nukleotydy

Nukleotydy są jednostkami monomerycznymi DNA i RNA

Nukleozydem jest cząsteczka zbudowana z zasady azotowej, połączonej z pięciowęglowym cukrem, którym może być albo ryboza, albo deoksyryboza. Nukleozyd z przyłączoną do cukru grupą fosforanową (lub dwiema, trzema takimi grupami) nazywany jest nukleotydem. Nukleotydy, w skład których wchodzi ryboza, nazywane są rybonukleotydami, a zawierające deoksyrybozę — deoksyrybonukleotydami. Z przyczyn historycznych pierścienie zawierające azot są określane jako zasady azotowe; w kwaśnym środowisku każda z nich może wiązać H⁺ (proton) i dzięki temu zwiększa stężenie jonów OH' w roztworze. Między różnymi zasadami azotowymi nukleotydów istnieje duże rodzinne podobieństwo: cytozyna (C), tymina (T) i uracyl (U) są nazywane pirymidynami, ponieważ stanowią pochodne sześcioczłonowego pierścienia pirymidynowego; guanina (G) i adenina (A) sapurynami zawierającymi pierścień pięcioczłonowy zespolony z sześcioczłonowym. Nazwy nukleotydów pochodzą od zawartych w nich zasad.

Nukleotydy mogą funkcjonować jako krótkotrwałe nośniki energii chemicznej. Przede wszystkim funkcję taką spełnia rybonukleotyd trifosforan adenozyny, czyli ATP, uczestniczący w przenoszeniu energii w setkach reakcji komórkowych. ATP powstaje w reakcjach napędzanych energią uwalnianą podczas utleniania substancji odżywczych. Trzy fosforany w jego cząsteczce są połączone szeregow^ro wiązaniami bezwodnikowymi (fosfobezwodnikowymi), których zerwanie wyzwala stosunkowo dużą ilość energii użytecznej dla komórki. Szczególnie często ulega hydro litycznemu odszczepieniu końcowa grupa fosforanowa, czemu często towarzyszy przeniesienie tego fosforanu na inne cząsteczki i uwolnienie energii napędzającej reakcje syntezy zachodzące gdziekolwiek w komórce.

Najbardziej podstawową funkcją nukleotydów w komórce jest jednak magazynowanie i przekazywanie informacji biologicznej. Nukleotydy służąjako elementy do konstruowania kwasów nukleinowych — długich polimerów, w których poszczególne jednostki nukleotydowe są kowalencyjnie połączone wiązaniami fosfodiestrowymi między resztą fosforanową związaną z cukrem jednego nukleotydu a grupą hydroksylową cukru następnego nukleotydu. Łańcuchy kwasów nukleinowych są syntezowane z bogatych w energię trifosforanów nukleozydów w reakcji kondensacji, w czasie której tworzą się wiązania fosfodiestrowe i dochodzi do uwalniania się nieorganicznego pirofosforanu.

Istnieją dwa główne typy kwasów nukleinowych, różniące się rodzajem cukru, tworzącego ich rdzeń c u k ro wo - fosfo rano wy: kwasy rybonukleinowe (RNA), których rdzeń zawiera rybozę, oraz kwasy deoksyrybonukleinowe (DNA), zawierające deoksyrybozę (w której grupa hydroksylowa w pozycji 2' pierścienia cukru jest zastąpiona wodorem. W skład RNA wchodzą zasady A, G, C oraz U, w skład DNA — A, G, C oraz T (T jest chemicznie podobna do U). RNA występuje w komórkach zwykle w postaci pojedynczych łańcuchów polinuldeotydowych, natomiast DNA prawie zawsze tworzy dwuniciową cząsteczkę, dwuniciową helisę DNA, złożoną z dwóch łańcuchów ułożonych antyrównolegle i utrzymywanych obok siebie przez wiązania wodorowe tworzone między zasadami obu łańcuchów.

Kolejność ułożenia nukleotydów w DNA lub RNA koduje informację genetyczną komórki. Jednakże oba te kwasy pełnią w komórce nieco inne funkcje. DNA, tworzący trwałe dwuniciowe helisy stabilizowane wiązaniami wodorowymi, działa jako długoterminowy magazyn informacji dziedzicznej, natomiast jednoniciowy RNA zwykle służy jako krótkoterminowy nośnik instrukcji molekularnych. Zdolność zasad w różnych cząsteczkach kwasu nukleinowego do rozpoznawania innych zasad i tworzenia z nimi par (nazywana parowaniem zasad): G z C oraz A z T lub U — stanowi podstawę dziedziczności i ewolucji.