Nukleotida adalah — struktur, fungsi, regulasi, sintesis

Nukleotida paling sering dianggap sebagai blok bangunan asam nukleat, DNA dan RNA. Meskipun ini, tentu saja, fungsi vital, nukleotida juga memainkan peran penting lainnya dalam sel. Ribonukleosida trifosfat seperti ATP, CTP, GTP dan UTP diperlukan, tidak hanya untuk sintesis RNA, tetapi sebagai bagian dari zat antara yang diaktifkan seperti UDP-glukosa dalam jalur biosintesis.

ATP juga merupakan “mata uang energi” universal dari sel, dan penggabungan reaksi yang tidak menguntungkan secara energi dengan hidrolisis ATP memungkinkan banyak reaksi dalam sel kita yang membutuhkan input energi.

Nukleotida adenin berfungsi sebagai komponen NAD (P) + dan FAD. Nukleotida juga dapat berfungsi sebagai pengatur alosterik dan metabolisme. Jalur sintesis dan pemecahan untuk nukleotida dan molekul yang berasal darinya, sangat penting bagi sel. Regulasi sintesis nukleotida, terutama untuk deoksiribonukleotida, penting untuk memastikan bahwa empat nukleotida dibuat dalam proporsi yang tepat, karena ketidakseimbangan dalam konsentrasi nukleotida dapat menyebabkan peningkatan tingkat mutasi.

Jalur metabolisme nukleotida diatur dalam dua kelompok besar dan satu kecil. Ini termasuk, masing-masing, metabolisme 1) purin; 2) pirimidin; dan 3) deoksiribonukleotida. Setiap kelompok dapat dibagi lagi menjadi jalur yang membuat nukleotida dari prekursor sederhana (jalur novo) dan lainnya yang menggunakan potongan nukleotida untuk menyusun kembali yang penuh (jalur penyelamatan). Khususnya, jalur sintesis de novo untuk semua nukleotida dimulai dengan sintesis ribonukleotida. Deoksiribonukleotida dibuat dari ribonukleotida.

Pengertian

Nukleotida adalah molekul organik yang dibentuk oleh ikatan kovalen dari lima karbon monosakarida (pentosa), basa nitrogen, dan gugus fosfat. Nukleosida adalah bagian dari nukleotida yang hanya terdiri dari basa nitrogen dan pentosa.

Nukleotida adalah monomer asam nukleat (DNA dan RNA) di mana mereka membentuk rantai linear ribuan atau jutaan nukleotida, tetapi mereka juga melakukan fungsi penting sebagai molekul bebas (misalnya, ATP atau GTP).

Struktur

Setiap nukleotida adalah kumpulan tiga komponen:

  • Basa nitrogen: berasal dari senyawa heterosiklik aromatik purin dan pirimidin. Basa nitrogen nitrogen: adenin (A) dan guanin (G). Keduanya adalah bagian dari DNA dan RNA. Basa nitrogen pirimidin: mereka adalah timin (T), sitosin (C) dan urasil (U). Timin dan sitosin terlibat dalam pembentukan DNA. Sitosin dan urasil muncul dalam RNA. Basa nitrogen isoaloksasin: flavin (F). Ini bukan bagian dari DNA atau RNA, tetapi merupakan bagian dari beberapa senyawa penting seperti FAD.
  • Pentosa: gula dari lima atom karbon; itu bisa ribosa (RNA) atau deoksiribosa (DNA). Perbedaan antara keduanya adalah RNA memang memiliki gugus OH pada karbon kedua.
  • Asam fosfat: dari rumus H3PO4. Setiap nukleotida dapat mengandung satu (nukleotida-monofosfat, seperti AMP), dua (nukleotida-difosfat, seperti ADP), atau tiga gugus fosfat (nukleotida-trifosfat, seperti ATP).

