هيكل الديوكسي ريبوز والخصائص والأهمية

ال الديوكسيريبوز, المعروف أيضًا باسم 2-deoxy-D-ribose أو 2-deoxy-D-erythro-pentose عبارة عن أحادي السكاريد أحادي الكربونات (5 بنتوس) والذي تركيبة تجريبية هي C₅H₁₀O₄. ويرد هيكلها في الشكل 1 (EMBL-EBI ، 2016).

يعد الجزيء مكونًا من مكونات الحمض النووي (الحمض النووي الريبي النووي) ، حيث يتناوب مع مجموعات الفوسفات ليشكل "هيكل عظمي" لبوليمر الحمض النووي ويرتبط بالقواعد النيتروجينية

وجود الديوكسيريبوز بدلاً من الريبوز هو الفرق بين الحمض النووي الريبي (RNA) والحمض الريبي النووي. تم تصنيع الديوكسيريبوز في عام 1935 ، لكنه لم يكن معزولًا عن الحمض النووي حتى عام 1954 (Encyclopædia Britannica، 1998).

في deoxyribose جميع مجموعات الهيدروكسيل موجودة على نفس الجانب في الإسقاط Fischer (الشكل 2). D-2-deoxyribose هو مقدمة للحمض النووي الحمض النووي. 2 - ديوكسيريبوز هو ألدوبنتوز ، أي أحادي السكاريد مع خمس ذرات كربون وله مجموعة وظيفية ألدهيد.

تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة إلى هذه السكريات ، يُشار إلى الكربونات بعلامة اقتباس أحادية لتمييزها عن كربونات القواعد النيتروجينية الموجودة في سلسلة الحمض النووي. وبهذه الطريقة ، يقال أن الديوكسيريبوز يفتقر إلى OH في الكربون C2 '.

هيكل دوري من ديوكسيريبوز

يتم تدوير جميع الكربوهيدرات في وسط مائي لأن هذا يعطي الاستقرار. اعتمادًا على رقم الكربون الخاص بهم ، يمكنهم تبني هيكل مشابه للفيوران أو البيران كما هو موضح في الشكل 3 (MURRAY ، BENDER ، & BOTHAM ، 2013).

يوجد Deoxyribose بشكل أساسي كمزيج من ثلاثة هياكل: الشكل الخطي H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H واثنين من أشكال الحلقة ، deoxyribofuranose (C3'-endo) مع حلقة من خمسة أطرافه و deoxyribopyranose ("C2'-endo") ، مع حلقة من ستة أعضاء. الشكل الأخير هو الغالب كما هو مبين في الشكل 4.

الاختلافات بين الريبوز وديوكسيريبوز

كما يوحي اسمها ، فإن deoxyribose هو سكر منزوع الأكسجين ، مما يعني أنه مشتق من سكر ribose عن طريق فقدان ذرة الأكسجين.

إنها تفتقر إلى مجموعة الهيدروكسيل (OH) في الكربون C2 'كما هو مبين في الشكل 5 (Carr، 2014). يعتبر سكر الديوكسيريبوز جزءًا من سلسلة الحمض النووي بينما الريبوز جزء من سلسلة الحمض النووي الريبي.

نظرًا لأن السكريات البنتوزية ، فإن أرابينوز وريبوز يختلفان فقط من خلال الكيمياء المجسمة في C2 '(الريبوز هو R والأرابينوز هو L وفقًا لاتفاق فيشر) ، 2-deoxyribose و 2-deoxyarabinose متساويان ، على الرغم من أن الأخير نادرا ما يستخدم المصطلح لأن الريبوز ، وليس أرابينوز ، هو مقدمة للديوكسيريبوز.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

ريبوز هو مادة صلبة بيضاء تشكل سائل عديم اللون في محلول مائي (المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ، 2017). ويبلغ وزنها الجزيئي 134.13 جم / مول ، ونقطة انصهار تبلغ 91 درجة مئوية ، ومثلها مثل جميع الكربوهيدرات ، فهي قابلة للذوبان بشدة في الماء (الجمعية الملكية للكيمياء ، 2015).

ينشأ ديوكسيريبوز في مسار فوسفات البنتوز من ريبوز 5 فوسفات بواسطة إنزيمات تسمى اختزال الريبيوكليوتيد. تحفز هذه الإنزيمات عملية إزالة الأكسجين (COMPOUND: C01801، S.F.).

ديوكسيريبوز في الحمض النووي

كما ذُكر أعلاه ، فإن الديوكسي ريبوز هو أحد مكونات مجموعة الحمض النووي التي تعطيها أهمية بيولوجية كبيرة. جزيء الحمض النووي (الحمض النووي الريبي) ، هو المستودع الرئيسي للمعلومات الوراثية في الحياة.

في التسميات القياسية للحمض النووي ، يتكون نوكلوتيد الحمض النووي من جزيء ديوكسيريبوز ذو قاعدة عضوية (عادةً الأدينين ، الثيمين ، الجوانين ، السيتوزين) المرتبطة بالكربون 1 'الريبوز.

