Toda a vida no planeta consiste em muitas células que mantêm a ordem de sua organização devido à informação genética contida no núcleo. Ele é armazenado, implementado e transmitido por compostos complexos de alto peso molecular - ácidos nucleicos, consistindo de unidades monoméricas - nucleotídeos. O papel dos ácidos nucleicos não pode ser superestimado. A estabilidade de sua estrutura determina a atividade vital normal do organismo, e quaisquer desvios na estrutura inevitavelmente levarão a uma mudança na organização celular, na atividade dos processos fisiológicos e na viabilidade das células como um todo.
O conceito de nucleotídeo e suas propriedades
Cada molécula de DNA ou RNA é montada a partir de compostos monoméricos menores - nucleotídeos. Em outras palavras, um nucleotídeo é um material de construção para ácidos nucleicos, coenzimas e muitos outros compostos biológicos que são essenciais para uma célula no decorrer de sua vida.
Para as principais propriedades desses insubstituíveissubstâncias podem ser atribuídas:
• armazenamento de informações sobre a estrutura da proteína e características herdadas;
• controle sobre o crescimento e reprodução;
• participação no metabolismo e muitos outros processos fisiológicos que ocorrem na célula.
Composição de nucleotídeos
Falando em nucleotídeos, não podemos deixar de nos debruçar sobre uma questão tão importante quanto sua estrutura e composição.
Cada nucleotídeo consiste em:
• resíduo de açúcar;
• base nitrogenada;
• grupo fosfato ou resíduo de ácido fosfórico.
Pode-se dizer que um nucleotídeo é um composto orgânico complexo. Dependendo da composição das espécies das bases nitrogenadas e do tipo de pentose na estrutura do nucleotídeo, os ácidos nucleicos são divididos em:
• ácido desoxirribonucleico, ou DNA;
• ácido ribonucleico, ou RNA.
Composição de ácidos nucleicos
Em ácidos nucleicos, o açúcar é representado por pentose. Este é um açúcar de cinco carbonos, no DNA é chamado de desoxirribose, no RNA é chamado de ribose. Cada molécula de pentose tem cinco átomos de carbono, quatro dos quais, juntamente com um átomo de oxigênio, formam um anel de cinco membros, e o quinto faz parte do grupo HO-CH2.
A posição de cada átomo de carbono em uma molécula de pentose é indicada por um algarismo arábico com um primo (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Como todos os processos de leitura de informações hereditárias de uma molécula de ácido nucleico têm uma direção estrita, a numeração dos átomos de carbono e sua disposição no anel servem como uma espécie de indicador da direção correta.
De acordo com o grupo hidroxila paraum resíduo de ácido fosfórico é ligado ao terceiro e quinto átomos de carbono (3С´ e 5С´). Determina a afiliação química de DNA e RNA ao grupo de ácidos.
Uma base nitrogenada é ligada ao primeiro átomo de carbono (1С´) em uma molécula de açúcar.
Composição de espécies de bases nitrogenadas
Os nucleotídeos de DNA por base nitrogenada são representados por quatro tipos:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citosina (C);
• timina (T).
As duas primeiras são purinas, as duas últimas são pirimidinas. Por peso molecular, as purinas são sempre mais pesadas que as pirimidinas.
nucleotídeos de RNA por base nitrogenada são representados por:
• adenina (A);
• guanina (G);
• citosina (C);
• uracil (U).
Uracil, como a timina, é uma base de pirimidina.
Na literatura científica, muitas vezes pode-se encontrar outra designação de bases nitrogenadas - em letras latinas (A, T, C, G, U).
Vamos nos aprofundar na estrutura química das purinas e pirimidinas.
Pirimidinas, ou seja, citosina, timina e uracila, são representadas por dois átomos de nitrogênio e quatro átomos de carbono, formando um anel de seis membros. Cada átomo tem seu próprio número de 1 a 6.
Purinas (adenina e guanina) consistem em pirimidina e imidazol ou dois heterociclos. A molécula de base purina é representada por quatro átomos de nitrogênio e cinco átomos de carbono. Cada átomo é numerado de 1 a 9.
Como resultado da conexão de nitrogêniouma base e um resíduo de pentose formam um nucleosídeo. Um nucleotídeo é uma combinação de um nucleosídeo e um grupo fosfato.
