Нуклеїнові кислоти

Види нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти - фосфорвмісних біополімери живих організмів, що забезпечують зберігання та передачу спадкової інформації. Вони були відкриті в 1869 р. швейцарським біохіміком Ф. Мішером в ядрах лейкоцитів, сперматозоїдів лосося. Згодом нуклеїнові кислоти виявили у всіх рослинних і тваринних клітинах, віруси, бактерії та грибах.

В природі існує два види нуклеїнових кислот - дезок-сірібонуклеіновие (ДНК) і рибонуклеїнових (РНК). Різниця в назвах пояснюється тим, що молекула ДНК містить п'яти-вуглецевий цукор дезоксирибози, а молекула РНК-рибозу. У даний час відомо велика кількість різновидів ДНК і РНК, що відрізняються один від одного за будовою і значенням у метаболізмі.

ДНК знаходиться переважно в хромосомах клітинного ядра (99% всієї ДНК клітини), а також в мітохондріях і хлоропластах. РНК входить до складу рибосом; молекули РНК містяться також у цитоплазмі, матриксі пластид і мітохондрій.

Нуклеотиди - Структурні компоненти нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти представляють собою біополімери, мономерами яких є нуклеотиди.

Нуклеотиди -Складні речовини. До складу кожного нуклео-Тіда входить азотистих основ, п'ятивуглецевий цукор (рибоза або дезоксирибоза) і залишок фосфорної кислоти.

Існує п'ять основних азотистих основ: аденін, гуанін, урацил, тимін і цитозин. Перші два є пуриновими; їх молекули складаються з двох кілець, перший містить п'ять членів, другому - шість. Наступні три є піримідину і мають одне п'ятичленних кільце.

Ось як виглядає, наприклад, формула тіміділового нуклеотиду (тимідину):

Назви нуклеотидів походять від назви відповідних азотистих основ, і ті й інші позначаються великими літерами: аденін - аденілат (А), гуанін -- гуанілати (Г), цитозин - цітіділат (Ц), тимін - тіміділат (Т), урацил - уріділат (У).

Кількість нуклеотидів в молекулі нуклеїнових кислот буває різним - від 80 в молекулах транспортних РНК до декількох сотень мільйонів у ДНК.

ДНК. Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних, спірально закручених щодо один одного ланцюжків.

В склад нуклеотидів молекули ДНК входять чотири види азотистих основ: аденін, гуанін, тимін і цітоцін. У полінук-леотідной ланцюжку сусідні нуклеотиди пов'язані між собою ковалентними зв'язками, які утворюються між фосфатної групою одного нуклеотиду і З'-гідроксильної групою пентози іншого. Такі зв'язку називаються фосфодіефірнимі. Фосфатна група утворює місток між З'-вуглецем одного пентоз-ного циклу і 5-вуглецем наступного. Остов ланцюгів ДНК освічений, таким чином, сахарофосфатнимі залишками (рис. 1.2).

Хоча до складу ДНК входить чотири типи нуклеотидів, завдяки різної послідовності їх розташування в довгому ланцюжку досягається величезна різноманітність цих молекул.

полінуклеотидних ланцюг ДНК закручена у вигляді спіралі на зразок гвинтових сходів і сполучена з інший, комплементарної їй ланцюгом за допомогою водневих зв'язків, що утворюються між аден-ном і тиміном (дві зв'язку), а також гуаніном і цитозином (три зв'язку). Нуклеотиди А і Т, Г и Ц називаються комплементарними.

Рис 1.2. Фрагмент молекули ДНК (між А-Т-два водневі зв'язки; між Г-Ц - три водневі зв'язки).

В результаті у всякого організму число аденілових нуклеотидів дорівнює числу тіміділових, а число гуанілова - числу цітіділових. Ця закономірність отримала назву «Правило Чаргаффа». Завдяки цій властивості послідовність нуклеотидів в одного ланцюга визначає їх послідовність в іншій. Така здатність до виборчому з'єднанню нуклеотидів називається комплемен-тарностью, і це властивість лежить в основі утворення нових молекул ДНК на базі вихідної молекули (реплікації, тобто подвоєння).

Ланцюги в молекулі ДНК протилежно направлені (Антипа-раллел'ност'). Так, якщо для одного ланцюга ми обираємо напрямок від З'-кінця до 5'-кінця, то друга ланцюг з таким напрямком буде орієнтована протилежно першого - від 5-до кінця З'-кінця, інакше кажучи, «голова» одного ланцюга з'єднується з «хвостом» інший і навпаки.

Вперше модель молекули ДНК була запропонована в 1953 р. американським ученим Дж. Уотсоном і англійцем Ф. Криком на основі даних Е. Чаргаффа про співвідношення пуринових і піримідинових підстав молекул ДНК і результатів рентген-но-структурного аналізу, отриманих М. Вілкінсом і Р. Франклін. За розробку двухспіральной моделі молекули ДНК уот-сон, Крик і Уілкінс були удостоєні в 1962 р. Нобелівської премії.

ДНК - Найбільші біологічні молекули. Їх довжина становить від 0,25 (у деяких бактерій) до 40 мм (у людини). Це значно більше найбільшою молекули білка, яка в розгорнутому вигляді досягає довжини не більше 100-200 нм. Маса молекули ДНК становить 6x10-12 г.

