X
تبلیغات
آموزش سلولی و مولکولی - اسید های نوکلئیک

آموزش سلولی و مولکولی

مقالات سلولی و مولکولی

اسید های نوکلئیک

اسید‎های نوکلئیک:

اسيدهاي نوکلئيک را مي توان به عنوان مهم ترين ترکيبات ماده‎ی زنده در نظر گرفت ، در ساخت مولکولي اين اسيدها ، عملأ تمام اطلاعات ژنتيکي ، يعني تمام اجزاي لازم براي ساخته شدن پروتئين هاي اختصاصي وجود دارند. انتخاب نامشان بدين مناسب است که نخستين بار به وسيله‎ي ميشر( Micher ) در سالهاي ١٨٦٨ــ ١٨٧١ از شيره‎ي هسته ي گويچه ها ي سفيد( حاصل از چرک زخم ) جدا شده اند.

تا ديرزماني ، تنها اسيدنوکلئيک استخراج شده از مخمرها « اسيد زيمونوکلئيک » و اسيد نوکلئيک استخراج شده از تيموس « اسيد تيمونوکلئيک »  شناخته شده بودند، سپس چنين پنداشته اند که مي توان به صورتي عام فرض کرد که اسيد زيمونکلئيک خاص گياهان است در حالي که اسيد تيمو نکلئيک ، اسيد نوکلئيک جانوري است . بالا خره ، مشخص شد که تمام ياخته ها دو نوع اسيد نوکلئيک دارند. يادآور مي شويم که اغلب ويروس ها يکي از دو نوع اسيدهاى نوکلئيک را دارند و تنها برخي از آنها مثل انکورناويروس ها و پوکس ويروس ها شامل هر دو نوع آنها هستند.ازسوي ديگر ثابت شد که اين دو نوع اسيد نوکلئيک به خصوص از نظر قندي که در ساختمانشان وجود دارد متفاوت اند، قند اسيد زيمو نوکلئيک ، ريبوز ، و قند اسيد تيمو نوکلئيک ، دزوکسي ريبوز است. بنابراين اکنون آنها را به ترتيب اسيد ريبونوکلئيک ( RNA ) و اسيددزوکسي ريبونوکلئيک ( DNA ) مي نامند

ساختمان اسیدنوکلئیک:

هیدرولیز کامل اسیدنوکلئیک نشان می‎دهد که این مواد از اسید اورتوفسفریک ، قندها و بازهای آلی نیتروژن‎دار ساخته شده‎اند. مراحل هیدرولیز آن به شرح زیر است :

الف) قندهای به کار رفته در ساختمان اسید نوکلئیک

اسیدنوکلئیک‎ها حاوی دو نوع پنتوز هستند و همیشه نوع پنتوز است که DNA وRNA بودن اسیدنوکلئیک را تعیین می‎کند زیرا بازهای اختصاصی گاهی در هر دو نوع DNA و RNA دیده می‎شود.

1-  قند D- ریبوز : که در ساختمان RNA به کار رفته است.

2-  قند 2- دزوکسی[1] D- ریبوز: که در ساختمان DNA به کار رفته است.

هر دو نوع قند به کار رفته در اسیدنوکلئیک از نوع β- فورانوزی[2] (حلقه 5 اتمی بسته) است که این حلقه‎ها مسطح نیست و دارای کانفورماسیون‎هایی به نام Puckered]3] است.

 

تنها تفاوتی که این دو قند مزبور باهمدیگر دارند این است که RNAها یک اکسیژن در روی کربن شماره 2 خود بیشتر دارند[4]. این تفاوت در ابتدا ممکن است ناچیز به نظر برسد ولی همین تفاوت اندک باعث ایجاد ویژگی‎ها و خصوصیات زیاد و مهمی بین RNA و DNA می‎شود. گروه هیدروکسیل در RNA  باعث می‎شود که:

1-  RNA نتواند شکل فضایی B به خود بگیرد.

2-  RNA بتواند ساختمانهای سه بعدی متعددی به خود بگیرد.

3-  RNA از نظر شیمیایی فعالتر و ناپدارتر از DNA باشد.

