دانلود تحقیق اصول شیمیایی حیات

اصول شیمیایی حیات ترکیب شیمیایی انواع گیاهان، جانوران و میکروب ها بسیار مشابه است.

از 92 عنصر موجود در طبیعت فقط تعداد معدودی در ماده زنده یافت می شود.

عنصرهای هیدروژن (H)، اکسیژن (O)، کربن (C) و نیتروژن (N) روی هم 99 درصد جرم سلول ها را تشکیل می دهند در حالی که سه عنصر هیدوژن، کربن و نیتروژن کمتر از یک درصد جرم پوسته زمین را شامل می شوند.

علاوه بر عناصر فوق، کلسیم (Ca)، گوگرد (S) و فسفر (P) نیز در ماده زنده به مقادیر قابل ملاحظه یافت می شوند.

تنوع و ثبات ترکیبات کربن دار در موجودات زنده به ویژگی های اتم کربن ارتباط دارد.

چنانکه می دانید ظرفیت هر اتم به تعداد الکترون هایی که برای تکمیل کردن مدار خارجی باید به دست آورد یا از دست بدهد، بستگی دارد.

اتم کربن در مدار خارجی خود چهار الکترون دارد و برای تکمیل این مدار به چهار الکترون دیگر نیازمند است؛ بنابراین کربن چهار ظرفیتی است.

کربن هم چون سایر اتم ها تمایل دارد مدار خارجی خود را تکمیل کند تا پایدارتر شود.

اتم کربن برای رسیدن به این هدف، با اتم های دیگر که آنها نیز برای کامل کردن مدار خارجی خود به الکترون نیازمندند، پیوند تشکیل می دهد.

گرایش به تشکیل این پیوندها منشأ تنوع ساختاری مولکول های کربن دار است.

یک اتم کربن به علت چهار ظرفیتی بودن، می تواند با چهار یا تعداد کمتری اتم دیگر پیوند تشکیل دهد به نحوی که در نهایت چهار پیوند تشکیل شود.

درشت مولکول های زیستی سلول ها علاوه بر آب و مولکول های کوچک دیگر، مولکول های بزرگی نیز دارند که درشت مولکول یا ماکرومولکول نامیده می شوند.

یک درشت مولکول پلی مری است که از به هم پیوستن تعدادی مولکول کوچک و مشابه به نام تک واحد یا مونومر ساخته شده است.

تک واحدها در درشت مولکول ها به صورت خطی یا منشعب به یکدیگر می پیوندند.

جرم مولکولی تک واحدها چند صد دُلتن و جرم مولکولی درشت مولکول های زیستی بین چندهزار و یک میلیون دُلتن است.

مهم ترین درشت مولکول های زیستی عبارتند از : پلی ساکاریدها، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک که به ترتیب از به هم پیوستن منوساکاریدها، اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها بدست می آیند.

لیپیدها معمولاً جزء درشت مولکول ها طبقه بندی نمی شوند.

اما در اینجا همراه با آنها بررسی می شوند زیرا هم چون درشت مولکول ها نقش هایی عمده و مهم در سلول ایفا می کنند.

لیپیدها از نظر اندازه بین مولکول های کوچک و درشت-مولکول ها قرار می گیرند.

برای فهمیدن بیوشیمی سلول، باید درشت مولکول ها را شناخت.

باید دانست که آنها چه نوع ترکیباتی هستند، چگونه ساخته می شوند، چگونه تجمع می یابند و چگونه عمل می کنند.

ابتدا با کربوهیدرات ها که ساده ترین درشت مولکول های زیستی هستند آشنا می شوید، پس از آن لیپیدها و پروتئین ها و سپس اسیدهای نوکلئیک به ترتیب مورد بحث قرار می گیرند.

کربوهیدرات ها : کربوهیدرات ها ساده ترین درشت مولکول های زیستی هستند که از سه عنصر اصلی کربن، هیدروژن و اکسیژن ساخته شده اند.

در کربوهیدرات ها پیوندهای کووالان متعددی وجود دارند که کربن در آنها شرکت می کند و درنتیجه شکسته شدن آنها مقدار زیادی انرژی تولید می شود، بنابراین کربوهیدرات ها جزء ترکیبات انرژی زای سلول هستند.