Діаметр молекули ДНК 2 нм, крок спіралі 3,4 нм, кожен виток спіралі містить 10 пар нуклеотидів. Спіральна структура підтримується численними водневими зв'язками, що виникають між комплементарними азотистими підставами, і гідрофобними взаємодіями. Молекули ДНК еука-ріотіческіх організмів лінійний. У прокаріотів ДНК, навпаки, замкнута в кільце і не має ні 3 -, ні 5-решт.

При зміну умов ДНК, подібно до білків, може під-. Вергал денатурації, яка називається плавленням. При поступове повернення до нормальних умов ДНК ренатурірует.

Функцією ДНК є зберігання, передача і відтворення в ряду поколінь генетичної інформації. У ДНК будь-якої клітини закодована інформація про всі білках даного організму, про те, які білки, в якій послідовності і в якій кількості будуть синтезуватися. Послідовність амінокислот у білках записана в ДНК так званим генетичним (тріплетним) кодом.

Основним властивістю ДНК є її здатність до реплікації.

Реплікація - Це процес самоудвоенія молекул ДНК, що відбувається під контролем ферментів. Реплікація здійснюється перед кожним діленням ядра. Починається вона з того, що спіраль ДНК тимчасово розкручується під дією ферменту ДНК-полімерази. На кожній з ланцюжків, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за принципом комплементарності синтезується дочірня ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу служать вільні нуклеотиди, які є в ядрі (рис. 1.3).

Рис. 1.3 .. Схема реплікації ДНК

Таким чином, кожна полінуклеотидних ланцюг виконує роль матриці для нової комплементарної ланцюга (тому процес подвоєння молекул ДНК відноситься до реакцій матричного синтезу). У результаті виходить два молекули ДНК, у кожної з яких 'один ланцюг залишається від батьківського молекули (половина), а інша -- знову синтезована. Причому одна нова ланцюг синтезуються суцільний, а друга - Спочатку у вигляді коротких фрагментів, які потім зшиваються в довгий ланцюг спеціальним ферментом-ДНК-лігази. У результаті реплікації дві нові молекули ДНК являють собою точну копію вихідної молекули.

Біологічний сенс реплікації полягає в точної передачі спадкової інформації від материнської клітини до дочірніх, що і відбувається при розподілі соматичних клітин.

РНК. Будова молекул РНК багато в чому схоже з будовою молекул ДНК. Проте є і ряд істотних відмінностей. У молекулі РНК замість дезоксирибози до складу нуклеотидів входить рибоза, замість тіміділового нуклеотиду (Т) - уріділо-вий (У). Головна відмінність від ДНК полягає в тому, що молекула РНК являє собою один ланцюг. Однак її нуклеотиди здатні утворювати водневі зв'язки між собою (наприклад, у молекулах тРНК, рРНК), але в цьому випадку мова йде про внутрішньо-цепочечном з'єднанні комплементарних нуклеотидів. Ланцюжки РНК значно коротше ДНК.

В клітині існує декілька видів РНК, які розрізняються за розміром молекул, структурі, розташуванню в клітці і функцій:

Інформаційна (матрична) РНК (іРНК). Цей вид найбільш разнороден за розмірами та структурою. іРНК являє собою незамкнуту полінуклеотидних ланцюг. Вона синтезується в ядрі за участю ферменту РНК-полімерази, комплементарна ділянки ДНК, на якому відбувається її синтез. Незважаючи на відносно низький вміст (3-5% РНК клітини), вона виконує найважливішу функцію в клітині: служить як матриці для синтезу білків, передаючи інформацію про їх структуру з молекул ДНК. Кожного | й білок клітини кодується специфічної іРНК, тому число їх типів в клітині відповідає числу видів білків.

рибосомна РНК (рРНК). Це одноланцюжкові нуклеїнові кислоти, що утворюють у комплексі з білками рибосоми - орга-Неллі, на яких відбувається синтез білка. Рибосомна РНК синтезуються в ядрі. Інформація про їх структуру закодована в ділянках ДНК, які розташовані в області вторинної перетяжки хромосом. Рибосомна РНК становлять 80% всієї РНК клітини, оскільки в клітці є величезна кількість рибосом. Рибосомна РНК володіють складною вторинної та третинної структурою, утворюючи петлі на комплементарних ділянках, що приводить до самоорганізації цих молекул в складне за формою тіло. До складу рибосом входить три типи рРНК у 3. Транспортна (трансферна) РНК (тРНК). Молекула тРНК складається в середньому з 80 нуклеотидів. Зміст тРНК в клітці - близько 15% всієї РНК. Функція тРНК - перенесення амінокислот до місця синтезу білка. Число різних типів тРНК в клітці невелике (20-60). Всі вони мають схожу просторову організацію. Завдяки внутріцепочечким водо-рідним зв'язків молекула тРНК набуває характерну вторинну структуру, яка називається конюшини. Тривимірна ж модель тРНК виглядає трохи інакше. В тРНК виділяють чотири петлі: акцепторні (служить місцем приєднання амінокислоти), антікодоновую (дізнається кодон в іРНК в процесі трансляції) і два бічні.

Джерело : Н.А. Лемеза Л. В. Камлюк Н.Д. Лисов "Посібник з біології для вступників до ВНЗ "

Список літератури

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://biology.asvu.ru