Манай гараг дээрх бүх амьдрал нь цөмд агуулагдах удамшлын мэдээллийн ачаар зохион байгуулалтаа эмх цэгцтэй байлгадаг олон эсээс бүрддэг. Энэ нь өндөр молекулын нарийн төвөгтэй нэгдлүүд - мономер нэгжээс бүрдэх нуклеотидууд - нуклеотидуудаар хадгалагдаж, хэрэгжиж, дамждаг. Нуклейн хүчлүүдийн үүргийг хэт үнэлж болохгүй. Тэдний бүтцийн тогтвортой байдал нь организмын хэвийн амин чухал үйл ажиллагааг тодорхойлдог бөгөөд бүтцэд гарсан аливаа хазайлт нь эсийн зохион байгуулалт, физиологийн үйл явцын идэвхжил, эсийн амьдрах чадварыг бүхэлд нь өөрчлөхөд зайлшгүй хүргэдэг.
Нуклеотидын тухай ойлголт ба түүний шинж чанарууд
ДНХ эсвэл РНХ-ийн молекул бүр нь жижиг мономер нэгдлүүд болох нуклеотидуудаас бүрддэг. Өөрөөр хэлбэл, нуклеотид нь эсийн амьдралын явцад зайлшгүй шаардлагатай нуклейн хүчил, коэнзим болон бусад олон биологийн нэгдлүүдийн барилгын материал юм.
Эдгээр орлуулашгүй үндсэн шинж чанарууд руубодисуудыг хамааруулж болно:
• уургийн бүтэц, удамшлын шинж чанарын талаарх мэдээллийг хадгалах;
• өсөлт, нөхөн үржихүйг хянах;
• эсэд тохиолддог бодисын солилцоо болон бусад олон физиологийн үйл явцад оролцох.
Нуклеотидын найрлага
Нуклеотидын тухай ярих юм бол тэдгээрийн бүтэц, найрлага зэрэг чухал асуудалд анхаарлаа хандуулахгүй байх аргагүй.
Нуклеотид бүр нь:
• чихрийн үлдэгдэл;
• азотын суурь;
• фосфатын бүлэг эсвэл фосфорын хүчлийн үлдэгдэл.
Нуклеотид нь нарийн төвөгтэй органик нэгдэл гэж хэлж болно. Азотын суурийн зүйлийн найрлага, нуклеотидын бүтэц дэх пентозын төрлөөс хамааран нуклейн хүчлүүдийг дараахь байдлаар хуваана:
• дезоксирибонуклеины хүчил эсвэл ДНХ;
• рибонуклеины хүчил эсвэл РНХ.
Нуклейн хүчлүүдийн найрлага
Нуклейн хүчлийн хувьд элсэн чихэр нь пентозоор илэрхийлэгддэг. Энэ бол таван нүүрстөрөгчийн сахар бөгөөд ДНХ-д дезоксирибоз, РНХ-д рибоз гэж нэрлэгддэг. Пентозын молекул бүр таван нүүрстөрөгчийн атомтай бөгөөд тэдгээрийн дөрөв нь хүчилтөрөгчийн атомтай хамт таван гишүүнт цагираг үүсгэдэг ба тав дахь нь HO-CH2 бүлгийн нэг хэсэг юм.
Пентозын молекул дахь нүүрстөрөгчийн атом бүрийн байрлалыг араб тоогоор (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´) тэмдэглэнэ. Нуклейн хүчлийн молекулаас удамшлын мэдээллийг унших бүх үйл явц нь хатуу чиглэлтэй байдаг тул нүүрстөрөгчийн атомуудын дугаарлалт, цагираг дахь байрлал нь зөв чиглэлийн нэг төрлийн үзүүлэлт болдог.
Гидроксил бүлгийн дагууфосфорын хүчлийн үлдэгдэл нь гурав ба тав дахь нүүрстөрөгчийн атомуудад (3С ба 5С) наалддаг. Энэ нь ДНХ ба РНХ-ийн хүчлүүдийн бүлэгт химийн хамаарлыг тодорхойлдог.
Азотын суурь нь чихрийн молекул дахь анхны нүүрстөрөгчийн атомд (1С´) наалддаг.