Formação de ligações fosfodiéster
É importante entender a questão de como os nucleotídeos estão conectados em uma cadeia polipeptídica e formam uma molécula de ácido nucleico. Isso acontece devido às chamadas ligações fosfodiéster.
A interação de dois nucleotídeos dá um dinucleotídeo. A formação de um novo composto ocorre por condensação, quando ocorre uma ligação fosfodiéster entre o resíduo fosfato de um monômero e o grupo hidroxila da pentose de outro.
Síntese de um polinucleotídeo é a repetição repetida desta reação (vários milhões de vezes). A cadeia polinucleotídica é construída através da formação de ligações fosfodiéster entre o terceiro e o quinto carbonos dos açúcares (3С´ e 5С´).
A montagem de polinucleotídeos é um processo complexo que ocorre com a participação da enzima DNA polimerase, que garante o crescimento da cadeia apenas a partir de uma extremidade (3´) com um grupo hidroxila livre.
Estrutura da molécula de DNA
Uma molécula de DNA, como uma proteína, pode ter uma estrutura primária, secundária e terciária.
A sequência de nucleotídeos em uma cadeia de DNA determina sua estrutura primária. A estrutura secundária é formada por ligações de hidrogênio, que se baseiam no princípio da complementaridade. Em outras palavras, durante a síntese da dupla hélice do DNA, um certo padrão opera: adenina de uma cadeia corresponde à timina da outra, guanina à citosina e vice-versa. Pares de adenina e timina ou guanina e citosinasão formados devido a duas no primeiro e três no último caso ligações de hidrogênio. Essa conexão de nucleotídeos fornece uma forte ligação entre as cadeias e uma distância igual entre elas.
Conhecendo a sequência de nucleotídeos de uma fita de DNA, você pode completar a segunda pelo princípio da complementaridade ou adição.
A estrutura terciária do DNA é formada por ligações tridimensionais complexas, o que torna sua molécula mais compacta e capaz de caber em um pequeno volume celular. Assim, por exemplo, o comprimento do DNA de E. coli é maior que 1 mm, enquanto o comprimento da célula é menor que 5 mícrons.
O número de nucleótidos no ADN, nomeadamente a sua proporção quantitativa, obedece à regra de Chergaff (o número de bases purinas é sempre igual ao número de bases pirimidinas). A distância entre os nucleotídeos é um valor constante igual a 0,34 nm, assim como seu peso molecular.
A estrutura da molécula de RNA
RNA é representado por uma única cadeia polinucleotídica formada por ligações covalentes entre uma pentose (neste caso, ribose) e um resíduo de fosfato. É muito mais curto do que o DNA em comprimento. Existem também diferenças na composição de espécies de bases nitrogenadas no nucleotídeo. No RNA, o uracil é usado em vez da base pirimidina da timina. Dependendo das funções desempenhadas no corpo, o RNA pode ser de três tipos.
• Ribossomal (rRNA) - geralmente contém de 3.000 a 5.000 nucleotídeos. Como componente estrutural necessário, participa da formação do centro ativo dos ribossomos, local de um dos processos mais importantes da célula- biossíntese de proteínas.
• Transporte (tRNA) - consiste em uma média de 75 - 95 nucleotídeos, transfere o aminoácido desejado para o local de síntese do polipeptídeo no ribossomo. Cada tipo de tRNA (pelo menos 40) tem sua própria sequência única de monômeros ou nucleotídeos.
• Informacional (mRNA) - muito diversa na composição de nucleotídeos. Transfere a informação genética do DNA para os ribossomos, atua como matriz para a síntese de uma molécula de proteína.
O papel dos nucleotídeos no corpo
Nucleotídeos na célula executam várias funções importantes:
• são usados como blocos de construção para ácidos nucléicos (nucleotídeos das séries das purinas e pirimidinas);
• estão envolvidos em muitos processos metabólicos na célula;
• fazem parte do ATP - a principal fonte de energia nas células;
• atuam como carreadores de equivalentes redutores nas células (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• desempenham a função de biorreguladores;
• podem ser considerados como segundos mensageiros extracelulares de síntese regular (por exemplo, cAMP ou cGMP).
Nucleotídeo é uma unidade monomérica que forma compostos mais complexos - ácidos nucléicos, sem os quais a transferência da informação genética, seu armazenamento e reprodução é impossível. Os nucleotídeos livres são os principais componentes envolvidos nos processos de sinalização e energia que suportam o funcionamento normal das células e do corpo como um todo.
