Nucleic Acid
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.
4 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
هیچ نظری موجود نیست:
ارسال یک نظر