmeisesti vastuussa DNA: n suuremmasta mekaanisesta joustavuudesta verrattuna RNA: han, joka sallii sen olettaa kaksoiskierteen konformaation, ja myös (eukaryooteissa) olevan tiiviisti käämitty sisäpuolelle. solu.

Kaksisäikeiset DNA-molekyylit ovat myös tyypillisesti paljon pidempiä kuin RNA-molekyylit. RNA: n ja DNA: n runko on rakenteellisesti samanlainen, mutta RNA on yksisäikeinen ja se on valmistettu riboosista deoksiriboosin sijasta.

Hydroksyyliryhmän puuttumisen vuoksi DNA on resistentti hydrolyysille kuin RNA. Osittain negatiivisen hydroksyyliryhmän puuttuminen suosii myös DNA: ta stabiilissa RNA: ssa.

Fosfodiesterisilloihin liittyy aina negatiivinen varaus, joka sitoo kaksi nukleotidia, jotka hylkivät hydroksyyliryhmän RNA: ssa, mikä tekee siitä vähemmän stabiilin kuin DNA (rakenteellinen biokemia / nukleiinihappo / sokerit / deoksirososokeri, 2016).

Muita deoksiribroosin biologisesti tärkeitä johdannaisia ​​ovat mono-, di- ja trifosfaatit sekä 3'-5'-sykliset monofosfaatit. On myös huomattava, että DNA-juosteen merkitys on merkitty riboosin hiilillä. Tämä on erityisen hyödyllistä DNA-replikaation ymmärtämiseksi.

Kuten jo todettiin, DNA-molekyylit ovat kaksisäikeisiä ja kaksi ketjua ovat antiparalleja, eli ne toimivat vastakkaisiin suuntiin. DNA-replikaatio prokaryooteissa ja eukaryooteissa tapahtuu samanaikaisesti molemmissa ketjuissa.

Mikään organismi, joka kykenee polymeroimaan DNA: ta 3 '- 5'-suuntaan, ei kuitenkaan ole entsyymiä, joten molemmat uudestaan ​​replikoidut DNA-säikeet eivät voi kasvaa samaan suuntaan samanaikaisesti.

Sama entsyymi toistaa kuitenkin molemmat ketjut samanaikaisesti. Yksittäinen entsyymi replikoi säikettä ("johtava juoste") jatkuvasti 5 '- 3' -suunnassa samalla yleisellä etenemissuunnalla.

Toista toinen juoste ("viivästetty juoste") epäjatkuvasti samalla kun polymeroidaan nukleotidit lyhyissä suihkeissa, jotka ovat 150 - 250 nukleotidia, jälleen 5 '- 3' suuntaan, mutta samalla kohti RNA: n takapäätä ennakkotapausta sen sijaan, että se osoittaisi toistamattoman osan.

Koska DNA-säikeet ovat antiparalleja, entsyymi DNA-polymeraasi toimii epäsymmetrisesti. Pääketjussa (eteenpäin) DNA syntetisoidaan jatkuvasti. Viivästetyssä filamentissa DNA syntetisoidaan lyhyissä fragmenteissa (1 - 5 kiloa), niin kutsutuilla Okazakin fragmenteilla.

Jokainen Okazakin fragmentti (enintään 250) on syntetisoitava peräkkäin jokaiselle replikointiaukolle. Tämän varmistamiseksi helikaasi vaikuttaa viivytettyyn ketjuun dsDNA: n purkamiseksi 5'-3'-suuntaan.

Nisäkäsydingenomissa useimmat RNA-alukkeet poistetaan lopulta osana replikaatioprosessia, kun taas mitokondrioiden genomin replikoinnin jälkeen RNA: n pieni osa pysyy kiinteänä osana suljettua ympyrän DNA-rakennetta.

viittaukset

  1. Blue, M.-L. (S.F.). Mikä on ero nukleotidin ja nukleosidin välillä? Palautettu sciencing.comista.
  2. Carr, S. M. (2014). Deoksiribroosi ja Ribose-sokerit. Haettu osoitteesta mun.ca.
  3. Yhdiste: C01801. (S.F.). Palautettu genome.jp: stä.
  4. Crick, J. D. (1953). Deoksiriboosin nukleiinihapon rakenne. luonto. Palautettu genius.comista.
  5. EMBL-EBI. (2016, 4. heinäkuuta). 2-deoksi-D-riboosi. Palautettu osoitteesta ebi.ac.uk. 
  6. Encyclopædia Britannica. (1998, 20. syyskuuta). deoksiriboosiyksikkö. Palautettu britannica.comista.
  7. MURRAY, R. K., BENDER, D. A., & BOTHAM, K. M. (2013). Harper Biochemistry 28. painos. McGraw-Hill.
  8. Kansallinen bioteknologian tiedotuskeskus ... (2017, huhtikuu 22). PubChem-yhdistelmätietokanta; CID = 5460005. Haettu osoitteesta pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Royal Society of Chemistry. (2015). 2-deoksi-D-riboosi. Haettu osoitteesta chemspider.com.
  10. Rakenteellinen biokemia / nukleiinihappo / sokerit / deoksiribososokeri. (2016, syyskuu 21). Haettu osoitteesta wikibooks.org.