مونوساکاریدها ساده ترین کربوهیدرات ها هستند.

همه مونوساکاریدها از فرمول کلی (CH2O)n تبعیت می کنند.

عدد n در فرمول بین 3 تا 7 متغیر است.

1CHO H – 2C – OH 3CH2OH مونوساکاریدها سه تا هفت کربن دارند و آلدوز یا کتوز هستند.

آلدوزها در کربن شماره 1 عامل آلدهیدی (-CHO) و کتوزها عامل کتونی (-C=O) دارند.

قندهای سه، چهار، پنج، شش و هفت کربنی را به ترتیب تری یوز، تتروز، پنتوز، هگزوز و هپتوز می نامند.

گلیسر آلدهید یک قند 3 کربنی است و فرمول شیمیایی آن چنین است : در این ترکیب کربن شماره 2 نامتقارن است زیرا با 4 گروه مختلف پیوند تشکیل داده است.

چنین کربنی می تواند دو ایزومر L,D داشته باشد.

بطور کلی برای یک مولکول قند با n کربن اگر گروه –OH متصل به کربن شماره 1 – n آن دست راست و –H دست چپ رسم شود، ایزومر D و برعکس آن L نامیده می شود.

قندهای پنج کربنی و شش کربنی اهمیت ویژه ای دارند زیرا علاوه بر این که در راه های متابولیسمی شرکت دارند، در ساختار برخی درشت مولکول ها نیز بکار می روند.

ریبوز و مشتقات آن که در ساختار اسیدهای نوکلئیک شرکت دارند، از مهم ترین قندهای پنج کربنی هستند.

قند شش کربنی گلوکز با فرمول C6H12O6 واحد سازنده نشاسته، گلیکوژن و سلولز است.

الیگوساکاریدها ترکیباتی هستند که بین دو و ده واحد منوساکاریدی دارند.

الیگوساکاریدها بر حسب تعداد واحدهای تشکیل دهنده آنها طبقه بندی می شوند مثلا اگر دو مولکول منوساکارید به هم متصل شوند دی ساکارید و در صورت اتصال سه مولکول منوساکارید، یک تری ساکارید ایجاد می شود.

ساکاروز دی ساکاریدی است که از اتصال گلوکز با فروکتوز بدست می آید.

لاکتوز دی ساکارید دیگری است که از اتصال گلوکز و گالاکتوز حاصل می شود.

کربوهیدرات هایی با بیش از ده واحد مونوساکاریدی در گروه پلی ساکاریدها قرار می گیرند.

نشاسته، گلیکوژن و سلولز از مهم ترین پلی ساکاریدهای زیستی اند که هر سه از واحدهای گلوکز ساخته شده اند.

نشاسته پلی ساکارید ذخیره ای در گیاهان است.

شکل خطی آن آمیلوز و شکل شاخه دار آن آمیلوپکتین نام دارد.

گلیکوژن پلی ساکارید ذخیره ای در جانوران است و در سلول های کبد و ماهیچه به مقدار زیاد وجود دارد.

جرم مولکولی گلیکوژن بیشتر از نشاسته است.

سلولز در دیواره سلول های گیاهی یافت می شود و ساختاری مشابه آمیلوز دارد.

این پلی- ساکارید برای اغلب جانداران غذا محسوب نمی شود زیرا جانوران توانایی شکستن پیوندهای بین واحدهای گلوکز موجود در سلولز را ندارند.

نشخوارکنندگان بدلیل داشتن باکتری های تجزیه کننده سلولز در دستگاه گوارش خود قادر به هضم سلولز هستند و لذا از آن به عنوان منبع غذایی استفاده می کنند.

کیتین یک پلی ساکارید ذخیره ای است که در پوشش خارجی بدن بسیاری از حشرات و سخت پوستان وجود دارد.

لیپیدها : لیپیدها دسته دیگری از ترکیبات موجود در سلول هستند که همانند کربوهیدارت ها هر دو نقش ساختاری و ذخیره ای را دارند.

این مولکول ها ترکیبات اصلی تشکیل دهنده غشاهای زیستی هستند.

لیپیدهای ذخیره ای، منابع پرانرژی سلول ها به حساب می آیند.

