Alai

Nucleïnezuren zijn biocompounds, die essentieel zijn voor levende organismen. Deze polymeerketens komen in twee vormen voor – desoxyribonucleïnezuur (DNA) en ribonucleïnezuur (RNA) – en zijn samengesteld uit dezelfde basiselementen en soortgelijke monomeer-nucleotiden, maar met specifieke verschillen qua vorm en functie.

Nucleïnezuur-elementen

Elk nucleotidenmonomeer, en dus elk nucleïnezuurpolymeer, is samengesteld uit een groep van vijf elementen. Deze elementen binden zich tot monosachariden, fosfaatgroepen, en nucleobasen, ook wel stikstofhoudende basen genoemd. In zowel RNA als DNA heeft de fosfaatgroep dezelfde vorm, maar er zijn verschillen in de stikstofhoudende basen en de suikermoleculen. De vijf elementen die nodig zijn om een nucleïnezuurketen op te bouwen zijn koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en fosfor. Door de toevoeging van fosfor verschilt nucleïnezuur van andere categorieën biocomponenten, namelijk koolhydraten, lipiden en eiwitten.

Nucleïnezuurmonomeren

De chemische formules van nucleïnezuurmonomeren geven de hoeveelheden van elk element aan. Nucleotide-monomeren worden genoemd naar het type van de stikstofhoudende base die zij bevatten. Wanneer zij vrij zijn, kunnen deze monomeren extra fosfaatgroepen hebben en in difosfaat-, trifosfaat- of polyfosfaatvorm voorkomen. Bij de vorming van een RNA- of DNA-polymeer worden extra fosfaatgroepen vrijgemaakt, zodat er nog maar één aan de monosacharide vastzit. De combinatie van ribose of deoxyribose en fosfaatgroep vormt de suiker-fosfaat ruggengraat. De stikstofhoudende basis zit vast aan het suikermolecuul. De toevoeging van een fosfaatgroep aan de nucleoside die ontstaat uit suiker en stikstofhoudende base vormt een nucleotide. Het nucleotide monomeer heeft derhalve verschillende specifiek benoemde structuren – de suiker-fosfaat ruggengraat, het nucleoside, en de enkelvoudige moleculen van stikstofhoudende base, pentose suiker, en fosfaatgroep.

In nucleïnezuren komen pentose suikers voor in twee verschillende vormen, ribose en deoxyribose. De eerste bevat een extra zuurstofmolecuul, dat in combinatie met waterstof een hydroxylgroep vormt. Deze eigenschap is afwezig in deoxyribose.

Nitrogene basen worden ingedeeld naar grootte. Dubbel geringde vormen, purines genoemd, zijn groter en langer en bevatten vijf stikstofatomen. Enkelringige vormen, bekend als pyrimidines, bevatten tussen twee en drie stikstofatomen en zijn kleiner en korter. Dit is belangrijk voor de dubbelstrengsfunctie van DNA en het vertaalproces, omdat alleen bepaalde paren van stikstofhoudende basen mogelijk zijn (Watson-Crick-paren). Deze houden de twee strengen op gelijke afstand van elkaar. Een geheugensteuntje om te onthouden welke nucleotiden tot welke groep behoren is de uitdrukking “Puur als goud”; het spreekt vanzelf dat de overige basen tot de pyrimidinegroep behoren. Dit vertelt ons ook dat adenine en guanine niet samen een dubbelstrengs binding kunnen vormen. In RNA zijn andere basencombinaties mogelijk en deze staan bekend als niet-Watson-Crick-paren.

In Watson-Crick-paren zullen grotere basen, adenine, en guanine nooit met elkaar paren. Evenzo paren purines niet aan elkaar (cytosine, thymine, en uracil). In DNA paart adenine alleen met thymine en guanine met cytosine. In RNA paart adenine met uracil en guanine met cytosine.

De volgende afbeeldingen tonen de chemische structuur van elk type monomeer, waarbij de vijfhoekige vorm van de monosaccharide en de daaraan vastzittende fosfaatgroep en specifieke nucleobase duidelijk zijn aangegeven.

Adenosine Monofosfaat (AMP): C10H14N5O7P

Deze chemische formule vertegenwoordigt de som van de purinebasis adenine (C5H5N5), ribose (C5H10O5), en fosforzuur (H3PO4), waarbij condensatiereacties op de plaatsen van de molecuulbinding twee watermoleculen (2H20) verliezen. Dit is de RNA-vorm.

Deoxyadenosinemonofosfaat (dAMP): C10H14N5O6P

Deze chemische formule is de som van de purinebasen adenine (C5H5N5), desoxyribose (C5H10O4), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de bindingsplaatsen van de moleculen twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Dit is de DNA-vorm.

Guanosinemonofosfaat (GMP): C10H14N5O8P

De som van de purinebasis guanine (C5H5N5O), ribose (C5H10O5), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de plaatsen van de molecuulbinding twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Dit is de RNA-vorm.

Deoxyguanosinemonofosfaat (dGMP): C10H14N5O7P

De som van de purinebasen guanine (C5H5N5O), desoxyribose (C5H10O4), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de bindingsplaatsen van de moleculen twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Dit is de DNA-vorm.

Uridinemonofosfaat (UMP): C9H13N2O9P

De som van de pyrimidine base uracil (C4H4N2O2), ribose (C5H10O5), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de bindingsplaatsen van de moleculen twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Komt alleen voor in RNA.

Cytidinemonofosfaat (CMP): C9H14N3O8P

De som van de pyrimidine-base cytosine (C4H5N3O), ribose (C5H10O5), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de bindingsplaatsen van de moleculen twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Dit is de RNA-vorm.

Deoxycytidinemonofosfaat (dCMP): C9H14N3O8P

De som van de pyrimidinebasen cytosine (C4H5N3O), desoxyribose (C5H10O4), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de bindingsplaatsen van de moleculen twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Dit is de DNA-vorm.

Thymidinemonofosfaat (TMP): C10H15N2O8P

De som van de pyrimidinebasen thymine (C5H6N2O2), deoxyribose (C5H10O4), en fosforzuur (H3PO4), waarbij door condensatiereacties op de bindingsplaatsen van de moleculen twee watermoleculen (2H20) verloren gaan. Komt alleen voor in DNA.