Omdöms av: Todd Smith, PhD

Nukleotid Definition

Nun, plural: Nukleotider
(nu-cle-o-tide, ˈnjuːklɪəˌtaɪd)

Det är den grundläggande byggstenen i nukleinsyra; en organisk förening som består av en kvävebaserad bas, ett socker och en fosfatgrupp.

Nukleotider ger också kemisk energi i form av sina nukleosidtrifosfater. Dessutom deltar de i cellsignalering och utgör en andra budbärare i cellulära processer.

Etymologi: ”

Översikt

En nukleotid anses vara den grundläggande byggstenen i nukleinsyra (t.ex. DNA och RNA). En nukleinsyra är i sin tur en av de viktigaste grupperna av biomolekyler (de andra är kolhydrater, proteiner och aminosyror). Nukleinsyror är inblandade i bevarandet, replikeringen och uttrycket av ärftlig information.

Egenskaper

En nukleotid är en organisk förening som består av tre underenheter: en kvävebas, ett socker med fem kol och en fosfatgrupp. Sockerkomponenten kan antingen vara ribose eller deoxyribose. Ribos är sockerkomponenten i de nukleotider som utgör RNA. Deoxyribose-sockret är sockerkomponenten i DNA. Varje fosfatgrupp förbinder sockerringarna i två intilliggande nukleotidmonomerer. Fosfatgrupperna och sockerdelarna utgör ryggraden i en nukleinsyra. I DNA är de två strängarna orienterade i motsatt riktning. Detta för att möjliggöra komplementär basparning mellan nukleobasbeståndsdelarna. Förutom den långa kedjan av nukleinsyror förekommer nukleotider även i cykliska former. Cykliska nukleotider bildas när fosfatgruppen är kopplad två gånger till sockerdelen, särskilt till de två hydroxylgrupperna i det ingående sockret.

Avse att nukleotiderna spelar en roll som underenheter till nukleinsyror är de också energibärare. De bär kemisk energi som cellen använder för att ge bränsle till olika cellaktiviteter. Adenosintrifosfat (ATP) är den överlägset mest använda.

Nukleosider vs. nukleotider

Nukleotider ska inte förväxlas med nukleosider, som också är 5-kolssocker med en kvävebas. Nukleosider har ingen fosfatgrupp. När en nukleosid binds till en fosfatgrupp ger den en nukleotid. (Ref. 1) En nukleotid kallas således också nukleosidmonofosfat (om den har endast en fosfatgrupp), nukleosiddifosfat (med två fosfatgrupper) eller nukleosidtrifosfat (om den har tre fosfatgrupper). Beroende på pentosockerkomponenten kan en nukleosid vara en ribonukleosid eller en desoxyribonukleosid. En ribonukleosid är en nukleosid med en ribose (sockerkomponent). Med utgångspunkt i nukleobaskomponenten kan ribonukleosiden vara adenosin, guanosin, cytidin, uridin eller 5-metyluridin. En desoxyribonukleosid är en nukleosid med desoxyribose. På samma sätt kan en deoxyribonukleosid, baserat på nukleobaskomponenten, vara deoxyadenosin, deoxyguanosin, deoxycytidin, deoxythymidin eller deoxyuridin. Dessutom kan nukleosiderna, beroende på nukleobaskomponenten, grupperas i antingen ”dubbelringade” puriner eller ”enkelringade” pyrimidiner.

Klassificering

De grundläggande nukleotiderna delas in i puriner och pyrimidiner baserat på kvävebasens struktur. Till purinbaserna hör adenin och guanin medan pyrimidinbaserna är tymin och cytosin samt uracil. I RNA ersätter uracil tymin (tymin framställs genom att lägga till metyl till uracil). (Ref. 2)

Nukleobaserna som utgör nukleinsyran används för att skilja DNA- från RNA-molekyler. I DNA är tymin komplementära par med adenin medan i RNA är det uracil som matchar adenin. Parningarna av nukleobaserna C-G och A-T (eller A-U i RNA) kallas baskomplement.

