Глава 13. Нуклеиновые кислоты

Состав полимерной цепи нуклеиновых кислот.

Название нуклеиновых кислот произошло от лат.слова nucleus(ядро), т.к. впервые были обнаружены в клеточных ядрах и обладали кислым характером. Нуклеиновые кислоты есть в ядрах клеток всех растительных и животных организмов. НК– биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению.

НК состоят из мононуклеотидов. Мононуклеотиды состоят из молекул:

1.аденина, тимина, гуанина, цитозина и урацила, т.е.пиримидиновых и пуриновых оснований(N -основания),

2. β-рибозы, β-дезоксирибозы(пентозы) и

3.фосфорной кислоты.

 

Пуриновые и пиримидиновые основания в ДНК хранят и передают генетическую информацию, тогда как углеводные и фосфатные группы выполняют структурную роль.

Термин «кислота» в названии употреблен потому, что одна из кислотных групп ОН фосфорной кислоты остается незамещенной, что придает всему соединению слабокислый характер.

Нуклеозиды состоят из N- оснований и пентоз т.е. пиримидиновые и пуриновые основания образуют связи с β-D-рибозой или β-D-дезоксирибозой. Гликозидная связь осуществляется между аномерными атомами углерода С-1рибозы или дезоксирибозы и атомом азота N-1пиримидинового и N-9 пуринового оснований.

Нуклеозиды устойчивы к гидролизу в слабощелочной среде, но расщепляются в кислой, пуриновые нуклеозиды расщепляются легче, чем пиримидиновые. Причем основания расположены в анти положении.

Т.о.нуклеотиды состоят из нуклеозидов и фосфорной кислоты, т.е. нуклеозиды образуют связи с фосфорной кислотой.

Если в составе НК рибоза, то это РНК. Если в составе дезоксирибоза, то – ДНК.

В дезоксирибозе нет группы ОН (гидрокси-группа), т.е.рибоза, лишенная гидрокси-группы

Табл.9

 

Т.о. из табл.9 видно, что тимин входит только в ДНК, а урацил только в РНК. Цитозин, аденин и гуанин входят и в ДНК, и в РНК.

 

 

Строение ДНК

Первичная структура ДНК.

Молекула ДНК служит отправной точкой в процессе роста и развития организма. В образовании ДНК участвуют четыре типа соединений: аденин, тимин, гуанин и цитозин.

 

Вторичная структура ДНК установлена работами Дж. Уотсона и Ф.Крика, Уилкинса, Чаргаффа, Полинга. Согласно модели Уотсона-Крика ДНК состоит из 2-х спиралей (нуклеотидных цепей) диаметр 1,8-2 нм и анти параллельны. В одной расположены 5’ - 3’ фосфатные, в другой 3’ - 5’ фосфатные связи. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены и находятся внутри цепей,рис.7

 

 

Рис.7

Ц Г

Присоединенные к полимерной цепи молекулы аденина, тимина, гуанина и цитозина обозначают первыми буквами названий исходных соединений, то есть, А, Т, Г и Ц.

Направленность полимерной цепи ДНК.

При описании того, в каком порядке чередуются присоединенные гетероциклы, принято использовать прямое направление, то есть от группы СН₂ к группам СН.Само понятие «направление цепи» помогает понять то, как располагаются две цепи ДНК при их объединении. Две молекулы ДНК объединяются, располагаясь таким образом, чтобы начало и концы цепей были направлены в противоположные стороны. В этом случае гетероциклы двух цепей обращены навстречу друг другу и оказываются расположенными неким оптимальным образом, имеется в виду, что между парами группировок С=О и NH₂, а также между ºN и NH=, входящими в состав гетероциклов, возникают водородные связи.На рис. 7 показано, как располагаются две цепи относительно друг друга и как при этом возникают водородные связи между гетероциклами. Самая важная деталь – состоит в том, что пары, связанные водородными связями, жестко определены: фрагмент А всегда взаимодействует с Т, а фрагмент Г – всегда с Ц (принцип комплементарности). Строго определенная геометрия этих групп приводит к тому, что эти пары исключительно точно подходят друг другу (как ключ к замку), пара А-Т связана двумя водородными связями, а пара Г-Ц – тремя связями. Водородные связи заметно слабее обычных валентных связей, но из-за большого их количества вдоль всей полимерной молекулы соединение двух цепей становится достаточно прочным. Суммарно в сдвоенной молекуле ДНК количество групп А равно количеству групп Т, а количество групп Г – количеству Ц (правило Э.Чаргаффа).