لیپیدها در آب انحلال ناپذیرند، اما در حلّال های آلی مانند اتر و کلروفرم حل می شوند.

بخش هیدروکربنی در آنها غیرقطبی و گسترده و تعداد گروه های قطبی آنها کوچک و کم است.

اسیدهای چرب خود لیپیدهایی ساده و جزئی از ساختار لیپیدهای دیگر هستند.

این مولکول ها از یک زنجیره هیدورکربنی که در یک انتهای آن گروه کربوکسیل قرار دارد، تشکیل شده اند.

بخش هیدروکربنی اسید چرب که غیرقطبی است، «دُم» و گروه کربوکسیل که قطبی است، «سر» نامیده می شود.

تعداد اتم های کربن در اسیدهای چرب بین 12 و 24 است و فراوان ترین اسیدهای چرب در سلول ها 16 یا 18 اتم کربن دارند.

اگر همه اتم های کربن موجود در زنجیره هیدروکربنی با پیوند یگانه به یکدیگر متصل شده باشند، اسید چرب را سیرشده و اگر یک یا چند پیوند دوگانه در زنجیره وجود داشته باشد، آن را سیرنشده می نامند.

اسید پالمتیک یک اسیدچرب سیرشده و اسید اولئیک یک اسیدچرب سیرنشده است.

به طور کلی، اسیدهای چرب سیرشده ساختار میله ای، مانند چوب کبریت دارند در حالی که اسیدهای چرب سیر نشده در محل پیوند دوگانه خمیدگی دارند و ساختار میله ای ندارند.

نقطه ی ذوب اسیدهای چرب سیرشده بیشتر از نقطه ذوب اسیدهای چرب سیرنشده است.

بنابراین اسیدهای چرب سیرنشده در دمای اتاق معمولا مایع اند.

چنان که گفته شد، هنگامی که اسیدهای چرب در آب قرار می گیرند انتهای قطبی آنها با مولکول های آب پیوند هیدروژنی تشکیل می دهد و دُم غیرقطبی آنها از آب دور می ماند.

در سلول ها، اسیدهای چربی به صورت آزاد به مقدر کم یافت می شوند ولی به عنوان واحدهای ساختاری لیپیدهای دیگر فراوان هستند.

تری گلیسریدها مهم ترین شکل های ذخیره ای لیپیدها هستند که در سلول های جانوری و گیاهی به صورت ذرات چربی وجود دارند.

انرژی حاصل از اکسایش تری گلیسریدها، پندبرابر انرژی حاصل از اکسایش قندها یا پروتئین هاست.

اکثر چربی های طبیعی مانند کره، روغن جامد و مایع، تری گلیسرید هستند.

تری گلیسریدها از ترکیب سه ملکول اسیدچرب و یک ملکول گلیسرول تشکیل می شوند.

گلیسرول الکل سه کربنی است که یک گروه هیدروکسیل با هر یک از کربن های آن در پیوند است.

برای تشکیل تری گلیسریدها، یک مولکول اسیدچرب با هر یک از گروه های هیدروکسیل موجود در گلیسرول ترکیب و به ازای هر اتصال حاصل، یک مولکول آب ایجاد می شود.

سه اسیدچرب موجود در ساختار هر تری گلیسرید ممکن است از یک نوع و یا از انواع مختلف باشند.

تری گلیسریدها لیپیدهای خنثی و مولکول های غیرقطبی هستند، زیرا گروه کربوکسیل هر یک از اسیدهای چرب آنها با گلیسرول وارد واکنش شده اند.

جامد یا مایع بودن تری- گلیسریدها، به درجه سیری اسیدهای چرب آنها بستگی دارد.

فسفولیپیدها، لیپیدهایی هستند که علاوه بر بخش الکلی و اسیدچرب، گروه فسفات نیز دارند.

از مهم ترین فسفولیپیدها، فسفوگلیسریدها هستند.

ساده ترین فسفوگلیسرید، ساختاری شبیه به تری گلیسریدها دارد با این تفاوت که در آن یک گروه فسفات جایگزین اسیدچرب متصل به کربن شماره 3 گلیسرول شده است.

تمام فسفولیپیدها مولکول هایی دوگانه دوست هستند.

گروه فسفات با بار منفی در یک سرمولکول های فسفولیپید، خاصیت قطبی بودن به آنها می دهد.