Typer

Exempel på nukleotider med endast en fosfatgrupp:

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

Nukleotider med två fosfatgrupper:

• adenosindifosfat (ADP)
• guanosindifosfat (GDP)
• cytidindifosfat (CDP)
• uridindifosfat (UDP)
• deoxyadenosindifosfat (dADP)
• deoxyguanosindifosfat (dGDP)
• deoxicytidindifosfat (dCDP)
• (deoxy)tymidindifosfat (dTDP)

Nukleotider med tre fosfatgrupper:

• adenosintrifosfat (ATP)
• guanosintrifosfat (GTP)
• cytidintrifosfat (CTP)
• uridintrifosfat (UTP)
• deoxyadenosintrifosfat (dATP)
• deoxyguanosintrifosfat (dGTP)
• deoxycytidintrifosfat (dCTP)
• (deoxy)tymidintrifosfat (dTTP)

De novo-syntesvägen

Nukleotider produceras naturligt genom de novo-syntesvägen eller genom räddningsvägar. (Ref. 4) Hos människor sker de novo-syntesen av de grundläggande nukleotiderna huvudsakligen i levern. Vid pyrimidinbiosyntesen bildas ringen genom en rad steg som börjar med bildandet av karbamoylfosfat. (Ref. 1) Först produceras carbamoylfosfat från en biokemisk reaktion som involverar bikarbonat, glutamin, ATP (för fosforylering) och en vattenmolekyl. Det enzym som katalyserar reaktionen är carbamoylfosfat-syntetas II som finns i cytosolen. Därefter omvandlas karbamoylfosfatet till karbamoylaspartat av enzymet aspartattranskarbamylas. Därefter sluts ringen genom intramolekylär kondensation, varvid karbamoylfosfat omvandlas till dihydroorotat av enzymet dihydroorotas. Slutligen oxideras dihydroorotatet av dihydroorotatdehydrogenas (ett integrerat membranprotein i det inre mitokondriella membranet) för att omvandlas till orotat. Efter att pyrimidinringen bildats reagerar 5-fospho-α-D-ribosyl-1-pyrofosfat (PRPP), en ribosesfosfat, med orotat för att bilda orotidin-5-monofosfat (OMP). OMP dekarboxyleras sedan av enzymet OMP-dekarboxylas för att ge uridinmonofosfat (UMP). Slutligen produceras uridindifosfat (UDP) och uridintrifosfat (UTP) längs den biosyntetiska vägen genom kinaser och avfosforylering av ATP. UTP kan omvandlas till cytidintrifosfat (CTP) genom aminering av UTP via enzymet CTP-syntetas. (Ref. 5)

I purinbiosyntesen kan puriner komma från nukleotiden inosinmonofosfat (IMP). IMP produceras i sin tur från ett redan befintligt ribosfosfat som bildas huvudsakligen från aminosyrorna glycin, glutamin och asparaginsyra. Ribosinfosfat 5-fosfat reagerar med ATP för att producera 5-fosforibosyl-1-pyrofosfat (PRPP). PRPP har en roll i både purin- och pyrimidinsyntesen; det är också involverat i NAD- och NADP-bildning och räddningsvägar. PRRP blir dock särskilt engagerad i purinbiosyntesen när PRRP omvandlas till 5-fosforibosylamin (genom att PRRP:s pyrofosfat ersätts med glutamins amidgrupp). (Ref. 6) IMP omvandlas sedan till antingen adenosinmonofosfat (AMP) eller guanosinmonofosfat (GMP).