4-  RNA بتواند فعالیت آنزیمی داشته باشد.

5-  RNA بتواند علاوه بر اتصال استاندارد 5‘       3 ‘  اتصال  5‘       2‘ نیز برقرار کند که این اتصال در حذف اینترون و اتصال اگزون‎ها برای تشکیل RNA بالغ مهم است[5].

ب) بازهای آلی نیتروژن دار:

بازهای آلی ازت دار به کار رفته در ساختمان نوکلئوتیدها، مشتقاتی از ترکیب‎های هتروسیکلیک[6] پورین و پیریمیدین هستند که هر دو دارای ماهیت حلقوی  و آبگریزی می‎باشند. البته پورین‎ها خود مشتقاتی از پیریمیدین‎ها می‎باشند که شامل یک حلقه پیریمیدینی و یک حلقه ایمیدازولی هستند. در ساختمان کلیه نوکلئوتیدها که در اسکلت اسیدهای نوکلئیک شرکت دارند تنها چند نوع از بازهای ازت‎ دار شرکت می‎کنند که برحسب نوع اسیدنوکلئیک بازهای به کار رفته تا حدودی اختصاصی می‎شوند. بازهای پورین و پیریمیدین بازهای ضعیفی هستند که تقریباً در آب نامحلول می‎باشند و با تغییر PH اشکال توتومری مختلفی به خود می‎گیرند که آنچه در مولکول DNA مسئول تشکیل پیوندهای هیدروژنی می‎باشد وجود همین اشکال توتومری است.اوراسیل ، تیمین ، سیتوزین از مشتقات پیریمیدین‎ها هستند و گوانین و آدنین از مشقات پورین‎ها.لازم به یادآوری است که پورین‎ها از بازهای شرکت کننده در ساخنمان اصلی تمام نوکلئوتیدها  می‎باشند.

 

1-   بازهای پیریمیدینی U،C،T:

بررسی‎های انجام شده توسط پرتوایکس مشخص کرده که پیریمیدین‎ها مولکول‎هایی مسطح و پورین‎ها مولکول‎هایی تقریباً مسطح با تاب خوردگی مختصری می‎باشند. این بازها ممکن است به دو شکل لاکتیم (فرم انولی) و لاکتام (فرم ستونی) وجود داشته باشند که در اسیدنوکلئیک این بازها به صورت لاکتام هستند. از بین بازهای پیریمیدینی اوراسیل فقط در RNA و تیمین فقط در DNA وجود دارد. اگر به شکل بالا دقت کرده باشید خواهید دید که باز یوراسیل و تیمین شبیه به هم هستند و فقط تیمین یک گروه متیل اضافه دارد. این گروه تیمین اگرچه در جفت شدن با آدنین نقشی ندارد ولی باعث می‎شود تیمین از نظر انرژیابی پایدارتر باشد و در فرآیند همانندسازی از ایجاد جهش جلوگیری کند. زیرا ممکن بود در جریان همانندسازی باز سیتوزین در اثر دآمیناسیون به یوراسیل تبدیل شود و جاهای که سیتوزین قرار دارد و باید با گوانین پیوند بدهد یوراسیل قرار بگیرد و با آدنین پیوند برقرار کند و اینگونه سطح جهش بالاتر رود.

2-  بازهای پورینی G، A:


این بازها هم در DNA و هم در RNA وجود دارند و از درهم رفتن حلقه پیریمیدین با حلقه ایمیدازول تشکیل می‎شود.بازهای پورینی همانند بازهای پیریمیدینی ممکن است به دو شکل لاکتام و لاکتیم موجود باشند البته نوع دیگری از توتومری برای بازهای پورینی و پیریمیدنی در نظر گرفته می‎شود. که از جابه‎جایی اتم هیدروژن بر روی اتم‎های نیتروژن و یا اکسیژن حلقه ایجاد می‎شود.

