Планетадагы бардык тиричилик ядродогу генетикалык маалыматтан улам уюшкандыгын сактап турган көптөгөн клеткалардан турат. Ал мономердик бирдиктерден - нуклеотиддерден турган татаал жогорку молекулалуу бирикмелер - нуклеиндик кислоталар аркылуу сакталат, ишке ашырылат жана берилет. Нуклеиндик кислоталардын ролун жогору баалоого болбойт. Алардын структурасынын туруктуулугу организмдин нормалдуу тиричилик активдүүлүгүн аныктайт жана структурадагы ар кандай четтөөлөр сөзсүз түрдө клетканын түзүлүшүнүн, физиологиялык процесстердин активдүүлүгүнүн жана бүтүндөй клеткалардын жашоо жөндөмдүүлүгүнүн өзгөрүшүнө алып келет.
Нуклеотид түшүнүгү жана анын касиеттери
ДНКнын же РНКнын ар бир молекуласы кичинекей мономердик бирикмелерден - нуклеотиддерден чогултулган. Башкача айтканда, нуклеотид нуклеиндик кислоталардын, коферменттердин жана клетканын жашоосунун жүрүшүндө зарыл болгон башка көптөгөн биологиялык бирикмелердин курулуш материалы болуп саналат.
Булардын алмаштырылгыс негизги касиеттеринезаттар таандык кылынышы мүмкүн:
• белоктун түзүлүшү жана тукум куучулук касиеттери жөнүндө маалыматты сактоо;
• өсүү жана көбөйүүнү көзөмөлдөө;
• клеткада болуп жаткан метаболизмге жана башка көптөгөн физиологиялык процесстерге катышуу.
Нуклеотиддердин курамы
Нуклеотиддер жөнүндө сөз кылып жатып, алардын түзүлүшү жана составы сыяктуу маанилүү маселеге токтолбой коюуга болбойт.
Ар бир нуклеотид төмөнкүлөрдөн турат:
• канттын калдыгы;
• азоттук негиз;
• фосфат тобу же фосфор кислотасынын калдыгы.
Нуклеотидди татаал органикалык кошулма деп айтууга болот. Нуклеотиддик түзүлүштөгү азоттук негиздердин түрдүк курамына жана пентозанын түрүнө жараша нуклеиндик кислоталар төмөнкүлөргө бөлүнөт:
• дезоксирибонуклеиндик кислота же ДНК;
• рибонуклеиндик кислота же РНК.
Нуклеиндик кислоталардын курамы
Нуклеиндик кислоталарда кант пентоза менен көрсөтүлөт. Бул беш көмүртектүү кант, ДНКда дезоксирибоза, РНКда рибоза деп аталат. Ар бир пентозанын молекуласында беш көмүртек атому бар, алардын төртөө кычкылтек атому менен бирге беш мүчөлүү шакекти түзөт, бешинчиси HO-CH2 тобуна кирет.
Пентозанын молекуласындагы ар бир көмүртек атомунун абалы араб цифрасы менен жөнөкөй (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´) менен белгиленет. Нуклеиндик кислотанын молекуласынан тукум куучулук маалыматты окуу процесстеринин баары катуу багытка ээ болгондуктан, көмүртек атомдорунун номерлери жана алардын шакекчеде жайгашуусу туура багыттын бир түрү катары кызмат кылат.
Гидроксил тобуна ылайыкүчүнчү жана бешинчи көмүртек атомдоруна (3С´ жана 5С´) фосфор кислотасынын калдыктары кошулат. Ал ДНК менен РНКнын кислоталар тобуна химиялык тиешелүүлүгүн аныктайт.
Азоттуу негиз кант молекуласындагы биринчи көмүртек атомуна (1С´) кошулган.
Азоттуу негиздердин түрлөрүнүн курамы
Азоттук негизи боюнча ДНК нуклеотиддери төрт түр менен көрсөтүлөт:
• аденин (A);
• гуанин (G);
• цитозин (C);
• тимин (T).
Биринчи экөө пуриндер, акыркы экөө пиримидиндер. Молекулярдык салмагы боюнча пуриндер пиримидиндерден ар дайым оор.
РНК нуклеотиддери азоттук негиз менен көрсөтүлөт:
• аденин (A);
• гуанин (G);
• цитозин (C);
• урацил (U).
Урацил, тимин сыяктуу, пиримидин негизи.
Илимий адабияттарда азоттук негиздердин башка аталышын көбүнчө латын тамгалары менен табууга болот (A, T, C, G, U).
Келгиле, пуриндердин жана пиримидиндердин химиялык түзүлүшүнө кененирээк токтололу.
Пиримидиндер, атап айтканда, цитозин, тимин жана урацил, эки азот атому жана төрт көмүртек атому менен көрсөтүлүп, алты мүчөлүү шакекти түзүшөт. Ар бир атомдун 1ден 6га чейинки өз саны бар.
Пуриндер (аденин жана гуанин) пиримидин менен имидазолдон же эки гетероциклден турат. Пурин базасы молекуласы төрт азот атому жана беш көмүртек атому менен көрсөтүлгөн. Ар бир атом 1ден 9га чейин номерленген.
Азоттун кошулушунун натыйжасындабаза жана пентозанын калдыктары нуклеозидди түзөт. Нуклеотид - нуклеозид менен фосфат тобунун айкалышы.
Фосфодиэфир байланыштарынын түзүлүшү
Нуклеотиддер полипептиддик чынжыр менен кантип биригет жана нуклеин кислотасынын молекуласын түзүшөт деген суроону түшүнүү маанилүү. Бул фосфодиэфир байланыштары деп аталган байланыштардан улам болот.
