Základní složky nukleových kyselin

Mononukleotid obsahuje tři složky, a sice pentózu, fosfát a dusíkatou bázi. Centrální postavení mezi nimi má pentóza, buď β-D-ribofuranóza (ribóza) nebo 2’-deoxy-β-D-ribofuranóza (deoxyribóza). V nukleotidech se uhlíky pentózy číslují s apostrofem (C2’..cé dvě s čarou), aby se odlišily od uhlíků báze. Podle typu pentózy se rozlišují ribonukleové kyseliny (ribonucleic acid, RNA) a deoxyribonukleové kyseliny (DNA). Pentóza se vyskytuje v různých konformacích. Jestliže C2’ vystupuje nad rovinu furanózového kruhu shodně s C5’, jde o konformaci 2’-endo, jestliže takto vystupuje C3’, konformace se nazývá 3’-endo. Konformace pentóz se mění při funkčně významných proměnách ve vyšší struktuře nukleových kyselin.

Na C1 pentózy je N-β-glykosidovou vazbou navázána báze. Báze jsou odvozeny buď od pyrimidinu (cytosin, uracil, thymin) nebo od purinu (adenin, guanin). V RNA se thymin vyskytuje jen výjimečně, DNA neobsahuje uracil. Nositelem bazického charakteru těchto sloučenin jsou heterocyklické dusíky, které však v buňce při pH kolem 7 nejsou protonovány.

Cytosin
Uracil
Thymin
Adenin
Guanin

Syn- a anti- konformace nukleosidu adenosinu

Sloučenina dusíkaté báze se sacharidem se nazývá nukleosid, podle pentózy ribonukleosid (konkrétně cytidin, uridin, thymidin) nebo deoxyribonukleosid (adenosin, guanosin). Heterocykly bazí jsou ploché, jejich rovina je přibližně kolmá k rovině furanózového kruhu pentózy. Na první pohled se zdá, že báze může vzhledem k pentóze rotovat kolem glykosidové vazby. Sterické zábrany však umožňují zaujmout pouze syn- nebo anti- konformaci, podle toho, zda-li báze je kolem glykosidové vazby otočena nad plochu pentózy (syn-) nebo na stranu opačnou (anti-). V přirozené dsDNA převládá anti- konformace purinů i pyrimidinů.

Esterifikací sacharidu kyselinou trihydrogenfosforečnou z nukleosidu vzniká nukleotid. V ribonukleotidech může být fosfát navázán v poloze 2’, 3’ nebo 5’, v deoxyribonukleotidech v poloze 3’ nebo 5’.

Příklady nukleotidů

Vzhledem ke složitosti vzorců a délce názvů složek nukleových kyselin nomenklaturní komise Mezinárodní unie pro čistou a použitou chemii (IUPAC) stanovila pravidla pro užívání názvů, zkratek jedno- nebo třípísmenových symbolů. Nejužívanější z nich uvádí tabulka:

Chemická struktura ATP

Názvosloví, symboly a zkratky nukleových kyselin a jejich složek
Baze	Ribonukleosid				Deoxyribonukleosid
	N				dN
Pyrimidinové	Pyr	-idin	Y	Pyd	Deoxy- -idin	dY	dPyd
Cytosin	Cyt	Cytidin	C	Cyd	Deoxycytidin	dC	dCyd
Uracil	Ura	Uridin	U	Urd	Deoxyuridin	dU	dUrd
Thymin	Thy	Ribosylthymin	T	Thd	(Deoxy)thymidin	dT	dThd

Purinové	Pur	-osin	R	Puo	Deoxy- -osin	dR	dPud
Adenin	Ade	Adenosin	A	Ado	Deoxyadenosin	dA	dAdo
Guanin	Gua	Guanosin	G	Guo	Deoxyguanosin	dG	dGuo
Hypoxantin	Hyp	Inosin	I	Ino
Xantin	Xan	Xantosin	X	Xao
Orotát	Oro	Orotodin	O	Ord

Příklady[✎ upravit | ☲ editovat zdroj]

