Первичная структура нуклеиновых кислот. Нуклеозиды и нуклеотиды.
Общая характеристика нуклеиновых кислот.
План
Нуклеиновые кислоты
1. Общая характеристика нуклеиновых кислот
2. Первичная структура нуклеиновых кислот. Нуклеотиды, нуклеозиды.
3. Вторичная структура ДНК.
4. Особенности строения РНК
5. Гибридизация нуклеиновых кислот.
6. Строение хроматина и рибосом.
Приоритет открытия нуклеиновых кислот принадлежит швейцарскому ученому Мишеру. В 1869 году Мишер выделил из ядер клеток гноя вещество, содержащее фосфор и отличающее по свойствам от всех известных в то время компонентов клеток. Назвал он его нуклеином. Уже в ХХ веке, когда изучили строение этого вещества за ним закрепилось название дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Рибонуклеиновая кислота была открыта позднее в ходе исследований ДНК. Всего через несколько лет после рабы Мишера появились экспериментальные данные, позволяющие предположить участие нуклеина в передаче признаков организма по наследству.
Знание о строение нуклеиновых кислот необходимы для понимания процесса биосинтеза белков, механизма наследственности и генетической изменчивости организмов, происхождения и развития наследственных болезней.
Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные соединения. Их молекулы имеют нитевидную форму, которая и обуславливает высокую вязкость их растворов. Длина молекулы ДНК человека достигает длины нескольких сантиметров. Общая длина ДНК в 23 парах хромосом примерно равна 1.5 м. Вирионы и клетки бактерий часто содержат единственную молекулу ДНК. РНК значительно короче ДНК. Ее длина обычно не превышает 0.01 мм. Основная часть ДНК находится в ядре клеток – в составе хроматина, небольшое количетсво ДНК содержится в митохондрях (0.2% от всей клеточной ДНК). РНК обнаруживается во всех частях клетки. Нуклеиновые кислоты при физиологических значениях рН несут отрицательный заряд. Это роднит их с анионами кислот (отсюда название «Нуклеионовые кислоты»).
Основные функции ДНК (по Лененджеру):
· хранение запаса генетической информации, необходимой для кодирования структуры всех белков и РНК каждого вида организма;
· регуляция во времени и пространстве биосинтеза компонентов клеток и тканей;
· определение деятельности организма во время его жизненного цикла;
· обеспечение индивидуальности данного организма
Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры нуклеотидов (полиннуклеотиды), которые в свою очередь состоят из трех составных частей: азотистые основания, сахар и остаток фосфорной кислоты.
Азотистые основания представлены двумя типами: пуриновые (их два: аденин и гуанин) и пиримидиновые (их три: цитозин, тимин, урацил).
 |
Сахара нуклеиновых кислот представлены двумя пентозами: рибозой и дезокисрибозой.
Первый атом азота в пиримидиновых и девятый в пуриновых основаниях связан с первым атомом углерода в сахарах b-гликозидной связью.
Совокупность азотистого основания и сахара называется нуклеозидом. В зависимости от типа сахара нуклеозиды делятся на рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Нуклеозиды этерифицированы фосфорной кислотой. Совокупность всех трех компонентов называется нуклеотид.
 |
Дезоксирибонуклеотиды используются для образования ДНК. Функции рибонуклеотидов более разнообразны. Основная их масса используется для синтеза РНК. Кроме того, рибонуклеотиды выполняют роль кофакторов некоторых трансфераз и входят в состав NAD, ФАД. Уникальную роль в превращениях энергии игранет аденозинтрифосфат (АТФ). Все нуклеозидытрифосфаты подобно АТФ имеют две макроэргические связи.
Под действием ферментов, относящихся к группе нуклеаз полинуклеотидные цепочки ДНК и РНК распадаются на составные части. При этом в гидролизате РНК обнаруживается четыре типа нуклеозидмонофосфатов, в гидролизате ДНК четыре типа дезоксирибонуклеозидмомнофосфатов. Три типа нуклеозидмонофосфатов идентичны для обеих кислот: АМФ, ГМФ,ЦМФ. Различие заключается в том, что ДНК содержит ТМФ (азотистое основание Тимин), а РНК – УМФ (азотистое основание Урацил).
Мономеры в нуклеиновых кислотах соединены фосфодиэфирной связью между 3-гидроксильной группой пентозы одного нуклеотида и 5-гидроксильной группой пентозы другого нуклеотида
Концы полинуклеотида различаются по структуре: На одном имеется свободна 5-фосфатная группа, на другом –3-ОН группа. Принято условное обозначение 5`и 3` конец. Причем при линейной форме записи 5`-конец записывается слева, а 3`- конец- справа. Для простоты принята форма записи, которая отражает только последовательность азотистых оснований А—Т—Г—Ц.
Из четырех нуклеотидов можно построить огромное количество нуклеиновых кислот, различающихся по первичной структуре, что и соответствует многообразию биологических жизненных форм.
Важнейшей проблемой является определение первичной структуры ДНК, т.е. последовательность нуклеотидных оснований в цепи полимера. Полученные данные позволили в 1949 году Чартгоффу прийти к следующим выводам, которые получили название правила Чартгоффа:
· Нуклеотидный состав ДНК характерен для каждого организма. Все соматические клетки данного организма в любом возрасте и при любых физиологических обстоятельствах содержат ДНК одного и того же нуклеотидного состава.
· Сумма пуриновых нуклеотидов равна сумме пиримидиновых нуклеотидов А+Г/ Т+Ц = 1. Содержание Аденина = содержанию Тимину, а Гуанина = содержанию Цитозина.
· Нуклеотидный состав ДНК заметно варьирует при сопоставлении ДНК одного биологического вида с другим. ДНК различного происхождения принято характеризовать соотношением А+Т/Г+Ц.
У большинства животных и растений это соотношение всегда больше единицы. У бактерий оно изменяется в широких пределах 0.35 до 2.7.