Deossiribosio: struttura, proprietà e importanza
Il desossiribosio, noto anche come 2-deossi-D-ribosio o 2-deossi-D-eritro-pentoso è un monosaccaride 5-carbonio (pentoso) la cui formula empirica è C 5 H 10 O 4 . La sua struttura è presentata nella Figura 1 (EMBL-EBI, 2016).
La molecola è un componente della struttura del DNA (acido desossiribonucleico), dove si alterna con i gruppi fosfato per formare la "spina dorsale" del polimero del DNA e si lega alle basi azotate
La presenza di desossiribosio invece di ribosio è una differenza tra DNA e RNA (acido ribonucleico). Il desossiribosio fu sintetizzato nel 1935, ma non fu isolato dal DNA fino al 1954 (Encyclopædia Britannica, 1998).
In desossiribosio tutti i gruppi ossidrilici si trovano sullo stesso lato nella proiezione di Fischer (figura 2). Il D-2-desossiribosio è un precursore del DNA dell'acido nucleico. Il 2-desossiribosio è un alopopentosio, cioè un monosaccaride con cinque atomi di carbonio e con un gruppo funzionale aldeidico.
Va notato che per il caso di questi zuccheri, i carboni sono indicati con un apostrofo per differenziarli dai carboni delle basi azotate presenti nella catena del DNA. In questo modo, si dice che il desossiribosio manca di un OH in carbonio C2 '.
Struttura ciclica di desossiribosio
Tutti i carboidrati vengono riciclati in mezzo acquoso poiché ciò conferisce stabilità. A seconda del loro numero di carbonio, possono adottare una struttura analoga a furano o pyran come indicato nella figura 3 (MURRAY, BENDER, e BOTHAM, 2013).
Il deossiribosio esiste principalmente come una miscela di tre strutture: la forma lineare H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H e due forme ad anello, deossiriburofuranosio (C3'-endo) con un anello di cinque arti e desossiribiritrano ("C2'-endo"), con un anello a sei membri. L'ultima forma è predominante come indicato nella figura 4.
Differenze tra ribosio e desossiribosio
Come suggerisce il nome, il desossiribosio è uno zucchero deossigenato, il che significa che è derivato dallo zucchero ribosio dalla perdita di un atomo di ossigeno.
Manca il gruppo ossidrile (OH) in carbonio C2 'come mostrato in figura 5 (Carr, 2014). Lo zucchero desossiribosio fa parte della catena del DNA mentre il ribosio fa parte della catena dell'RNA.
Poiché gli zuccheri pentosio, l'arabinosio e il ribosio differiscono solo per la stereochimica in C2 (il ribosio è R e l'arabinosio è L secondo la convenzione di Fisher), il 2-desossiribosio e il 2-deossirabinosio sono equivalenti, sebbene quest'ultimo Il termine è usato raramente perché il ribosio, non arabinosio, è il precursore del desossiribosio.
Proprietà fisiche e chimiche
Il ribosio è un solido bianco che forma un liquido incolore in soluzione acquosa (National Center for Biotechnology Information., 2017). Ha un peso molecolare di 134, 13 g / mol, un punto di fusione di 91 ° C e come tutti i carboidrati è molto solubile in acqua (Royal Society of Chemistry, 2015).
Il desossiribosio ha origine nella via del pentoso fosfato dal ribosio 5-fosfato da enzimi chiamati ribonucleotidi riduttasi. Questi enzimi catalizzano il processo di deossigenazione (COMPOUND: C01801, SF).
Deossiribosio nel DNA
Come accennato in precedenza, il desossiribosio è un componente del filamento di DNA che gli conferisce una grande importanza biologica. La molecola del DNA (acido desossiribonucleico) è il principale deposito di informazioni genetiche nella vita.
Nella nomenclatura standard dell'acido nucleico, un nucleotide di DNA è costituito da una molecola di desossiribosio con una base organica (solitamente adenina, timina, guanina o citosina) attaccata al ribosio di carbonio 1 '.
L'idrossile 5 'di ciascuna unità di desossiribosio è sostituito da un fosfato (che forma un nucleotide) che è legato al carbonio 3' del desossiribosio nell'unità precedente (Crick, 1953).
Per la formazione del filamento di DNA prima è richiesta la formazione di nucleosidi. I nucleosidi precedono i nucleotidi. Il DNA (acido desossiribonucleico) e l'RNA (acido ribonucleico) sono formati da catene nucleotidiche.
Un nucleoside è formato da un'ammina eterociclica, chiamata ammina azotata e una molecola di zucchero che può essere ribosio o desossiribosio. Quando un gruppo fosfato è collegato a un nucleoside, il nucleoside diventa un nucleotide.
Le basi nei precursori del nucleoside del DNA sono adenina, guanina, citosina e timina. Quest'ultimo sostituisce l'uracile nella catena di RNA. Le molecole di zucchero desossiribranti si legano alle basi nei precursori del nucleoside del DNA.
I nucleosidi del DNA sono indicati con adenosina, guanosina, timidina e citosina. La Figura 6 illustra le strutture dei nucleosidi del DNA.
