Ribonukleotid

I biokemi er et ribonukleotid et nukleotid , der indeholder ribose som dets pentosekomponent . Det betragtes som den molekylære forløber for nukleinsyrer . Nukleotider er de grundlæggende byggesten i DNA og RNA . Ribonukleotider er selv de grundlæggende monomere byggesten for RNA. Deoxyribonukleotider , som er et resultat af reduktionen af ​​ribonukleotider med enzymet ribonukleotidreduktase (RNR), er vigtige byggesten i DNA [1] . Der er flere forskelle mellem DNA-deoxyribonukleotider og RNA-ribonukleotider. Sekventielle nukleotider er bundet til hinanden ved hjælp af phosphodiesterbindinger.

Ribonukleotider bruges også i andre cellulære funktioner. Disse specielle monomerer bruges i både cellulær regulering og cellesignalering som vist i adenosinmonofosfat (AMP). Derudover kan ribonukleotider omdannes til adenosintrifosfat (ATP), energiækvivalenten i organismer. Ribonukleotider kan omdannes til cyklisk adenosinmonofosfat (cyklisk AMP) for at regulere hormoner i organismer [1] . I levende organismer er de mest almindelige baser for ribonukleotider adenin (A), guanin (G), cytosin (C) eller uracil (U). Nitrogenholdige baser er opdelt i to moderforbindelser, purin og pyrimidin .

Bygning

Generel struktur

Sammensætningen af ​​ribonukleotider omfatter: en phosphorsyrerest , et pentosesukker af ribose og en nitrogenholdig base , hvori nukleinbasen kan være adenin, guanin, cytosin eller uracil. Uden fosfatgruppen er sammensætningen af ​​nukleinske rygrad og sukker kendt som nukleosidet . Udskiftelige nitrogenholdige nukleinbaser er afledt af to moderforbindelser, purin og pyrimidin. Nukleotider er heterocykliske forbindelser, hvilket betyder, at de indeholder mindst to forskellige kemiske elementer som medlemmer af deres ringe.

Både RNA og DNA indeholder to grundlæggende purinbaser, adenin (A) og guanin (G), og to grundlæggende pyrimidiner. I både DNA og RNA er en af ​​pyrimidinerne cytosin (C). Imidlertid adskiller DNA og RNA sig i den anden store pyrimidin. DNA indeholder thymin (T) og RNA indeholder uracil (U). I nogle sjældne tilfælde findes thymin i RNA, og uracil findes i DNA. Her er de 4 grundlæggende ribonukleotider (ribonukleosid 5'-monophosphat), som er byggestenene i RNA.

Sammenligning af DNA-deoxyribonukleotider og RNA-ribonukleotider

I ribonukleotider er sukkerkomponenten ribose, mens sukkerkomponenten i deoxyribonukleotider er deoxyribose. I stedet for en hydroxylgruppe ved det andet kulstof i riboseringen er den erstattet af et hydrogenatom [2] .

Begge typer pentoser i DNA og RNA er i form af β-furanose (en lukket fem-leddet ring), og de bestemmer identiteten af ​​nukleinsyren. DNA er defineret som indeholdende en 2'-deoxy-ribose-nukleinsyre, mens RNA er defineret som indeholdende en ribose-nukleinsyre [1] .

I nogle tilfælde kan DNA og RNA indeholde nogle mindre baser. Methylerede former af basiske baser er de mest almindelige i DNA. I viralt DNA kan nogle baser være hydroxymethylerede eller glucosylerede. I RNA er mindre eller modificerede baser mere almindelige. Nogle eksempler omfatter hypoxanthin, dihydrouracil, methylerede former af uracil, cytosin og guanin og det modificerede nukleosid pseudouridin [3] . Nukleotider med phosphatgrupper i andre positioner end 5'-carbonet er også blevet observeret. Eksempler omfatter ribonukleosid 2', 3'-cykliske monophosphater, som er isolatmellemprodukter, og ribonukleosid 3'-monophosphater, som er slutprodukter af RNA-hydrolyse af visse ribonukleaser. Andre varianter omfatter adenosin 3',5'-cyklisk monophosphat (cAMP) og guanosin 3',5'-cyklisk monophosphat (cGMP) [4] .