يتم استبدال هيدروكسيل 5 'من كل وحدة deoxyribose بفوسفات (تشكيل النيوكليوتيدات) التي ترتبط بالكربون 3' من deoxyribose في الوحدة السابقة (Crick، 1953).

لتشكيل حبلا الحمض النووي أولا تشكيل النيوكليوسيدات مطلوب. تسبق النيوكليوتيدات النيوكليوتيدات. تتشكل الحمض النووي (حمض الديوكسي ريبونوكلييك) والحمض النووي الريبي (الحمض النووي الريبي) بواسطة سلاسل النوكليوتيدات.

يتكون النوكليوسيد بواسطة أمين غير متجانس ، يسمى أمين النيتروجين وجزيء السكر الذي يمكن أن يكون ريبوز أو ديوكسيريبوز. عندما تكون مجموعة الفوسفات متصلة بنوكليوسيد ، يصبح النوكليوسيد نيوكليوتيد.

القواعد في السلائف الحمض النووي النيوكليوسيد هي الأدينين ، الجوانين ، السيتوزين والثيمين. هذا الأخير يحل محل uracil في سلسلة الحمض النووي الريبي. ترتبط جزيئات سكر الديوكسي ريبوز بقواعد سلائف نوكليوسيد الحمض النووي.

يشار إلى النيوكليوسيدات من الحمض النووي الأدينوزين ، الجانوسين ، الثيميدين والسيتوزين. الشكل 6 يوضح هياكل النيوكليوسيدات الحمض النووي.

عندما يكتسب النيوكليوسيد مجموعة فوسفاتية يصبح نيوكليوتيد ؛ يمكن ربط واحدة أو مجموعتين أو ثلاث مجموعات من الفوسفات بالنيوكليوزيد. ومن الأمثلة على ذلك: أحادي فوسفات أدينين الأديني (AMP) ، أديني أديني ثنائي فوسفات الأديني (ADP) وأديني أليفين ثلاثي فوسفات الأدينين (ATP)..

لا تمثل النيوكليوتيدات (النيوكليوسيدات المرتبطة بالفوسفات) فقط المكونات الأساسية للحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي (DNA) ، ولكنها أيضًا بمثابة مصادر للطاقة وناقلات المعلومات في الخلايا.

على سبيل المثال ، يعمل ATP كمصدر للطاقة في العديد من التفاعلات الكيميائية الحيوية في الخلية ، حيث يوفر GTP (guanosine triphosphate) الطاقة لتخليق البروتين ، و AMP (أحادي فوسفات الأدينوساين الدوري) ، وهو نيوكليوتيد دوري ، ينقل الإشارات إلى بروتينات. استجابات الجهاز الهرموني والجهاز العصبي (الأزرق ، SF).

في حالة الحمض النووي ، ترتبط النيوكليوتيدات أحادية الفوسفات من خلال رابطة fofodiester بين الكربون 5 'و 3' من النيوكليوتيدات الأخرى لتشكيل حبلا للسلسلة كما هو مبين في الشكل 8..

في وقت لاحق ، سترتبط حبلا التي شكلتها النيوكليوتيدات المرتبطة برابطة فوسفودستر مع حبلا التكميلية لتشكيل جزيء الحمض النووي كما هو مبين في الشكل 9..

الأهمية البيولوجية للديوكسيريبوز

تكوين سلسلة الحمض النووي مستقرة للغاية ويرجع ذلك جزئيا إلى مداخن جزيئات deoxyribose.

تتفاعل جزيئات deoxyribose من خلال قوى Van der Walals بينهما عن طريق تفاعلات ثنائية القطب دائمة وثنائيات أقطاب ناتجة عن الأكسجين من مجموعات الهيدروكسيل (OH) ، مما يمنح ثباتًا إضافيًا لشريط DNA.

يبدو أن غياب مجموعة الهيدروكسيل 2 في deoxyribose هو المسؤول عن المرونة الميكانيكية الأكبر للحمض النووي مقارنةً بالحمض النووي RNA ، مما يسمح لها بافتراض تشوه اللولب المزدوج ، وأيضًا (في حقيقيات النوى) بجروح بإحكام داخل نواة الخلية.

جزيئات الحمض النووي المزدوج تقطعت بهم السبل هي أيضا عادة أطول بكثير من جزيئات الحمض النووي الريبي. العمود الفقري للحمض النووي الريبي (DNA) والحمض النووي (DNA) متشابهان من الناحية الهيكلية ، لكن الحمض النووي الريبي (RNA) تقطعت بهم السبل بمفرده وهي مصنوعة من الريبوز بدلاً من الديوكسيريبوز.

بسبب عدم وجود مجموعة الهيدروكسيل ، فإن الحمض النووي أكثر مقاومة للتحلل المائي من الحمض النووي الريبي. عدم وجود مجموعة هيدروكسيل سلبية جزئيا كما تفضل الحمض النووي على الحمض النووي الريبي في الاستقرار.

