Ribonukleotid - Ribonucleotide

Biokimyoda a ribonukleotid a nukleotid o'z ichiga olgan riboza uning kabi pentoza komponent. Bu molekulyar kashshof hisoblanadi nuklein kislotalar. Nukleotidlar asosiy qurilish bloklari hisoblanadi DNK va RNK. The monomer o'zi ribonukleotidlardan RNK uchun asosiy qurilish bloklarini hosil qiladi. Shu bilan birga, ribonukleotidni ferment bilan kamaytirish ribonukleotid reduktaza (RNR), DNK uchun muhim tarkibiy qism bo'lgan deoksiribonukleotid hosil qiladi.[1] DNK deoksiribonukleotidlari va RNK ribonukleotidlari o'rtasida bir nechta farqlar mavjud. Ketma-ket nukleotidlar fosfodiester bog'lari orqali 3'-5 'ga bog'langan.

Ribonukleotidlar boshqa uyali funktsiyalarda ham qo'llaniladi. Ushbu maxsus monomerlar ikkala hujayra regulyatsiyasida va hujayra signalizatsiyasi adenozin-monofosfatda ko'rinib turganidek (AMP ). Bundan tashqari, ribonukleotidlar adenozin trifosfatga (ATP ), organizmlarda energiya almashinuvi. Ribonukleotidlar tsiklik adenozin monofosfatga aylanishi mumkin (davriy AMP ) organizmdagi gormonlarni ham tartibga solish.[1] Tirik organizmlarda ribonukleotidlarning eng keng tarqalgan asoslari hisoblanadi adenin (A), guanin (G), sitozin (C) yoki urasil (U). Azotli asoslar ikkita ota-ona birikmasiga bo'linadi, purin va pirimidin.

Umumiy Ribonukleotid tuzilishi: fosfat guruhi, Riboza, Nukleobaza.

Tuzilishi

Umumiy tuzilish

Adenozin 5'-monofosfat (AMP) ning tuzilishi
Guanozin 5'-monofosfat (GMP) ning tuzilishi
Uridin 5'-monofosfat (UMP) tuzilishi
Tsitidin 5'-monofosfat (CMP) ning tuzilishi

Ribonukleotidning umumiy tuzilishi fosfat guruhi, riboz shakar guruhi va nukleobazadan iborat bo'lib, ularda nukleobaza adenin, guanin, sitozin yoki uratsil bo'lishi mumkin. Fosfat guruhisiz nukleobaza va shakarning tarkibi nukleosid deb nomlanadi. O'zaro almashtiriladigan azotli nukleobazalar purin va pirimidindan iborat ikkita ota-ona birikmasidan olinadi. Nukleotidlar heterosiklik birikmalar, ya'ni ularning halqalari a'zolari sifatida kamida ikki xil kimyoviy element mavjud.

Ham RNK, ham DNK tarkibida adenin (A) va guanin (G) ikkita asosiy purin asoslari va ikkita yirik pirimidin mavjud. Ikkala DNKda ham, RNKda ham pirimdinlardan biri sitozin (C) dir. Ammo DNK va RNK ikkinchi yirik pirimidin bilan farq qiladi. DNK tarkibida timin (T), RNKda uratsil (U) mavjud. Timin RNKda va DNKdagi uratsilda uchraydigan kam uchraydigan holatlar mavjud.[1]

Bu erda RNKlarning strukturaviy bo'linmalari bo'lgan 4 ta asosiy ribonukleotid (ribonukleosid 5'-monofosfat) mavjud.

