Нуклеиновые кислоты. Строение и биологическая роль

нуклеиновые кислоты – это полимеры, полинуклеотиды, кирпичиками которых является мононуклеотиды. В свою очередь мононуклеотид состоит из азотистого основания (производные пурина или приримидина), пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.
Азотистые основания с присоединенной к ним рибозой или дезоксирибозой называются нуклеозидами. Ковалентная связь, образуемая между С₁ атомом сахара и N₁ атомом пиримидина или N₉ атомом пурина называется гликозидной. Наиболее распространены нуклеотиды: аденозин, гуанозин, уридин, цитидин или соотвественно дезоксиаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитозин, а так же дезокситимидин. Нуклеотиды встречаются в природе в свободном состоянии и некоторые обладают лечебными действиями, например пурамицин – мощный антибиотик, действующий как ингибитор белкового синтеза.

Нуклеотид – это нуклеозид с присоединенным к нему эфирной связью остатком фосфорной кислоты, который может присоединяться по 2', 3' и 5' гидроксилам кольца пентозы, образуя: аденозин – 2' монофосфат, аденозин- 3' монофосфат (дрожевая АМФ), аденозин- 5' монофосфат (мышечная АМФ). Нуклеотиды, в зависимости от наличия в них рибозы или дезоксирибозы, подразделяются на рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.
В клетках межмолекулярные связи ДНК и РНК расщепляются ферментами нуклеазами. Среди которых надо выделить эндонуклеотиды рестрикции (рестиктазы). Эти ферменты узнают в молекуле ДНК не отдельные нуклеотидные остатки, а определенные нуклеотидные последовательности из 4, 5, 6 остатков и потому расщепляют любую ДНК на сравнительно небольшое колическтво строго определенных фрагментов. Рестриктазы незаменимы в сруктурных исследованиях нуклеиновых кислот.

Биологическая роль нуклеиновых кислот заключается в том, что в них закодирована генетическая информация и ими же впоследствии реализуется. При непосредственном участии нуклеиновых кислот осуществляется синтез всех белков, а следовательно, и ферментов.

12.ДНК и РНК. Основные отличия. Первичная структура нуклеиновых кислот. В каждом живом организме присутствуют 2 типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). Молекулярная масса самой "маленькой" из известных нуклеиновых кислот - транспортной РНК (тРНК) составляет примерно 25 кД. ДНК - наиболее крупные полимерные молекулы; их молекулярная масса варьирует от 1 000 до 1 000 000 кД.

ДНК содержит информацию о структуре всех видов РНК. Порядок чередования нуклеотидов в РНК тот же, что и в копируемом участке ДНК с той лишь разница, что РНК состоит из рибонуклеотидов и в нуклеотидах азотистое основание тимин заменяется на урацил. Количество нулеотидов в полинуклеотидных цепях РНК различно, но меньше, чем в ДНК.

Между ДНК и РНК есть три основных отличия:
1.ДНК содержит сахар дезоксирибозу, РНК — рибозу, у которой есть дополнительная, по сравнению с дезоксирибозой,гидроксильная группа. Эта группа увеличивает вероятность гидролиза молекулы, то есть уменьшает стабильность молекулы РНК.

2.Нуклеотид, комплементарный аденину, в РНК не тимин, как в ДНК, а урацил — неметилированная форма тимина.

3.ДНК существует в форме двойной спирали, состоящей из двух отдельных молекул. Молекулы РНК, в среднем, гораздо короче и преимущественно одноцепочечные

Первичная структура ДНК - порядок чередования дезоксирибонуклеозидмонофосфатов (дНМФ) в полинукпеотидной цепи.

Каждая фосфатная группа в полинукпеотидной цепи, за исключением фосфорного остатка на 5'-конце молекулы, участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3'- и 5'-углеродных атомов двух соседних дезоксирибоз, поэтому связь между мономерами обозначают 3', 5'-фосфодиэфирной.

Концевые нуклеотиды ДНК различают по структуре: на 5'-конце находится фосфатная группа, а на 3'-конце цепи - свободная ОН-группа. Эти концы называют 5'- и 3'-концами. Линейная последовательность дезоксирибонуклеотидов в полимерной цепи ДНК обычно сокращённо записывают с помощью однобуквенного кода, например -A-G-C-T-T-A-C-A- от 5'- к 3'-концу.

В каждом мономере нуклеиновой кислоты присутствует остаток фосфорной кислоты. При рН 7 фосфатная группа полностью ионизирована, поэтому in vivo нуклеиновые кислоты существуют в виде полианионов (имеют множественный отрицательный заряд). Остатки пентоз тоже проявляют гидрофильные свойства. Азотистые основания почти нерастворимы в воде, но некоторые атомы пуринового и пиримидинового циклов способны образовывать водородные связи.

 

Гликоген. Синтез гликогена

Гликоген — депонированная форма глюкозы, высвобождает эту гекеозу при участии гликогенфосфорилазы. Фермент катализирует фосфоролиз (расщеп­ление с присоединением компонентов фосфорной кислоты) 1,4-гликозидной связи, с высвобождением остатков глюкозы в виде глюкозо-1-фосфата (Г-1-Ф), который под действием фосфоглюкомутазы превращается в Г-6-Ф. Его воз­можные пути превращения"

1) в мышцах, где нет глюкозо-6-фосфатазы, по основному пути (аэробному или анаэробному);

2) в жировой ткани и других, где идут интенсивные восстановительные синтезы, по пентозофосфатному пути (для накопления НАДФ • Нд);

3) в печени, где много глюкозо-6-фосфатазы, расщепляется на глюкозу и фосфат, глюкоза поступает в кровь.

Синтез:

1. глюкоза подвергается фосфорилированию при участии фермента гексокиназы, а в печени – и глюкокиназы. Далее глюкозо-6-фосфат под влиянием фермента фосфоглюкомутазы переходит в глюкозо-1-фос-фат:

Образовавшийся глюкозо-1-фосфат уже непосредственно вовлекается в синтез гликогена. На первой стадии синтеза глюкозо-1-фосфат вступает во взаимодействие с УТФ (уридинтрифосфат), образуя уридиндифосфатглю-козу (УДФ-глюкоза) и пирофосфат. Данная реакция катализируется ферментом глюкозо-1-фосфат-уридилилтрансферазой (УДФГ-пирофосфорила-за):

Глюкозо-1-фосфат + УТФ < = > УДФ-глюкоза + Пирофосфат.

2. На второй стадии – стадии образования гликогена – происходит перенос глюкозного остатка, входящего в состав УДФ-глюкозы, на глюкозидную цепь гликогена («затравочное» количество). При этом образуется α-(1–>4)-связь между первым атомом углерода добавляемого остатка глюкозы и 4-гидроксильной группой остатка глюкозы цепи. Эта реакция катализируется ферментом гликогенсинтазой. Необходимо еще раз подчеркнуть, что реакция, катализируемая гликогенсинтазой, возможна только при условии, что полисахаридная цепь уже содержит более 4 остатков D-глюкозы.

Образующийся УДФ затем вновь фосфорилируется в УТФ за счет АТФ, и таким образом весь цикл превращений глюкозо-1-фосфата начинается сначала.