خاصیت غیرقطبی بودن فسفولیپیدها به زنجیره های هیدروکربنی آنها مربوط است.

بخش غیرقطبی اسیدهای چرب از یک زنجیره هیدروکربنی تشکیل شده است اما بخش غیرقطبی فسفولیپیدها دو زنجیره هیدروکربنی دارد.

فسفولیپیدها که بسیار متنوع هستند، ترکیبات اصلی غشاهای سلولی می باشند.

فسفولیپیدها در محیط آبی میسل، تک لایه یا دو لایه تشکیل می دهند.

مانند میسل های اسیدهای چرب، در میسل های فسفولیپیدی دُم های ملکول درون میسل ها مخفی می شوند و سر آنها با آب بر هم کنش می کند.

فسفولیپیدها در شرایط مناسب نیز می توانند ساختار دولایه ای تشکیل دهند.

اگر ملکول های فسفولیپیدی در محیط آب تکان داده شوند، ساختارهایی به نام لیپوزوم ایجاد می شوند.

علاوه بر اسیدهای چرب، تری گلیسریدها و فسفولیپیدها، لیپیدهای دیگری نیز در سلول وجود دارند.

گلیکولیپیدها لیپیدهایی هستند که به آنها یک یا چند ملکول قند یا زنجیره کربوهیدراتی متصل است.

گلیکولیپیدها نیز جزء ساختار غشاء سلولی هستند.

استروئیدها ترکیباتی هستند که ساختار شیمیایی آنها شباهتی به لیپیدهای ذکر شده ندارند و اسیدهای چرب در آن ها یافت نمی شود.

همه استروئیدها یک اسکلت چهارحلقه ای دارند که در انواع مختلف، تعداد و موقعیت پیوندهای دوگانه و گروه های فعال متصل به آنها متفاوت است.

کلسترول فراوان ترین استروئید در جانوران و تنها استروئید موجود در غشاهای سلول های آنهاست.

در غشاهای سلول های گیاهی علاوه بر کلسترول، استروئیدهای دیگری که خاص گیاهان هستند یافت می شوند.

بسیاری از هورمون های جانوری مانند هورمون های جنسی در پستانداران استروئیدی هستند.

همچنین اسیدهای صفراوی که به هضم لیپیدها کمک می کنند استروئیدی اند.

ترپن ها گروهی دیگر از لیپیدها هستند که همگی از اتصال تعداد متفاوتی از واحدهای ایزوپرن، یا مشتقات آن تشکیل شده اند.

کلروفیل و کاروتن که جزء ترپن های مهم به شمار می آیند.

علاوه بر اینها ویتامین E,A وk که در چربی قابل حل هستند نیز در گروه ترپن ها قرار دارند.

پروتئین ها پروتئین ها واکنش های شیمیایی را سرعت می بخشند، از ترکیبات اصلی ساختار غشاهای سلول هستند و در ترابری مواد از غشای سلول نقش عمده دارند، جزء ساختار اغلب بخش- های سلول همچون اسکلت سلولی در سلول های یوکاریوتی هستند، در انواع فرآیندهای پویای سلول مانند انقباض ماهیچه ها شرکت می کنند و در تنظیم فرآیندهای ژنتیک نیز دخالت دارند.

پروتئین ها زنجیره هایی از واحدهای کوچک تر هستند.

این واحدهای کوچک تر اسیدآمینه نام دارند.

مشخص شده است که 20 نوع اسید آمینه از میان 100 نوع شناخته شده در طبیعت، در ساختار پروتئین ها شرکت می کند.

مهره داران توانایی ساختن ده اسیدآمینه را دارند که اینها را اسیدهای آمینه غیرضروری می نامند.

ده اسیدآمینه دیگر اسیدهای آمینه ضروری خوانده می شوند.

COOH NH2 - C- H R هر اسیدآمینه یک کربن مرکزی به نام کربن آلفا دارد که سه ظرفیت آن در همه اسیدهای آمینه با اتم هیدروژن (-H)، گروه کربوکسیل (-COOH) و گروه آمین (-NH2) اشغال می شود.

در ظرفیت چهارم کربن آلفا، ترکیبی که زنجیره کناری یا گروه خوانده می شود، قرار می گیرد.