Sekventiel binding af nukleotider

Ribonukleotider er forbundet til hinanden for at danne RNA-kæder gennem phosphodiesterbindinger. 5'-phosphatgruppen i et nukleotid er bundet til 3'-hydroxylgruppen i det næste nukleotid, hvilket skaber en rygrad af alternerende fosfat- og pentoserester. Der er ingen phosphodiesterbinding i hver ende af polynukleotidet [5] . Phosphodiester-bindinger dannes mellem ribonukleotider af enzymet RNA-polymerase. RNA-strengen syntetiseres fra 5'-enden til 3'-enden, da 3'-hydroxylgruppen i det sidste ribonukleotid i kæden fungerer som en nukleofil og lancerer et hydrofilt angreb på 5'-trifosfatet af det indkommende ribonukleotid, hvorved der frigives pyrophosphat. som et biprodukt [6] . På grund af nukleotiders fysiske egenskaber er RNA-rygraden meget hydrofil og polær. Ved neutral pH er nukleinsyrer højt ladede, fordi hver fosfatgruppe bærer en negativ ladning [7] .

Både DNA og RNA er bygget af nukleosidphosphater, også kendt som mononukleotidmonomerer, som er termodynamisk mindre tilbøjelige til at kombinere end aminosyrer. Phosphodiesterbindinger under hydrolyse frigiver en betydelig mængde fri energi. Derfor har nukleinsyrer tendens til spontant at hydrolysere til mononukleotider. RNA-prækursorer er GTP, CTP, UTP og ATP, som er hovedkilden til energi i gruppeoverførselsreaktioner [8] .

Funktion

Deoxyribonukleotid-prækursorer[redigér]

Forskere mener, at RNA dukkede op før DNA.

Reduktionen af ​​ribonukleotider til deoxyribonukleotider katalyseres af ribonukleotidreduktase. Ribonukleotidreduktase (RNR) er et vigtigt enzym for alle levende organismer, fordi det er ansvarligt for det sidste trin i syntesen af ​​fire deoxyribonukleotider (dNTP'er), der kræves til DNA-replikation og reparation [9] . Reaktionen kræver også to andre proteiner: thioredoxin og thioredoxin-reduktase. Ribonukleosid-diphosphat (NDP) reduceres af thioredoxin til deoxyribonukleosid-diphosphat (dNTP).

Den generelle reaktion er som følger: ribonukleosid-diphosphat + NADPH + H + -> deoxyribonukleosid-diphosphat + NADP + + H 2 O [10] .

For at illustrere denne ligning syntetiseres dATP og dGTP fra henholdsvis ADP og GDP. De reduceres først af RNR og phosphoryleres derefter af nukleosid-diphosphatkinaser til dATP og dGTP. Ribonukleotidreduktase kontrolleres af allosteriske interaktioner . Når først dATP binder til ribonukleotidreduktase, falder den overordnede katalytiske aktivitet af enzymet, da dette betyder en overflod af deoxyribonukleotider. Denne feedback-hæmning vendes, så snart ATP binder [11] .

Diskriminering af ribonukleotider

Under DNA-syntese skal DNA-polymeraser udvælge komponenter mod ribonukleotider, som er til stede i meget højere koncentrationer end deoxyribonukleotider. Det er afgørende, at der er selektivitet, da DNA-replikation skal være nøjagtig for at opretholde en organismes genom. Det er blevet vist, at de aktive steder af DNA-polymeraser i Y-familien er ansvarlige for at opretholde høj selektivitet for ribonukleotider [12] . De fleste DNA-polymeraser er også udstyret til at udelukke ribonukleotider fra deres aktive sted via en voluminøs sidekæderest, der sterisk kan blokere 2'-hydroxylgruppen i riboseringen. Imidlertid inkorporerer mange nuklear replikative og reparations-DNA-polymeraser ribonukleotider i DNA [13] [14] , hvilket tyder på, at udelukkelsesmekanismen er ufuldkommen [15] .

