نوکلئوتید چیست؟

نوکلئوتید ها علاوه بر اینکه آجرهای ساختمانی اسید نوکلئیک هستند، در متابولیسم انرژی، تولید ترکیبات فعال و انتقال پیام در سلول نقش دارند.

ساختمان نوکلئوتید

ساختمان هر نوکلئوتید از سه بخش باز آلی ( نوکلئوباز)، قند و فسفات تشکیل شده است که بسته به نوع باز و قند، تعداد و نحوه اتصال گروه های فسفات به قند، انواع نوکلئوتید ایجاد می‌شود.

باز آلی(نوکلئوباز)

باز آلی، حلقه های آروماتیک هتروسیلیک هستند که از اتم های کربن و نیتروژن ساخته شده اند و از نظر ساختمانی به دو گروه پیریمیدینی و پورینی تقسیم می‌شوند.

نوکلئوباز پیریمیدینی

در ساختمان اسیدهای نوکلوئیک، سه باز معمول سیتوزین(2-اکسی، 4-آمینوپیریمیدین)، اوراسیل (2,4-دی اکسی پیریمیدین) و تیمیدین ( 2،4-دی اکسی-5-متیل پیریمیدین) وجود دارد.سیتوزین هم در ساختمان DNA و هم در RNA وجود داشته درحالی که معمولا، تیمیدین در DNA و اوراسیل در RNA دیده می‌شود.

باز پورینی

از اتصال دو حلقه پیریمیدین و ایمیدازول به یکدیگر، باز های پورینی به وجود می‌آید:

• آدنین(6-آمینوپورین); در ساختمان DNA,RNA
• گوانین(2-آمینو، 6-اکسی پورین);در ساختمان DNA,RNA
• هیپوگزانتین (6-اکسی پورین); ترکیب واسط در سنتز آدنین و گوانین
• گزانتین (2، 6-دی اکسی پورین); ترکیب واسط در سنتز آدنین و گوانین
• اسید اوریک (2،6،8-تری اکسی پورین); محصول دفعی باز های پورین

نوکلئوزید

با اتصال باز آلی به قند 5 کربنه D-β-ریبوفورانوز یا D-β-2-داکسی ریبوفورانوز توسط پیوند گلیکوزیدی بین کربن 1′ قند و نیتروژن شماره 1 باز پیریمیدین یا 9 باز پورین، نوکلئوزید ایجاد می‌شود.

نوکلئوتید

از اتصال گروه فسفات به نوکلئوزید، نوکلئوتید ساخته می‌شود که به سه فرم نوکلئوزید مونو فسفات، نوکلئوزید دی فسفات و نوکلئوزید تری فسفات وجود دارند. اتصال گروه فسفات در اکثر نوکلئوتید های موجود در سلول، به کربن شماره 5′ قند ریبوز یا دئوکسی ریبوز صورت گرفته در نتیجه به 5′-نوکلئوتید، به طور کلی نوکلئوتید گفته می‌شود; هر چند که 3′-نوکلئوتید، 2′-نوکلئوتید و 3′,5′-نوکلئوتید حلقوی نیز در سلول وجود دارند.

پیوند بین اولین گروه فسفات( فسفات α) با قند ریبوز یا داکسی ریبوز، از نوع پیوند فسفواستر کم انرژی بوده اما فسفات دوم (β) و فسفات سوم (γ) توسط پیوند پرانرژی پیروفسفات متصل شده اند اکه شکستن این دو پیوند، انرژی تعداد زیادی از واکنش های زیستی را تامین می‌کند.

بار منفی نوکلئوتیدها

از آنجایی که pK1 و pK2 گروه های فسفات در نوکئوتید، 1و 6.2 هستند، در pH فیزیولوژیک، نوکلئوتید ها بار منفی داشته و به صورت آنیونی وجود دارند. از آنجایی که این بار منفی، در ساختمان DNA، دافعه ایجاد می‌کنند، وجود پروتئین های با بار مثبت مثل هیستون ها در فولدینگ DNA و کروموزوم ها نقش مهمی ایفا می‌کنند.

جمع بندی

نوکلئوتیدها از مهم‌ترین ترکیبات زیستی سلول هستند و علاوه بر اینکه واحدهای سازنده اسیدهای نوکلئیک مانند DNA و RNA محسوب می‌شوند، در فرایندهای مهمی مانند متابولیسم انرژی، انتقال پیام‌های سلولی و سنتز ترکیبات زیستی نیز نقش دارند. هر نوکلئوتید از سه بخش اصلی شامل یک باز آلی یا نوکلئوباز، یک قند پنج‌کربنه و یک یا چند گروه فسفات تشکیل شده است.

نوکلئوبازها از نظر ساختاری به دو گروه اصلی پورینی و پیریمیدینی تقسیم می‌شوند. آدنین و گوانین از بازهای پورینی و سیتوزین، اوراسیل و تیمین از بازهای پیریمیدینی هستند. اتصال یک نوکلئوباز به قند ریبوز یا دئوکسی‌ریبوز، نوکلئوزید را ایجاد می‌کند و با اضافه شدن گروه فسفات به نوکلئوزید، نوکلئوتید تشکیل می‌شود. نوکلئوتیدها می‌توانند به صورت مونوفسفات، دی‌فسفات یا تری‌فسفات وجود داشته باشند.

گروه‌های فسفات همچنین موجب ایجاد بار منفی در نوکلئوتیدها در pH فیزیولوژیک می‌شوند. این ویژگی در ساختار و بسته‌بندی DNA اهمیت زیادی دارد و برهم‌کنش DNA با پروتئین‌های دارای بار مثبت، از جمله هیستون‌ها، به سازمان‌دهی و فشرده شدن DNA کمک می‌کند. بنابراین، نوکلئوتیدها علاوه بر نقش اساسی در ذخیره و انتقال اطلاعات ژنتیکی، در بسیاری از فرایندهای حیاتی سلول نیز مشارکت دارند.