10.7. Строение и функции нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты – это биологические полимеры, молекулы которых построены из нуклеотидов. Эти вещества были открыты Ф. Мишером в 1869 г., который выделил их из ядер клеток лейкоцитов и поэтому назвал нуклеином (ядро по гречески – nucleus). Поскольку они обладают кислотными свойствами, вновь открытые химические соединения в дальнейшем стали называть нуклеиновыми кислотами. Длительное время нуклеиновым кислотам отводилась второстепенная роль в жизнедеятельности организмов. И только в 1940-1950 г.г. было показано, что эти химические соединения ответственны за наследственность и реализацию генетических свойств у всех живых организмов.

В зависимости от состава и строения образующих их молекул нуклеотидов различают два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибо-нуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекулы ДНК образуются из дезоксирибонуклеотидов в основном четырёх видов – дезоксиадениловой кислоты (дАМФ), дезоксигуаниловой кислоты (дГМФ), дезоксицитидиловой кислоты (дЦМФ) и дезокситимидиловой кислоты (дТМФ). Молекулы РНК синтезируются из рибонуклеотидов – адениловой кислоты (АМФ), гуаниловой кислоты (ГМФ), цитидиловой кислоты (ЦМФ) и уридиловой кислоты (УМФ). Кроме указанных нуклеотидов, в составе нуклеиновых кислот в небольшом количестве содержатся и некоторые другие нуклеотиды (см. стр…).

Нуклеотидный состав днк и рнк

ДНК РНК Сокращённые

обозначения

дезоксиадениловая адениловая кислота

кислота (дАМФ) (АМФ) А

дезоксигуаниловая гуаниловая кислота

кислота (дГМФ) (ГМФ) Г

дезоксицитидиловая цитидиловая кислота

кислота (дЦМФ) (ЦМФ) Ц

дезокситимидиловая -

кислоты (дТМФ) Т

- уридиловая кислота

(УМФ) У

ДНК содержится в вирусах, клетках низших организмов (прокариот) и в ядрах клеток высших организмов (эукариот), а также в митохондриях и хлоропластах высших организмов. Кроме того, в цитоплазме прокариот и эукариот найдены малые кольцевые ДНК. В составе растительной ДНК значительная часть цитозина в остатках нуклеотидов метилирована (до 25 %) и содержится в виде 5-метилцитозина, с участием которого образуется ещё одна разновидность нуклеотидов – 5-метилдезоксицитидиловая кислота. РНК в основном локализованы в цитоплазме клеток, где они являются главными факторами, инициирующими синтез ферментов и других белков. В составе многих растительных вирусов в качестве основного генетического материала содержится не ДНК, а РНК.

Молекулы нуклеиновых кислот представляют собой длинные цепочки, состоящие из остатков нуклеотидов, которые соединены через остатки ортофосфорной кислоты фосфодиэфирными связями. В образовании фосфодиэфирных связей участвуют гидроксильные группы рибозы или 2-дезоксирибозы, связанные с третьим и пятым углеродными атомами. Однако на концах образуемой полинуклеотидной цепи остаются свободные гидроксильные группы у третьего и пятого углеродных атомов рибозы или дезоксирибозы, которые обозначают 3'-ОН и 5'-ОН. Соответствующие концы полинуклеотидной цепи, содержащие 3'-ОН и 5'-ОН, называют 3'- и 5'- концами. На прочность фосфоэфирных связей в составе полинуклеотидных цепей оказывают влияние углеводные компоненты образующих эти цепи нуклеотидов – рибоза или дезоксирибоза. Межнуклеотидные связи в молекулах РНК значительно лабильней по сравнению с ДНК, в связи с чем они легче подвергаются гидролизу. Последовательность соединения нуклеотидных остатков в молекулах нуклеиновых кислот фосфодиэфирными

связями может быть представлена в виде следующей схемы

Число нуклеотидных остатков в молекулах нуклеиновых киcлот очень велико и оно варьирует в зависимости от вида организмов. Молекулы РНК могут включать от 100 до 100 тыс. нуклеотидных остатков (н.о). Ещё длиннее полинуклеотидные цепи ДНК: у вирусов – до 8-10 тыс. н.о., бактерий и других микроорганизмов – 10⁶-10⁷ н.о., у высших организмов – 10⁸-10¹⁰ н.о. Чередование нуклеотидных остатков в полинуклеотидной цепи зависит от вида организмов. Учитывая, что она строится из четырёх типов нуклеотидов, может возникнуть огромное разнообразие макромолекул, общее число которых определяется по формуле N=4ⁿ, где n – общее количество нуклеотидных остатков в полинуклеотидной цепи. Например, если молекула нуклеиновой кислоты построена из 1000 нуклеотидов, то исходя из выше указанных условий может образоваться 4¹⁰⁰⁰ нуклеотидных последовательностей, каждая из которых представляет собой молекулу определённого генотипа.