მთელი სიცოცხლე პლანეტაზე შედგება მრავალი უჯრედისგან, რომლებიც ინარჩუნებენ თავიანთი ორგანიზაციის მოწესრიგებას ბირთვში შემავალი გენეტიკური ინფორმაციის გამო. მისი შენახვა, დანერგვა და გადაცემა ხდება რთული მაღალმოლეკულური ნაერთებით - ნუკლეინის მჟავებით, რომლებიც შედგება მონომერული ერთეულებისგან - ნუკლეოტიდები. ნუკლეინის მჟავების როლი არ შეიძლება გადაჭარბებული იყოს. მათი სტრუქტურის სტაბილურობა განსაზღვრავს ორგანიზმის ნორმალურ სასიცოცხლო აქტივობას და სტრუქტურაში ნებისმიერი გადახრა აუცილებლად გამოიწვევს უჯრედული ორგანიზაციის ცვლილებას, ფიზიოლოგიური პროცესების აქტივობას და მთლიანობაში უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობას.
ნუკლეოტიდის კონცეფცია და მისი თვისებები
დნმ-ის ან რნმ-ის თითოეული მოლეკულა იკრიბება უფრო მცირე მონომერული ნაერთებისგან - ნუკლეოტიდები. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ნუკლეოტიდი არის ნუკლეინის მჟავების, კოენზიმების და მრავალი სხვა ბიოლოგიური ნაერთის სამშენებლო მასალა, რომლებიც აუცილებელია უჯრედისთვის მისი სიცოცხლის განმავლობაში.
ამ შეუცვლელის ძირითად თვისებებსნივთიერებები შეიძლება მიეკუთვნებოდეს:
• ინფორმაციის შენახვა ცილის სტრუქტურისა და მემკვიდრეობითი თვისებების შესახებ;
• კონტროლი ზრდასა და რეპროდუქციაზე;
• მონაწილეობა მეტაბოლიზმში და უჯრედში მიმდინარე ბევრ სხვა ფიზიოლოგიურ პროცესებში.
ნუკლეოტიდის შემადგენლობა
ნუკლეოტიდებზე საუბრისას არ შეიძლება არ შეჩერდეთ ისეთ მნიშვნელოვან საკითხზე, როგორიცაა მათი სტრუქტურა და შემადგენლობა.
თითოეული ნუკლეოტიდი შედგება:
• შაქრის ნარჩენი;
• აზოტოვანი ბაზა;
• ფოსფატის ჯგუფი ან ფოსფორმჟავას ნარჩენი.
შეიძლება ითქვას, რომ ნუკლეოტიდი რთული ორგანული ნაერთია. აზოტოვანი ფუძეების სახეობრივი შემადგენლობისა და ნუკლეოტიდური სტრუქტურის პენტოზის ტიპებიდან გამომდინარე, ნუკლეინის მჟავები იყოფა:
• დეზოქსირიბონუკლეინის მჟავა, ან დნმ;
• რიბონუკლეინის მჟავა, ან რნმ.
ნუკლეინის მჟავების შემადგენლობა
ნუკლეინის მჟავებში შაქარი წარმოდგენილია პენტოზით. ეს არის ხუთნახშირბადიანი შაქარი, დნმ-ში მას დეზოქსირიბოზა, რნმ-ში მას რიბოზა ეწოდება. პენტოზის თითოეულ მოლეკულას აქვს ხუთი ნახშირბადის ატომები, რომელთაგან ოთხი ჟანგბადის ატომთან ერთად ქმნის ხუთწევრებულ რგოლს, ხოლო მეხუთე არის HO-CH2 ჯგუფის ნაწილი.
თითოეული ნახშირბადის ატომის პოზიცია პენტოზას მოლეკულაში მითითებულია არაბული რიცხვით მარტივი რიცხვით (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). ვინაიდან ნუკლეინის მჟავის მოლეკულიდან მემკვიდრეობითი ინფორმაციის წაკითხვის ყველა პროცესს აქვს მკაცრი მიმართულება, ნახშირბადის ატომების ნუმერაცია და მათი განლაგება რგოლში სწორი მიმართულების ერთგვარი მაჩვენებელია.
ჰიდროქსილის ჯგუფის მიხედვითფოსფორის მჟავის ნარჩენი მიმაგრებულია მესამე და მეხუთე ნახშირბადის ატომებს (3С´ და 5С´). ის განსაზღვრავს დნმ-ისა და რნმ-ის ქიმიურ მიკუთვნებას მჟავების ჯგუფთან.
აზოტოვანი ფუძე მიმაგრებულია ნახშირბადის პირველ ატომზე (1С´) შაქრის მოლეკულაში.
