Кіріспе

Рибозаны пентоза компоненті ретінде қамтитын нуклеотид. Биохимияда рибонуклеотид – пентоза компоненті ретінде рибозаны қамтитын нуклеотид. Ол нуклеин қышқылдарының молекулалық прекурсоры болып саналады. Нуклеотидтер ДНК және РНК-ның негізгі құрылыс блоктары болып табылады. Рибонуклеотидтердің өзі РНК үшін негізгі мономерлік құрылыс блоктары болып табылады. Рибонуклеотид редуктаза (РНР) ферментімен рибонуклеотидтерді тотығуға ұшырату арқылы түзілетін дезоксирибонуклеотидтер ДНК үшін маңызды құрылыс блоктары болып табылады. ДНК дезоксирибонуклеотидтері мен РНК рибонуклеотидтері арасында бірнеше айырмашылық бар. Бір-бірінен кейін келетін нуклеотидтер фосфодиэстерлік байланыстар арқылы байланысады. Рибонуклеотидтер басқа да жасушалық функцияларда қолданылады. Бұл арнайы мономерлер жасушаның реттелуі мен жасушалық сигналдануда қолданылады, мысалы, аденозин монофосфатында (АМФ) көрінеді. Сонымен қатар, рибонуклеотидтер организмдердегі энергия валютасы – аденозин трифосфатына (АТФ) айналуы мүмкін. Рибонуклеотидтер организмдегі гормондарды реттеу үшін циклдік аденозин монофосфатына (циклдік АМФ) айналуы мүмкін. ДНК және РНК-дағы екі түрлі пентоза да β-фураноза (жабық бес мүшелі сақина) түрінде болады және олар нуклеин қышқылының идентификациясын анықтайды. ДНК 2'-дезоксирибозалық нуклеин қышқылын қамтиды, ал РНК рибозалық нуклеин қышқылын қамтиды деп анықталады. 5'-көміртегінде фосфат тобы бар нуклеотидтер де кездеседі. Мысалдарға рибонуклеозидтік 2',3'-циклдік монофосфаттар, оқшауланатын аралық заттар, және РНК-ның белгілі бір рибонуклеазалармен гидролизінің соңғы өнімдері болып табылатын рибонуклеозидтік 3'-монофосфаттар жатады. Басқа варианттарға аденозин 3',5'-циклді монофосфат (cAMP) және гуанозин 3',5'-циклді монофосфат (cGMP) жатады.

Бірінен соң бірі келетін нуклеотидтерді біріктіру

Рибонуклеотидтер фосфодиэстерлік байланыстар арқылы РНК тізбектерін құру үшін біріктіріледі. Бір нуклеотидтің 5' фосфат тобы келесі нуклеотидтің 3' гидроксил тобымен байланысып, фосфат пен пентоза қалдықтарының кезектесіп орналасқан тірекшесін жасайды. Полинуклеотидтің екі шетінде фосфодиэстерлік байланыс болмайды. Фосфодиэстерлік байланыстар рибонуклеотидтер арасында РНК полимераза ферменті арқылы қалыптасады. РНК тізбегі 5' ұшынан 3' ұшына дейін синтезделеді, себебі тізбектегі соңғы рибонуклеотидтің 3' гидроксил тобы нуклеофил ретінде әрекет етеді және кіріп келе жатқан рибонуклеотидтің 5' трифосфатына гидрофильдік шабуыл жасайды, нәтижесінде пирофосфат қосалқы өнім ретінде бөлінеді. Нуклеотидтердің физикалық қасиеттеріне байланысты РНК тірекшесі өте гидрофильді және полярлы болады. Бейтарап pH-де нуклеин қышқылдары жоғары зарядталған, өйткені әрбір фосфат тобы теріс зарядталған. ДНК және РНК екеуі де нуклеозид фосфаттарынан, сондай-ақ мононуклеотид мономерлерінен тұрады, олар термодинамикалық тұрғыдан аминокислоталарға қарағанда бірігуге аз бейім. Фосфодиэстерлік байланыстар гидролизденгенде, айтарлықтай мөлшерде еркін энергия шығарылады. Сондықтан нуклеин қышқылдары өздігінен мононуклеотидтерге гидролизденеді. РНК-ның алғашқы заттары – GTP, CTP, UTP және ATP, ол топтық трансфер реакцияларында энергияның маңызды көзі болып табылады.

Рибонуклеотидтердің дискриминациясы

ДНҚ синтезі кезінде ДНҚ полимеразалар дезоксирибонуклеотидтерге қарағанда әлдеқайда көп мөлшерде кездесетін рибонуклеотидтерді қабылдамауға тиіс. Ағзаның геномын сақтау үшін ДНҚ репликациясының дұрыс болуы маңызды болғандықтан, таңдау жасау өте қажет. Y отбасы ДНҚ полимеразаларының белсенді орындары рибонуклеотидтерге қарсы жоғары селективтілікті қамтамасыз етеді. Көптеген ДНҚ полимеразалары өз белсенді орындарынан рибонуклеотидтерді шығарып тастауға қабілетті, бұл рибоза сақинасының 2' гидроксил тобын кеңістіктік түрде бөгеу арқылы жүзеге асырылады. Дегенмен, көптеген ядролық репликациялық және жөндеу ДНҚ полимеразалары ДНҚ-ға рибонуклеотидтерді қосады, бұл оларды шығарып тастау механизмі толық емес екенін көрсетеді.

Тарих

Джеймс Уотсон мен Фрэнсис Криктің Розалинд Франклиннің рентгендік кристаллографиялық суретінен ДНК құрылымын егжей-тегжейлі баяндаған маңызды мақаласына дейін, оның ашылуына үлес қоскан бірнеше тарихи ғалымдар болды. Швейцариялық дәрігер Фридрих Мишер 1869 жылы алғаш рет ақ қан жасушаларының ядроларынан нуклеин қышқылын бөліп шығарды және анықтады, кейіннен ол оны "нуклеин" деп атады, бұл ДНК ашылуына жол ашты. Мишердің жұмысынан кейін неміс биохимигі Альбрехт Коссель 1878 жылы "нуклеиннің" ақуыз емес компоненттерін оқшаулап, нуклеин қышқылдарындағы бес нуклеобазаны: аденин, цитозин, гуанин, тимин және урацилды ашты. Осы алғашқы зерттеулердің нәтижесінде нуклеин қышқылдары туралы бірқатар негізгі фактілер белгілі болғанымен, олардың құрылысы мен функциясы құпия болып қалды. 1919 жылы орыс-литвалық биохимик Фёбус Левеннің нуклеотидтерді ашқандығы ДНК ашылуының жолын қайта ашты. Левен алғаш рет ашытқы РНК-сындағы көмірсу тегінің рибоза екенін анықтады. Алайда, оның жаңалығын ғылыми қауым кеңінен мойындағанға дейін, тимус нуклеин қышқылындағы көмірсу тегі де қант екенін, бірақ бір оттек атомы жетіспейтінін, оны дезоксирибоза деп атады. Соңында Левен РНК мен ДНК компоненттерінің дұрыс тізбегін – фосфат-қант-негіз бірлігін анықтады, кейін ол оны нуклеотид деп атады. Левен нуклеотид компоненттерінің ретін жақсы түсінгенмен, нуклеотидтердің кеңістіктегі орналасу құрылымы мен оның генетикалық коды оның карьерасының алғашқы жылдарында да құпия болып қалды.