Эки нуклеотиддин өз ара аракеттенүүсү динуклеотидди берет. Жаңы бирикменин пайда болушу конденсация жолу менен, фосфодиэфир байланышы бир мономердин фосфат калдыгы менен башкасынын пентозанын гидрокси тобунун ортосунда пайда болгондо болот.
Полинуклеотиддин синтези бул реакциянын кайталанып кайталанышы (бир нече миллион жолу). Полинуклеотиддик чынжыр канттын үчүнчү жана бешинчи көмүртектеринин (3С´ жана 5С´) ортосундагы фосфодиэстер байланыштарынын түзүлүшү аркылуу түзүлөт.
Полинуклеотиддердин жыйындысы – бул ДНК-полимераза ферментинин катышуусу менен болгон татаал процесс, ал чынжырдын бир учунан (3´) эркин гидрокси тобу менен гана өсүшүн камсыз кылат.
ДНК молекуласынын түзүлүшү
ДНК молекуласы, белок сыяктуу, биринчилик, экинчилик жана үчүнчү даражадагы түзүлүшкө ээ болушу мүмкүн.
ДНК чынжырындагы нуклеотиддердин ырааттуулугу анын негизги түзүлүшүн аныктайт. Экинчилик структура суутек байланыштары аркылуу түзүлөт, алар толуктоо принцибине негизделген. Башкача айтканда, ДНКнын кош спиралынын синтези учурунда белгилүү бир схема иштейт: бир чынжырдагы аденин экинчи чынжырдын тиминине, гуанин цитозинге туура келет жана тескерисинче. Аденин жана тимин же гуанин жана цитозин жуптарыбиринчисинде экөө жана акыркы учурда үчөө суутек байланыштарынын эсебинен түзүлөт. Нуклеотиддердин мындай байланышы чынжырлардын ортосундагы бекем байланышты жана алардын ортосундагы бирдей аралыкты камсыз кылат.
Бир ДНК тилкесинин нуклеотиддер ырааттуулугун билип, экинчисин толуктоо же кошуу принциби менен бүтүрө аласыз.
ДНКнын үчүнчү структурасы комплекстүү үч өлчөмдүү байланыштар аркылуу түзүлөт, бул анын молекуласын компакттуу жана кичинекей клетканын көлөмүнө бата алат. Ошентип, мисалы, E. coli ДНКсынын узундугу 1 ммден ашык, ал эми клетканын узундугу 5 микрондон аз.
ДНКдагы нуклеотиддердин саны, тактап айтканда, алардын сандык катышы Чергафф эрежесине баш ийет (пуриндик негиздер ар дайым пиримидиндик негиздер санына барабар). Нуклеотиддердин ортосундагы аралык алардын молекулалык салмагы сыяктуу 0,34 нмге барабар туруктуу чоңдук.
РНК молекуласынын түзүлүшү
РНК пентозанын (бул учурда рибоза) жана фосфат калдыктарынын ортосундагы коваленттик байланыштар аркылуу түзүлгөн бир полинуклеотиддик чынжыр менен көрсөтүлөт. Ал узундугу боюнча ДНКдан бир топ кыска. Нуклеотиддеги азоттук негиздердин түр курамында да айырмачылыктар бар. РНКда тиминдин пиримидиндик негизинин ордуна урацил колдонулат. Организмде аткарган кызматтарына жараша РНК үч түрдүү болот.
• Рибосомалык (рРНК) - адатта 3000ден 5000ге чейин нуклеотиддерди камтыйт. Керектүү структуралык компонент катары клеткадагы эң маанилүү процесстердин бири болгон рибосомалардын активдүү борборун түзүүгө катышат.- белок биосинтези.
• Ташуу (тРНК) - орто эсеп менен 75 - 95 нуклеотидден турат, рибосомадагы полипептиддердин синтези өтүүчү жерге керектүү аминокислотаны өткөрөт. тРНКнын ар бир түрү (кеминде 40) мономерлердин же нуклеотиддердин өзүнүн уникалдуу ырааттуулугуна ээ.
• Маалыматтык (мРНК) - нуклеотиддердин курамы боюнча өтө ар түрдүү. Генетикалык маалыматты ДНКдан рибосомаларга өткөрүп берет, белок молекуласынын синтези үчүн матрица катары иштейт.
Нуклеотиддердин организмдеги ролу
Клеткадагы нуклеотиддер бир катар маанилүү функцияларды аткарышат:
• нуклеиндик кислоталар үчүн курулуш материалы катары колдонулат (пурин жана пиримидин сериясынын нуклеотиддери);
• клеткадагы көптөгөн метаболизм процесстерине катышат;
• ATPдин бир бөлүгү - клеткалардагы энергиянын негизги булагы;
• клеткалардагы редукциялык эквиваленттердин алып жүрүүчүсү (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• биорегуляторлордун функциясын аткарат;
• клеткадан тышкаркы үзгүлтүксүз синтездин экинчи кабарчысы катары каралышы мүмкүн (мисалы, cAMP же cGMP).
Нуклеотид – мономердик бирдик, ал татаал кошулмаларды – нуклеиндик кислоталарды түзөт, ансыз генетикалык маалыматты берүү, аны сактоо жана көбөйтүү мүмкүн эмес. Эркин нуклеотиддер - клеткалардын жана бүтүндөй организмдин нормалдуу иштешин колдогон сигнал берүү жана энергетикалык процесстерге катышкан негизги компоненттер.