هناك دائمًا شحنة سالبة مرتبطة بجسور الفسفوديستر التي تربط اثنين من النيوكليوتيدات بصد مجموعة الهيدروكسيل في الحمض النووي الريبي ، مما يجعلها أقل ثباتًا من الحمض النووي (الكيمياء الحيوية الإنشائية / الحمض النووي / السكر / ديوكسيريبوز السكر ، 2016).

تشتمل مشتقات الديوكسيريبوز الأخرى المهمة بيولوجيًا على أحادي الفوسفات أحادي وثنائي الفوسفات ، بالإضافة إلى أحادي الفوسفات 3'-5'cyclic ، وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن حبلا الحمض النووي يشار إليه بواسطة كاربونات الريبوز. هذا مفيد بشكل خاص لفهم تكرار الحمض النووي.

كما لوحظ من قبل ، فإن جزيئات الحمض النووي ذات تقاطع مزدوج ، والسلاسلتان متعارضتان ، أي أنها تعمل في اتجاهين متعاكسين. يحدث تكرار الحمض النووي في بدائيات النوى والنواة في وقت واحد في كلتا السلاسل.

ومع ذلك ، لا يوجد أي إنزيم في أي كائن حي قادر على بلمرة الحمض النووي في الاتجاه من 3 إلى 5 ، بحيث لا يمكن أن ينمو كلا خيوط الحمض النووي المكررة حديثًا في نفس الاتجاه في وقت واحد.

ومع ذلك ، فإن الإنزيم نفسه يستنسخ كلا السلسلتين في نفس الوقت. يقوم الإنزيم المفرد بتكرار حبلا ("حبلا موصل") بشكل مستمر في الاتجاه من 5 إلى 3 ، مع نفس الاتجاه العام للتقدم.

قم بتكرار حبلا آخر ("حبلا مؤخرًا") بشكل متقطع أثناء بلمرة النيوكليوتيدات في نفاثات قصيرة من 150-250 نيوكليوتيدات ، مرة أخرى في اتجاه 5 "إلى 3" ، ولكن في نفس الوقت مواجهة نحو النهاية الخلفية من الحمض النووي الريبي سابقة بدلاً من تجاه الجزء غير المكرر.

لأن مسارات الحمض النووي غير متوازنة ، فإن إنزيم بوليميريز الحمض النووي يعمل بشكل غير متماثل. في السلسلة الرئيسية (للأمام) ، يتم تصنيع الحمض النووي بشكل مستمر. في الشعيرة المتأخرة ، يتم تصنيع الحمض النووي في شظايا قصيرة (1-5 كيلو قواعد) ، ما يسمى شظايا Okazaki.

يجب تصنيع العديد من أجزاء Okazaki (حتى 250) ، بالتسلسل ، لكل شوكة النسخ المتماثل. لضمان حدوث ذلك ، تعمل الهليكوبتر على السلسلة المتأخرة للاسترخاء في dsDNA في اتجاه من 5 إلى 3.

في الجينوم النووي للثدييات ، تتم إزالة معظم بادئات الحمض النووي الريبي في نهاية المطاف كجزء من عملية النسخ المتماثل ، بينما بعد تكرار جينوم الميتوكوندريا ، يظل الجزء الصغير من الحمض النووي الريبي جزءًا لا يتجزأ من بنية DNA الدائرية المغلقة.

مراجع

1. الأزرق ، M.-L. (وس. ف.). ما هو الفرق بين النيوكليوتيدات والنيوكليوسيد? تعافى من sciencing.com.
2. كار ، إس إم (2014). Deoxyribose مقابل ريبوز السكريات. تم الاسترجاع من mun.ca.
3. المجمع: C01801. (وس. ف.). تعافى من genome.jp.
4. Crick، J. D. (1953). هيكل للحمض النووي ديوكسيريبوز. طبيعة. تعافى من genius.com.
5. EMBL-بنك الإمارات الدولي. (2016 ، 4 يوليو). 2-ديوكسي-D-الريبوز. تعافى من ebi.ac.uk. 
6. موسوعة بريتانيكا. (1998 ، 20 سبتمبر). الديوكسيريبوز. تعافى من britannica.com.
7. MURRAY، R. K.، BENDER، D. A.، & BOTHAM، K. M. (2013). هاربر الكيمياء الحيوية الطبعة 28th. ماكجرو هيل.
8. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية ... (2017 ، 22 أبريل). قاعدة بيانات PubChem المركبة ؛ إدارة البحث الجنائي = 5460005. تم الاسترجاع من pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
9. الجمعية الملكية للكيمياء. (2015). 2-ديوكسي-D-ريبوز. تم الاسترجاع من chemspider.com.
10. الكيمياء الحيوية الإنشائية / الحمض النووي / السكريات / سكر الديوكسي ريبوز. (2016 ، 21 سبتمبر). تم الاسترجاع من wikibooks.org.