Deoksiriboz: Yapısı, Özellikleri ve Önemi

2-deoksi-D-riboz veya 2-deoksi-D-eritro-pentoz olarak da bilinen Deoksiriboz, ampirik formülü C5H10O4 olan 5-karbon monosakarittir (pentoz). Yapısı Şekil 1'de sunulmuştur (EMBL-EBI, 2016).

Molekül, DNA polimerinin "omurgasını" oluşturmak üzere fosfat grupları ile değiştirilen ve azotlu bazlara bağlandığı, DNA yapısının (deoksiribonükleik asit) bir bileşenidir.

Riboz yerine deoksiribozun varlığı, DNA ve RNA (ribonükleik asit) arasındaki farktır. Deoksiriboz 1935'te sentezlendi, ancak 1954'e kadar DNA'dan izole edilmedi (Encyclopædia Britannica, 1998).

Deoksiribozda tüm hidroksil grupları Fischer çıkıntısında aynı tarafta bulunur (şekil 2). D-2-deoksiriboz, bir nükleik asit DNA öncüsüdür. 2-deoksiriboz bir aldopentoz, yani beş karbon atomlu ve bir aldehit işlevsel gruba sahip bir monosakarittir.

Bu şekerler söz konusu olduğunda, karbonların, bunları DNA zincirinde bulunan azotlu bazların karbonlarından ayırmak için bir kesme işareti ile belirtildiği belirtilmelidir. Bu şekilde, deoksiribozun karbon C2 'de OH bulunmadığı söylenir.

Deoksiribozun siklik yapısı

Bütün karbonhidratlar, sulu ortam içinde çevrilir, çünkü bu stabilite sağlar. Karbon sayılarına bağlı olarak, şekil 3'te belirtildiği gibi furan veya pirana benzeyen bir yapı benimseyebilirler (MURRAY, BENDER, & BOTHAM, 2013).

Deoksiriboz esas olarak üç yapının bir karışımı olarak bulunur: doğrusal form H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H ve iki halka formu, deoksirbofuranoz (C3'-endo), beş halkalı bacaklarda ve deoksiribopiranoz ("C2'-endo"), altı üyeli bir halka ile. Son form, Şekil 4'te gösterildiği gibi baskındır.

Riboz ve deoksiriboz arasındaki farklar

Adından da anlaşılacağı gibi, deoksiriboz deoksijenlenmiş bir şekerdir, bu da bir oksijen atomunun kaybıyla riboz şekerinden türetildiği anlamına gelir.

Şekil 5'te gösterildiği gibi karbon C2 'de hidroksil grubundan (OH) yoksundur (Carr, 2014). Riboz RNA zincirinin bir parçası iken deoksiriboz şeker DNA zincirinin bir parçasıdır.

Pentoz şekerleri, arabinoz ve riboz sadece C2 'de stereokimyaya göre farklılık gösterdiğinden (ribos R ve arabinoz Fisher'ın sözleşmesine göre L'dir), 2-deoksiriboz ve 2-deoksyarabinoz eşdeğerdir, ancak Terim nadiren kullanılır, çünkü arabinoz değil riboz, deoksiribozun öncüsüdür.

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Riboz, sulu çözeltide renksiz bir sıvı oluşturan beyaz bir katıdır (Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi., 2017). Molekül ağırlığı 134.13 g / mol, erime noktası 91 ° C ve suda çok fazla çözünür olduğu bütün karbonhidratlar gibi (Royal Society of Chemistry, 2015).

Deoksiriboz, ribonükleotit indirgemeleri adı verilen enzimler tarafından riboz 5-fosfattan pentoz fosfat yolundan kaynaklanır. Bu enzimler deoksijenasyon işlemini katalize eder (BİLEŞİK: C01801, SF).

DNA'da deoksiriboz

Yukarıda bahsedildiği gibi, deoksiriboz, DNA zincirinin, biyolojik olarak büyük önem veren bir bileşenidir. DNA molekülü (deoksiribonükleik asit), yaşamdaki genetik bilginin ana deposudur.

Standart nükleik asit isimlendirmesinde, bir DNA nükleotidi, karbon 1 'ribozuna bağlı organik bir baz (genellikle adenin, timin, guanin veya sitozin) içeren bir deoksiriboz molekülünden oluşur.

Her bir deoksiriboz biriminin 5 'hidroksili, önceki birimdeki deoksiribozun 3' karbonuna bağlanan bir fosfat (bir nükleotit oluşturan) ile değiştirilir (Crick, 1953).

DNA zincirinin oluşumu için ilk önce nükleozitlerin oluşumu gereklidir. Nükleozitler nükleotidlerden önce gelir. DNA (deoksiribonükleik asit) ve RNA (ribonükleik asit), nükleotit zincirleri tarafından oluşturulur.

Bir nükleosit, azotlu amin ve riboz veya deoksiriboz olabilen bir şeker molekülü adı verilen heterosiklik bir amin tarafından oluşturulur. Bir fosfat grubu bir nükleozite bağlandığında, nükleosit bir nükleotit olur.

DNA nükleosid öncülerindeki bazlar adenin, guanin, sitozin ve timindir. Sonuncusu, RNA zincirindeki urasil yerine geçer. Deoksiriboz şeker molekülleri, DNA nükleosid öncülerindeki bazlara bağlanır.

DNA'nın nükleosidleri, adenosin, guanozin, timidin ve sitozin olarak adlandırılır. Şekil 6, DNA nükleosidlerinin yapılarını göstermektedir.

