Nukleotiidid: erinevus redaktsioonide vahel
Eemaldatud sisu Lisatud sisu
P HC: eemaldatud Kategooria:Nukleiinhapped; lisatud Kategooria:Nukleotiidid |
Resümee puudub |
||
1. rida:
[[File:Nukleotiid.jpg|thumb|Nukleotiid, nukleosiid, lämmastikalused|600px|Nukleiinhappe struktuurielemendid. Ühendis märgitud ''nukleosiid monofosfaat'', ''nukleosiid difosfaat'' ja ''nukleosiid trifosfaat'' on kõik ''nukleotiidid''.]]
'''Nukleotiidid''' on orgaanilised molekulid, mis moodustavad suuri biopolümeere – [[nukleiinhapped|nukleiinhappeid]], näiteks [[DNA]] ja [[RNA]]. Nukleotiidi moodustab [[lämmastikalus]], [[pentoos]] ([[riboos]] või [[desoksüriboos]]) ja vähemalt üks fosfaatrühm.
Peale [[adenosiintrifosfaat|ATP]], mis on rakus üheks energia salvestajaks, on veel teisigi nukleosiidtrifosfaate ([[GTP]], [[CTP]], UTP), mis mängivad olulist rolli [[metabolism|metabolismis]].<ref name="Alberts"/> Nukleotiidid osalevad ka rakus informatsiooni vahetusel (cGMP ja [[Tsükliline adenosiinmonofosfaat|cAMP]]) ja on seotud ensümaatiliste reaktsioonidega (näiteks [[coenzyme A|koensüüm A]], [[FAD]], [[flavin mononucleotide|FMN]], [[Nicotinamide adenine dinucleotide|NAD]] ja NADP+)
==Struktuur==
Nukleotiid koosneb [[lämmastikalus|lämmastikalusest]], viiesüsinikulisest suhkrust ([[desoksüribonukleiinhape|DNA]] korral [[desoksüriboos|2-desoksüriboos]] ja [[ribonukleiinhape|RNA]] korral riboos) ning vähemalt ühest fosfaatrühmast. <ref name="Coghill"/> Ilma fosfaatrühmata kannab ühend nime [[nukleosiid]]. Nukleotiidi võib nimetada ka nukleosiidmonofosfaadiks. Fosforhappejääk saab liituda estersidemega asendis 2', 3' või 5' ribonukleotiidides ja asendis 3' või 5' desoksüribonukleotiidides. Ribonukleotiidides on võimalik ka samaaegselt fosforüülumine asendites 2' ja 3', nii tekivad tsüklilised nukleotiidid. Seega on tsüklilistes nukleotiidides fosforhappejääk seotud ühe nukleosiidi pentoosiga kahe estersidemega. <ref name="Alberts"/> Nukleotiidid sisaldavad kas [[puriinalus|puriin]]- või [[pürimidiinalus|pürimidiin]]<nowiki/>aluseid. Ribonukloetiidides on suhkruks riboos ja desoksüribonukletiidides desoksüriboos.
Nukleiinhapped on polümeersed makromolekulid, mille monomeerideks on nukleotiidid. DNAs on [[puriin|puriinalusteks]] [[adeniin]] ja [[guaniin]] ning pürimidiinalusteks [[tümiin]] ja [[tsütosiin]]. RNAs on tümiin asendatud [[uratsiil|uratsiiliga]]. Adeniin on alati paaris tümiiniga, tekib kaks vesiniksidet, guaniin on paaris tsütosiiniga, nende vahel esineb kolm vesiniksidet.
==Omadused==
Fosforüüljäägi dissotseeruvate hüdroksüülrühmade tõttu on nukleotiididel üsna tugev happeline omadus. Samal ajal võib nukleotiide nimetada ka fosforhappe ja nukleosiidi estriteks.
==DNA ja RNA==
===DNA===
'''DNA''' ehk '''desoksüribonukleiinhape''' on [[polümeerid|polümeer]], mille [[monomeer|monomeerideks]] on nukleotiidid. Nukleotiid koosneb fosforhappejääkidest, desoksüriboosist ja ühest lämmastikalusest, milleks on [[adeniin]] (A), [[tümiin]] (T), [[guaniin]] (G), [[tsütosiin]] (C). DNA ülesandeks on säilitada pärilikku informatsiooni.
