Nukleotidai, nukleorūgštys ir molekulinė informacija

Nukleotidas sujungia skirtingus cheminius komponentus

Nukleozidas sudarytas iš azotinės bazės, sujungtos su cukrumi; nukleotidas taip pat turi fosfato funkcinę grupę. Kanoniniuose RNR ribonukleotiduose cukrus turi 2′-OH grupę, o kanoniniuose DNR 2′-deoksiribonukleotiduose toje padėtyje yra H. Brūkšnelis žymi cukraus atomų numeraciją ir skiria ją nuo bazės atomų numeracijos.

DNR seka gali saugoti informaciją baltymų ir RNR produktams. RNR atlieka įvairius vaidmenis, įskaitant informacijos perdavimą ir dalyvavimą molekuliniuose kompleksuose. Šiems vaidmenims reikia konkrečių molekulių, sąveikų ir ląstelinių procesų; nukleotido elementinė formulė pati savaime neaprašo funkcinio geno.

Šiuose pavyzdžiuose atskiriamos bazių raidės, tvarkinga seka, kovalentinės jungtys ir cheminiai galai. Juose nemanoma, kad visa DNR ar RNR turi vieną universalią formą, kad visa RNR turi vieną grandinių išsidėstymą ar kad vien seka nurodo visą jos biologinę elgseną.

Porų kontaktų skaičius apibūdina mažiau nei stabilumas

Įvardytoms idealioms kanoninėms Watson–Crick poroms priskirkite du vandenilinių ryšių kontaktus A–T ir tris G–C. Išgalvotame dvidešimties bazių porų duplekse su dvylika G–C ir aštuoniomis A–T poromis nustatytų kontaktų suma yra 12×3+8×2=52. G–C porų dalis yra 12/20=0.600 arba 60.0%.

Dvidešimt porų taip pat reiškia keturiasdešimt nukleotidų liekanų šioje nustatytoje dviejų grandinių poravimosi apskaitoje. Nei liekanų skaičius, nei penkiasdešimt du kontaktai nenustato lydymosi temperatūros. Bazių išsidėstymas viena virš kitos, sekos išsidėstymas, tirpiklis, jonai ir tikrosios konformacijos prisideda prie termodinaminio palyginimo.

Įvardyta vandenilinių ryšių schema nėra universalus kiekvienos nukleorūgščių sąveikos aprašymas. Nekanoninėms poroms ir alternatyvioms struktūroms reikia savų aprašymų. Mūsų kontaktų skaičiavimas nepriskiria pastovios nepriklausomos energijos kiekvienam nupieštam vandeniliniam ryšiui.

Pirmiausia sudarykite komplementarią seką, tada išlaikykite grandinės kryptį

Pradėkite nuo hipotetinio DNR segmento 5′-AGTC-3′. Pagal nustatytas kanonines komplementarumo taisykles A↔T ir G↔C greta jo ta pačia erdvine skaitymo kryptimi esanti porinė grandinė yra 3′-TCAG-5′. Galai yra antilygiagretūs.

Norėdami pateikti porinę grandinę jos pačios 5′→3′ kryptimi, apverskite rodomą tvarką: 5′-GACT-3′. Komplementarios sekos sudarymas ir krypties apvertimas yra atskiros operacijos. Praleidus galų žymes teisingas raidžių rinkinys gali tapti dviprasmiškas.

Šis sekos žymėjimas nėra geometrinio mastelio struktūra. Jis neprognozuoja stebėtos hibridizacijos, transkripto, transliacijos produkto ar genetinio poveikio. Šiems klausimams reikia papildomo sekos konteksto ir cheminių procesų.

Jungčių ir galų krūviai yra atskiri įvesties duomenys

Pasirinkite aciklinę keturių nukleotidų atskirą grandinę su trimis vidinėmis fosfodiesterinėmis jungtimis. Nustatykite krūvio skaičių −1 vienai jungčiai, neutralias galines grupes ir neutralias bazes. Pasirinkto atskiros grandinės modelio formaliųjų krūvių suma yra 3×(−1)+0+0=−3.

Šioje aciklinėje keturių liekanų grandinėje jungčių skaičius yra trys, tačiau galines fosfato grupes reikia nurodyti atskirai. Protonavimas, kitos modifikuotos grupės ir įkrautos bazės gali pakeisti krūvių sumą. Priešjoniai priklauso išplėstai mėginio apskaitai ir į šį atskiros grandinės skaičiavimą neįtraukti.

Vidutiniam ar nuo pH priklausančiam krūviui reikia informacijos apie cheminių formų pasiskirstymą. Rezultatas −3 nėra bendra prognozė kiekvienam keturių nukleotidų objektui ar bet kokioms vandeninės terpės sąlygoms. Tai taip pat kita pasirinkta būsena nei toliau pateikta neutralios fosfato rūgštinės formos apskaita.