گروه بر حسب نوع اسیدآمینه متفاوت است.

نام اسیدآمینه به علت وجود گروه کربوکسیل که اسیدی است و گروه آمین به آنها داده شده است.

گروه در انواع اسیدهای آمینه از لحاظ اندازه و بار بسیار متنوع هستند.

در گلیسین، گروه تنها یک اتم هیدروژن است.

در برخی اسیدهای آمینه گروه پیچیده تر و یا حلقوی است.

تمام اسیدهای آمینه به علت وجود بار در گروه کربوکسیل و آمین آنها تا اندازه ای در آب قابل حل هستند.

باید دانست در PH عادی سلول، گروه های کربوکسیل و آمین در اسیدهای آمینه یونیزه می شوند و به ترتیب به صورت درمی آیند.

کربن آلفا در همه اسیدهای آمینه به غیر از گلیسین، نامتقارن است.

به این دلیل اغلب های آمینه می توانند به شکل دو ایزومر D و L وجود داشته باشند.

اگر گروه –NH3 در سمت راست و –H در سمت چپ رسم شود، آن را فرم D می خوانند و اگر برعکس رسم شود، فرم L به وجود می آید.

تنها آسیدهای آمینه نوع L در پروتئین وجود دارند.

برای اتصال دو اسیدآمینه، پیوند آمیدی (CO-NH) بین گروه کربوکسیل یک اسیدآمینه و گروه آمین اسیدآمینه دیگر تشکیل و یک مولکول آب آزاد می شود.

پیوند آمیدی بین دو اسید آمینه را پیوند پپتیدی گویند.

مولکول حاصل از اتصال دو اسیدآمینه، دی پپتید است.

از اتصال سه اسیدآمینه به یکدیگر تری پپتید و از اتصال چهار اسیدآمینه، یک تتراپپتید حاصل می شود.

ملکول هایی که حدود سی اسیدآمینه یا کمتر دارند، الیگوپپتید یا پپتید می نامند.

ملکول هایی که تعداد بیشتری اسیدآمینه دارند، پلی پپتید خوانده می شوند.

پروتئین ها بر حسب شکل ظاهری، به دو دسته پروتئین های میله ای و کروی تقسیم می شوند.

پروتئین های میله ای اکثراً نقش ساختاری در سلول و محیط خارج از آن دارند.

پروتئین های تشکیل دهنده اسکلت سلولی، کراتین که در مو و پر یافت می شود و کلاژن که در تاندون ها و استخوان وجود دارد مثال هایی از این گونه پروتئین ها هستند.

پروتئین های کروی متنوع تر از پروتئین های میله ای هستند.

آنزیم ها مهم ترین پروتئین های کروی به شمار می آیند.

برای مطالعه پروتئین ها، چهار ساختار تعریف شده است.

ساختار اول پروتئین ها توالی خطی اسیدهای آمینه در آنهاست.

توالی اسیدهای آمینه از انتهای آمین به انتهای کربوکسیل و معمولا با استفاده از علائم یک یا سه حرفی اسیدهای آمینه نوشته می شود.

تغییر اسید آمینه در هر جایگاه در زنجیره پروتئین موجب تغییر در ساختار اول آن می شود و ممکن است به تغییر در فعالیت آن نیز بیانجامد.

Ser.

Tyr.

Met.

Glu.

His ( انتهای آمین) Phe.

Trp.

Gly.

Pro به ساختارهایی که درنتیجه ایجاد پیوند بین اسیدهای آمینه نزدیک در زنجیره خطی پروتئین به وجود می آید، ساختار دوم پروتئین می گویند.

ساختار دوم می تواند منظم یا نامنظم باشد.

در نوع منظم، پیوندهای هیدروژنی به آن ساختار پایداری می بخشند.

پولینگ و کوری در دهه 1950 بر حسب دانسته های موجود، مدل های ساختاری منظم برای بخش هایی از انواع پلی پپتیدها که توالی آنها شناخته شده بود، ارائه دادند.

ساختاری که این دانشمندان پیشنهاد کردند، ساختار آلفا و ساختار بتا نامیده شدند.

در ساختار آلفا اسیدهای آمینه مارپیچ راست گرد منظمی را تشکیل می دهند.