NukleotidBelgilarNukleosid
Adenilat (adenozin 5'-monofosfat)A, AMPAdenozin
Guanilat (guanozin 5'-monofosfat)G, GMPGuanosin
Uridilat (uridin 5'-monofosfat)U, UMPUridin
Tsitidilat (sitidin 5'-monofosfat)C, CMPTsitidin

DNK deoksiribonukleotidlari bilan RNK ribonukleotidlari

Ribonukleotidlarda shakar tarkibiy qismi riboza, deoksiribonukleotidlarda esa shakar komponenti deoksiribozdir. Riboza halqasidagi ikkinchi ugleroddagi gidroksil guruhi o'rniga uning o'rnini vodorod atomi egallaydi.[2]

DNK va RNK tarkibidagi pentozalarning ikkala turi ham b-furanoz (yopiq beshta a'zoli halqa) shaklida bo'lib, ular nuklein kislota kimligini aniqlaydi. DNK tarkibiga 2'-deoksi-riboza nuklein kislotasi, RNKga esa riboza nuklein kislotasi kiradi.[1]

Ba'zi hollarda DNK va RNK tarkibida ba'zi mayda asoslar bo'lishi mumkin. Asosiy asoslarning metillangan shakllari ko'pincha DNKda uchraydi. Virusli DNKda ba'zi asoslar gidroksimetillangan yoki glyukozillangan bo'lishi mumkin. RNKda mayda yoki o'zgartirilgan bazalar tez-tez uchraydi. Ba'zi misollarga gipoksantin, dihidrourasil, uratsil, sitozin va guaninning metillangan shakllari hamda modifikatsiyalangan nukleozid psevdouridin kiradi.[3] 5 'ugleroddan tashqari boshqa joylarda fosfat guruhlari bo'lgan nukleotidlar ham kuzatilgan. Bunga misol qilib ribonukleosid 2 ', ajratiladigan oraliq moddalar bo'lgan 3'-tsiklik monofosfatlar va ba'zi ribonukleazalar bilan RNK gidrolizining oxirgi mahsuloti bo'lgan ribonukleosid 3'-monofosfatlar kiradi. Boshqa o'zgarishlarga adenozin 3 ', 5'-tsiklik monofosfat (cAMP) va guanosin 3', 5'-tsiklik monofosfat (cGMP) kiradi.[4]

Keyingi nukleotidlarni bog'lash

Ribonukleotidlar bir-biriga bog'lanib, orqali RNK zanjirlarini hosil qiladi fosfodiester aloqalari. Bitta nukleotidning 5'-fosfat guruhi keyingi nukleotidning 3'-gidroksil guruhi bilan bog'lanib, o'zgaruvchan fosfat va pentoza qoldiqlarini hosil qiladi. Polinukleotidning har bir uchida fosfodiester bog'lanish mavjud emas.[5] Fosfodiester bog'lanishlari ferment tomonidan ribonukleotidlar o'rtasida hosil bo'ladi RNK polimeraza. RNK zanjiri 5 'uchidan 3' uchigacha sintezlanadi, chunki zanjirdagi oxirgi ribonukleotidning 3'-gidroksil guruhi nukleofil vazifasini bajaradi va kiruvchi ribonukleotidning 5'-trifosfatiga gidrofil hujumini boshlaydi. pirofosfat[6] mahsulot. Nukleotidlarning fizik xususiyatlari tufayli RNKning umurtqasi juda gidrofil va qutbli. Neytral pH darajasida nuklein kislotalar juda zaryadlanadi, chunki har bir fosfat guruhi salbiy zaryadga ega.[7]

Ikkala DNK ham, RNK ham aminokislotalarga qaraganda termodinamik jihatdan kamroq birikadigan mononukleotid monomerlari deb nomlanadigan nukleosid fosfatlaridan qurilgan. Fosfodiester aloqalari, gidrolizlanganda, juda katta miqdordagi erkin energiya chiqaradi. Shuning uchun nuklein kislotalar o'z-o'zidan mononukleotidlarga gidrolizlanish tendentsiyasiga ega. RNK uchun kashshoflar GTP, CTP, UTP va ATP bo'lib, ular guruh-uzatish reaktsiyalarida asosiy energiya manbai hisoblanadi.[8]

Funktsiya

Dezoksiribonukleotidlarning kashshoflari

Olimlarning fikriga ko'ra, RNK DNKdan oldin yaratilgan.[9]

