Нуклеотиды ДНК: что это такое, характеристики и функции

Проект генома человека, стартовавший в 1990 году с бюджетом в 3 миллиарда долларов, поставил перед собой глобальную цель нанести на карту химические основания, которые производят нашу ДНК, и определить все гены, присутствующие в геноме вида человек. Секвенирование было завершено в 2003 году, 13 лет спустя.

Благодаря этой титанической молекулярно-генетической работе мы теперь знаем, что геном человека содержит примерно 3 миллиарда пар оснований и 20 000–25 000 генов. Тем не менее, многое еще предстоит описать, поскольку функции каждого из участков генетической информации, которые мы закодировали в каждой из наших клеток, неизвестны.

По мере того, как ученые проводят исследования, население в целом все больше и больше осознает, что такое генетика, наука, изучающая этот алфавит молекул, которые организуют и кодируют наследственность и каждую из наших функций жизненно важный. Мы ничто без наших генов и, хотя они не видны невооруженным глазом, все живое «есть» благодаря им. Поскольку мы не можем приобрести знания, не начав с самого начала, в этой статье мы представляем вам

базовая структура, которая кодирует наше существование: нуклеотиды ДНК.

• Связанная статья: «Различия между ДНК и РНК»

Что такое нуклеотид?

Нуклеотид определяется как органическая молекула, образованная ковалентной связью нуклеозида (пентоза + азотистое основание) и фосфатной группы.

Последовательность нуклеотидов — это собственное генетическое слово, поскольку ее порядок кодирует синтез белков клеточным механизмом и, следовательно, метаболизм живого существа. Но не будем забегать вперед: сначала мы сосредоточимся на каждой из частей, дающих начало этой уникальной молекуле.

1. пентоза

Пентозы – это моносахариды, простые углеводы (сахара), образованные цепью из 5 атомов углерода. вместе, которые выполняют четкую структурную функцию. Пентоза может быть рибозой, которая дает начало рибонуклеозиду, основной структуре РНК. С другой стороны, если рибоза теряет атом кислорода, возникает дезоксирибоза, пентоза, входящая в состав дезоксирибонуклеозида, основной структуры ДНК.

2. Азотистое основание

Как мы уже говорили, пентоза и азотистое основание образуют рибонуклеозид или дезоксирибонуклеозид, но что такое основание? Азотистые основания представляют собой циклические органические соединения, в состав которых входят два или более атомов азота. в них найден ключ к генетическому коду, так как они дают конкретное название каждому из нуклеотидов, частью которых они являются. Существует 3 типа этих гетероциклических соединений:

Азотистые основания пуринового ряда: аденин (А) и гуанин (Г). Оба являются частью ДНК и РНК. Пиримидиновые азотистые основания: цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У). Тимин уникален для ДНК, а урацил уникален для РНК.

Изоалоксацин азотистые основания: флавин (F). Он не является частью ДНК или РНК, но выполняет другие процессы.

Таким образом, если нуклеотид содержит тиминовое основание, он прямо называется (Т). Азотистые основания — это те, которые дают названия тем последовательностям, которые мы все видели на школьной доске или в информативном научном материале в какой-то момент нашей жизни. Например, GATTACA является примером последовательности ДНК из 7 нуклеотидов, каждый из которых имеет основание, давшее ему название..

• Вам может быть интересно: «3 закона Менделя и горох: вот чему нас учат»

3. Фосфатная группа

У нас уже есть полный нуклеозид, так как мы описали пентозу, которая связана гликозидной связью с одним из оснований A, G, C и T. Теперь нам нужно только одно соединение, чтобы иметь полный нуклеотид: фосфатная группа.

Фосфатная группа это многоатомный ион, состоящий из центрального атома фосфора (P), окруженного четырьмя идентичными атомами кислорода в тетраэдрическом расположении. Эта комбинация атомов необходима для жизни, поскольку она входит в состав нуклеотидов ДНК и РНК, а также тех, которые переносят химическую энергию (АТФ).

Нуклеотид: нуклеозид (основание + пентоза) + фосфатная группа

Расшифровка жизни по нуклеотидам ДНК

Вся эта химическая информация замечательна, но как мы применим ее на практике? Ну, во-первых, надо учесть, что каждые три кодирующих нуклеотида образуют другую фразу, чтобы предоставить информацию о каждой из сборок, дающих начало белку.. Возьмем пример:

• АТТ: аденин, тимин и тимин
• ACT: аденин, цитозин и тимин
• АТА: аденин, тимин и аденин

Эти три последовательности нуклеотидов, закодированные в ядре ДНК клетки, содержат инструкции для собрать аминокислоту изолейцин, которая является одной из 20 аминокислот, используемых для синтеза белка функциональный. Уточним следующее: дело не в том, что эти три последовательности необходимы для сборки изолейцина, а в том, что они взаимозаменяемы, поскольку все они кодируют эту аминокислоту (избыточность).

