Dezoksiribozes struktūra, īpašības un nozīme



The dezoksiriboze, pazīstams arī kā 2-deoksi-D-riboze vai 2-deoksi-D-eritro-pentoze ir 5-oglekļa monosaharīds (pentoze), kuras empīriskā formula ir C5H10O4. Tās struktūra ir parādīta 1. attēlā (EMBL-EBI, 2016).

Molekula ir DNS (dezoksiribonukleīnskābes) struktūras sastāvdaļa, kur tā aizstāj ar fosfātu grupām, veidojot DNS polimēra "skeletu" un saistoties ar slāpekļa bāzēm.

Dezoksiribozes klātbūtne ribozes vietā ir atšķirība starp DNS un RNS (ribonukleīnskābe). Dezoksiriboze tika sintezēta 1935. gadā, bet tā nebija izolēta no DNS līdz 1954. gadam (Encyclopædia Britannica, 1998)..

Dezoksiribozē visas hidroksilgrupas atrodas vienā pusē Fischer projekcijā (2. attēls). D-2-dezoksiriboze ir nukleīnskābes DNS prekursors. 2-dezoksiriboze ir aldopentoze, tas ir, monosaharīds ar pieciem oglekļa atomiem un ar aldehīda funkcionālo grupu..

Jāatzīmē, ka attiecībā uz šiem cukuriem oglekli apzīmē ar apostrofu, lai tos nošķirtu no oglekļa atomiem, kas atrodas DNS ķēdē. Šādā veidā tiek teikts, ka dezoksiribozei nav oglekļa C2 OH..

Deoksiribozes cikliskā struktūra

Visi ogļhidrāti tiek apstrādāti ūdens vidē, jo tas nodrošina stabilitāti. Atkarībā no oglekļa atomu skaita, tās var izmantot struktūru, kas ir analoga furānam vai pirānam, kā norādīts 3. attēlā (MURRAY, BENDER, & BOTHAM, 2013).

Dezoksiriboze galvenokārt ir trīs struktūru maisījums: lineārā H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H forma un divas gredzena formas, deoksiribofuranoze (C3'-endo) ar piecu gredzenu. ekstremitātēm un dezoksiribopiranozei ("C2'-endo") ar sešu locekļu gredzenu. Pēdējā forma dominē, kā norādīts 4. attēlā.

Atšķirības starp ribozi un deoksiribozi

Kā norāda nosaukums, dezoksiriboze ir dezoksidēts cukurs, kas nozīmē, ka tas ir iegūts no ribozes cukura, zaudējot skābekļa atomu..

Tam trūkst hidroksilgrupas (OH) oglekļa C2 ', kā parādīts 5. attēlā (Carr, 2014). Dezoksiribozes cukurs ir daļa no DNS ķēdes, bet riboze ir daļa no RNS ķēdes.

Tā kā pentozes cukuri, arabinoze un riboze atšķiras tikai pēc stereoķīmijas pie C2 '(riboze ir R un arabinoze ir L saskaņā ar Fisher's konvenciju), 2-dezoksiriboze un 2-deoksiarabinoze ir līdzvērtīgas, lai gan pēdējais reti lieto, jo riboze, nevis arabinoze, ir deoksiribozes prekursors.

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Riboze ir balta cieta viela, kas veido bezkrāsainu šķidrumu ūdens šķīdumā (Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs., 2017). Tā molekulmasa ir 134,13 g / mol, kušanas temperatūra ir 91 ° C, un tāpat kā visi ogļhidrāti ir ļoti labi šķīst ūdenī (Royal Society of Chemistry, 2015).

Dezoksiriboze rodas pentozes fosfāta ceļā no ribozes 5-fosfāta ar fermentiem, ko sauc par ribonukleotīdu reduktāzi. Šie fermenti katalizē deoksigenēšanas procesu (COMPOUND: C01801, S.F.).

Dezoksiriboze DNS

Kā minēts iepriekš, deoksiriboze ir DNS daļas sastāvdaļa, kas tai piešķir lielu bioloģisko nozīmi. DNS molekula (dezoksiribonukleīnskābe) ir galvenā ģenētiskās informācijas krātuve dzīvē.