Азотт суурийн зүйлийн найрлага
Азотын суурьтай ДНХ нуклеотидууд нь дөрвөн төрлөөр илэрхийлэгддэг:
• аденин (A);
• гуанин (G);
• цитозин (C);
• тимин (T).
Эхний хоёр нь пурин, сүүлийн хоёр нь пиримидин юм. Молекулын жингээр пурин нь пиримидинээс үргэлж хүнд байдаг.
Азотын суурьтай РНХ нуклеотидууд нь:
• аденин (A);
• гуанин (G);
• цитозин (C);
• урацил (U).
Урацил нь тимин шиг пиримидины суурь юм.
Шинжлэх ухааны уран зохиолд азотын суурийн өөр тэмдэглэгээг ихэвчлэн латин үсгээр (A, T, C, G, U) олж болно.
Пурин ба пиримидины химийн бүтцийн талаар илүү дэлгэрэнгүй авч үзье.
Пиримидинууд, тухайлбал цитозин, тимин, урацил нь хоёр азотын атом, дөрвөн нүүрстөрөгчийн атомаар төлөөлүүлэн зургаан гишүүнтэй цагираг үүсгэдэг. Атом бүр 1-ээс 6 хүртэлх өөрийн гэсэн дугаартай.
Пурин (аденин ба гуанин) нь пиримидин ба имидазол эсвэл хоёр гетероциклээс тогтдог. Пурины суурийн молекулыг дөрвөн азотын атом, таван нүүрстөрөгчийн атомаар төлөөлдөг. Атом бүрийг 1-ээс 9 хүртэл дугаарласан.
Холбооны үр дүнд азотынсуурь ба пентозын үлдэгдэл нь нуклеозид үүсгэдэг. Нуклеотид нь нуклеозид ба фосфатын бүлгийн нэгдэл юм.
Фосфодиэфирийн холбоо үүсэх
Нуклеотидууд хэрхэн полипептидийн гинжин хэлхээнд холбогдож, нуклейн хүчлийн молекул үүсгэдэг вэ гэсэн асуултыг ойлгох нь чухал. Энэ нь фосфодиэфирийн холбоо гэж нэрлэгддэг бодисын улмаас үүсдэг.
Хоёр нуклеотидын харилцан үйлчлэл нь динуклеотид үүсгэдэг. Нэг мономерын фосфатын үлдэгдэл болон нөгөө мономерын пентозын гидрокси бүлгийн хооронд фосфодиэфирийн холбоо үүсэх үед конденсацаар шинэ нэгдэл үүснэ.
Полинуклеотидын нийлэгжилт нь энэ урвалын давтагдах (хэдэн сая удаа) юм. Полинуклеотидын гинж нь сахарын гурав ба тав дахь нүүрстөрөгчийн (3С ба 5С´) хооронд фосфодиэфирийн холбоо үүсгэснээр үүсдэг.
Полинуклеотидын угсралт нь ДНХ-полимеразын ферментийн оролцоотойгоор явагддаг нарийн төвөгтэй процесс бөгөөд гинжийг зөвхөн нэг төгсгөлөөс (3´) чөлөөт гидрокси бүлэгтэйгээр ургуулдаг.
ДНХ молекулын бүтэц
ДНХ молекул нь уураг шиг анхдагч, хоёрдогч, гуравдагч бүтэцтэй байж болно.
ДНХ-ийн гинжин хэлхээний нуклеотидын дараалал нь түүний анхдагч бүтцийг тодорхойлдог. Хоёрдогч бүтэц нь устөрөгчийн холбоогоор үүсдэг бөгөөд энэ нь нэмэлт байх зарчим дээр суурилдаг. Өөрөөр хэлбэл, ДНХ-ийн давхар мушгиа нийлэгжих явцад тодорхой загвар ажилладаг: нэг гинжин хэлхээний аденин нь нөгөө гинжин хэлхээний тимин, гуанин нь цитозинтэй, эсрэгээр нь тохирдог. Аденин ба тимин эсвэл гуанин ба цитозины хосуудЭхний тохиолдолд хоёр, сүүлчийн тохиолдолд гурав нь устөрөгчийн бондоос үүсдэг. Нуклеотидын ийм холболт нь гинжний хооронд хүчтэй холбоо тогтоож, тэдгээрийн хоорондын зайтай тэнцүү байх болно.