بازهای آدنین و سیتوزین به ترتیب بر روی کربن شماره‎ی 6 و 4 خود دارای گروه آمینو (NH₂-) هستند که گروه آمینو می‎تواند با از دست دادن یک اتم هیدروژن به گروه ایمینو (NH=) تبدیل شود که با پیوند دوگانه به کربن اتصال دارد.همچنین در باز گوانین بر روی کربن شماره 6 و در باز تیمین بر روی کربن شماره 4 گروه کتو (=O) قرار دارد و می‎تواند با دریافت هیدروژن به شکل انول (OH-) تبدیل شود.

در شرایط فیزیولوژیک ثابت تعادل واکنش توتومریزاسیون بیشتر به سمت اشکال آمینو و کتونی است. این حالت پایدار پروتونی، الگوی تشکیل پیوند هیدروژنی بین بازها را تعیین می‎نماید، بطوریکه بازهای Tو A با تشکیل دو پیوند هیدروژنی و بازهای G و C با سه پیوند هیدروژنی باهم جفت می‎شوند.

وجود جایگاههای نسبتاً ثابت اتم‎های هیدروژن برای فعالیت زیستی DNA لازم است.اگر چنین نبود آدنین با سیتوزین و گوانین با تیمین نیز می‎توانستند جفت شوند و در آن صورت توالی بازهای دو زنجیره لزوماً مکمل هم نمی‎شد و DNA نمی‎توانست نقش یک مولکول ژنتیکی را ایفا کند.

 

بازهای تغییر شکل یافته:

پیریمیدین‎ها و پورین‎ها ترکیباتی به نسبت پایدار، با ویژگی‎های آروماتیک هستند. موقعیت 2،4 و 6 بازهای پیریمیدینی با کمبود اکسیژن روبرو هستند. بنابراین می‎توانند با معرف‎های نوکلئوفیل(هسته دوست) واکنش دهند. به ویژه موقعیت 6 که در قیاس با موقعیت 2 دارای گروهی با واکنش‎گری بیشتر است. دربازهای پورینی، موقعیت‎های 2،6 و 8 کمبود الکترون دارند. این موقعیت‎ها در بازهای پورینیو پیریمیدینی دارای ویژگی الکترون دوستی هستند.گروه‎های قطبی (NH₂ ، NH ، C=O) در اسید نوکلئیک‎‎ها، قادر به تشکیل پیوند‎های هیدروژنیدرموقعیت‎های مختلف با زنجیره‎ی دیگر اسیدنوکلئیک و نیز پروتئین‎ها هستند. اسیدنوکلئیک‎ها با توجه به نکاتی که در بالا بیان شد دچار تغییراتی در ساختمان خود می‎شوند که به شرح زیر است.

 

1-  بازهای متیله شده: بازهایی که در یک یا چند ناحیه آن گروه متیل قرار می‎گیرد. مثل 1- متیل آدنین و 6-متیل گوانین و... که این متیله شدن بازها توسط آنزیم متیلاز، رشته DNA را در مقابل آنزیم‎های آندونوکلئاز محافظت می‎کند. با افزایش گروه متیل هیدروفوبیسیته اسیدنوکلئیک افزایش می‎یابد. معمولاً دهنده گروه متیل S- آدنوزیل متیونین (SAM) است.

 

2-  دآمیناسیون بازها: پدیده هیدرولیز گروه آمینو بازها را دآمیناسیون هیدرولیتیک می‎نامند. در اثر جدا شدن گروه آمینی، آدنین به هیپوگزانتین ، گوانین به گزانتین تبدیل می‎شود.این عمل به وسیله اکسیژن مولکولی در حضور آنزیم گزانتین اکسیداز (Xanthine Oxidase) صورت می‎گیرد و آدنین را به هیپوگزانتین و هیپوگزانتین را به گزانتین (Xnathine) تبدیل می‎کند و در نهایت هم گزانتین به اسید اوریک (Uric Acide) تبدیل می‎شود.همچنین در جریان دآمیناسیون بازها سیتوزین به یوراسیل تبدیل می‎شود.این پدیده، از فرآیند‎های جهش زا است و باعث می‎شود آدنین به جای تیمین با سیتوزین تشکیل جفت باز دهد و یا گوانین و سیتوزین نیز با جدا شدن گروه آمینی‎شان، به طور متفاوتی نسبت به جفت بازهای والدینی جفت باز تشکیل دهند. بازهای دآمینه شده DNA توسط گلیکولاز برداشته می‎شوند. تیمین گروه آمینو ندارد و دآمیناسیون روی آن انجام نمی‎شود و در نتیجه حضور تیمین در DNA ثبات اطلاعات ژنتیکی را بیشتر می‎کند.

