Deoksiribozė: struktūra, savybės ir svarba

Deoksiribozė, dar žinoma kaip 2-deoksi-D-ribozė arba 2-deoksi-D-eritro-pentozė, yra 5-anglies monosacharidas (pentozė), kurio empirinė formulė yra C5H10O4. Jo struktūra pateikta 1 paveiksle (EMBL-EBI, 2016).

Ši molekulė yra DNR struktūros (deoksiribonukleino rūgšties) sudedamoji dalis, kur ji pakaitomis su fosfatų grupėmis sudaro DNR polimero „stuburą“ ir jungiasi prie azoto bazių.

Dezoksiribozės buvimas vietoje ribozės yra skirtumas tarp DNR ir RNR (ribonukleino rūgšties). Deoksiribozė buvo sintezuota 1935 m., Bet nebuvo išskirta iš DNR iki 1954 m. (Encyclopædia Britannica, 1998).

Dezoksiribozėje visos hidroksilo grupės yra toje pačioje pusėje Fischer projekcijoje (2 pav.). D-2-deoksiribozė yra nukleorūgšties DNR pirmtakas. 2-dezoksiribozė yra aldopentozė, ty monosacharidas, turintis penkis anglies atomus ir turinti funkcinę aldehido grupę.

Pažymėtina, kad šių cukrų atveju angliavandeniai žymimi apostrofu, kad jie būtų atskirti nuo DNR grandinėje esančių azoto bazių anglies. Tokiu būdu sakoma, kad dezoksiribose nėra anglies C2 OH.

Ciklinė deoksiribozės struktūra

Visi angliavandeniai cikluojami vandeninėje terpėje, nes tai užtikrina stabilumą. Priklausomai nuo jų anglies atomų skaičiaus, jie gali įgyti furanui arba piranui analoginę struktūrą, kaip parodyta 3 paveiksle (MURRAY, BENDER ir BOTHAM, 2013).

Dezoksiribozė iš esmės yra trijų struktūrų mišinys: linijinė H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H ir dviejų žiedų forma, deoksiribofuranozė (C3'-endo), turinti penkių žiedų žiedą. galūnės ir deoksiribopiranozė („C2'-endo“) su šešių narių žiedu. Paskutinė forma yra dominuojanti, kaip nurodyta 4 paveiksle.

Skirtumai tarp ribozės ir deoksiribozės

Kaip rodo jo pavadinimas, dezoksiribozė yra dezoksigenuotas cukrus, o tai reiškia, kad jis yra gaunamas iš ribozės cukraus prarandant deguonies atomą.

Jame trūksta hidroksilo grupės (OH) anglies C2 ', kaip parodyta 5 paveiksle (Carr, 2014). Dezoksiribozės cukrus yra DNR grandinės dalis, o ribozė yra RNR grandinės dalis.

Kadangi pentozės cukrus, arabinozė ir ribozė skiriasi tik nuo stereoemijos C2 '(ribozė yra R ir arabinozė yra L pagal Fisher'ą), 2-dezoksiribozė ir 2-deoksiarabinozė yra lygiavertės, nors pastaroji Terminas retai naudojamas, nes ribozė, o ne arabinozė, yra deoksiribozės pirmtakas.

Fizinės ir cheminės savybės

Ribozė yra balta kieta medžiaga, kuri sudaro bespalvį skystį vandeniniame tirpale (Nacionalinis biotechnologijos informacijos centras, 2017). Jo molekulinė masė yra 134, 13 g / mol, o lydymosi temperatūra yra 91 ° C, ir kaip ir visi angliavandeniai, jis labai gerai tirpsta vandenyje (Royal Society of Chemistry, 2015).

Deoksiribozė kilusi iš pentozės fosfato kelio nuo ribozės 5-fosfato fermentų, vadinamų ribonukleotidų reduktazėmis. Šie fermentai katalizuoja dezoksigenacijos procesą (COMPOUND: C01801, SF).

Dezoksiribozė DNR

Kaip minėta pirmiau, deoksiribozė yra DNR grandinės sudedamoji dalis, suteikianti jai didelę biologinę svarbą. DNR molekulė (deoksiribonukleino rūgštis) yra pagrindinė genetinės informacijos saugykla gyvenime.

Standartinėje nukleorūgščių nomenklatūroje DNR nukleotidas susideda iš deoksiribozės molekulės su organine baze (paprastai adeninu, timinu, guaninu arba citozinu), prijungtu prie anglies 1 'ribozės.

Kiekvieno deoksiribozės vieneto 5 'hidroksilas yra pakeistas fosfatu (formuojančiu nukleotidą), kuris yra prijungtas prie 3' anglies atomo doksiribozės (Crick, 1953).

DNR grandinės formavimui pirmiausia reikalingas nukleozidų susidarymas. Nukleozidai prieš nukleotidus. DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis) susidaro nukleotidų grandinėse.

Nukleozidą sudaro heterociklinis aminas, vadinamas azoto aminu ir cukraus molekule, kuri gali būti ribozė arba deoksiribozė. Kai fosfatų grupė yra prijungta prie nukleozido, nukleozidas tampa nukleotidu.

DNR nukleozidų prekursorių bazės yra adeninas, guaninas, citozinas ir timinas. Pastaroji pakeičia uracilą RNR grandinėje. Dezoksiribozės cukraus molekulės prisijungia prie DNR nukleozidų prekursorių bazių.