Formalioje suminėje nukleotidų reakcijoje išlaikykite pasirinktą galinį fosfatą

Pasirinkite neutralų adenozino 5′-monofosfato objektą, kurio formulė C₁₀H₁₄N₅O₇P: adeninas, β-D-ribofuranozilo tapatybė ir 5′ fosfatas, pavaizduotas neutralia rūgštine forma. Jis skiriasi nuo konjuguotų joninių formų. Formulė ir pasirinktas vaizdavimas neteigia, kad ši forma vyrauja esant konkrečiam tirpalo pH.

Formalioje apskaitoje sujunkite pirmojo vieneto 3′ deguonį su antrojo vieneto 5′ fosfatu viena 3′→5′ tarpnukleotidine fosfodiesterine jungtimi. Išlaikykite pirmojo vieneto 5′ galinį monoesterinį fosfatą ir antrojo vieneto laisvą 3′OH. Vidinis diesterinis fosfatas taip pat išlaiko savo rūgštinę O–H grupę šiame aiškiai neutraliame vaizdavime.

Dviejų pasirinktų monomerų atomų suma, atėmus vieną H₂O, duoda C₂₀H₂₆N₁₀O₁₃P₂. Abu fosforo atomai išlieka: vienas galiniame fosfate, kitas tarpnukleotidiniame fosfate. Tai formali neutrali atomų apskaita, o ne polimerazės reakcija, aktyvintų substratų mechanizmas ar teiginys, kad laisvas AMP savaime kondensuojasi. Tikroji biologinė sintezė turi kitokią substratų ir išeinančių grupių apskaitą.

Seka, cheminė būsena ir funkcija atsako į skirtingus klausimus

Nukleotidų raidžių eilutė gali perteikti tvarkingą informaciją, o cheminis žymėjimas nurodo cukrų, fosfatines jungtis ir galus. Poravimosi taisyklės apriboja vieną nurodytą komplementarų išsidėstymą. Cheminės modifikacijos ir sąveikos prideda informacijos, kurios vien tos raidės neapima.

Prieš susiedami seką su biologine funkcija nustatykite tikrąją molekulę ir tiriamą procesą. Mūsų išgalvoti poravimosi ir krūvio atvejai bei pasirinkta neutralaus AMP apskaita moko išsaugoti šį skirtumą. Juose nėra išmatuotos nukleorūgšties struktūros, genetinės diagnozės ar funkcinės sekos prognozės.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Pabandykite patys

1. Nustatytas trisdešimties porų dupleksas turi penkiolika kanoninių G–C ir penkiolika A–T porų. Raskite priskirtus kontaktus ir G–C dalį bei įvertinkite, ar nustatyta lydymosi temperatūra.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   75 nurodyti kontaktai; G–C dalis 0.500. Lydymosi temperatūra nenustatyta.

   15×3+15×2=75. Skaičiavimas neapibrėžia bazių išsidėstymo viena virš kitos, sekos, tirpiklio ir joninių sąlygų.

2. Sekai 5′-ATGCCA-3′ pateikite porinę grandinę greta jos ir paskui porinės grandinės pačios 5′→3′ kryptimi.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   3′-TACGGT-5′ greta; 5′-TGGCAT-3′ jos pačios kryptimi.

   Taikykite kanoninį komplementarumą, pažymėkite antilygiagrečius galus, tada apverskite rodomą tvarką.

3. Atskira šešių nukleotidų grandinė turi penkias vidines jungtis su −1 krūviu, galinį fosfatą su priskirtu −2 krūviu, kitą galinę grupę su 0 krūviu ir vieną bazę su priskirtu +1 krūviu. Susumuokite formalųjį krūvį.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   −6.

   Priskirtų krūvių suma yra −5−2+1. Priešjoniai neįtraukti; galinis fosfatas yra atskiras nuo penkių vidinių jungčių.

4. Apskaitykite tris neutralius 5′-AMP vienetus, sujungtus dviem 3′→5′ jungtimis, išlaikydami 5′ galinį fosfatą ir laisvą 3′OH pagal tą patį neutralios rūgštinės formos susitarimą.

   Rodyti atsakymą ir paaiškinimą

   C₃₀H₃₈N₁₅O₁₉P₃.

   3C₁₀H₁₄N₅O₇P−2H₂O išlaiko visus tris P atomus. Tai formali apskaita, o ne teiginys apie polimerazės substratą ar reakciją.

Ką verta įsidėmėti

• Nukleotido bazę, cukrų, fosfatą ir galus reikia nurodyti.
• Kanoninių porų kontaktų skaičius nenustato stabilumo.
• Visada išlaikykite aiškias sekos 5′ ir 3′ kryptis.
• Sumuokite tik tas krūvio būsenas, kurios iš tiesų priskirtos.
• Neutralios formulės apskaita negalima pakeisti biocheminės sintezės ar cheminių formų pasiskirstymo vandenyje.