Standarta nukleīnskābes nomenklatūrā DNS nukleotīds sastāv no dezoksiribozes molekulas ar organisko bāzi (parasti adenīnu, timīnu, guanīnu vai citozīnu), kas piestiprināts pie oglekļa 1 'ribozes..

Katras deoksiribozes vienības 5 'hidroksilgrupu aizvieto ar fosfātu (veidojot nukleotīdu), kas ir piesaistīts 3' oglekļa daļai no dezoksiribozes iepriekšējā vienībā (Crick, 1953)..

Lai izveidotu DNS virkni, ir nepieciešama nukleozīdu veidošanās. Nukleozīdi pirms nukleotīdu. DNS (dezoksiribonukleīnskābe) un RNS (ribonukleīnskābe) veidojas no nukleotīdu ķēdēm.

Nukleozīdu veido heterociklisks amīns, ko sauc par slāpekļa amīnu un cukura molekulu, kas var būt riboze vai deoksiriboze. Ja fosfātu grupa ir savienota ar nukleozīdu, nukleozīds kļūst par nukleotīdu.

DNS nukleozīdu prekursoru bāzes ir adenīns, guanīns, citozīns un timīns. Pēdējais aizstāj urazilu RNS ķēdē. Dezoksiribozes cukura molekulas saistās ar DNS nukleozīdu prekursoru bāzēm.

DNS nukleozīdus apzīmē ar adenozīnu, guanozīnu, timidīnu un citozīnu. 6. attēlā attēlotas DNS nukleozīdu struktūras.

Kad nukleozīds iegūst fosfātu grupu, tas kļūst par nukleotīdu; Viena, divas vai trīs fosfātu grupas var būt piesaistītas pie nukleozīda. Piemēri ir adenīna ribonukleozīda monofosfāts (AMP), adenīna ribonukleozīdu difosfāts (ADP) un adenīna ribonukleozīdu trifosfāts (ATP)..

Nukleotīdi (nukleozīdi, kas saistīti ar fosfātu) ir ne tikai RNS un DNS pamatelementi, bet arī kalpo kā enerģijas avoti un informācijas šūnas šūnās..

Piemēram, ATP kalpo kā enerģijas avots daudzās bioķīmiskās mijiedarbībās šūnā, GTP (guanozīna trifosfāts) piegādā enerģiju proteīnu sintēzei, un cikliskā AMP (cikliskā adenozīna monofosfāts), cikliskais nukleotīds, pārvērš signālus proteīnos. hormonālās un nervu sistēmas reakcijas (zils, SF).

DNS gadījumā monofosfātu nukleotīdi ar fofodiestera saiti tiek piesaistīti starp citu nukleotīdu 5 'un 3' oglekli, lai izveidotu ķēdes virkni, kā norādīts 8. attēlā..

Pēc tam šķiedra, ko veido nukleotīdi, kas savienoti ar fosfodiestera saiti, saistās ar komplementāro virkni, veidojot DNS molekulu, kā parādīts 9. attēlā..

Dezoksiribozes bioloģiskā nozīme

DNS ķēdes konfigurācija ir ļoti stabila, daļēji pateicoties dezoksiribozes molekulu kaudzēm.

Dezoksiribozes molekulas mijiedarbojas ar Van der Waals spēkiem starp tām, izmantojot pastāvīgas dipola mijiedarbības un dipoles, ko inducē hidroksilgrupu (OH) oksigēni, piešķirot papildu DNS stabilitāti.

2 'hidroksilgrupas trūkums dezoksiribozē acīmredzot ir atbildīgs par DNS lielāku mehānisko elastību, salīdzinot ar RNS, kas ļauj tai uzņemties dubultā spirāles konformāciju, kā arī (eukariotos) cieši brūcēt iekšpusē. šūnu.

Divslāņu DNS molekulas parasti ir daudz ilgākas nekā RNS molekulas. RNS un DNS mugurkauls ir strukturāli līdzīgs, bet RNS ir viendaļīga un ir izgatavota no ribozes, nevis dezoksiriboze..

Tā kā nav hidroksilgrupas, DNS ir izturīgāka pret hidrolīzi nekā RNS. Daļēji negatīvās hidroksilgrupas trūkums veicina arī DNS stabilitāti RNS.