DNR nukleozidai žymimi adenozinu, guanozinu, timidinu ir citozinu. 6 iliustruoja DNR nukleozidų struktūras.

Kai nukleozidas įgyja fosfato grupę, jis tampa nukleotidu; Viena, dvi ar trys fosfato grupės gali būti prijungtos prie nukleozido. Pavyzdžiai yra adenino ribonukleozido monofosfatas (AMP), adenino ribonukleozido difosfatas (ADP) ir adenino ribonukleozido trifosfatas (ATP).

Nukleotidai (nukleozidai, susieti su fosfatu) yra ne tik pagrindinės RNR ir DNR sudedamosios dalys, bet taip pat tarnauja kaip energijos šaltiniai ir informacijos šaltiniai ląstelėse.

Pavyzdžiui, ATP tarnauja kaip energijos šaltinis daugelyje biocheminių sąveikų ląstelėje, GTP (guanozino trifosfatas) tiekia energiją baltymų sintezei, o ciklinis AMP (ciklinis adenozino monofosfatas), ciklinis nukleotidas, perduoda signalus į baltymus. hormoniniai ir nervų sistemos atsakai (mėlyna, SF).

DNR atveju monofosfato nukleotidai per fofodiesterio jungtį jungiasi tarp kito nukleotido 5 'ir 3' anglies, kad suformuotų grandinės grandinę, kaip parodyta 8 paveiksle.

Vėliau grandinė, sudaryta iš nukleotidų, sujungtų fosfodiesterio jungtimi, prisijungia prie komplementinės grandinės, kad susidarytų DNR molekulė, kaip parodyta 9 paveiksle.

Dezoksiribozės biologinė svarba

DNR grandinės konfigūracija yra labai stabili, iš dalies dėl dezoksiribozės molekulių.

Dezoksiribozės molekulės tarpusavyje sąveikauja per Van der Waals jėgas, naudodamos nuolatines dipolio sąveikas ir dipolius, kuriuos sukelia hidroksilo grupių (OH) oksigenai, suteikiant papildomą stabilumą DNR grandinei.

2 'hidroksilo grupės nebuvimas dezoksiribozėje akivaizdžiai yra atsakingas už didesnį DNR mechaninį lankstumą, lyginant su RNR, kuri leidžia jai prisiimti dvigubo spiralės konformaciją, taip pat (eukariotuose) būti sandariai sužeistiems viduje. ląstelę

Dvigubos DNR molekulės taip pat paprastai yra daug ilgesnės nei RNR molekulės. RNR ir DNR pagrindas yra struktūriškai panašus, tačiau RNR yra viena grandinė ir yra pagaminta iš ribozės, o ne dezoksiribozės.

Kadangi nėra hidroksilo grupės, DNR yra atsparesnė hidrolizei nei RNR. Dalinai neigiamo hidroksilo grupės stoka taip pat palanki RNR DNR stabilumui.

Visada yra neigiamas krūvis, susijęs su fosfodiesterio tiltais, kurie jungia du nukleotidus, kurie atstato hidroksilo grupę RNR, todėl mažiau stabilūs nei DNR (struktūrinė biochemija / nukleino rūgštis / cukrus / dezoksirozės cukrus, 2016).

Kiti biologiškai svarbūs deoksiribozės dariniai yra mono-, di- ir trifosfatai, taip pat 3'-5 ’cikliniai monofosfatai. Taip pat reikėtų pažymėti, kad DNR grandinės reikšmė žymima ribozės angliavandeniliais. Tai ypač naudinga suprasti DNR replikaciją.

Kaip jau buvo pastebėta, DNR molekulės yra dvigubos ir dvi grandinės yra antiparalelinės, ty jos veikia priešingomis kryptimis. DNR replikacija prokariotuose ir eukariotuose tuo pačiu metu vyksta abiejose grandinėse.

Tačiau nėra jokio organizmo, galinčio polimerizuoti DNR 3 '- 5' kryptimi, fermentų, kad abi naujai replikuotos DNR juostos tuo pačiu metu negali augti ta pačia kryptimi.

Tačiau tas pats fermentas vienu metu atkuria abi grandines. Vienintelis fermentas atkartoja grandinę („laidžiosios juostos“) nuolatine kryptimi 5–3 'kryptimi, ta pačia bendra kryptimi.

Kitą grandinę ("atidėtą sritį") kartotinai nukopijuokite, kai nukleotidai polimerizuojami trumpais 150-250 nukleotidų purkštukais, vėl 5 '- 3' kryptimi, bet tuo pačiu metu nukreipiami į galinį RNR galą. precedentas Vietoj link nepakeistos dalies.

Kadangi DNR grandinės yra lygiagrečios, fermentas DNR polimerazė veikia asimetriškai. Pagrindinėje grandinėje (į priekį) DNR nuolat sintezuojama. Vėluotame gijime DNR sintezuojama trumpais fragmentais (1-5 kilogramų bazėmis), vadinamaisiais Okazaki fragmentais.

Kiekvienam replikacijos šakeliui reikia susintetinti kelis Okazaki fragmentus (iki 250). Siekiant užtikrinti, kad taip atsitiktų, helikazė veikia atidėtą grandinę, kad dsDNR atsipalaiduotų 5–3 'kryptimi.

Žinduolių branduoliniame genome daugelis RNR pradmenų galiausiai pašalinami kaip replikacijos proceso dalis, o po mitochondrijų genomo replikacijos maža RNR dalis lieka neatskiriama uždarojo apvalios DNR struktūros dalimi.