Nukleotid definition

Nukleotid definition: den grundlæggende byggesten i nukleinsyre

Indholdsfortegnelse

Revideret af: Todd Smith, PhD

Nukleotid Definition

nukleotid, flertalsbetegnelse: Nucleotider
(nu-cle-o-tide, ˈnjuːklɪəˌtaɪd)

Det er den grundlæggende byggesten i nukleinsyre; en organisk forbindelse, der består af en nitrogenbas, et sukker og en fosfatgruppe.

Nucleotider leverer også kemisk energi i form af deres nukleosidtriphosphater. Derudover deltager de i cellesignalering og udgør et andet budbringer i cellulære processer.

Etymologi: “nucleo”- (“kerne”) + -ide (kemisk suffiks)

Oversigt

Et nukleotid betragtes som den grundlæggende byggesten i nukleinsyre (f.eks. DNA og RNA). En nukleinsyre er på sin side en af de store grupper af biomolekyler (de andre er kulhydrater, proteiner og aminosyrer). Nukleinsyrer er involveret i bevaring, replikation og ekspression af arvelig information.

Karakteristika

En nukleotid er en organisk forbindelse, der består af tre underenheder: en nitrogenbas, et sukker med fem kulstofatomer og en fosfatgruppe. Sukkerkomponenten kan enten være ribose eller deoxyribose. Ribose er sukkerkomponenten i de nukleotider, der udgør RNA. Deoxyribose-sukkeret er sukkerkomponenten i DNA. Hver fosfatgruppe forbinder sukkerringene i to tilstødende nukleotidmonomerer. Phosphatgrupperne og sukkerdelene udgør rygraden i en nukleinsyre. I DNA er de to strenge orienteret i modsat retning. Dette er for at muliggøre komplementær baseparring mellem nukleobasebestanddelene. Ud over den lange kæde af nukleinsyrer forekommer nukleotider også i cykliske former. Cykliske nukleotider dannes, når fosfatgruppen er bundet to gange til sukkerdelen, især til de to hydroxylgrupper i det konstituerende sukker.

Ud over nukleotidernes rolle som underenheder i nukleinsyrer er de også energibærere. De er bærere af kemisk energi, som cellen bruger til at give brændstof til forskellige celleaktiviteter. Adenosintrifosfat (ATP) er langt det mest anvendte.

Nukleosider vs. nukleotider

Nukleotider skal ikke forveksles med nukleosider, som også er 5-kulstofsukker med en nitrogenbase. Nukleosider har ikke en fosfatgruppe. Når et nukleosid er bundet til en fosfatgruppe, giver det et nukleotid. (Ref. 1) Et nukleotid kaldes således også nukleosidmonofosfat (hvis det kun har én fosfatgruppe), nukleosiddiphosfat (med to fosfatgrupper) eller nukleosidtrifosfat (hvis det har tre fosfatgrupper). Afhængigt af pentosesukkerkomponenten kan et nukleosid være et ribonukleosid eller et deoxyribonukleosid. Et ribonucleosid er et nukleosid med en ribose (sukkerkomponent). På grundlag af nukleobasekomponenten kan ribonukleosidet være adenosin, guanosin, cytidin, uridin eller 5-methyluridin. Et deoxyribonukleosid er et nukleosid med deoxyribose. På samme måde kan et deoxyribonukleosid, baseret på nukleobasekomponenten, være deoxyadenosin, deoxyguanosin, deoxycytidin, deoxythymidin eller deoxyuridin. Afhængigt af nukleobasekomponenten kan nukleosiderne også inddeles i enten “dobbeltringede” puriner eller “enkeltringede” pyrimidiner.

Klassifikation

De grundlæggende nukleotider er opdelt i puriner og pyrimidiner på grundlag af nitrogenbasens struktur. Purinbaserne omfatter adenin og guanin, mens pyrimidinbaserne er thymin og cytosin samt uracil. I RNA erstatter uracil thymin (thymin fremstilles ved at tilføje methyl til uracil). (Ref. 2)

Nukleobaserne, der udgør nukleinsyren, bruges til at skelne DNA- fra RNA-molekyler. I DNA danner thymin komplementære par med adenin, mens uracil i RNA passer til adenin. Parringerne af nukleobaserne C-G og A-T (eller A-U i RNA) kaldes basekomplementer.