აზოტოვანი ფუძეების სახეობების შემადგენლობა
დნმ-ის ნუკლეოტიდები აზოტოვანი ფუძის მიხედვით წარმოდგენილია ოთხი ტიპით:
• ადენინი (A);
• გუანინი (G);
• ციტოზინი (C);
• თიმინი (T).
პირველი ორი არის პურინები, ბოლო ორი არის პირიმიდინები. მოლეკულური წონის მიხედვით, პურინები ყოველთვის უფრო მძიმეა ვიდრე პირიმიდინები.
რნმ ნუკლეოტიდები აზოტოვანი ფუძით წარმოდგენილია:
• ადენინი (A);
• გუანინი (G);
• ციტოზინი (C);
• ურაცილი (U).
ურაცილი, ისევე როგორც თიმინი, არის პირმიდინის ბაზა.
მეცნიერულ ლიტერატურაში ხშირად გვხვდება აზოტოვანი ფუძეების სხვა აღნიშვნა - ლათინური ასოებით (A, T, C, G, U).
მოდით უფრო დეტალურად ვისაუბროთ პურინებისა და პირიმიდინების ქიმიურ სტრუქტურაზე.
პირიმიდინები, კერძოდ, ციტოზინი, თიმინი და ურაცილი, წარმოდგენილია აზოტის ორი ატომით და ოთხი ნახშირბადის ატომით, რომლებიც ქმნიან ექვსწევრებულ რგოლს. თითოეულ ატომს აქვს საკუთარი რიცხვი 1-დან 6-მდე.
პურინები (ადენინი და გუანინი) შედგება პირიმიდინისა და იმიდაზოლისგან ან ორი ჰეტეროციკლისგან. პურინის ბაზის მოლეკულა წარმოდგენილია ოთხი აზოტის ატომით და ხუთი ნახშირბადის ატომით. თითოეული ატომი დანომრილია 1-დან 9-მდე.
აზოტის შეერთების შედეგადფუძე და პენტოზის ნარჩენი ქმნის ნუკლეოზიდს. ნუკლეოტიდი არის ნუკლეოზიდისა და ფოსფატის ჯგუფის კომბინაცია.
ფოსფოდიესტერული ბმების ფორმირება
მნიშვნელოვანია გვესმოდეს კითხვა, თუ როგორ უკავშირდება ნუკლეოტიდები პოლიპეპტიდურ ჯაჭვში და ქმნიან ნუკლეინის მჟავას მოლეკულას. ეს ხდება ეგრეთ წოდებული ფოსფოდიესტერული ბმების გამო.
ორი ნუკლეოტიდის ურთიერთქმედება იძლევა დინუკლეოტიდს. ახალი ნაერთის წარმოქმნა ხდება კონდენსაციის გზით, როდესაც ხდება ფოსფოდიესტერის ბმა ერთი მონომერის ფოსფატის ნარჩენსა და მეორის პენტოზის ჰიდროქსი ჯგუფს შორის.
პოლინუკლეოტიდის სინთეზი არის ამ რეაქციის განმეორებითი გამეორება (რამდენიმე მილიონჯერ). პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვი აგებულია შაქრის მესამე და მეხუთე ნახშირბადებს შორის ფოსფოდიესტერული ბმების წარმოქმნით (3С´ და 5С´).
პოლინუკლეოტიდის შეკრება არის რთული პროცესი, რომელიც ხდება დნმ პოლიმერაზას ფერმენტის მონაწილეობით, რომელიც უზრუნველყოფს ჯაჭვის ზრდას მხოლოდ ერთი ბოლოდან (3') თავისუფალი ჰიდროქსი ჯგუფით.
დნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა
დნმ-ის მოლეკულას, ისევე როგორც ცილას, შეიძლება ჰქონდეს პირველადი, მეორადი და მესამეული სტრუქტურა.
ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა დნმ-ის ჯაჭვში განსაზღვრავს მის პირველად სტრუქტურას. მეორადი სტრუქტურა იქმნება წყალბადის ბმებით, რომლებიც დაფუძნებულია კომპლემენტარობის პრინციპზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დნმ-ის ორმაგი სპირალის სინთეზის დროს მოქმედებს გარკვეული ნიმუში: ერთი ჯაჭვის ადენინი შეესაბამება მეორის თიმინს, გუანინი ციტოზინს და პირიქით. ადენინის და თიმინის ან გუანინის და ციტოზინის წყვილიწარმოიქმნება ორი პირველ შემთხვევაში და სამი ბოლო შემთხვევაში წყალბადის ბმის გამო. ნუკლეოტიდების ასეთი კავშირი უზრუნველყოფს ჯაჭვებს შორის ძლიერ კავშირს და მათ შორის თანაბარ მანძილს.
