Ribonucleotide

În biochimie , o ribonucleotidă este o nucleotidă care conține riboză ca componentă pentoză . Este considerat precursorul molecular al acizilor nucleici . Nucleotidele sunt blocurile de bază ale ADN-ului și ARN -ului . Ribonucleotidele în sine sunt blocurile monomerice de bază pentru ARN. Dezoxiribonucleotidele , rezultate din reducerea ribonucleotidelor de către enzima ribonucleotide reductază (RNR), sunt blocuri importante ale ADN-ului [1] . Există mai multe diferențe între deoxiribonucleotidele ADN și ribonucleotidele ARN. Nucleotidele secvenţiale sunt legate între ele prin legături fosfodiester.

Ribonucleotidele sunt, de asemenea, utilizate în alte funcții celulare. Acești monomeri speciali sunt utilizați atât în ​​reglarea celulară, cât și în semnalizarea celulară, așa cum se arată în adenozin monofosfat (AMP). În plus, ribonucleotidele pot fi transformate în adenozin trifosfat (ATP), echivalentul energetic în organisme. Ribonucleotidele pot fi transformate în adenozin monofosfat ciclic (AMP ciclic) pentru a regla hormonii din organisme [1] . În organismele vii, cele mai comune baze pentru ribonucleotide sunt adenina (A), guanina (G), citozina (C) sau uracilul (U). Bazele azotate sunt împărțite în doi compuși părinte, purină și pirimidină .

Clădire

Structura generală

Compoziția ribonucleotidelor include: un reziduu de acid fosforic , un zahăr pentoză de riboză și o bază azotată , în care baza nucleică poate fi adenină, guanină, citozină sau uracil. Fără gruparea fosfat, compoziția scheletului nucleic și a zahărului este cunoscută sub numele de nucleozidă . Bazele nucleice azotate interschimbabile sunt derivate din doi compuși părinte, purină și pirimidină. Nucleotidele sunt compuși heterociclici, adică conțin cel puțin două elemente chimice diferite ca membri ai inelelor lor.

Atât ARN-ul, cât și ADN-ul conțin două baze purinice bazice, adenină (A) și guanină (G) și două pirimidine bazice. Atât în ​​ADN, cât și în ARN, una dintre pirimidine este citozina (C). Cu toate acestea, ADN-ul și ARN-ul diferă în a doua pirimidină majoră. ADN-ul conține timină (T), iar ARN-ul conține uracil (U). În unele cazuri rare, timina se găsește în ARN și uracil se găsește în ADN. Iată cele 4 ribonucleotide de bază (ribonucleozidă 5'-monofosfat) care sunt blocurile de bază ale ARN-ului.

Comparația dezoxiribonucleotidelor ADN și ribonucleotidelor ARN

În ribonucleotide, componenta zahăr este riboza, în timp ce în dezoxiribonucleotide, componenta zahăr este dezoxiriboza. În loc de o grupare hidroxil la al doilea carbon din ciclul ribozei, aceasta este înlocuită cu un atom de hidrogen [2] .

Ambele tipuri de pentoze din ADN și ARN sunt sub formă de β-furanoză (un inel închis cu cinci membri) și determină identitatea acidului nucleic. ADN-ul este definit ca conține un acid nucleic 2’-deoxi-riboză, în timp ce ARN este definit ca conține un acid nucleic riboză [1] .

În unele cazuri, ADN-ul și ARN-ul pot conține câteva baze minore. Formele metilate ale bazelor bazice sunt cele mai frecvente în ADN. În ADN-ul viral, unele baze pot fi hidroximetilate sau glucozilate. În ARN, bazele minore sau modificate sunt mai frecvente. Câteva exemple includ hipoxantina, dihidrouracilul, formele metilate de uracil, citozină și guanină și pseudouridină nucleozidă modificată [3] . Au fost de asemenea observate nucleotide cu grupări fosfat în alte poziții decât carbonul 5’. Exemplele includ ribonucleozidul 2', monofosfaţii 3'-ciclici, care sunt intermediari izolaţi, şi ribonucleozidul 3'-monofosfaţi, care sunt produşi finali ai hidrolizei ARN de către anumite ribonucleaze. Alte variante includ adenozină 3',5'-monofosfat ciclic (cAMP) şi guanozină 3',5'-monofosfat ciclic (cGMP) [4] .