Biologiske funktioner i cellen

• Nødvendig til RNA-syntese
• Mange nøglemolekyler i cellen er ribonukleotider, eller ribonukleotider er en del af dem, for eksempel ATP, pyridoxalphosphat , NAD , coenzym A , FAD .

1. ↑ 1 2 3 Nelson, David. Lehninger principper for biokemi. — W. H. Freeman og Co., 2008. — S. 272–273.
2. ↑ EA Newsholme. Funktionel biokemi i sundhed og sygdom . - Chichester, Storbritannien: Wiley-Blackwell, 2009. - xvi, 543 sider s. - ISBN 978-0-471-98820-5 , 0-471-98820-0, 978-0-471-93165-2, 0-471-93165-9.
3. ↑ Das, Debajyoti. biokemi. - Bimal Kumar Dhur fra Academic Publishers, 2010.
4. ↑ Michael M. Cox. Principper for biokemi . - WH Freeman & Co, 2008. - 1158 sider s. - ISBN 978-1-4292-2263-1 , 1-4292-2263-8, 978-0-230-22699-9, 0-230-22699-X.
5. ↑ Kenneth W. Raymond. Generel, organisk og biologisk kemi: en integreret tilgang . — 3. udg. — Hoboken, NJ: Wiley, 2010. — Getr. Zahlung. Med. - ISBN 978-0-470-50476-5 , 0-470-50476-5, 978-0-470-55124-0, 0-470-55124-0.
6. ↑ Skrivebordsleksikonet om mikrobiologi . — 1. udg. - Amsterdam: Elsevier/Academic Press, 2004. - 1 onlineressource (1149 sider) s. - ISBN 978-0-08-047246-1 , 0-08-047246-X, 1-280-96697-1, 978-1-280-96697-2, 9786610966974, 671409669.
7. ↑ Molekylærbiologi . — 3. udg. — New York, NY: Taylor & Francis, 2005. — xiv, 370 sider s. - ISBN 0-415-35167-7 , 978-0-415-35167-6.
8. ↑ Nelson, David. Lehninger principper for biokemi. — W. H. Freeman og Co, 2008. — S. 274–275.
9. ↑ Maria del Mar Cendra, Antonio Juárez, Eduard Torrents. Biofilm modificerer ekspression af ribonukleotidreduktasegener i Escherichia coli  // PloS One. - 2012. - Vol. 7 , nr. 9 . — S. e46350 . — ISSN 1932-6203 . - doi : 10.1371/journal.pone.0046350 .
10. ↑ Mary K. Campbell. biokemi . — 7. udg. - Belmont, Californien: Brooks/Cole, Cengage Learning, 2012. - 1 bind (forskellige personsøgninger) s. - ISBN 978-0-8400-6858-3 , 0-8400-6858-1, 978-1-111-42564-7, 1-111-42564-7.
11. ↑ Jeremy M. Berg. biokemi . — 6. udg. - New York: WH Freeman, 2007. - 1 bind (diverse sider) s. - 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. Strukturel mekanisme for ribonukleotiddiskriminering af en Y-familie DNA-polymerase  //  Journal of Molecular Biology. – 2011-04. — Bd. 407 , udg. 3 . — S. 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. Genom-ustabilitet på grund af ribonukleotid-inkorporering i DNA  // Nature Chemical Biology. - 2010-10. - T. 6 , nej. 10 . — S. 774–781 . — ISSN 1552-4469 . - doi : 10.1038/nchembio.424 .
14. ↑ Stephanie A. Nick McElhinny, Brian E. Watts, Dinesh Kumar, Danielle L. Watt, Else-Britt Lundström. Rigelig inkorporering af ribonukleotid i DNA af gærreplikative polymeraser  // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. - 2010-03-16. - T. 107 , nr. 11 . — S. 4949–4954 . — ISSN 1091-6490 . - doi : 10.1073/pnas.0914857107 .
15. ↑ Rajesh Kasiviswanathan, William C. Copeland. Ribonukleotiddiskrimination og omvendt transkription af den humane mitokondrielle DNA-polymerase  // The Journal of Biological Chemistry. - 09-09-2011. - T. 286 , nr. 36 . — S. 31490–31500 . — ISSN 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M111.252460 .