Nedbrytning

Purinerna guanin och adenin kan brytas ned på följande sätt:

För GMP hydrolyseras först föreningen och omvandlas till guanosin. Det senare klyvs sedan till fritt guanin. (Ref. 7)

• Guanin (via guanas) ” xantin (via xantinoxidas) ” urinsyra
• Adenosin ”” inosin (via purinnukleosidfosforylas) ” hypoxantin (via xantinoxidas) ” xantin (via xantinoxidas) ” xantin (via xantinoxidas) ” urinsyra

Som resultat av nedbrytning av purin, produceras urinsyra. Hos människor frigörs urinsyra från levern och andra vävnadskällor till blodomloppet genom vilket den når njurarna. Den utsöndras sedan från kroppen via urinen.

Puriner från katabolismen kan återvinnas och återanvändas på följande sätt: (Ref. 6)

• Adenin återvinns av enzymet adeninfosforibosyltransferas (APRT), genom att omvandla det till adenylat
• Guanin och hypoxantin återvinns av enzymet hypoxantin-guaninfosforibosyltransferas (HGPRT), genom att bilda guanylat eller IMP

Pyrimidiner som bryts ned kan återvinnas genom en räddningsväg. (Ref. 1) Nukleobaser återvinns för återanvändning efter nedbrytning av RNA och DNA. Pyrimidinåtervinningsvägarna är följande:

• Cytosin omvandlas till uracil genom deaminering. Genom uridinfosforylas omvandlas uracil till uridin genom att reagera med ribose-1-fosfat. Genom enzymet nukleosidkinas omvandlas uridin till uridinmonofosfat (UMP).
• Thymin omvandlas till tymidin genom att reagera med deoxiribos-1-fosfat och genom enzymet tymidinfosforylas. Thymidin omvandlas sedan till tymidinmonofosfat av enzymet nukleosidkinas. Thymidinkinas är i synnerhet ett enzym i pyrimidinåtervinningsvägen som katalyserar fosforyleringen av tymidin till tymidinmonofosfat. (Ref.8)

Biologiska funktioner

Nucleotider fungerar förutom som föregångare till nukleinsyror även som viktiga kofaktorer i cellulär signalering och metabolism. Dessa kofaktorer omfattar CoA, flavinadenindinukleotid (FAD), flavinmononukleotid, adenosintrifosfat (ATP) och nikotinamidadenindinukleotidfosfat (NADP). Särskilt nukleosidtrifosfaterna bär på paket med kemisk energi som används i många cellaktiviteter som kräver energi, t.ex. aminosyrasyntes, proteinsyntes, celldelning, interna och intercellulära rörelser osv.

Se även

• Nukleinsyra
• Deoxyribonukleinsyra
• Ribonukleinsyra
• Nukleosid

1. PURINER OCH PYRIMIDINER. (2020). Utah.Edu. https://library.med.utah.edu/NetBiochem/pupyr/pp.htm
2. Bera, P. P., Nuevo, M., Materese, C. K., Sandford, S. A., & Lee, T. J. (2016). Mekanismer för bildning av tymin under astrofysiska förhållanden och konsekvenser för livets ursprung. 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). Pyrimidinbiosyntes. Hämtad från webbplatsen Slideshare.net: www.slideshare.net/kskuldeep1995/pyrimidine-biosynthesis-46874172
6. Berg, J. M., Tymoczko, J. L., & Lubert Stryer. (2016). Nyckelsteg i nukleotidbiosyntesen regleras av återkopplingshämning. Nih.Gov; W H Freeman. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK22428/
7. Kapitel 21 : Biosyntes av aminosyror, nukleotider och relaterade molekyler. (2020). Bioinfo.Org.Cn. http://www.bioinfo.org.cn/book/biochemistry/chapt21/bio8.htm
8. He, Q., Mao, Y., & Wu, J. (2002). Immunohistokemiskt uttryck av cytosoliskt tymidinkinas hos patienter med bröstcancer. Handbook of Immunohistochemistry and in Situ Hybridization of Human Carcinomas, 463-469. https://doi.org/10.1016/s1874-5784(04)80056-4

Rekommenderas:

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