Ribonukleotidlarning deoksiribonukleotidlarga qaytarilishi katalizlanadi ribonukleotid reduktaza. Ribonukleotid reduktaza (RNR) barcha tirik organizmlar uchun muhim ferment hisoblanadi, chunki u DNKning ko'payishi va tiklanishi uchun zarur bo'lgan to'rtta deoksiribonukleotid (dNTP) sintezining so'nggi bosqichi uchun javobgardir.[10] Reaksiya uchun yana ikkita oqsil kerak bo'ladi: tioredoksin va tioredoksin reduktaza. Ribonukleozid difosfat (NDP) tioredoksin bilan deoksiribonukleozid difosfat (dNTP) ga kamayadi.

Umumiy reaktsiya: Ribonukleozid difosfat + NADPH + H+ -> Deoksiribonukleozid difosfat + NADP+ + H2O[11]

Ushbu tenglamani ko'rsatish uchun dATP va dGTP mos ravishda ADP va YaIMdan sintezlanadi. Ular avval RNR bilan kamaytiriladi, so'ngra nukleosid difosfat kinazlar bilan dATP va dGTP ga fosforillanadi. Ribonukleotid reduktaza allosterik ta'sir o'tkazish bilan boshqariladi. DATP ribonukleotid reduktaza bilan bog'langandan so'ng, fermentning umumiy katalitik faolligi pasayadi, chunki u deoksiribonukleotidlarning ko'pligini anglatadi. Ushbu teskari aloqa inhibisyoni ATP bog'langandan keyin qaytariladi.[12]

Ribonukleotidlarni kamsitish

DNK sintezi paytida DNK polimerazlari deoksiribonukleotidlar bilan taqqoslaganda ancha yuqori darajada bo'lgan ribonukleotidlarni tanlashi kerak. Organizm genomini saqlab qolish uchun DNK replikatsiyasi aniq bo'lishi kerakligi sababli selektivlik muhim ahamiyatga ega. Y-oilaviy DNK polimerazalarining faol joylari ribonukleotidlarga qarshi yuqori selektivlikni saqlashga mas'ul ekanligi ko'rsatilgan.[13] Ko'pgina DNK polimerazalari ribonukleotidlarni faol joyidan riboza halqasining 2'-gidroksil guruhini steril ravishda to'sib qo'yadigan katta hajmli yon zanjir qoldig'i orqali chiqarib tashlash uchun ham jihozlangan. Ammo ko'pgina yadro replikativ va tuzatuvchi DNK polimerazalari ribonukleotidlarni DNK tarkibiga kiritadi [14] [15], istisno qilish mexanizmi mukammal emasligini ko'rsatmoqda.[16]

Sintez

Ribonukleotid sintezi

Ribonukleotidlar organizmlarda mayda molekulalardan de novo yo'li orqali sintez qilinishi yoki qutqarish yo'li bilan qayta ishlanishi mumkin. De novo yo'lida ham purinlar, ham pirimidinlar aminokislotalar, riboza-5-fosfatlar, CO2 va NH3 ning kashfiyotchilaridan olinadigan tarkibiy qismlardan sintez qilinadi.[17][18]

IMP sintezi. Rang sxemasi quyidagicha: fermentlar, koenzimlar, substrat nomlari, metall ionlari, noorganik molekulalar
Nukleotid sintezi.svgThe biosintez purin halqasining kelib chiqishi atomlar

N1 ning omin guruhidan kelib chiqadi Asp
C2 va C8 kelib chiqishi shakllantirish
N3 va N9 amid guruhi tomonidan qo'shilgan Gln
C4, C5 va N7 dan olingan Gly
C6 HCO dan keladi3−(CO2)

Purin nukleotidlarining de novo biosintezi juda murakkab, bir nechta fermentativ reaktsiyalardan iborat. Beshta halqali shakar konstruktsiyasidan asos sifatida foydalanib, purin halqasi o'n bir bosqichli jarayonda bir vaqtning o'zida bir nechta atomlarni hosil qiladi, bu inozinat (IMP) hosil bo'lishiga olib keladi. Aslida IMP nuklein kislota sintezi uchun zarur bo'lgan purinli nukleotidlarga aylanadi.[17]