იცოდით დნმ-ის ერთი ჯაჭვის ნუკლეოტიდური თანმიმდევრობით, შეგიძლიათ დაასრულოთ მეორე კომპლემენტარობის ან მიმატების პრინციპით.
დნმ-ის მესამეული სტრუქტურა იქმნება რთული სამგანზომილებიანი ბმებით, რაც მის მოლეკულას უფრო კომპაქტურს ხდის და შეუძლია უჯრედის მცირე მოცულობაში მოთავსება. მაგალითად, E. coli დნმ-ის სიგრძე 1 მმ-ზე მეტია, ხოლო უჯრედის სიგრძე 5 მიკრონზე ნაკლები.
დნმ-ში ნუკლეოტიდების რაოდენობა, კერძოდ, მათი რაოდენობრივი თანაფარდობა ემორჩილება ჩერგაფის წესს (პურინის ფუძეების რაოდენობა ყოველთვის უდრის პირიმიდინის ფუძეების რაოდენობას). ნუკლეოტიდებს შორის მანძილი არის მუდმივი მნიშვნელობა 0,34 ნმ, ისევე როგორც მათი მოლეკულური წონა.
რნმ-ის მოლეკულის სტრუქტურა
რნმ წარმოდგენილია ერთი პოლინუკლეოტიდური ჯაჭვით, რომელიც წარმოიქმნება კოვალენტური ბმების მეშვეობით პენტოზას (ამ შემთხვევაში, რიბოზას) და ფოსფატის ნარჩენს შორის. ის სიგრძით დნმ-ზე ბევრად მოკლეა. ასევე არსებობს განსხვავებები ნუკლეოტიდში აზოტოვანი ფუძეების სახეობრივ შემადგენლობაში. რნმ-ში ურაცილი გამოიყენება თიმინის პირიმიდინური ფუძის ნაცვლად. ორგანიზმში შესრულებული ფუნქციებიდან გამომდინარე, რნმ შეიძლება იყოს სამი სახის.
• Ribosomal (rRNA) - ჩვეულებრივ შეიცავს 3000-დან 5000 ნუკლეოტიდს. როგორც აუცილებელი სტრუქტურული კომპონენტი, ის მონაწილეობს რიბოზომების აქტიური ცენტრის, უჯრედის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პროცესის ფორმირებაში.- ცილის ბიოსინთეზი.
• ტრანსპორტი (tRNA) - შედგება საშუალოდ 75 - 95 ნუკლეოტიდისგან, გადააქვს სასურველი ამინომჟავა რიბოსომაში პოლიპეპტიდის სინთეზის ადგილზე. tRNA-ს თითოეულ ტიპს (მინიმუმ 40) აქვს მონომერების ან ნუკლეოტიდების თავისი უნიკალური თანმიმდევრობა.
• საინფორმაციო (mRNA) - ძალიან მრავალფეროვანია ნუკლეოტიდის შემადგენლობით. გადასცემს გენეტიკურ ინფორმაციას დნმ-დან რიბოზომებში, მოქმედებს როგორც მატრიცა ცილის მოლეკულის სინთეზისთვის.
ნუკლეოტიდების როლი სხეულში
ნუკლეოტიდები უჯრედში ასრულებენ უამრავ მნიშვნელოვან ფუნქციას:
• გამოიყენება ნუკლეინის მჟავების სამშენებლო ბლოკად (პურინისა და პირიმიდინის სერიის ნუკლეოტიდები);
• ჩართულია უჯრედის ბევრ მეტაბოლურ პროცესში; - ენერგიის ძირითადი წყარო უჯრედებში;
• მოქმედებს როგორც უჯრედებში შემცირების ეკვივალენტების მატარებლები (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• ასრულებს ბიორეგულატორების ფუნქციას;
• შეიძლება ჩაითვალოს მეორე მესინჯერად უჯრედგარე რეგულარული სინთეზი (მაგალითად, cAMP ან cGMP).
ნუკლეოტიდი არის მონომერული ერთეული, რომელიც ქმნის უფრო რთულ ნაერთებს - ნუკლეინის მჟავებს, რომელთა გარეშე შეუძლებელია გენეტიკური ინფორმაციის გადაცემა, მისი შენახვა და გამრავლება. თავისუფალი ნუკლეოტიდები არის ძირითადი კომპონენტები, რომლებიც მონაწილეობენ სასიგნალო და ენერგეტიკულ პროცესებში, რომლებიც მხარს უჭერენ უჯრედების და მთლიანად ორგანიზმის ნორმალურ ფუნქციონირებას.