Uridin-5’-fosfát	Urd-5’-P	UMP
Uridin-3’-fosfát	Urd-3’-P
Adenosin-5’-difosfát	Ado-5’-PP	ADP
Adenosin-5’-trifosfát	Ado-5’-PPP	ATP
Cyklický adenosin-3’,5’-fosfát	Ado-3’,5’-P	cAMP
Deoxycytidin-5’-fosfát	dCyd-5’-P	dCMP
Izoakceptorové RNA	tRNA₁^AA, tRNA₂^AA, tRNA₅^AA
Aminoacyl-tRNA	AA-tRNA
Heterogenní jaderná RNA	hnRNA
Malá jaderná RNA	snRNA (small nuclear RNA)
Malá jadérková RNA	snoRNA (small nucleolar RNA)
DNA komplementární k mRNA	cDNA

Poznámky k tabulce:

Komise IUPAC rezervovala jednopísmenové symboly C, T, A, G apod. pro nukleosidy zařazené v oligo- nebo polynukleotidu. Píše se CpUpGpAp nebo C–U–G–Ap v případě RNA a d(pApGpT) nebo d(pA–G–T) v případě DNA. Fosfáty (a koncové fosfáty) se značí malým písmenem p. Pokud není polarita řetězce udána čísly nebo šipkami mezi písmeny, pak 5’-konec řetězce se v zápisu nalézá vlevo a 3’-konec vpravo. Je-li na některém konci symbol p, znamená to, že koncová 5’- nebo 3’-OH skupina je esterifikována fosfátem. Jednopísmenové symboly se nepoužívají pro mononukleotidy; ty se mohou popisovat pouze třípísmenovými symboly a fosfát je zapisován jako velké písmeno P.
Předpona deoxy- se zpravidla u thymidinu vynechává, takže dT je thymidin. T je ribosylthymin, vyskytuje se např. v transferových RNA.
Zkratky ATP, CDP, dGMP jsou rezervovány pouze pro nukleosid-5’-fosfáty, nikoli 3’- nebo 2’-fosfáty. První fosfát, označovaný jako α, je na pentózu napojen esterovou vazbou, druhý (β) a třetí (γ) fosfát tvoří s předchozím fosfátem anhydrid.
Fosfát se může fosfodiesterovou vazbou vázat na dva uhlíky téže pentózy, čímž vzniká ve sloučenině další heterocyklus, proto se sloučenina nazývá cyklický nukleotid. Zkratkami cAMP a cGMP se označují příslušné 3’,5’-fosfáty; mají významnou signální funkci v buňce.

Vedle uvedených základních složek se v nukleových kyselinách vyskytují další, tzv.minoritní báze a nukleosidy. Většinou vznikají dodatečnou metylací báze nebo pentózy po jejich vestavění do polynukleotidu, existuje např. N-6-metyladenosin (m⁶A), 5-metylcytosin (m⁵C), 2’-O-metylguanosin (Gm). V transferových RNA se nachází dihydrouracil a thyminribosid. Minoritní báze a nukleosidy se asi účastní tvorby signálních míst nebo jejich substituenty chrání nukleovou kyselinu před štěpením nukleázami. Další báze jsou metabolity základních bází, např. hypoxantin (6-oxopurin), xantin (2,6-dioxopurin) a kyselina močová (2,6,8-trioxopurin). Metylxantiny kofein (1,3,7-trimetylxantin), theofyllin (1,3-dimetylxantin) a theobromin (3,7-dimetylxantin) jsou farmakologicky účinné látky rostlinného původu.

Z vlastností bazí je významná jejich tautomerie, kdy se izomery liší rozložením elektronů a protonů v molekule.

Tautomerie bazí

V buňce při pH kolem 7 převažuje laktamová forma u uracilu, guaninu a thyminu a laktimová forma u cytosinu a adeninu. Tautomerie je důležitá pro správné párování bazí ve dvouřetězcových nukleových kyselinách. Další vlastností bazí je jejich charakteristické spektrum s maximem λ=260 nm. Je využíváno v řadě metodických přístupů ke studiu nukleových kyselin (čistota preparátu nukleových kyselin, jejich koncentrace, denaturace apod.)