Legarea secvenţială a nucleotidelor

Ribonucleotidele sunt legate între ele pentru a forma lanțuri de ARN prin legături fosfodiester. Gruparea 5’-fosfat a unei nucleotide este legată de gruparea 3’-hidroxil a următoarei nucleotide, creând o coloană vertebrală de reziduuri alternante de fosfat și pentoză. Nu există nicio legătură fosfodiesterică la fiecare capăt al polinucleotidei [5] . Legăturile fosfodiesterice se formează între ribonucleotide de către enzima ARN polimeraza. Catena de ARN este sintetizata de la capatul 5' la capatul 3', deoarece gruparea hidroxil 3' a ultimei ribonucleotide din lantul actioneaza ca un nucleofil si lanseaza un atac hidrofil asupra trifosfatului 5' al ribonucleotidei de intrare, eliberand pirofosfat. ca produs secundar [6] . Datorită proprietăților fizice ale nucleotidelor, coloana vertebrală a ARN este foarte hidrofilă și polară. La pH neutru, acizii nucleici sunt foarte încărcați deoarece fiecare grupare fosfat poartă o sarcină negativă [7] .

Atât ADN-ul, cât și ARN-ul sunt construite din fosfați nucleozidici, cunoscuți și sub numele de monomeri mononucleotidici, care din punct de vedere termodinamic sunt mai puțin probabil să se combine decât aminoacizii. Legăturile fosfodiesterice în timpul hidrolizei eliberează o cantitate semnificativă de energie liberă. Prin urmare, acizii nucleici tind să se hidrolizeze spontan în mononucleotide. Precursorii ARN sunt GTP, CTP, UTP și ATP, care sunt principala sursă de energie în reacțiile de transfer de grup [8] .

Funcția

Precursori de dezoxiribonucleotide[editare]

Oamenii de știință cred că ARN-ul a apărut înaintea ADN-ului.

Reducerea ribonucleotidelor la dezoxiribonucleotide este catalizată de ribonucleotid reductază. Ribonucleotid reductaza (RNR) este o enzimă importantă pentru toate organismele vii, deoarece este responsabilă pentru ultimul pas în sinteza a patru dezoxiribonucleotide (dNTP) necesare pentru replicarea și repararea ADN-ului [9] . Reacția necesită și alte două proteine: tioredoxină și tioredoxin-reductază. Ribonucleozidul difosfat (NDP) este redus de tioredoxină la deoxiribonucleozid difosfat (dNTP).

Reacția generală este următoarea: ribonucleozidă difosfat + NADPH + H + -> dezoxiribonucleozidă difosfat + NADP + + H 2 O [10] .

Pentru a ilustra această ecuație, dATP și dGTP sunt sintetizate din ADP și, respectiv, GDP. Ele sunt mai întâi reduse de RNR și apoi fosforilate de nucleozide difosfat kinaze la dATP și dGTP. Ribonucleotid reductaza este controlată prin interacțiuni alosterice . Odată ce dATP se leagă de ribonucleotid reductază, activitatea catalitică globală a enzimei scade, deoarece aceasta înseamnă o abundență de dezoxiribonucleotide. Această inhibare a feedback-ului este inversată de îndată ce ATP se leagă [11] .

Discriminarea ribonucleotidelor

În timpul sintezei ADN, ADN-polimerazele trebuie să selecteze componente împotriva ribonucleotidelor, care sunt prezente la concentrații mult mai mari decât dezoxiribonucleotidele. Este esențial să existe selectivitate, deoarece replicarea ADN-ului trebuie să fie precisă pentru a menține genomul unui organism. S-a demonstrat că situsurile active ale ADN polimerazelor din familia Y sunt responsabile pentru menținerea selectivității ridicate pentru ribonucleotide [12] . Majoritatea ADN polimerazelor sunt, de asemenea, echipate pentru a exclude ribonucleotidele din situsul lor activ printr-un reziduu voluminos al lanțului lateral care poate bloca steric gruparea 2’-hidroxil a inelului de riboză. Cu toate acestea, multe ADN polimeraze replicative și reparatorii nucleare încorporează ribonucleotide în ADN [13] [14] sugerând că mecanismul de excludere este imperfect [15] .