===RNA===
'''RNA''' ehk '''ribonukleiinhape '''on polümeer, mille moodustavad riboos, fosforhappejäägid ja üks lämmastikalustest, milleks on adeniin, guaniin, tsütosiin ja uratsiil (U).
==Tuntumad nukleotiidid==
===ATP===
[[Pilt:ATP structure.svg|thumb|Adenosiintrifosfaadi struktuur]]
'''ATP '''koosneb adeniinist, riboosist ja kolmsest fosfaatrühmast.
[[adenosiintrifosfaat | ATP]] ehk adenosiin-5'-trifosfaat osaleb rakkude metabolismis ja on energia ülekandjaks ja salvestajaks. ATP-d toodetakse peamiselt [[mitokonder|mitokondrites]]. ATP-d saadakse adenosiin-5'-monofosfaati fosforüleerides.
ATP võtab osa nii glükolüüsist, tsitraaditsüklist kui ka paljudest teistest rakus toimuvatest protsessidest.
===GTP===
'''GTP''' ehk guanosiin-5'-trifosfaat, koosneb guaniinist, riboosist ja kolmsest fosfaatrühmast.
===cAMP===
[[tsükliline adenosiinmonofosfaat|cAMP]] ehk tsükliline adenosiin-5'-monofosfaat on sekundaarne [[virgatsaine]], mis osaleb rakusiseses närvisignaali ülekandes. cAMP moodustub riboosi hüdroksüülrühmade reageerimisel fosfaatrühmaga.
===FAD ja FMN===
FAD ehk flaviinadeniindinukleotiid ja FMN ehk flaviinmononukleotiid on mõlemad koensüümid. FMN on koensüümiks vesinikku transportivates ensüümides, samuti kuulub mitme aminohappe oksüdaasi koosseisu. FAD täidab koensüümina vesiniku transportfunktsiooni raku redoksahelas. FAD-i-seoselised dehüdrogenaasid on mitokondriaalse elektronide transpordiahela komponendid, vesiniku doonoriks on NADH + H<sup>+</sup>.
===NAD+ ja NADH===
Mõlemad on nikotiinamiidadeniindinukleotiidid, mis koosnevad kahest nukleotiididist — adeniini ja nikotiinhappeamiidi sisaldavast komponendist. NADP+ ja NADPH on fosfaadid, mis on dehüdrogenaaside koensüümid. NAD+ ja selle fosfaadi funktsiooniks on vesiniku aktsepteerimine ja seejärel transport redoksahelas, millest peamine on hingamisahel, kus toimub redokssüsteem NAD+/NADH + H<sup>+</sup>.
==Süntees==
Nukleotiide on võimalik sünteesida ''[[in vitro]]'' ja ''[[in vivo]]''.
''[[In vivo]]'' – nukleotiide saab sünteesida ''[[de novo]]'' ("algusest") või taaskasutada, kui päästa vigaseid nukleotiide. <ref name="in vivo"/> Komponendid, mida kasutatakse ''[[de novo]]'' nukleotiidi sünteesis, on tuletatud karbohüdraadi ja aminohappe metabolismi biosünteetilistest lähteainetest ning ammooniumist ja süsinikdioksiidist. Peamiselt toimub kõigi nelja nukleotiidi ''[[de novo]]'' süntees maksas. Pürimidiinide ja puriinide ''[[de novo]]'' sünteesid kasutavad erinevaid radasid. Pürimidiini sünteesitakse aspartaadist ja karbamoüülfosfaadist tsütoplasmas. Puriine sünteesitakse suhkrust. Puriin- ja pürimidiinaluste süntees toimub [[tsütoplasma|tsütoplasmas]] mitmesuguste [[ensüüm|ensüümide]] kaasabil. Nukleotiidid jaotatakse nii, et kasulikke osasid saab uuesti kasutada, sünteesimaks uusi nukleotiide.
''[[In vitro]]'' – nukleotiidide saadakse laboris, kui kasutatakse kaitserühmi, näiteks dimetoksütritüül (DMT) rühm, mis aitab ära hoida 5'hüdroksüülrühma mittespetsiifilisi reaktsioone enne järgmise nukleotiidi lisamist. Iga nukleotiid on 5' otsast kaitstud 5'DMT rühma poolt. 3'fosfaadile on lisatud diisopropüülamiinrühm, mis omakorda kaitstud metüülrühmaga. <ref name="In vivo"/> See struktuur kannab nimetust fosforamidiit, mida kasutatakse looduses mitte esinevate analoogide või [[oligonukleotiid|oligonukleotiide]] sünteesiks.