Bir nükleosit bir fosfat grubu edindiğinde, bir nükleotit olur; Bir nükleosite bir, iki veya üç fosfat grubu eklenebilir. Örnekleri adenin ribonükleozit monofosfat (AMP), adenin ribonükleosit difosfat (ADP) ve adenin ribonükleosit trifosfattır (ATP).

Nükleotidler (fosfata bağlı nükleozitler), yalnızca RNA ve DNA'nın temel bileşenleri değildir, aynı zamanda hücrelerde enerji kaynağı ve bilgi aktarıcı görevi görür.

Örneğin, ATP, hücrede birçok biyokimyasal etkileşimde bir enerji kaynağı olarak görev yapar, GTP (guanozin trifosfat) protein sentezi için enerji sağlar ve siklik bir nükleotid olan siklik AMP (siklik adenozin monofosfat) proteinleri iletir. hormonal ve sinir sistemi tepkileri (Mavi, SF).

DNA durumunda, monofosfat nükleotitler, Şekil 8'de belirtildiği gibi zincirin bir teli oluşturmak için başka bir nükleotidin 5 've 3' karbonu arasındaki bir fofodiester bağı ile bağlanır.

Daha sonra, fosfodiester bağı ile birleştirilen nükleotitlerin oluşturduğu iplik, Şekil 9'da gösterildiği gibi DNA molekülünü oluşturmak için tamamlayıcı iplikçiklere bağlanır.

Deoksiribozun biyolojik önemi

DNA zincirinin konfigürasyonu, kısmen deoksiriboz moleküllerinin yığınlarından dolayı oldukça kararlıdır.

Deoksiriboz molekülleri, Van der Waals kuvvetleri vasıtasıyla, aralarında kalıcı dipol etkileşimleri ve hidroksil gruplarının (OH) oksijeni tarafından indüklenen dipoller vasıtasıyla etkileşime girerek DNA zincirine ilave stabilite kazandırır.

Deoksiribozda 2 'hidroksil grubunun yokluğu, görünüşe göre DNA'nın RNA'ya kıyasla daha fazla mekanik esnekliğinden sorumludur, ki bu, çift sarmalın ve ayrıca (ökaryotlarda) çekirdeğinin contasının sıkıca sarılmasını sağlar. hücre

Çift sarmallı DNA molekülleri ayrıca tipik olarak RNA moleküllerinden çok daha uzundur. RNA ve DNA'nın omurgası yapısal olarak benzerdir, ancak RNA tek zincirdir ve deoksiriboz yerine ribozdan yapılır.

Hidroksil grubunun olmamasından dolayı, DNA, RNA'ya kıyasla hidrolize karşı daha dirençlidir. Kısmen negatif hidroksil grubunun olmaması ayrıca RNA üzerindeki DNA'yı stabil bir şekilde destekler.

RNA'daki hidroksil grubunu iten iki nükleotidi bağlayan ve onu DNA'dan daha az stabil hale getiren fosfodiester köprülerle bağlantılı her zaman negatif bir yük vardır (Yapısal Biyokimya / Nükleik Asit / Şekerler / Deoksiriboz Şekeri, 2016).

Biyolojik olarak önemli diğer deoksiriboz türevleri mono-, di- ve trifosfatların yanı sıra 3'-5 'siklik monofosfatları içerir. Ayrıca DNA zincirinin anlamının riboz karbonları ile belirtildiği belirtilmelidir. Bu özellikle DNA replikasyonunu anlamak için kullanışlıdır.

Daha önce gözlendiği gibi, DNA molekülleri çift sarmallıdır ve iki zincir antiparaleldir, yani ters yönlerde çalışırlar. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda DNA replikasyonu her iki zincirde aynı anda gerçekleşir.

Bununla birlikte, DNA'yı 3 'ila 5' yönünde polimerize edebilen herhangi bir organizmada enzim yoktur, böylece her iki yeni çoğaltılmış DNA zinciri aynı anda aynı yönde büyüyemez.

Bununla birlikte, aynı enzim her iki zinciri de aynı anda üretir. Tek enzim, aynı genel ilerleme yönü ile 5 'ila 3' yönünde sürekli bir şekilde bir iplikçik ("iletken iplik") kopyalar.

Diğer iplikçik ("gecikmeli iplik"), tekrar 5 'ila 3' yönünde fakat aynı zamanda RNA'nın arka ucuna bakacak şekilde, yine 150-250 nükleotitli kısa jetlerde polimerize edilirken süreksiz olarak kopyalanır. emsalsiz bölüme doğru yerine.

DNA iplikçikleri antiparalel olduğundan, DNA polimeraz enzimi asimetrik olarak çalışır. Ana zincirde (ileri), DNA sürekli olarak sentezlenir. Gecikmeli filamentte, DNA, Okazaki parçaları adı verilen kısa parçalarda (1-5 kilo baz) sentezlenir.

Her çoğaltma çatalı için, birkaç Okazaki fragmanının (250 ye kadar) sırayla sentezlenmesi gerekir. Bunun gerçekleşmesini sağlamak için helikaz, dsDNA'yı 5 'ila 3' yönünde gevşetmek için gecikmiş zincire etki eder.

Memeli nükleer genomunda çoğu RNA primerinin sonunda replikasyon işleminin bir parçası olarak çıkarıldığı, mitokondriyal genomun replikasyonundan sonra RNA'nın küçük kısmı kapalı dairesel DNA yapısının ayrılmaz bir parçası olarak kaldığı görülmüştür.