Fungsi Nukleotida:

  • Itu membuat komunikasi seluler.
    Ini membantu dalam katalisis ko-enzim.Nukleotida membentuk blok bangunan kehidupan.
  • Ini membentuk banyak molekul berbeda yang berfungsi untuk memungkinkan kehidupan.
  • Ini bertindak sebagai penyimpanan informasi genetik, sebagai bagian dari RNA atau DNA.
  • Ini bertindak sebagai pembawa pesan dan molekul penggerak energi.
  • Dalam organisme hidup, itu membentuk materi genetik.
  • Ini terlibat dalam sintesis polisakarida.

Nukleotida juga melakukan pensinyalan sel, metabolisme, dan reaksi enzim.

Nukleotida adalah senyawa yang terdiri dari tiga bagian: molekul gula pentosa 5 ′ karbon, basa nitrogen, dan gugus fosfat. Dalam hal ini, gula pentosa dapat berupa ribosa atau deoksiribosa. Ribonukleotida atau ribotida adalah nukleotida yang mengandung ribosa, sedangkan deoksiribonukleotida atau deoksiribotida adalah nukleotida yang mengandung deoksiribosa. Dalam molekul nukleotida, basa nitrogen dan gugus fosfat melekat pada gula pentosa. Dalam hal ini, 1-3 gugus fosfat dapat dilekatkan pada 5 ′ karbon gula pentosa. Purin (adenin dan guanin) dan pirimidin (sitosin, urasil, dan timin) adalah basa nitrogen.

Nukleotida = Gula + Basa + Fosfat

Gula Pentosa

Gula Pentosa adalah monosakarida yang mengandung lima karbon. Gula Pentosa terdiri dari dua jenis, seperti ribosa (dalam RNA) dan deoksiribosa (dalam DNA). DNA mengandung gula pentosa deoksiribosa tipe 2-β-D tipe di mana atom oksigen kekurangan karbon dua posisi struktur pentosa.

Gugus Fosfat

Gugus fosfat terikat pada karbon pada 3 ′ dari satu gula pentosa dan atom karbon 5 sugar dari gula pentosa lainnya. Dalam hal ini, gugus fosfat dari satu nukleotida terhubung secara kovalen dengan molekul gula dari nukleotida berikutnya. Dengan cara ini, mereka membentuk polimer monomer nukleotida yang panjang.

Basa Nitrogen

Empat jenis basa nitrogen ditemukan dalam DNA. Ini adalah Adenin (A), guanin (G), sitosin (C), dan timin (T). Diantaranya, Adenin (A), guanin (G) secara kolektif disebut basa purin, sedangkan sitosin (C) dan timin (T) disebut basa pirimidin. Di sini basa pirimidin (C4H4N2) adalah senyawa cincin tunggal, dan basa purin (C5H4N4) adalah senyawa cincin bercampur ganda.

Lima basa adalah adenin, guanin, sitosin, timin, dan urasil, yang masing-masing memiliki simbol A, G, C, T, dan U. Nama basa umumnya digunakan sebagai nama nukleotida, meskipun secara teknis tidak benar. Basa bergabung dengan gula untuk membuat nukleotida adenosin, guanosin, sitidin, timidin, dan uridin.

Nukleotida diberi nama berdasarkan jumlah residu fosfat yang dikandungnya. Sebagai contoh, nukleotida yang memiliki basa adenin dan tiga residu fosfat akan dinamai adenosin trifosfat (ATP). Jika nukleotida memiliki dua fosfat, itu akan menjadi adenosin difosfat (ADP). Jika ada fosfat tunggal, nukleotida adalah adenosin monofosfat (AMP).

Basa Adenin

Basa mengambil satu dari dua bentuk. Purin terdiri dari cincin ganda di mana cincin 5-atom terhubung ke cincin 6-atom. Pirimidin adalah cincin 6-atom tunggal.

Purin adalah adenin dan guanin. Pirimidin adalah sitosin, timin, dan urasil.

Rumus kimia adenin adalah C5H5N5. Adenin (A) berikatan dengan timin (T) atau urasil (U). Ini merupakan basa penting karena digunakan tidak hanya dalam DNA dan RNA, tetapi juga untuk molekul pembawa energi ATP, kofaktor flavin adenin dinukleotida, dan kofaktor nicotinamide adenine dinucleotide (NAD).

