2. Химия нуклеиновых кислот

71

2.2. Свойства и функции нуклеиновых кислот

Строение нуклеиновых кислот определяет их физико-химические и функциональные свойства.

Нуклеиновые кислоты – это вещества белого цвета, волокнистого строения, плохо растворимые в воде в свободном состоянии, но хорошо растворимые в воде в виде солей щелочных металлов. Они также хорошо растворяются

всолевых растворах: РНК – в разбавленных, а ДНК – в более крепких. РНК неустойчива к воздействию щелочей и расщепляется до мононуклеотидов, в то время как ДНК стабильна в щелочной среде . Молекулярная масса ДНК – от 1,9 млн. до 200 млн. и выше, а ее молекула состоит из многих тысяч мононуклеотидов; молекулярная масса РНК – от 17000 до 4000000, а мононуклеотидов

вмолекуле – до 4-6 тысяч.

Растворы нуклеиновых кислот обладают высокой вязкостью и двойным лучепреломлением. Располагая большим отрицательным зарядом, молекулы нуклеиновых кислот подвижны в электрическом поле. Нуклеиновые кислоты прочно связывают многовалентные ионы металлов, подвергаются алкилированию и дезаминированию. Характерным свойством нуклеиновых кислот является способность поглощать свет в ультрафиолетовой области спектра вблизи

260 нм.

ДНК и РНК локализуются в различных частях клетки. ДНК эукариот находится преимущественно в ядре клетки(в составе хромосом) в связанной с белками виде, образуя хроматин. Однако несколько процентов общей клеточной ДНК сосредоточено в митохондриях, а также в хлоропластах растительных клеток и базальных тельцах жгутиков. ДНК митохондрий похожа на ДНК бактерий, т.е. она свободна, не связана с белком и имеет кольцевую структуру. Митохондриальная ДНК определяет синтез некоторых компонентов митохондриальных мембран, поэтому мутации в этой ДНК могут вызвать нарушения клеточного дыхания. РНК встречается как в ядре, так и в цитоплазме, особенно богаты РНК ядрышко и рибосомальная фракция микросом. Кроме того, РНК найдена в хромосомах и в растворимой форме– в цитоплазматической жидкости. Содержание РНК в клетках не отличается ни однообразием, ни стабильностью. Замечено, что в клетках тех тканей, где идет интенсивный синтез белка, содержание РНК превышает в несколько раз таковое ДНК.

С различной локализацией ДНК и РНК тесно связаны их функциональные особенности. ДНК является основным строительным материалом генов, в которых в «зашифрованном» виде хранится наследственная информация организма, реализующаяся через биосинтез белка. У РНК – другая функция: информировать цитоплазму о свойствах, записанных с помощью генетического кода. Это проявляется, прежде всего, в ответственности РНК за синтез белка и

72	2. Химия нуклеиновых кислот

специфичность синтезируемых молекул. В клетках существует три главных типа РНК:

1)информационная или матричная РНК (и-РНК или м-РНК);

2)рибосомальная или рибосомная РНК (р-РНК);

3)транспортная РНК (т-РНК).

Информационная РНК составляет 5-10% РНК клетки. Присутствует в ядре (где она синтезируется) и в цитоплазме. Молекулярная масса и-РНК находятся в пределах 300000-4000000. Информационная РНК содержит четыре основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и урацил (У), в различной последовательности которых «переписывается» (транскрибируется) ферментативным путем информация с хромосомной ДНК. После завершения транскрипции и-РНК переходит на рибосомы, где служит матрицей при синтезе белка. Каждый белок, синтезируемый клеткой, кодируется специфической и-РНК или ее специфическим участком с помощью указанных выше оснований(точнее, нуклеотидов, содержащих эти основания).

Транспортная РНК составляет 10-15% РНК клетки, входит, главным образом, в состав цитоплазмы. Молекулярная масса их сравнительно невелика (17000-35000). Они содержат от 75 до 90 мононуклеотидов. Наряду с обычными основаниями (аденином, гуанином, цитозином, урацилом) т-РНК содержит довольно значительное количество минорных оснований.

Функция т-РНК состоит в транспортировке на рибосомы определенных аминокислот, при этом т-РНК выполняет роль молекулярного«адаптера», в который «вставляется» аминокислота, что обеспечивает ей способность«понимать» генетический код и включаться в синтез полипептидной цепи согласно соответствующего кодона и-РНК. Для каждой аминокислоты существует особая, специфическая т-РНК.

Рибосомальная РНК находится в составе рибосом(до 65% их массы) – особых субклеточных образований, в которых происходит синтез белка. На долю р-РНК приходится 75-80% РНК клетки. Рибосомальная РНК состоит из двух видов молекул с молекулярной массой500000-700000 и 10000001700000. Считается, что р-РНК выполняет структурную роль: в сочетании с соответствующими белками она образует структуру рибосомы.

Кроне внутриклеточных ДНК и РНК существуют также ДНК и РНК, входящие в состав вирусов и фагов. РНК образует растительные вирусы, а ДНК – животные вирусы и бактериофаги.