Quando un nucleoside acquisisce un gruppo fosfato diventa un nucleotide; Uno, due o tre gruppi fosfato possono essere collegati a un nucleoside. Esempi sono adenina ribonucleoside monofosfato (AMP), adenina ribonucleoside difosfato (ADP) e adenina ribonucleoside trifosfato (ATP).
I nucleotidi (nucleosidi legati al fosfato) non sono solo i componenti di base dell'RNA e del DNA, ma servono anche come fonti di energia e trasmettitori di informazioni nelle cellule.
Ad esempio, l'ATP funge da fonte di energia in molte interazioni biochimiche nella cellula, GTP (guanosina trifosfato) fornisce energia per la sintesi proteica e l'AMP ciclico (adenosina monofosfato ciclico), un nucleotide ciclico, trasduce i segnali in proteine. risposte del sistema ormonale e nervoso (blu, SF).
Nel caso del DNA, i nucleotidi monofosfati sono legati attraverso un legame fofodiestere tra il 5 'e il 3' di carbonio di un altro nucleotide per formare un filo della catena come indicato nella figura 8.
Successivamente, il filo formato dai nucleotidi uniti dal legame fosfodiestere si lega al filamento complementare per formare la molecola di DNA come mostrato nella Figura 9.
Importanza biologica del desossiribosio
La configurazione del filamento di DNA è altamente stabile grazie in parte alle pile delle molecole di desossiribosio.
Le molecole di desossiribosio interagiscono attraverso le forze di Van der Waals tra di loro mediante interazioni dipolo permanenti e dipoli indotti dagli ossigeni dei gruppi ossidrile (OH), conferendo ulteriore stabilità al filamento del DNA.
L'assenza del gruppo 2 'idrossile nel deossiribosio è apparentemente responsabile della maggiore flessibilità meccanica del DNA rispetto all'RNA, che gli consente di assumere la conformazione della doppia elica, e anche (negli eucarioti) di essere strettamente avvolti all'interno del nucleo di la cella
Le molecole di DNA a doppio filamento sono anche tipicamente molto più lunghe delle molecole di RNA. La spina dorsale di RNA e DNA sono strutturalmente simili, ma l'RNA è a catena singola ed è costituito da ribosio invece di desossiribosio.
A causa della mancanza del gruppo idrossile, il DNA è più resistente all'idrolisi rispetto all'RNA. La mancanza del gruppo idrossilico parzialmente negativo favorisce anche il DNA sull'RNA in stabilità.
C'è sempre una carica negativa associata ai ponti di fosfodiestere che lega due nucleotidi che respingono il gruppo idrossile nell'RNA, rendendolo meno stabile del DNA (Biochimica strutturale / Acido nucleico / Zuccheri / Zucchero desossiribosio, 2016).
Altri derivati biologicamente importanti del desossiribosio includono mono-, di- e trifosfati, nonché monofosfati ciclici 3'-5 '. Va anche notato che il significato della catena del DNA è denotato dai carboni di ribosio. Questo è particolarmente utile per comprendere la replicazione del DNA.
Come già osservato, le molecole di DNA sono a doppio filamento e le due catene sono antiparalleli, cioè corrono in direzioni opposte. La replicazione del DNA nei procarioti e negli eucarioti avviene simultaneamente in entrambe le catene.
Tuttavia, non esiste alcun enzima in alcun organismo in grado di polimerizzare il DNA nella direzione da 3 'a 5', così che entrambi i filamenti di DNA appena replicati non possano crescere simultaneamente nella stessa direzione.
Tuttavia, lo stesso enzima riproduce entrambe le catene contemporaneamente. L'enzima singolo replica un filamento ("filo conduttore") in modo continuo nella direzione da 5 'a 3', con la stessa direzione generale di avanzamento.
Replicare l'altro filo ("filamento ritardato") in modo discontinuo mentre polimerizza i nucleotidi in getti corti di 150-250 nucleotidi, sempre nella direzione 5 'a 3', ma allo stesso tempo rivolti verso l'estremità posteriore dell'RNA precedente anziché verso la parte non replicata.
Poiché i filamenti di DNA sono antiparalleli, l'enzima DNA polimerasi funziona in modo asimmetrico. Nella catena principale (avanti), il DNA viene sintetizzato continuamente. Nel filamento ritardato, il DNA viene sintetizzato in brevi frammenti (1-5 kilo di basi), i cosiddetti frammenti di Okazaki.
Diversi frammenti di Okazaki (fino a 250) devono essere sintetizzati, in sequenza, per ciascuna forcella di replicazione. Per garantire che ciò accada, l'elicasi agisce sulla catena ritardata per svolgere il dsDNA in una direzione da 5 'a 3'.
Nel genoma nucleare dei mammiferi, la maggior parte dei primer di RNA viene infine rimossa come parte del processo di replicazione, mentre dopo la replica del genoma mitocondriale la piccola parte di RNA rimane parte integrante della struttura chiusa del DNA circolare.