===Pürimidiinribonukleotiidi süntees===
[[File:Nukleotiidi süntees2.png|thumb|UMP süntees|thumb|right|400px|<div style="border-width: 0px; border-bottom: 1px solid black; text-align: left;">''' [[Uridine monophosphate|UMP]] süntees'''.</div>Värvid joonisel 1: <span style="font-weight: bold;"><span style="color: blue;">ensüümid</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">koensüümid</span>, <span style="color: rgb(151,149,45);">substraatide nimed</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">anorgaanilised molekulid</span> </span>]]
Pürimidiinide CTP ja UTP süntees toimub [[tsütoplasma|tsütoplasmas]] ja algab karbamoüülfosfaadi moodustumisega glutamiinist ja CO<sub>2</sub>-st. Järgmisena toimub aspartaadi ja karbamoüülifosfaadi [[kondensatsioonireaktsioon]] ja moodustub oroothape. Hilisemas tsüklilises reakstioonis tekib N-karbamoüülaspartaadist dihüdroorotaathape ensüümi dihüdroorotaasi vahendusel. Viimane muudetakse orotaadiks dihüdroorotaasi [[oksüdaas|oksüdaasi]] abil.
(S)-Dihüdroorotaat + O<sub>2</sub> = Orotaat + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>
Orotaat on kovalentselt seotud fosforüleertud riboosiga. [[Kovalentne side]] riboosi ja pürimidiini vahel asub riboosil positsioonis C1<ref name="iupac"/> ja pürimidiinil positsioonis N1. Orotaat fosforibosüültransferaas katalüüsib reaktsiooni, saades orotidiinmonofosfaadi.
Orotaat + 5-fosfo-α-D-riboos 1-difosfaat = Orotidiin-5'-fosfaat + pürofosfaat
Orotidiin-5'-fosfaat dekarboksüleeritakse orotidiin-5'-fosfaat dekarboksülaasi abil uridiinmonofosfaadiks(UMP). UMP fosforüleeritakse kahe kinaasi abil uridiintrifosfaadiks(UTP), läbi kahe järjestikuse reaktsiooni ATP-ga. Esiteks moodustub difosfaatne vorm UDP, mis fosforüleeritakse UTP-ks. Mõlemaks reaktsiooniks saadakse energiat ATP hüdrolüüsist.
ATP + UMP = ADP + UDP
UDP + ATP = UTP + ADP
Järgnevalt moodustub CTP, selleks amiinitakse UTP. Glutamiin on NH3 doonor ja reaktsioon saab energiat ATP hüdrolüüsist.
UTP + Glutamiin + ATP + H<sub>2</sub>O = CTP + ADP + Pi
Tsüstiinmonofosfaat (CMP) on saadud tsüstiintrifosfaadist (CTP), eemaldades kaks fosfaatühma.<ref name="Jones"/> <ref name="McMurry"/>
===Puriini ribonukleotiidi süntees===
[[File:Nukeotiidi süntees1.png|thumb|IMP süntees|400px|IMP-i süntees. Joonis 1 värvid: <span style="font-weight: bold;"><span style="color: blue;">ensüümid</span>, <span style="color: rgb(219,155,36);">koensüümid</span>, <span style="color: rgb(151,149,45);">sunstraatide nimed</span>, <span style="color: rgb(227,13,196);">metalliioonid</span>, <span style="color: rgb(128,0,0);">anorgaanilised molekulid</span> </span>]]
Aatomid, mida kasutatakse puriinnukleotiidi moodustamiseks, tulevad erinevatest allikatest:
{| class="wikitable" style="margin: 1em auto 1em auto"
| [[File:Nukleotiidi süntees.png|thumb|250px]] || '''Puriiniringi aatomite pärinevus'''<BR><BR>N<sub>1</sub> saadakse aspartaadist <BR>C<sub>2</sub> and C<sub>8</sub> tuleb metanoaadist <BR>N<sub>3</sub> and N<sub>9</sub> tulevad glutamiini aminorühmast<BR>C<sub>4</sub>, C<sub>5</sub> and N<sub>7</sub> saadakse glütsiinist <BR>C<sub>6</sub> tuleb HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> (CO<sub>2</sub>)
|}
Joonisel 2 on kujutatud inosiin-5´monofosfaadi sünteesi fosforibosüül-1-pürofosfaadist.