طبق قرارداد، چرخش در مارپیچ های راست گرد در جهت حرکت عقربه های ساعت و در مارپیچ های چپ گرد این چرخش در خلافت جهت حرکت عقربه های ساعت است.

در ساختار آلفا هر اسیدآمینه با چهارمین اسیدآمینه ای که بعد از آن قرار گرفته است پیوند هیدروژنی تشکیل می دهد.

این پیوندها باعث پایداری ساختار می شوند.

در مارپیچ آلفا، گروه های R اسیدهای آمینه به سمت خارج مارپیچ قرار می گیرند.

باید توجه داشت که به دلیل شرکت گروه های کربوکسیل و آمین اسیدهای آمینه در پیوندهای هیدروژنی با یکدیگر، این گروه ها بر آب دوست یا آب گریز بودن پلی پپتید تأثیر نمی گذارند.

بنابراین، آب دوست یا آب گریز بودن پلی پپتیدها در مارپیچ آلفا، توسط گروه های R اسیدهای آمینه آنها تعیین می شود.

ساختار بتا به دلیل اینکه بعد از ساختار آلفا شناخته شده به این نام معروف شد.

تفاوت چشمگیر بین ساختار آلفا و بتا این است که ساختار بتا صفحه ای است و مارپیچ نیست و به همین دلیل صفحه بتا نیز خوانده می شود.

صفحه بتا از رشته های بتا که در مجاورت یکدیگر قرار دارند تشکیل شده است.

در حقیقت این رشته ها توالی هایی هستند که در ساختار اول پروتئین در فواصل نزدیک یا دور از هم قرار دارند.

رشته های بتا ممکن است نسبت به یکدیگر همسو یا ناهمسو باشند.

بین گروه های آمین و کربوکسیل اسیدهای آمینه در رشته- های مجاور در صفحه های بتا، پیوندهای هیدروژنی تشکیل می شوند که به این ساختار نیز پایداری می بخشند.

ساختار سوم ساختار سه بعدی هر پلی پپتید است که در بسیاری از پروتئین ها کروی است.

پیوندهای آب گریز بین گروه های جانبی اسیدهای آمینه غیرقطبی مهم ترین نقش را در به وجود آوردن ساختار سوم دارند.

تاخوردگی پلی پپتید تشکیل این پیوندها را میسر می سازد.

ضمن این تاخودگی مارپیچ های آلفا و صفحه های بتا در موقعیت های خاصی نسبت به یکدیگر قرار می گیرند.

درنتیجه ایجاد پیوندهای آب گریز، اسیدهای آمینه آب گریز در بخش درونی ساختار و دور از محیط آبی قرار می گیرند و اسیدهای آمینه با بار معمولا در سطح ساختار پلی پپتید و در تماس با آب می مانند.

ساختار نهایی پروتئین هایی که از یک رشته پلی پپتید تشکیل شده اند، ساختار سوم است.

ساختار چهارم در پروتئین هایی که بیش از یک زنجیره پلی پپتیدی دارند، وجود دارد.

زنجیره های پلی پپتیدی تشکیل دهنده این پروتئین ها را زیرواحدهای آن می نامند.

ساختار چهارم درنتیجه انواع پیوندهای غیرکووالان بین زیرواحدها تشکیل می شود که به این ساختار ثبات می بخشند.

هموگلوبین مثال خوبی از پروتئین هایی است که چند زیرواحد دارند.

آنزیم ها آنزیم ها مهم ترین پروتئین ها به شمار می آیند.

این مولکول ها کاتالیزورهای زیستی هستند که واکنش های شیمیایی سلول را کاتالیز می کنند.

تفاوت آنزیم ها با کاتالیزورهای غیرزیستی در این است که آنزیم ها واکنش ها را بیشتر تسریع می کنند و اختصاصی عمل می کنند.

مجموعه آنزیم های هر سلول تعیین کننده واکنش هایی است که در آن سلول صورت می گیرند و تفاوت در واکنش های سلول های گوناگون به علت تفاوت در مجموعه آنزیم- های آنهاست.

اسیدهای نوکلئیک مهم ترین نقش اسیدهای نوکلئیک ذخیره اطلاعات ژنتیک، انتقال این اطلاعات به نسل های بعد و دخالت در تجلی این اطلاعات است.