Нэг ДНХ-ийн хэлхээний нуклеотидын дарааллыг мэдсэнээр хоёрдахь нэгийг нь нөхөх эсвэл нэмэх зарчмаар гүйцээж болно.
ДНХ-ийн гуравдагч бүтэц нь нийлмэл гурван хэмжээст холбоосоор үүсгэгддэг бөгөөд энэ нь түүний молекулыг илүү нягтаршуулж, жижиг эсийн багтаамжтай болгодог. Жишээлбэл, E. coli-ийн ДНХ-ийн урт 1 мм-ээс их, харин эсийн урт нь 5 микроноос бага байна.
ДНХ дахь нуклеотидын тоо, тухайлбал тэдгээрийн тоон харьцаа нь Чергаффын дүрэмд захирагддаг (пурины суурийн тоо нь пиримидиний суурийн тоотой үргэлж тэнцүү байдаг). Нуклеотидын хоорондох зай нь тэдний молекул жинтэй адил 0.34 нм-тэй тэнцүү тогтмол утга юм.
РНХ молекулын бүтэц
РНХ нь пентоз (энэ тохиолдолд рибоз) болон фосфатын үлдэгдэл хоорондын ковалент холбоогоор үүсгэгдсэн нэг полинуклеотидын гинжээр илэрхийлэгддэг. Энэ нь ДНХ-ээс хамаагүй богино урт юм. Нуклеотидын азотын суурийн зүйлийн найрлагад ч ялгаа бий. РНХ-д тимины пиримидины суурийн оронд урацил хэрэглэдэг. Бие махбодид гүйцэтгэх үүргээс хамааран РНХ нь гурван төрлийн байж болно.
• Рибосом (рРНХ) - ихэвчлэн 3000-5000 нуклеотид агуулдаг. Шаардлагатай бүтцийн бүрэлдэхүүн хэсэг болох энэ нь эсийн хамгийн чухал үйл явцын нэг болох рибосомын идэвхтэй төвийг бүрдүүлэхэд оролцдог.- уургийн биосинтез.
• Тээвэрлэлт (тРНХ) - дунджаар 75 - 95 нуклеотидаас бүрдэх, хүссэн амин хүчлийг рибосом дахь полипептидийн нийлэгжилтийн талбарт шилжүүлдэг. ТРНХ-ийн төрөл бүр (хамгийн багадаа 40) нь мономер эсвэл нуклеотидын өвөрмөц дараалалтай байдаг.
• Мэдээллийн (мРНХ) - нуклеотидын найрлагад маш олон янз байдаг. Удамшлын мэдээллийг ДНХ-ээс рибосом руу шилжүүлж, уургийн молекулын синтезийн матрицын үүрэг гүйцэтгэдэг.
Бие дэх нуклеотидын үүрэг
Эс дэх нуклеотидууд хэд хэдэн чухал үүргийг гүйцэтгэдэг:
• нь нуклейн хүчлийн (пурин ба пиримидины цуврал нуклеотид) барилгын материал болгон ашигладаг;
• эс дэх олон бодисын солилцооны үйл явцад оролцдог;
• ATP-ийн нэг хэсэг - эсийн энергийн гол эх үүсвэр;
• эс дэх редукцийн эквивалент тээгч (NAD+, NADP+, FAD, FMN);
• био зохицуулагчийн үүргийг гүйцэтгэдэг;
• эсийн гаднах тогтмол синтезийн хоёр дахь элч гэж үзэж болно (жишээ нь, cAMP эсвэл cGMP).
Нуклеотид нь илүү нарийн төвөгтэй нэгдлүүд болох нуклейн хүчил үүсгэдэг мономер нэгж бөгөөд үүнгүйгээр генетикийн мэдээллийг дамжуулах, хадгалах, нөхөн үржих боломжгүй юм. Чөлөөт нуклеотидууд нь эс болон биеийн бүхэлдээ хэвийн үйл ажиллагааг хангадаг дохиолол, энергийн процесст оролцдог гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм.