'''Peamised punktid sünteesides puriinnukleotiidi kuni inosiin-5'fosfaadini:'''
1. Puriinnukleotiidi süntees algab sellega, et puriinalus ja riboos liidetakse.
2. Amiinrühma lisamisel anomeerne süsinik läheb 5-fosfo-α-D-riboos-1-difosfaadis (PRPP) olevast α positsioonist üle β positsiooni 5-fosforibosüülamiinis. Kõikides nukleotiidide konfiguratsioonis on riboos/desoksüriboos.
3. Glutamiin on amiinrühma doonor, reaktsiooni katalüüsib aminotransferaas.
4. 10-formüül-tetrahüdrofolaadist lisatakse üksik süsinik lisatakse, reaktsiooni katalüüsib transformülaas.
5. Ringikujulise struktuuri saamiseks lisatakse glütsiini ja fumaraadi molekulid.
6. Reaktsioonirada on reguleeritud allosteerselt AMP,ADP, GMP ja GDP abil,mis kõik pidurdavad PRPP amidotransferaasi, esimest ensüümi rajas.
'''Rada IMP-st kuni GMP ja AMP-ni:'''
IMP on vahepunkt guanosiin monofosfaadi ja adenosiin monofosfaadi sünteesis.
'''GMP'st ja AMP'st GTP ja ATP saamine:'''
GMP ja AMP konverteeritakse difosfaatideks reaktsioonides, mida katalüüsivad guanülaatkinaas ja adenülaatkinaas. Nukleosiiddifosfaadist nukleotiidtrifosfaadiks katalüüsib ensüüm nimega nukleosiid difosfaatkinaas. Tegemist on pöörduva reaktsiooniga, pakkudes võimalust teha nii ATP'd kui GTP'd. See ensüüm on väga aktiivne, aga ka laia spetsiivilisusega oma fosforüülrühma doonori ja retseptori poolest.<ref name="Puriinnukleotiidide biosüntees"/>
==Vaata ka==
*[[
*[[Lämmastikalused]]
*[[DNA]]
*[[RNA]]
==Viited==
{{viited|allikad=
<ref name="Puriinnukleotiidide biosüntees">
{{netiviide
| URL = http://www.pearsonhighered.com/mathews/ch22/c22dnbpn.htm
| Pealkiri = De Novo Biosynthesis of Purine Nucleotides
| Väljaanne = http://www.pearsonhighered.com
}}</ref>
<ref name="In vivo">
{{netiviide
| URL = http://www.biotech.ebc.ee/literature/loeng3.pdf
| Pealkiri = DNA keemiline süntees ja primaarstruktuuri määramine ehk
sekveneerimine
| Väljaanne = www.biotech.ebc.ee
}}</ref>
<ref name="Coghill"> Coghill, Anne M.; Garson, Lorrin R., ed. (2006). The ACS style guide: effective communication of scientific information (3rd ed.). Washington, D.C.: American Chemical Society. p. 244. ISBN 978-0-8412-3999-9.</ref>
<ref name="Alberts"> Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K & Wlater P (2002). Molecular Biology of the Cell (4th ed.). Garland Science. ISBN 0-8153-3218-1. pp. 120–121.</ref>
<ref name="in vivo"> Zaharevitz, DW; Anerson, LW; Manlinowski, NM; Hyman, R; Strong, JM; Cysyk, RL. Contribution of de-novo and salvage synthesis to the uracil nucleotide pool in mouse tissues and tumors in vivo.</ref>
<ref name="iupac"> See IUPAC nomenclature of organic chemistry for details on carbon residue numbering </ref>
<ref name="Jones"> Jones, ME (1980). "Pyrimidine nucleotide biosynthesis in animals: Genes, enzymes, and regulation of UMP biosynthesis". Ann. Rev. Biochem 49 (1): 253–79. doi:10.1146/annurev.bi.49.070180.001345 </ref>
<ref name="McMurry"> McMurry, JE; Begley, TP (2005). The organic chemistry of biological pathways. Roberts & Company. ISBN 978-0-9747077-1-6.</ref>
}}
==Kasutatud kirjandus==
*Vello Tohver. (1977). "Üldine Biokeemia". Tallinn: kirjastus Valgus.
| |||