اسیدهای نوکلئیک پلی مرهایی بدون انشعاب هستند که فقط از چهار نوع تک واحد به نام نوکلئوتید تشکیل شده اند.

نوکلئوتیدها واحدهای سازنده اسیدهای نوکلئیک هستند و از هیدرولیز جزئی آنها حاصل می شوند.

اگر هیدرولیز اسیدهای نوکلئیک ادامه یابد مولکول فسفات از نوکلئوتیدها جدا می شود و ترکیبی به نام نوکلئوزید به وجود می آید.

و هیدرولیز کامل اسیدهای نوکلئیک موجب جدا شدن قندهای پنج کربنی از بازهای نیتروژن دار حلقوی می شود.

باز + قند نوکلئوزید نوکلئوتید اسیدهای نوکلئیک فسفات فسفات شکل یونیزه شده اسید فسفوریک (H3PO4) است.

قند نوکلئوتیدهای اسیدهای نوکلئیک پنج کربنی و برحسب نوع اسید نوکلئیک، ریبوز یا دِاکسی ریبوز است.

اتم های کربن در قندها با شماره و علامت پریم مشخص می شوند.

مثلا، C یک پریم ، C دو پریم و ...

در ریبوز به گروه هیدروکسیل متصل است، درحالی که در دِاکسی ریبوز این گروه با هیدروژن جایگزین شده است.

بازهای حلقوی نیتروژن دار که در ساختار اسیدهای نوکلئیک شرکت می کنند دو نوع اند، بازهای پورین و بازهای پریمیدین.

بازهای پورین از دو حلقه ساخته شده اند و شامل آدنین و گوانین هستند که به ترتیب با علامت های اختصاری A و G نمایش داده می شوند.

بازهای پریمیدین یک حلقه ای و شامل سیتوزین (C) ، یوراسیل (U) و تیمین (T) هستند.

اتم های کربن بازها تنها با شماره (C1,C2,C3, …) مشخص می شوند.

از اتصال یک باز و یک قند، نوکلئوزید ساخته می شود.

این اتصال از طریق پیوند کووالان بین نیتروژن شماره 1 بازهای پریمیدین یا نیتروژن شماره 9 پورین ها با کربن شماره 1 قند ایجاد می شود.

پیوند حاصل –N گلیکوزیدی خوانده می شود.

دِاکسی نوکلئوزیدها و ریبونوکلئوزیدها را بر حسب باز موجود در مولکول نام گذاری می کنند.

آدنوزین، گوآنوزین، سیتیدین، یوریدین و تیمیدین پنج نوع نوکلئوزید هستند.

اتصال مولکول فسفات به کربن شماره /5 قندِ نوکلئوزید، نوکلئوتید به وجود می آورد.

یک، دو یا سه گروه فسفات می توانند به کربن /5 قند نوکلئوزید متصل شوند که مولکول های حاصل به ترتیب نوکلئوزید منو فسفات، نوکلئوزید دی فسفات و نوکلئوزید تری فسفات خوانده می شوند.

هر سه این ترکیب ها نوکلئوتید هستند.

نزدیک ترین فسفات به گروه قند، فسفات آلفا ، فسفات دوم بتا و فسفات سوم گاما نام گذاری شده اند.

دو نوع اسید نوکلئیک در سلول وجود دارد، ریبونوکلئیک اسید (RNA) که تک واحدهای آن ریبونوکلئوتید هستند و قند ریبوز دارند و دِاکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) که تک واحدهای آن دِاکسی ریبونوکلئوتید هستند و قند دِاکسی ریبوز دارند.

تفاوت دیگر بین دو اسیدنوکلئیک RNA , DNA این است که در DNA چهار باز آدنین، گوانین، سیتوزین و تیمین وجود دارند.

در حالی که در RNA باز یوراسیل جایگزین تیمین شده است.

در سلول های یوکاریوتی، RNA در هسته و سیتوپلاسم یافت می شود و بخش عمده ی DNA این سلول ها در هسته آنهاست.

در اسیدها نوکلئیک، اتصال نوکلئوتیدها از طریق پیوند بین گروه فسفات متصل به کربن /5 قند یک نوکلئوتید و گروه هیدروکسیلِ متصل به کربن /3 قند نوکلئوتید مجاور صورت می گیرد.