Ar fosfodiesteru tiltiem vienmēr ir negatīva lādiņa, kas saistās ar diviem nukleotīdiem, kas atgrūž hidroksilgrupu RNS, padarot to mazāk stabilu nekā DNS (strukturālā bioķīmija / nukleīnskābe / cukuri / dezoksirozes cukurs, 2016).

Citi bioloģiski nozīmīgi deoksiribozes atvasinājumi ietver mono-, di- un trifosfātus, kā arī 3'-5'cikliskos monofosfātus, kā arī jāatzīmē, ka DNS virknes jēdziens ir apzīmēts ar ribozes oglēm. Tas ir īpaši noderīgi, lai izprastu DNS replikāciju.

Kā jau minēts, DNS molekulas ir divslāņu un abas ķēdes ir pretparalēles, tas ir, tās darbojas pretējos virzienos. DNS replikācija prokariātos un eukariotos notiek vienlaicīgi abās ķēdēs.

Tomēr nevienā organismā nav enzīma, kas spēj polimerizēt DNS 3 'līdz 5' virzienā, lai abas jaunās DNS virknes vienlaicīgi nevarētu augt vienā virzienā.

Tomēr viens un tas pats ferments abas ķēdes atveido vienlaicīgi. Vienīgais enzīms nepārtraukti atkārto virkni ("vadītspējīgs šķērslis") 5 līdz 3 'virzienā ar tādu pašu vispārīgo virzienu uz priekšu.

Atkārtoti pārdaliet otru šķērsgriezumu ("atliktā daļa"), polimerizējot nukleotīdus īsos 150-250 nukleotīdu sprauslos, atkal 5 līdz 3 'virzienā, bet vienlaikus vēršoties pret RNS aizmugurējo galu. precedentu, nevis uz neatkārtoto daļu.

Tā kā DNS virknes ir pretparalēles, fermenta DNS polimerāze darbojas asimetriski. Galvenajā ķēdē (uz priekšu) DNS tiek sintezēta nepārtraukti. Aizkavētajā pavedienā DNS tiek sintezēts īsos fragmentos (1-5 kilogramu bāzes), tā sauktajos Okazaki fragmentos.

Katram replikācijas dakšam jāsagatavo vairāki Okazaki fragmenti (līdz 250). Lai nodrošinātu, ka tas notiek, helikāze darbojas uz aizkavēto ķēdi, lai dsDNS izdalītos 5 'līdz 3' virzienā.

Zīdītāju kodolgenomā vairums RNS primeru galu galā tiek izņemti kā daļa no replikācijas procesa, bet pēc mitohondriju genoma replikācijas RNS nelielā daļa paliek slēgtā cirkulārās DNS struktūras neatņemama sastāvdaļa..

Atsauces

  1. Blue, M.-L. (S.F.). Kāda ir atšķirība starp nukleotīdu un nukleozīdu? Atgūts no sciencing.com.
  2. Carr, S. M. (2014). Dezoksiriboze pret ribozes cukuriem. Saturs iegūts no mun.ca.
  3. SASTĀVS: C01801. (S.F.). Atgūts no genome.jp.
  4. Crick, J. D. (1953). Dezoksiribozes nukleīnskābes struktūra. Daba. Atgūts no genius.com.
  5. EMBL-EBI (2016, 4. jūlijs). 2-deoksi-D-riboze. Atgūts no ebi.ac.uk. 
  6. Encyclopædia Britannica. (1998, 20. septembris). Deoksiriboze. Atgūts no britannica.com.
  7. MURRAY, R. K., BENDER, D. A., & BOTHAM, K. M. (2013). Harper Biochemistry 28. izdevums. Mcgraw-Hill.
  8. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs ... (2017, 22. aprīlis). PubChem Compound datu bāze; CID = 5460005. Izgūti no pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
  9. Karaliskā ķīmijas biedrība. (2015). 2-dezoksi-D-riboze. Izgūti no chemspider.com.
  10. Strukturālā bioķīmija / nukleīnskābe / cukuri / dezoksiribozes cukurs. (2016. gada 21. septembris). Saturs iegūts no wikibooks.org.