Typer

Eksempler på nukleotider med kun én fosfatgruppe:

  • adenosinmonofosfat (AMP)
  • guanosinmonofosfat (GMP)
  • cytidinmonofosfat (CMP)
  • uridinmonofosfat (UMP)
  • cyklisk adenosinmonofosfat (cAMP)
  • cyklisk guanosinmonofosfat (cGMP)
  • cyklisk cytidin monofosfat (cCMP)
  • cyklisk uridinmonofosfat (cUMP)
  • deoxyadenosinmonofosfat (dAMP)
  • deoxyguanosinmonofosfat (dGMP)
  • deoxtcytidinmonofosfat (dCMP)
  • (deoxy)thymidinmonofosfat (dTMP)

Nucleotider med to fosfatgrupper:

  • adenosindiphosphat (ADP)
  • guanosindiphosphat (GDP)
  • cytidindiphosphat (CDP)
  • uridindiphosphat (UDP)
  • deoxyadenosindiphosphat (dADP)
  • deoxyguanosindiphosphat (dGDP)
  • deoxycytidindiphosphat (dCDP)
  • (deoxy)thymidindiphosphat (dTDP)

Nukleotider med tre phosphatgrupper:

  • adenosin-trifosfat (ATP)
  • guanosin-trifosfat (GTP)
  • cytidin-trifosfat (CTP)
  • uridin triphosphat (UTP)
  • deoxyadenosin triphosphat (dATP)
  • deoxyguanosin triphosphat (dGTP)
  • deoxycytidintrifosfat (dCTP)
  • (deoxy)thymidintrifosfat (dTTP)

De novosyntesevej

Nucleotider produceres naturligt ved de novo-syntesevej eller ved bjærgningsvejene. (Ref. 4) Hos mennesker foregår de novo-syntesevejen af de grundlæggende nukleotider hovedsageligt i leveren. I pyrimidinbiosyntesen dannes ringen ved en række trin, der begynder med dannelsen af carbamoylphosphat. (Ref. 1) Først produceres carbamoylphosphat fra en biokemisk reaktion, der involverer bicarbonat, glutamin, ATP (til fosforylering) og et vandmolekyle. Det enzym, der katalyserer reaktionen, er carbamoylphosphat-synthetase II, der befinder sig i cytosolen. Derefter omdannes carbamoylphosphat til carbamoylaspartat af enzymet aspartattranscarbamylase. Derefter lukkes ringen gennem intramolekylær kondensation, hvorved carbamoylphosphat omdannes til dihydroorotat ved hjælp af enzymet dihydroorotase. Endelig oxideres dihydroorotat af dihydroorotatdehydrogenase (et integreret membranprotein i den indre mitokondriemembran) for at omdanne det til orotat. Efter at pyrimidinringen er dannet, reagerer 5-fospho-α-D-ribosyl-1-pyrofosfat (PRPP), et ribosephosphat, med orotat for at danne orotidin-5-monofosfat (OMP). OMP dekarboxyleres derefter af enzymet OMP-dekarboxylase til uridinmonofosfat (UMP). Endelig produceres uridindiphosphat (UDP) og uridintrifosfat (UTP) ned ad biosyntetikvejen ved hjælp af kinaser og affosforylering af ATP’er. UTP kan omdannes til cytidintriphosphat (CTP) ved aminering af UTP via enzymet CTP-syntetase. (Ref. 5)

I purinbiosyntesen kan purinerne stamme fra nukleotidet inosinmonofosfat (IMP). IMP produceres igen fra et allerede eksisterende ribosephosphat, der hovedsageligt dannes fra aminosyrerne glycin, glutamin og asparaginsyre. Ribose-5-fosfat reagerer med ATP for at danne 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP). PRRP spiller en rolle i både purin- og pyrimidinsyntesen; det er også involveret i NAD- og NADP-dannelses- og -genvindingsvejene. PRRP bliver dog især engageret i purinbiosyntesen, når PRRP omdannes til 5-fosforibosylamin (ved at PRRP’s pyrofosfat erstattes af glutaminets amidgruppe). (Ref. 6) IMP omdannes derefter til enten adenosinmonofosfat (AMP) eller guanosinmonofosfat (GMP).