 

3-  بازهای پسودواوراسیل (Ψ): در این بازها قند ریبوز به جای اتصال به  از طریق  به قند پیریمیدین اوراسیل متصل می‎شود. این باز در ساختمان tRNA وجود دارد.

 4-    دی‎هیدرواوراسیل: که در tRNA مشاهده می‎شود.

 نوکلئوزیدها:

واحدی که شامل یک باز و یک قند است نوکلئوزید نام دارد.چهار واحد نوکلئوزید در RNA شامل، آدنوزین ، گوانوزین ، سیتیدین و یوریدین نام دارند، در حالی که در DNA داکسی آدنوزین، داکسی گوانوزین، داکسی سیتیدین و داکسی تیمیدین نام دارند.در هر مورد  پورین یا  پیریمیدین به  قند از طریق پیوند کوالانسی متصل می‎شود. این پیوند دارای چرخش آزاد است و از چرخش آزاد این پیوند دو حالت Syn و Anti به دست می‎آید، که در حالت Syn قند و باز پورینی در یک طرف پیوند یگانه گلیکوزیدی و در حالت Anti قند و باز در دو طرف پیوند گلیکوزیدی قرار دارند.

Anti = Trans                                                               Syn = Cis  

 

              

هنگامی که ساختار به صورت استاندارد ترسیم شود باز در بالای صفحه قرار می‎گیرد. در این حالت پیکربندی اتصال N- گلیکوزیدی از نوع بتا (β) می‎باشد.نوکلئوزیدها به خوبی در آب حل می‎شوند و می‎توان آنها را به کمک کروماتوگرافی لایه نازک از همدیگر جدا کرد.نوکلئوزیدها در محیط قلیایی پایدارند ولی اگر در محیط اسیدی حرارت داده شوند هیدرولیز شده به اجزای سازنده خود تبدیل می‎شوند. نوکلئوزیدهای مشتق از بازهای پیریمیدینی مقاومتر از نوکلئوتیدهای مشتق از بازهای پورین هستند.

در صورتی که باز پورینی آدنین ، گوانین ، هیپوگزانتین یا گزانتین به قند ریبوز متصل شوند نوکلئوزیدهای حاصل را به ترتیب آدنوزین ، گوانوزین ، اینوزین و گزانتین نامیده می‎شوند همچنین در صورتی که باز پیریمیدینی متصل به قند ریبوز سیتوزین ، اوراسیل ، تیمین یا اورات باشد نوکلئوزید حاصله را به ترتیب سیتیدین ، یورین ، تیمیدین یا اورتیدین (Ortidine) می‎نامند.

 نوکلئوتیدها:

یک نوکلئوتید، نوکلئوزیدی است که به وسیلۀ پیوند استری به یک یا چند فسفر متصل شده است. متداول‎ترین جایگاه استری شدن در نوکلئوتیدهای طبیعی، گروه هیدروکسیل متصل به کربن 5 قند است. ترکیبی که به وسیلۀ اتصال فسفات به  یک نوکلئوزید ایجاد می‎شود، نوکلئوزید – 5 فسفات یا نوکلئوتید نام دارد. برای مثال ATP، یک آدنوزین - 5 - تری فسفات است. یک نوکلئوتید دیگر داکسی گوانوزین - 3 - مونوفسفات (3dGMP) می‎باشد. این نوکلئوتید با ATP فرق دارد چون به جای آدنین دارای گوانین است و به جای ریبوز دارای داکسی ریبوز است که با پسوند d نشان داده شده است و همچنین به جای سه گروه فسفات یک فسفات دارد که با هیدروکسیل کربن 3 قند پیوند استری برقرار کرده است. در DNA چهار واحد نوکلئوتیدی، داکسی آدنیلات ، داکسی گوآنیلات ، داکسی سیتیدیلات و تیمیدیلات وجود دارد. توجه داشته باشید که هر چند تیمیدیلات دارای داکسی دیبوز است با این حال پیشوند داکسی به آن اضافه نمی‎شود زیرا نوکلئوتیدهای دارای تیمین به ندرت در RNA یافت می‎شوند.