Через процесс, который нас здесь не особо касается, клеточный механизм выполняет процесс, называемый транскрипцией, при котором эти триплеты нуклеотидов ДНК транслируются в РНК.. Поскольку азотистое основание тимин не является частью РНК, каждый (T) следует заменить на (U). Таким образом, эти триплеты нуклеотидов будут выглядеть так:

• AUU
• АКУ
• АВП

Если клетке требуется изолейцин, РНК, транскрибируемая любым из этих трех триплетов (теперь называемых кодонами), будет перемещаться из ядра клетки в рибосомы его цитозоля, где им будет отдан приказ интегрировать аминокислоту изолейцин в строящийся в этот момент белок.

С помощью этого нуклеотидного языка, основанного на азотистых основаниях, можно сгенерировать всего 64 кодона., который кодирует 20 аминокислот, необходимых для создания любого белка в живых существах. Следует отметить, что, за исключением редких случаев, каждая аминокислота может кодироваться 2, 3, 4 или 6 различными кодонами. Например, в случае с изолейцином, который мы уже видели, допустимы три возможные комбинации нуклеотидов.

Белки обычно состоят из 100-300 аминокислот.. Таким образом, белок, состоящий из 100 из них, при расчетах будет кодироваться 300 кодонами (каждый триплет оснований отвечает на аминокислоту, помните), которая будет продуктом трансляции 300 нуклеотидов ДНК, присутствующих в геноме клетка.

Краткое объяснение

Мы понимаем, что все это внезапное объяснение может несколько сбить с толку, но уверяем вас, что с аналогий, которые мы представляем ниже, функция нуклеотидов ДНК будет вам понятнее, чем Вода.

Мы должны рассматривать ДНК внутри ядра клетки как огромную библиотеку, полную книг.. Каждая из книг представляет собой ген, который содержит (в случае человека) около 150 букв, представляющих собой нуклеотиды, расположенные для определенной цели. Таким образом, каждые три из этих нуклеотидных букв образуют короткую фразу.

Неутомимый библиотекарь, в данном случае клеточный фермент РНК-полимераза стремится превратить слова одной из книг в осязаемый материал. Ну, это будет отвечать за поиск конкретной книги, конкретной фразы и, поскольку слова не могут быть начаты страниц (ДНК не может быть перемещена из ядра), он скопирует соответствующую информацию в свою форму в своем собственном ноутбук.

«Скопированные фразы» — не что иное, как нуклеотиды ДНК, преобразованные в нуклеотиды РНК, то есть кодоны. После того, как эта информация была расшифрована (транскрипция), машина готова соответствующим образом собрать информацию, содержащуюся в каждом слове. Это рибосомы, места, где белки синтезируются из последовательности аминокислот в определенном порядке. Так проще, да?

Резюме

Как вы могли заметить, объяснить сложные процессы, закодированные ДНК, почти так же сложно, как и понять их. Тем не менее, если мы хотим, чтобы вы имели конкретное представление обо всем этом терминологическом конгломерате, то это следующее: порядок нуклеотидов, присутствующих в ДНК живых существ, кодирует правильный синтез белков, что выражается в различных метаболических процессах и в каждой из определяющих нас частей нашего тела, поскольку они составляют 50% сухого веса почти любой ткани.

Таким образом, экспрессия ДНК (генотип) через клеточные механизмы порождает наши черты. внешние (фенотип), характеристики, которые делают нас такими, какие мы есть, как индивидуально, так и разновидность. Иногда объяснение огромных явлений лежит в понимании гораздо меньших вещей.

Библиографические ссылки:

• Нуклеиновые кислоты, Университет Валенсии.
• Генетический код, Национальный исследовательский институт генома человека (NIH).
• ФОКС КЕЛЛЕР, Э. в. А ТАКЖЕ. Л. Ю. Н. (2005). От нуклеотидных последовательностей к системной биологии. наук, (077).
• Спалвьери, член парламента. и Ротенберг, Р.Г. (2004). Геномная медицина: применение однонуклеотидного полиморфизма и ДНК-микрочипов. Медицина (Буэнос-Айрес), 64 (6): стр. 533 - 542.