Nedbrydning

Purinerne guanin og adenin kan nedbrydes på følgende måde:

Med hensyn til GMP hydrolyseres forbindelsen først og omdannes til guanosin. Sidstnævnte spaltes derefter til frit guanin. (Ref. 7)

  • Guanin (via guanase) ” xanthin (via xanthinoxidase) ” urinsyre
  • Adenosin “” inosin (via purinnukleosidphosphorylase) ” hypoxanthin (via xanthinoxidase) ” xanthin (via xanthinoxidase) ” xanthin (via xanthinoxidase) ” urinsyre

Som følge af purinnedbrydningen, dannes der urinsyre. Hos mennesker frigives urinsyre fra leveren og andre vævskilder til blodbanen, hvorigennem den når frem til nyrerne. Det udskilles derefter fra kroppen via urinen.

Puriner fra katabolisme kan genvindes og genbruges på følgende måde: (Ref. 6)

  • Adenin bjærges af enzymet adeninphosphoribosyltransferase (APRT) ved at omdanne det til adenylat
  • Guanin og hypoxanthin bjærges af enzymet hypoxanthin-guaninphosphoribosyltransferase (HGPRT), ved at danne guanylat eller IMP

Pyrimidiner, der nedbrydes, kan genanvendes ved hjælp af en bjærgningsvej. (Ref. 1) Nukleobaser genvindes til genbrug efter nedbrydning af RNA og DNA. Pyrimidin-genvindingsveje er som følger:

  • Cytosin omdannes til uracil ved deaminering. Ved hjælp af uridinphosphorylase omdannes uracil til uridin ved at reagere med ribose-1-fosfat. Gennem enzymet nukleosidkinase omdannes uridin til uridinmonofosfat (UMP).
  • Thymin omdannes til thymidin ved at reagere med deoxyribose-1-fosfat og ved enzymet thymidinphosphorylase. Thymidin omdannes derefter til thymidinmonofosfat af enzymet nucleosidkinase. Thymidinkinase er især et enzym i pyrimidin-bæringsvejen, der katalyserer phosphoryleringen af thymidin til thymidinmonofosfat. (Ref.8)

Biologiske funktioner

Udover at fungere som forløbere for nukleinsyrer, tjener nukleotider også som vigtige cofaktorer i cellulær signalering og metabolisme. Disse cofaktorer omfatter CoA, flavinadenindinukleotid (FAD), flavinmononukleotid, adenosintrifosfat (ATP) og nicotinamidadenindinukleotidphosphat (NADP). Nukleosidetrifosfaterne er især bærere af kemiske energipakker, som anvendes i mange celleaktiviteter, der kræver energi, f.eks. aminosyresyntese, proteinsyntese, celledeling, interne og intercellulære bevægelser osv.

Se også

  • Nukleinsyre
  • Deoxyribonukleinsyre
  • Ribonukleinsyre
  • Nukleosid
  1. PURINER OG PYRIMIDINER. (2020). Utah.Edu. https://library.med.utah.edu/NetBiochem/pupyr/pp.htm
  2. Bera, P. P. P., Nuevo, M., Materese, C. K., Sandford, S. A., & Lee, T. J. (2016). Mekanismer for dannelsen af thymin under astrofysiske forhold og implikationer for livets oprindelse. The Journal of Chemical Physics, 144(14), 144308. https://doi.org/10.1063/1.4945745
  3. Nukleotider. (2020). Rpi.Edu. https://homepages.rpi.edu/~bellos/nucleotides.htm
  4. Nucleotide Salvage – an overview | ScienceDirect Topics. (2018). Sciencedirect.Com. https://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/nucleotide-salvage
  5. Charma, K. & Somani, D. (2015). Pyrimidinbiosyntese. Hentet fra Slideshare.net-webstedet: www.slideshare.net/kskuldeep1995/pyrimidine-biosynthesis-46874172
  6. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Lubert Stryer. (2016). Nøgletrin i nukleotidbiosyntese er reguleret af feedbackhæmning. Nih.Gov; W H Freeman. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22428/
  7. Kapitel 21 : Biosyntese af aminosyrer, nukleotider og beslægtede molekyler. (2020). Bioinfo.Org.Cn. http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt21/bio8.htm
  8. He, Q., Mao, Y., & Wu, J. (2002). Immunohistokemisk ekspression af cytosolisk thymidinkinase hos patienter med brystkræftkarcinom. Handbook of Immunohistochemistry and in Situ Hybridization of Human Carcinomas, 463-469. https://doi.org/10.1016/s1874-5784(04)80056-4

Anbefalet:

  • BLAST for begyndere. Digital World Biology. https://digitalworldbiology.com/tutorial/blast-for-beginners

By: adminPosted on

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.