Yo'l Riboz-5-Fosfat (R5P) ning ferment riboz-fosfat difosfokinaza (PRPS1) tomonidan fosforibosil pirofosfatga (PRPP) aylanishi bilan boshlanadi. Keyin PRPP 5-fosforibilaminga (5-PRA) aylantiriladi, chunki glutamin PRPP ning C-1 ga amino guruhini beradi. Kondensatlanish reaktsiyasida GAR sintetaza fermenti glitsin va ATP bilan birga 5-PRA glitsin karboksilaza guruhini faollashtiradi va Glycinamide ribonukleotid (GAR) hosil qiladi. Ko-ferment N10-formil-THF, ferment GAR transformilaza bilan birga, keyinchalik amin guruhiga GAR glitsiniga bitta uglerod birligini beradi, so'ngra FGAR amidotransferaza fermenti bilan glutamin qo'shib, formilglisinamidin ribonukleotid (FGAM) hosil bo'lishiga olib keladi. ). FGAM tsiklaza fermenti bilan FGAMni suvsizlanishi, imidazol halqasining yopilishiga olib keladi, chunki 5-aminoimidazol ribonukleotid (AIR). Karboksil guruhi N5-CAIR sintetaza bilan AIRga biriktirilgan bo'lib, N5-karboksiyaminoimidazol ribonukleotid (N5-CAIR) hosil qiladi, so'ngra N5-CAIR mutaza fermenti bilan karboksiamino-imidazol ribonukleotidga (CAIR) aylanadi. SAICAR sintetaza fermenti aspartatdan olingan aminoguruh bilan birga amid bog'lanishini hosil qiladi va N-sukkinil-5-aminoimidazale-4-karboksamid ribonukleotid (SAICAR) hosil qiladi. Yo'lda davom etib, aspartatning uglerod skeletini SAICAR liazasi bilan olib tashlash natijasida 5-aminoimidazol-4-karboksamid ribonukleotid (AICAR) hosil bo'ladi. AICAR transformilaza fermenti N-formilaminoimidazol-4-karboksamid ribonukleotid (FAICAR) ni hosil qilib, N10-formiltetrahidrofolatdan uglerodning oxirgi o'tkazilishiga yordam beradi. Va nihoyat, ikkinchi halqa konstruktsiyasini yopish IMP sintazi orqali IMPni hosil qiladi, bu erda IMP taqdiri purin nukleotidi hosil bo'lishiga olib keladi.[17]

Pirimidin-de-Novo yo'li

Pirimidin nukleotidlarini sintezi ancha sodda jarayon. Pirimidin halqasining shakllanishi Aspartatning karbamoil fosfat bilan kondensatlanish reaksiyasiga kirishib N-karbamoylaspartatga aylanishi bilan boshlanadi. Keyin dihidroorotaza va dihidroorotaza dehidrogenaza N-karbamoylaspartatni orotatga aylantiradi. Orotat orotat fosforibizol-transferaza beradigan orotidin monofosfat (OMP) bilan fosforibozil pirofosfat (PRPP) bilan kovalent ravishda bog'lanadi. OMP dekarboksillanishi bilan orotidilat dekarboksilaza bilan uridilat (UMP) ribonukleotid tuzilishini hosil qiladi. Keyin UMPni ikki kinaz reaktsiyasi bilan Uridin-5'-trisfosfat (UTP) ga aylantirish mumkin. UTP dan sitidin-5’-trisfosfat (CTP) hosil bo'lishiga sitidilat sintetaza tomonidan atsil fosfat qidiruv vositasi orqali erishish mumkin.[17]

