נוקלאוטיד

האותיות המשמשות בביולוגיה לציון מקוצר של הנוקלאוטידים, לפי הבסיסים החנקניים המצויים בהם. חלק מאותיות משמשות לציון מספר נוקלאוטידים בעלי תכונה משותפת. העמודה השמאלית מראה את מקורן של האותיות, דבר העוזר בשינונן

נוקלאוטידים או חומצות גרעין (Nucleotide) הם קבוצה של תרכובות אורגניות. הנוקלאוטידים מופיעים בכל היצורים החיים ומרכיבים, בין השאר, את החומר התורשתי.

מקור המילה נוקלאוטיד הוא במילה הלטינית Nucleus, שפירושה "גרעין". בכל היצורים האיקריוטיים החומר התורשתי, המורכב מנוקלאוטידים, מצוי בגרעין התא.

תפקידים

נוקלאוטידים משמשים בתפקידים רבים בתאיהם של כל היצורים החיים (וגם בנגיפים), אך תפקידם העיקרי הוא בבניין החומר התורשתי המצוי בכל תא ותא - חומצות הגרעין DNA ו-RNA. רצף הנוקלאוטידים מקודד את המידע הדרוש לקביעת תכונותיו ולתפקודו של כל יצור חי.

תפקידים נוספים של הנוקלאוטידים בתא:

• מטבע אנרגיה: הנוקלאוטיד ATP הוא המולקולה העיקרית המשמשת להעברת אנרגיה בין תרכובות שונות בייצורים חיים. כשמולקולה עתירת אנרגיה מתפרקת בתא, משמשת האנרגיה המשתחררת לבניית ATP; הלה משמש כעתודת אנרגיה, וכשמאוחר יותר נדרשת אנרגיה לשם הוצאתו לפועל של תהליך כלשהו בתא, מתפרק ה-ATP ותורם את האנרגיה האצורה בו.
• נשאי אלקטרונים: תהליכים מורכבים רבים בתא, הנשימה התאית, למשל, מסתכמים בסופו של דבר במסירת והעברת אלקטרונים בין מולקולות (ראו: מטבוליזם). נוקלאוטידים מסוימים מסייעים בכך; התרכובת NAD, הבנויה משני נוקלאוטידים, היא נשא האלקטרונים הנפוץ ביותר בתא.
• ווסתי אנזימים: חומרים הנקשרים לאנזימים ובכך מאיצים או מעכבים את פעולתם.

מבנה

נוקלאוטידים מורכבים תמיד משלושה חלקים. החלק החשוב, אשר מבדיל בין הנוקלאוטידים השונים ומעניק להם את שמם, הוא הבסיס החנקני. החומר התורשתי בנוי מנוקלאוטידים עם חמישה בסיסים חנקניים אפשריים: אדנין, גואנין, תימין, אורציל וציטוזין. אדנין וגואנין מורכבים משתי טבעות המכילות חנקן, והם מסווגים כפורינים. תימין, ציטוזין ואורציל כוללים טבעת אחת בלבד המכילה חנקן, והם מסווגים כפּירימידינים.

ה-DNA מורכב מנוקלאוטידים המכילים אדנין (A), גואנין (G), תימין (T) וציטוזין (C). בנוקלאוטידים המרכיבים את ה-RNA לא מופיע תימין, ובמקומו מופיע אורציל (U).

קובץ:Nitrobases.gif

הבסיסים החנקניים. מימין לשמאל: שלושת הפירימידינים, אורציל ציטוזין ותימין, ושני הפורינים, אדנין וגואנין

ריבוז (שמאל) ודאוקסיריבוז. החץ מציין את אטום החמצן הקיים בריבוז ונעדר בדאוקסיריבוז

החלק השני בנוקלאוטידים הוא חד-סוכר טבעתי המכיל 5 אטומי פחמן. בנוקלאוטידים המרכיבים את ה-RNA (ובנוקלאוטידים בעלי התפקידים האחרים שהוזכרו לעיל) הסוכר הוא ריבוז, ובנוקלאוטידים המרכיבים את ה-DNA הסוכר הוא דאוקסיריבוז (כלומר, ריבוז שחסר בו אטום חמצן אחד). זהו מקור ההבדל בשמן של שתי חומצות הגרעין (DNA - חומצה דאוקסיריבונוקלאית, RNA - חומצה ריבונוקלאית).

כשאחד מחמשת הבסיסים החנקניים נקשר לסוכר, מתקבלת תרכובת הנקראת נוקלאוזיד (Nucleoside). כך למשל, אדנין הקשור לריבוז מהווה נוקלאוזיד הקרוי אדנוזין (Adenosine). גואנין הקשור לדאוקסיריבוז נקרא דאוקסיגואנוזין (Deoxyguanosine).

החלק השלישי בנוקלאטידים הוא קבוצת זרחה (פוספט). כשזרחה נקשרת לנוקלאוזיד מתקבל נוקלאוטיד. ייתכנו עד שלוש קבוצות זרחה בכל נוקלאוטיד. כך למשל, כששתי קבוצות זרחה נקשרות לאדנוזין, מתקבל הנוקלאוטיד אדנוזין דיפוספט (Adenosine diphosphate). כשקבוצת זרחה אחת נקשרת לדאוקסיציטידין, מתקבל הנוקלאוטיד דאוקסיציטידין מונופוספט (Deoxycytidine monophosphate). שמו המלא של הנוקלאוטיד ATP, אשר הוזכר לעיל, הוא אדנוזין טריפוספט.

כשנוקלאוטיד מכיל שתיים או שלוש קבוצות זרחה הן נקשרות האחת לשנייה בשרשרת. הקשר הכימי שביניהן אינו יציב ולפיכך עתיר אנרגיה; זהו אחד הקשרים הכימיים האנרגטיים ביותר בביולוגיה, וזהו מקור יכולתם של חלק מהנוקלאוטידים לשמש כמטבע אנרגיה.