Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


IV.2. ХИМИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ



 

Нуклеиновая кислота представляет собой гигантскую полимер­ную молекулу, построенную из многочисленных повторяющихся мономерных звеньев, называемых нуклеотидами.

 

Рис. IV.2. Строение и составные части нуклеотида

 

Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара и остатка фосфорной кис­лоты (рис. IV.2).

Азотистые основанияпредставляют собой производные одного из двух классов соединений — пуринового или пиримидинового ряда (рис. IV.3). В нуклеиновых кислотах присутствуют два произ­водных пурина — аденин (обозначаемый А) и гуанин (Г) и три производных пиримидина — цитозин (Ц), тимин (Т) и урацил (У). В состав ДНК входят аденин, гуанин, цитозин и тимин. В структуре РНК тимин заменен другим пиримидином — урацилом.

Сахар,входящий в состав нуклеотида, содержит пять угле­родных атомов, т.е. представляет собой пентозу, которая может присутствовать в одной из двух форм: рибозы и дезоксирибозы(рис. IV.4). Различие между ними состоит в том, что атом водорода при втором атоме углерода дезоксирибозы в рибозе замещен гидроксильной группой (—ОН). Сахар присоединяется к одно­му из оснований с помощью гликозидной связи, соединяю­щей 1-й углеродный атом пентозы с 1-м атомом азота про­изводных пиримидина или с 9-м атомом азота производных пурина. В зависимости от фор­мы пентозы различают два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновую кисло­ту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Рис. IV.4. Строение рибозы и дезоксирибозы

 

 

Рис. IV.5. Схема формирования осто­ва нуклеиновой кислоты

 

Нуклеиновые кислоты явля­ются кислотами потому, что в их молекулу входит остаток фос­форной кислоты (—НРО3).В ре­зультате взаимодействия моле­кулы фосфорной кислоты с3'-гидроксильной группой пред­шествующего нуклеотида и 5'-гидроксильной группой после­дующего образуется основная цепь нуклеиновой кислоты (фосфат—сахар—фосфат—сахари т.д.), к которой присоединяются разные азотистые основа­ния (рис. IV.5). Порядок следования оснований вдоль цепи носит название первичной структурынуклеиновой кислоты. Последова­тельность оснований определяется в направлении от 5'- к З'-углеродному атому пентозы.

 

IV.2.1. Строение ДНК

 

Пространственная конфигурации молекул ДНК была установ­лена в 1953 г. Это открытие было удостоено высшей научной на­грады — Нобелевской премии.

Согласно модели, предложенной Дж. Уотсоном и Ф. Криком, молекула ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг обшей оси в двой­ную правостороннюю спираль. Диаметр двойной спирали равен 20 им с шагом около 3,4 нм, на каждыйвиток приходится 10 пар нуклеотидов, поскольку рассто­яние между соседними парами составляет 0,34 нм (рис. IV.6). Направление цепей взаимно противоположно. На 5'-конце цепи ДНК всегда расположен свободный фосфат у 5'-атома уг­лерода; на противоположном 31 конце — свободная ОН-группа у З'-атома углерода. Сахарно-фосфатный остов располагается по периферии спирали,а азотистые основания находятся внутри ее. Между основаниями образуются специфические во­дородные связи (рис.IV.7).

В 50-е годы было установле­но, что в ДНК, выделенной из клеток различных организмов, молярная сумма пуриновых ос­нований (аденин + гуанин) все­гда равна сумме пиримидиновых (цитозин + тимин). Содержание аденина равно содержанию тимина, а содержание гуанина — количеству цитозина (правило Э.Чаргаффа).

 

Рис. IV.6. Схема строения молекулы ДНК

 

Рис. 1V.7. Комплементарность цепей в молекуле ДНК

 

Рис. 1V.8. Спаривание аденина с тимином и гуанина с цитозином

 

Водородные связи возникают между пуриновым основанием од­ной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи в результате избирательного спаривания оснований. Аденин всегда образует во­дородные связи с тимином (А-Т), а гуанин с цитозином (Г-Ц). Правило образования двунитевой структуры ДНК (А-Т, Г-Ц) на­зывается правилом комплементарности,(лат. complementum — до­полнение). Образование водородных связей между комплементар­ными парами обусловлено их пространственным соответствием (рис. IV.8). Это приводит к тому, что нуклеотидные последователь­ности двух антипараллельных цепей ДНК всегда строго комплемен­тарны друг к другу, а порядок чередования нуклеотидов в обеих цепях ДНК оказывается взаимообусловленным. Именно комплеменарностью определяется точное воспроизведение последователь­ности оснований при копировании (репликации) молекул ДНК.

Водородные связи между парами комплементарных нуклеоти­дов (две для пары А-Т и три для пары Г-Ц) относительно непроч­ные. Поэтому комплементарные нити молекулы ДНК могут разде­ляться и соединяться вновь при изменении некоторых условий (например, изменении температуры или концентрации солей). Разделение двух цепочечной ДНК называется денатурацией,а об­ратный процесс — образование двухцепочечной структуры ДНК — гибридизацией. Очевидно, что в реакцию гибридизации могут всту­пать только комплементарные друг другу нуклеотидные последо­вательности одноцепочечных молекул.

Цепь, содержащая информацию о строении белка (в направле­нии 5'— 3'), называется смысловойцепью, а комплементарная — антисмысловой.Антисмысловая цепь имеет большое значение при стабилизации структуры двойной спирали ДНК и участвует в про­цессах репликации и репарации (восстановления) поврежденных участков ДНК. Молекулы ДНК являются гигантскими полимера­ми. Единицами измерения длины молекулы приняты: пары нукле­отидов (п.н.), тысячи пар нуклеотидов — килобазы (кб), милли­оны пар оснований — мегабазы (мб).

У человека гаплоидный набор содержит 3,2-109 пар нуклеоти­дов, или 3,2 миллиарда пар оснований. Почти вся ДНК клетки содержится в ядре в виде 46 плотно упакованных, суперскрученных за счет взаимодействий с ядерными белками, структурах — хромосомах. Сравнительно небольшая часть ДНК (около 5 %) ло­кализована в митохондриях.

 







Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-25; Просмотров: 128; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! (0.006 с.) Главная | Обратная связь