Tarix

Fibus Leven

Gacha Jeyms Uotson va Frensis Kriknikidir tuzilishini batafsil bayon etgan muhim qog'oz DNK dan Rosalind Franklin "s Rentgenologik kristallografiya uning kashf qilinishiga hissa qo'shgan bir nechta tarixiy olimlar bo'lgan.[19] Fridrix Mikcher, 1869 yilda birinchi bo'lib u "nuklein" deb atagan oq qon hujayralari yadrolaridan nuklein moddasini ajratib, aniqlagan Shveytsariya shifokori, DNKni kashf etishga yo'l ochdi.[20] Mieschers ishidan keyin nemis biokimyosi edi, Albrecht Kossel, 1878 yilda "nuklein" ning oqsil bo'lmagan tarkibiy qismlarini ajratib olgan va nuklein kislotalarda mavjud bo'lgan beshta nukleobazani kashf etgan: adenin, sitozin, guanin, timin va uratsil.[21] Ushbu dastlabki kashfiyotlar tufayli nuklein kislotalari haqida ba'zi bir asosiy faktlar ma'lum bo'lgan bo'lsa-da, uning tuzilishi va vazifasi sir bo'lib qoldi.

1919 yilda nukleotidlar kashf etilgunga qadar Fibus Leven, DNK kashfiyotining eshiklarini qayta ochgan rus-litva biokimyosi. Levene birinchi navbatda xamirturush tarkibidagi uglevod komponentini aniqladi RNK aslida edi riboza. Biroq, uning kashfiyotidan keyingina timus nuklein kislotasidagi uglevod tarkibiy qismi shakar bo'lgan, ammo bitta kislorod atomiga ega emas edi dezoksiriboza, uning kashfiyoti ilmiy jamoatchilik tomonidan keng qadrlanganligi. Oxir oqibat, Levene RNK va DNK tarkibiy qismlarini birlashtirishning to'g'ri tartibini, fosfat-shakar-asos birligini, keyinchalik uni nukleotid. Nukleotid tarkibiy qismlarining tartibini Levene yaxshi tushungan bo'lsa-da, kosmosdagi nukleotidlar joylashishining tuzilishi va uning genetik kodi karerasining dastlabki yillarida hanuzgacha sir bo'lib qoldi.[22]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d Nelson, Devid (2008). Lehninger Biokimyo tamoyillari. W H Freeman va Co. 272–273 betlar.
  2. ^ Nyuxolm, Erik A.; Suluk, Entoni R.; Kengash, Meri (2008). Sog'liqni saqlash va kasallikdagi funktsional biokimyo: sog'liq va kasallikdagi metabolik tartibga solish (2-nashr). Xoboken, NJ: Uili. ISBN  978-0-471-98820-5.
  3. ^ Das, Debajyoti (2010). Biokimyo. Akademik noshirlar Bimal Kumar Dhur.
  4. ^ Koks, Maykl M.; Nelson, Devid L. (2008). Biokimyo asoslari. W H Freeman & Co. ISBN  1-4292-2263-8.
  5. ^ Raymond, Kennet V. (2010). Umumiy, organik va biologik kimyo: integral yondashuv (3-nashr). Xoboken, NJ: Uili. ISBN  978-0-470-55124-0.
  6. ^ Schaechter, Moselio; Ledberg, Joshua, nashr. (2004). Mikrobiyologiyaning stol entsiklopediyasi (1-nashr). Amsterdam: Elsevier Acad. Matbuot. ISBN  0-12-621361-5.
  7. ^ Tyorner, Fil; va boshq. (2005). Molekulyar biologiya. Tezkor eslatmalar (3-nashr). Boka Raton, FL: CRC, Teylor va Frensis. ISBN  0-415-35167-7.
  8. ^ Nelson, Devid (2008). Lehninger Biokimyo tamoyillari. W H Freeman va Co., 274-275-betlar.
  9. ^ Chauhan, Ashok K.; Varma, Ajit, tahrir. (2009). Molekulyar biotexnologiya darsligi. Nyu-Dehli: I.K. Xalqaro pab. Uy. ISBN  978-93-80026-37-4.