Funcții biologice în celulă

• Necesar pentru sinteza ARN
• Multe molecule cheie din celulă sunt ribonucleotidele sau ribonucleotidele fac parte din ele, de exemplu, ATP, fosfat de piridoxal , NAD , coenzima A , FAD .

1. ↑ 1 2 3 Nelson, David. Principiile Lehninger ale biochimiei. — W. H. Freeman and Co., 2008. — P. 272–273.
2. ↑ EA Newsholme. Biochimia funcțională în sănătate și boală . - Chichester, Marea Britanie: Wiley-Blackwell, 2009. - xvi, 543 pagini p. - ISBN 978-0-471-98820-5 , 0-471-98820-0, 978-0-471-93165-2, 0-471-93165-9.
3. ↑ Das, Debajyoti. biochimie. - Bimal Kumar Dhur de la Academic Publishers, 2010.
4. ↑ Michael M. Cox. Principiile Biochimiei . - WH Freeman & Co, 2008. - 1158 pagini p. - ISBN 978-1-4292-2263-1 , 1-4292-2263-8, 978-0-230-22699-9, 0-230-22699-X.
5. ↑ Kenneth W. Raymond. Chimie generală, organică și biologică: o abordare integrată . — Ed. a 3-a. — Hoboken, NJ: Wiley, 2010. — Getr. Zahlung. Cu. - ISBN 978-0-470-50476-5 , 0-470-50476-5, 978-0-470-55124-0, 0-470-55124-0.
6. ↑ Enciclopedia de birou a microbiologiei . — Ed. I. - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2004. - 1 resursă online (1149 pagini) p. - ISBN 978-0-08-047246-1 , 0-08-047246-X, 1-280-96697-1, 978-1-280-96697-2, 9786610966974, 6610966974.
7. ↑ Biologie moleculară . — Ed. a 3-a. — New York, NY: Taylor & Francis, 2005. — xiv, 370 pagini p. - ISBN 0-415-35167-7 , 978-0-415-35167-6.
8. ↑ Nelson, David. Principiile Lehninger ale biochimiei. — W. H. Freeman and Co, 2008. — P. 274–275.
9. ↑ Maria del Mar Cendra, Antonio Juárez, Eduard Torrents. Biofilmul modifică expresia genelor ribonucleotid reductazei în Escherichia coli  // PloS One. - 2012. - Vol. 7 , nr. 9 . — S. e46350 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0046350 .
10. ↑ Mary K. Campbell. biochimie . — Ed. a VII-a. - Belmont, CA: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2012. - 1 volum (diverse pagini) p. - ISBN 978-0-8400-6858-3 , 0-8400-6858-1, 978-1-111-42564-7, 1-111-42564-7.
11. ↑ Jeremy M. Berg. biochimie . — Ed. a VI-a. - New York: WH Freeman, 2007. - 1 volum (diverse pagini) p. - ISBN 0-7167-8724-5 , 978-0-7167-8724-2, 0-7167-6766-X, 978-0-7167-6766-4.
12. ↑ Kevin N. Kirouac, Zucai Suo, Hong Ling. Mecanismul structural al discriminării ribonucleotidelor de către o ADN polimerază din familia Y  //  Journal of Molecular Biology. — 2011-04. — Vol. 407 , iss. 3 . — P. 382–390 . - doi : 10.1016/j.jmb.2011.01.037 .
13. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Dinesh Kumar, Alan B. Clark, Danielle L. Watt, Brian E. Watts. Instabilitatea genomului din cauza încorporării ribonucleotidelor în ADN  // Nature Chemical Biology. — 2010-10. - T. 6 , nr. 10 . — S. 774–781 . — ISSN 1552-4469 . - doi : 10.1038/nchambio.424 .
14. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Brian E. Watts, Dinesh Kumar, Danielle L. Watt, Else-Britt Lundström. Încorporarea abundentă de ribonucleotide în ADN de către polimerazele replicative de drojdie  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. — 16-03-2010. - T. 107 , nr. 11 . — S. 4949–4954 . — ISSN 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.0914857107 .
15. ↑ Rajesh Kasiviswanathan, William C. Copeland. Discriminarea ribonucleotidelor și transcrierea inversă de către polimeraza ADN mitocondrială umană  // Jurnalul de chimie biologică. — 09-09-2011. - T. 286 , nr. 36 . — S. 31490–31500 . — ISSN 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M111.252460 .