Meskipun orang cenderung merujuk pada nukleotida dengan nama basa mereka, adenin dan adenosin bukanlah hal yang sama. Adenin adalah nama basa purin. Adenosin adalah molekul nukleotida yang lebih besar yang terdiri dari adenin, ribosa atau deoksiribosa, dan satu atau lebih gugus fosfat.

Basa Timin

Rumus kimia timin pirimidin adalah C5H6N2O2. Simbolnya adalah T dan ditemukan dalam DNA tetapi bukan RNA.

Basa Guanin

Rumus kimia dari purin guanin adalah C5H5N5O. Guanin (G) hanya berikatan dengan sitosin (C), baik dalam DNA maupun RNA.

Basa sitosin

Rumus kimia dari pirimidin sitosisn adalah C4H5N3O. Simbolnya adalah C. Basa ini ditemukan dalam DNA dan RNA. Cytidine triphosphate (CTP) adalah kofaktor enzim yang dapat mengubah ADP menjadi ATP.

Sitosin secara spontan dapat berubah menjadi urasil. Jika mutasi tidak diperbaiki, ini dapat meninggalkan residu urasil dalam DNA.

Basa Urasil

Urasil adalah asam lemah yang memiliki rumus kimia C4H4N2O2. Urasil (U) ditemukan dalam RNA, di mana ia berikatan dengan adenin (A). Urasil adalah bentuk demetilasi basa timin. Molekul mendaur ulang dirinya sendiri melalui serangkaian reaksi fosforibosiltransferase.

Sintesis

Sintesis nukleotida dapat terjadi secara de novo atau pemulihan. Rute de novo menggunakan fosforibosil pirofosfat (PRPP), yang ditambahkan molekul sederhana (CO2, asam amino dan tetrahidrofolat), akhirnya menyusun nukleotida purin dan pirimidin.

Regulasi

Perlu diulang bahwa sintesis GMP dari IMP membutuhkan energi dari ATP dan bahwa sintesis AMP dari IMP membutuhkan energi dari GTP. Selain itu, enzim yang mengubah IMP menjadi zat antara dalam jalur AMP dan GMP masing-masing umpan balik dihambat oleh nukleotida monofosfat masing-masing. Jadi, dehidrogenase IMP dihambat oleh GMP (produk akhir dari cabang jalur) dan adenylosuccinate synthetase dihambat oleh AMP, produk akhir dari cabang jalur tersebut.

Kadar nukleotida purin diseimbangkan dengan regulasi gabungan PRPP amidotransferase, IMP dehydrogenase, adenylosuccinate synthetase dan nukleotida AMP dan GMP. Pentingnya skema pengaturan purin diilustrasikan oleh dua contoh. Pertama-tama bayangkan AMP dan GMP berlimpah. Ketika ini terjadi, PRPP amidotransferase akan sepenuhnya dihambat dan tidak akan terjadi sintesis purin.

Bagaimana Bagian-Bagian Nukleotida Tersambung

Baik DNA dan RNA menggunakan empat basa, tetapi mereka tidak menggunakan semua yang sama. DNA menggunakan adenin, timin, guanin, dan sitosin, sedangkan RNA menggunakan adenin, guanin, dan sitosin tetapi memiliki urasil alih-alih timin. Heliks molekul terbentuk ketika dua basa komplementer membentuk ikatan hidrogen satu sama lain. Adenin berikatan dengan timin (A-T) dalam DNA dan dengan urasil dalam RNA (A-U). Guanin dan sitosin saling melengkapi (G-C).

Untuk membentuk nukleotida, basa menghubungkan ke karbon pertama atau primer ribosa atau deoksiribosa. Karbon nomor 5 dari gula terhubung ke oksigen dari gugus fosfat. Dalam molekul DNA atau RNA, fosfat dari satu nukleotida membentuk ikatan fosfodiester dengan karbon nomor 3 dalam gula nukleotida berikutnya.