  10. ^ Cendra Mdel, M; Xuares, A; Torrents, E (2012). "Biofilm Escherichia coli-da ribonukleotid reduktaza genlarining ekspressionini o'zgartiradi". PLOS ONE. 7 (9): e46350. doi:10.1371 / journal.pone.0046350. PMC  3458845. PMID  23050019.
  11. ^ Kempbell, Meri K .; Farrell, Shoun O. (2009). Biokimyo (7-nashr). Belmont, Kaliforniya: Brooks / Cole Cengage Learning. ISBN  978-0-8400-6858-3.
  12. ^ Berg, Jeremi M.; Timoczko, Jon L.; Stryer, Lyubert (2007). Biokimyo (6-nashr, 3-nashr). Nyu-York: Freeman. ISBN  0-7167-8724-5.
  13. ^ Kevin N. Kirouac, Zucai Suo, Hong Ling, Kevin N.; Suo, Tsukay; Ling, Xong (2011 yil 1 aprel). "Y-oilaviy DNK-polimeraza tomonidan Ribonukleotid diskriminatsiyasining strukturaviy mexanizmi". Molekulyar biologiya jurnali. 407 (3): 382–390. doi:10.1016 / j.jmb.2011.01.037. PMID  21295588.CS1 maint: bir nechta ism: mualliflar ro'yxati (havola)
  14. ^ Nik McElhinny, SA; Kumar, D; Klark, AB; Vatt, DL; Vatt, BE; Lundstrem, EB; Yoxansson, E; Chabes, A; Kunkel, TA (oktyabr 2010). "Ribonukleotidning DNKga qo'shilishi sababli genomning beqarorligi". Tabiat kimyoviy biologiyasi. 6 (10): 774–81. doi:10.1038 / nchembio.424. PMID  20729855.
  15. ^ Nik McElhinny, SA; Vatt, BE; Kumar, D; Vatt, DL; Lundstrem, EB; Burgerlar, bosh vazir; Yoxansson, E; Chabes, A; Kunkel, TA (16 mart 2010 yil). "Ribonukleotidning DNKga xamirturush replikativ polimerazalari bilan qo'shilishi". Amerika Qo'shma Shtatlari Milliy Fanlar Akademiyasi materiallari. 107 (11): 4949–54. doi:10.1073 / pnas.0914857107. PMID  20194773.
  16. ^ Kasivisvanatan, R; Kopeland, Jahon chempionati (2011 yil 9 sentyabr). "Ribonukleotidlar diskriminatsiyasi va inson mitoxondriyal DNK polimeraza tomonidan teskari transkripsiyasi". Biologik kimyo jurnali. 286 (36): 31490–500. doi:10.1074 / jbc.M111.252460. PMC  3173122. PMID  21778232.
  17. ^ a b v d Nelson, Devid (2008). Lehninger Biokimyo tamoyillari. W H Freeman va Co., 881–894-betlar.
  18. ^ Berg, JM (2002). Biokimyo. Purin asoslarini de Novo tomonidan sintez qilish yoki qutqarish yo'llari tomonidan qayta ishlash mumkin. Nyu-York: V H Freeman. sek. sek. 25.2.
  19. ^ WATSON, JD; CRICK, FH (1953 yil 25-aprel). "Nuklein kislotalarning molekulyar tuzilishi; deoksiriboz nuklein kislotasining tuzilishi". Tabiat. 171 (4356): 737–8. doi:10.1038 / 171737a0. PMID  13054692.
  20. ^ Dahm, R (2008 yil yanvar). "DNKni kashf qilish: Fridrix Miescher va nuklein kislota tadqiqotining dastlabki yillari". Inson genetikasi. 122 (6): 565–81. doi:10.1007 / s00439-007-0433-0. PMID  17901982.
  21. ^ JONES, ME (1953 yil sentyabr). "Albrecht Kossel, biografik eskiz". Yale Biology and Medicine jurnali. 26 (1): 80–97. PMC  2599350. PMID  13103145.
  22. ^ Levene, Fibus (1919). Xamirturush nuklein kislotasining tuzilishi. Biologik kimyo jurnali 40 (2). 415-24 betlar.