Строение нуклеиновых кислот

НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

По своему строениюнуклеиновые кислотыявляются полинуклеотидами, состоящими из очень большого количества мононуклеотидов (нуклеотидов).

Строение мононуклеотидов

Любой нуклеотид обязательно включает в себя азотистое основание, углевод и фосфорную кислоту.

Схема строения нуклеотида

Азотистое основание – углевод – фосфорная кислота

Азотистые основания – циклические азотсодержащие соединения, обладающие оснόвными (слабощелочными) свойствами. Азотистые основания бывают двух типов: пуриновые и пиримидиновые.

К пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин, имеющие следующее строение:

NH₂ OH

N N N N

NH₂

N N N N

H H

Аденин Гуанин

Пиримидиновыми основаниями являются урацил, тимин и цитозин:

OH OH NH₂

N N СH₃ N

HO HO HO

N N N

Урацил Тимин Цитозин

Углеводом, входящим в состав нуклеотидов, может быть рибоза или дезоксирибоза, находящиеся в циклической форме

OH О CH₂OH OH О СН₂ОН О O

Н Н Н Н Н Н Н Н

ОН ОН Н ОН

Рибоза Дезоксирибоза

Азотистые основания присоединяются к первому углеродному атому (С₁) углевода. Азотистое основание, связанное с углеводом, называется нуклеозидом.

Нуклеозиды, содержащие аденин и гуанин, называются, соответственно, аденозин и гуанозин, а нуклеозиды с пиримидиновыми основаниями получили названия: уридин, тимидини цитидин.

Если в состав нуклеозида входит дезоксирибоза, то в название нуклеозида входит еще приставка «дезокси». Например, нуклеозид, состоящий из аденина и рибозы, называется «аденозин», а нуклеозид, содержащий аденин и дезоксирибозу носит название «дезоксиаденозин» или в сокращенном виде д-аденозин.

Фосфорная кислота присоединяется эфирной связью к пятому атому углерода рибозы или дезоксирибозы. Поэтому нуклеотиды можно рассматривать как нуклеозидфосфаты.

Нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот, имеют один остаток фосфорной кислоты, а свободные нуклеотиды могут содержать от одного до трех фосфатных остатков.

Название нуклеотидов состоит из трех частей: название нуклеозида, входящего в данный нуклеотид; числительное, показывающее количество остатков фосфорной кислоты, и слово «фосфат»:

аденозин

гуанозин моно

(дезокси) уридин ди фосфат

тимидин три

Цитидин

Например, нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и фосфорной кислоты, называется аденозинмонофосфат или сокращенно АМФ и имеет следующее строение:

NH₂

N N

N N О СH₂O – P = O

Аденин OH

H Н Н H

ОН ОН

Рибоза

Строение нуклеиновых кислот

Нуклеотиды, входящие в нуклеиновые кислоты, соединяются друг с другом в длинные полинуклеотидные цепи эфирными связями, идущими от углевода одного нуклеотида к фосфорной кислоте соседнего:

Аз. основание - углевод - фосфат

Аз. основание - углевод - фосфат

Аз. основание - углевод - фосфат

Аз. основание - углевод - фосфат

В результате такого связывания образуется длинная цепь, состоящая из чередующихся остатков углевода и фосфорной кислоты. Азотистые основания непосредственно в эту цепь не входят; они как боковые веточки присоединяются к углеводам. Отличаются полинуклеотиды друг от друга длиной (т.е. количеством нуклеотидов) и последовательностью расположения азотистых оснований.

Оказалось, что в одну молекулу нуклеиновых кислот может входить углевод только одного вида – рибоза или дезоксирибоза. На этом основании все нуклеиновые кислоты делятся на два типа: рибонуклеиновые – РНК (содержат рибозу) и дезоксирибонуклеиновые – ДНК (содержат дезоксирибозу). Особенности строения и биологические функции РНК и ДНК отражены в табл. 2.

Таблица 2. Особенности строения и свойства РНК и ДНК

№ п. п. Особенности строения, свойства, биологическая роль РНК ДНК

Химический состав: а) углевод б) азотистые основания а) рибоза б) аденин, гуанин, урацил, цитозин (нет тимина) а) дезоксирибоза б) аденин, гуанин, тимин, цитозин (нет урацила)

Количество нуклеотидов Десятки, сотни и тысячи Десятки и сотни тысяч

Молекулярная масса от 25 тыс. Да[1] до 1 млн. Да Десятки млн. Да

Количество полинуклеотидных цепей в молекуле Одна Две

Пространственная конфигурация Спираль, конфигура- ция «клеверного листа», клубок Двойная спираль линейной или кольчатой формы

Локализация в клетке Цитоплазма. Рибосомы. Ядро (мало) Ядро. Митохондрии (мало)

Биологическая роль Передача и реализа- ция генетической информации, участие в синтезе белков Хранение генетической информации

Главные представители Информационная РНК (иРНК), рибосомная РНК (рРНК), транспортная РНК (тРНК) Хроматин (комплекс ДНК и белков, входящий в хромосомы)

Как видно из таблицы, ДНК имеет более сложное строение. Состоит молекула ДНК из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль вокруг общей оси и образующих двойную спираль (рис. 1). Один виток каждой спирали содержит 10 нуклеотидов, диаметр двойной спирали около 2 нмАзотистые основания обеих цепей находятся внутри двойной спирали и соединены друг с другом водородными связями. Связывание (спаривание) азотистых оснований осуществляется строго определенным образом. Аденин всегда соединяется с тимином, а гуанин с цитозином, причем все без исключе-

Рис.1. Схема строения ния основания одной цепи ДНК спарены с основани-

ДНК ями второй. Вследствие этого обе нуклеотидные цепи, образующие молекулу ДНК, имеют одинаковую длину и пространственно соответствуют друг другу. Если в каком-то месте одной цепи находится аденин, то обязательнонапротив него в другой цепи присутствует тимин, а напротив гуанина всегда располагается цитозин.

Такое пространственное соответствие двух полинуклеотидных цепей ДНК получило название комплементарность.

Принцип комплементарности лежит в основе таких важнейших процессов как репликация (удвоение молекулы ДНК в процессе клеточного деления),транскрипция(передача генетической информации с молекулы ДНК информационной РНК в процессе синтеза белков) и трансляция (сборка из аминокислот белковой молекулы на рибосомах).

[1] Да (дальтон, атомная или углеродная единица) = 1,66·10^-²⁴ г