ضمن ایجاد این پیوند، پیروفسفات آزاد می شود و پیوند به وجود آمده بین دو نوکلئوتید پیوند فسفودی استر نام دارد.

از اتصال نوکلئوتیدهای متعدد، زنجیره های کوتاه یا بلند اسیدهای نوکلئیک تشکیل می شوند که به ترتیب الیگونوکلئوتید و پلی نوکلئوتید نام دارند.

در یک انتهای پلی نوکلئوتیدی که به این نحو ساخته می شود، /5 – فسفات آزاد و در انتهای دیگر آن /3- هیدروکسیل آزاد وجود دارند.

به همین دلیل، یک انتهای مولکول اسید نوکلئیک انتهای /5 و دیگری /3 خوانده می شوند.

DNA بر طبق مدل واتسن (ژنتیک دان آمریکایی) و کریک (فیزیک دان انگلیسی)، از دو رشته پلی نوکلئوتیدی تشکیل شده است که مقابل یکدیگر قرار می گیرند.

DNA همچون روبانی پیچ خورده است و فاصله بین دو رشته DNA همچون فاصله بین دو لبه روبان پیچ خورده ثابت می ماند.

گروه های قند و فسفات، ستون هر کدام از دو رشته را تشکیل می دهند و در تماس با محیط آبی هستند.

بازهای نوکلئوتیدها در داخل مارپیچ و عمود بر محور آن قرار می گیرند.

همواره باز پورین نوکلئوتیدها در یک رشته، مقابل باز پیریمیدین نوکلئوتیدها در رشته مقابل قرار می گیرند.

بین بازهای آلی مقابل هم، پیوندهای هیدروژنی تشکیل می شوند که به ساختار دو رشته ای DNA پایداری می بخشند.

در شرایط درون سلولی حداکثر تعداد پیوندهای هیدروژنی زمانی تشکیل می شود که پیوندها بین بازهای A و T و بین بازهای G و C به وجود آیند.

این حالت مطلوب زمانی ممکن است که جهت دو رشته ملکول مخالف هم باشند، یعنی انتهای /3 یک رشته مقابل انتهای /5 رشته دیگر باشد.

این رابطه ناهمسو بودن خوانده می شود.

در DNA دو رشته ای، نوکلئوتید A مربوط به یک رشته همواره مقابل نوکلئوتید T رشته دیگر، و نوکلئوتید G همواره مقابل نوکلئوتید C قرار می گیرد.

این رابطه به رابطه مکملی بین نوکلئوتیدها معروف شده است.

قبل از مطالعات واتسن و کریک، دانشمندی به نام شارگاف نشان داده بود که در DNA انواع جانداران، معمولا مقدار A با T و مقدار G و C برابر است.

چنان که گفته شد RNA با DNA در دو مورد تفاوت دارد، یکی داشتن قند ریبوز به جای دِاکسی ریبوز و دیگری داشتن باز یوراسیل به جای تیمین.

در سلول ها انواع مختلف RNA وجود دارند و سه نوع اصلی آن RNA پیک (mRNA) ، RNA ناقل (tRNA) و RNA ریبوزومی (rRNA) است.

این RNA ها در انتقال اطلاعات ژنتیک از DNA به پروتئین نقش دارند.

تعیین مقدار بازهای آلی در RNAها نشان می دهد که مقدار A با U و G با C لزوماً برابر نیست.

این نتیجه به آن دلیل حاصل می شود که به جز موارد نادر، مولکول های RNA تک رشته ای هستند.

با این حال ممکن است بین بخش های درون یک مولکول RNA رابطه مکملی وجود داشته باشد که به تشکیل پیوندهای هیدروژنی و ساختارهای دوم و سوم ویژه ای بیانجامد.

دی نوکلئوتیدها دی نوکلئوتیدها در فرآیندهای متابولیکی نقش بسیار مهمی دارند.

مثلا نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید (NAD+) نقل و انتقال الکترون و هیدروژن را در واکنش های اکسیداسیون و احیا بر عهده دارد.

نیکوتین آمید آدنین دی نوکلئوتید فسفات (NADP+) دی نوکلئوتید دیگری است که نقشی مشابه NAD+ را بر عهده دارد.