  نامگذاری نوکلئوتیدها:

فرمول عمومی نامگذاری نوکلئوتیدها به صورت زیر است:

                                       نام نوکلئوزید  +  مونو، دی، تری  +  فسفات

مثال) آدنوزین مونو فسفات =AMP        و    سیتیدین مونو فسفات=CMP

فقط باید توجه داشت که اگر قند از نوع داکسی ریبوز باشد،بعد از کلمه نوکلئوزید از واژه داکسی استفاده می‎شود.

 

اتصال واحدهای نوکلئوتیدی:

اتصال واحدهای نوکلئوتیدی به طور کوالان و توسط پیوند فسفو‎دی‎استر ایجاد می‎شود که این پیوندها توسط آنزیم‎های اختصاصی (RNAپلی‎مراز و DNAپلی‎مراز) ایجاد می‎شوند.این پیوند همواره بین عامل هیدروکسیل شماره 5 یک نوکلئوتید با عامل هیدروکسیل شماره 3 نوکلئوتیدهای بعدی بوده و با ایجاد یک مولکول آب و خروج دو عدد فسفات (یک مولکول پیروفسفات) همراه است.به این ترتیب بازهای موجود در ساختمان نوکلئوتیدها در اسکلت داخلی اسیدهای‎ نوکلئیک دخالتی ندارند و تنها شاخه‎های جانبی را تشکیل می‎دهند



[1]  پیشوند 2- دزوکسی به معنای نبود اکسیژن بر روی c₂ ریبوز است.

[2] اگر عامل هیدروکسیل کربن شماره یک قند در بالای حلقه پنتوز قرار داشته باشد قند از نوع β است و اگر عامل هیدروکسیل c-1‘ در پایین حلقه پنتوز باشد قند از نوع ά است. پنتوز موجود در اسیدنوکلئیک‎ها هم بین دو حالت تعادلی فرم حلقوی 5 اتمی بسته (فورانوز) و حالت زنجیری قرار دارد.

Puckered [3] : وقتی همه 4 اتم از 5 اتم قند در یک صفحه باشد و پنجمین اتم c-2‘ یا c-3‘ در مقایسه با c-5‘ قرار می‎گیرد. اگر c-2‘ یا c-3‘ در همان سمت c-5‘ باشند حالت endo و اگر مخالف c-5‘ باشند  حالت exo گویند.در DNA ،حلقه فورانوزی مربوط به هر داکسی‎ریبوز در c-2‘ دارای کانفورماسیون درونی endo است.

3 اگر به جای هیدروکسیل کربن ’3 قند موجود در داکسی ریبوز اتم هیدروژن قرار بگیرد ترکیب دی داکسی ریبوز ایجاد می‎شود که برای متوقف کردن ساخت DNA استفاده می‎شود.

[5]  گروه 2’- هیدروکسیل RNA می‎تواند به طور مستقیم در فرآیند هیدرولیز آهسته غیرآنزیمی شرکت کند و اولین محصول اثر قلیا بر روی RNA تولید 2‘-3‘- نوکلئوتید مونوفسفات حلقوی است که بعداً به 2‘-نوکلئوتید مونوفسفات و 3‘- نوکلئوتید مونوفسفات حلقوی تجزیه می‎شود.

[6]  Heterocyclic

 

طبق معمول چندتا انیمیشن مرتبط با مطالب بالا گذاشتم که ببینید مطالب بالا را خوب یاد گرفتید یا نه.

انیمیشن 1

انیمیشن 2

انیمیشن 3

انیمیشن 4

انیمیشن 5

انیمیشن 6

+ نوشته شده در  88/07/08ساعت 22:13  توسط علیرضا بابایی  |