Глава 3 нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты являются высокомолекулярными соединениями, мономерами которых являются мононуклеотиды (Рис.9), состоящие из азотистого основания, рибозы у РНК или дезоксирибозы у ДНК - вместе они составляют нуклеозид, и остатка фосфорной кислоты.
ТМФ УМФ ЦМФ
ГМФ АМФ
Рис.9. Строение мононуклеотидов
ТМФ встречается только в ДНК, а УМФ - только в РНК.
Первичная структура нуклеиновой кислоты – это последовательность (порядок чередования) мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи (Рис.10).
Рис.10. Фрагмент первичной структуры РНК
Вторичная структура ДНК: это две правозакрученные вокруг одной общей оси спирали, которые соединены между собой водородными связями. Цепи антипараллельны, т.е. 3-′конец одной цепи соединяется с 5-′концом другой.
Вторичную структуру ДНК поддерживают:
водородные связи между определенными пуриновыми и пиримидиновыми основаниями – это принцип комплиментарности. Между аденином и тимином образуются две, а между гуанином и цитозином три водородные связи.
Гидрофобные взаимодействия между азотистыми основаниями, лежащими в соседних параллельных плоскостях. Расстояние между плоскостями соседних оснований 0,34 нм.
Третичная структура ДНК – это способ упаковки ДНК в хромосомах.
Нуклеиновые кислоты встречаются в организме не в свободном виде, а в составе сложных белков - нуклеопротеинов. Молекулы нуклеиновых кислот заряжены отрицательно. Белковая часть нуклеопротеинов представлена основными белками, гистонами, которые несут положительный заряд. Таким образом, в данном сложном белке между белковой и небелковой частями образуются ионные связи.
Биологическая роль нуклеиновых кислот.Нуклеиновые кислоты имеют фундаментальное биологическое значение, поскольку содержат в закодированном виде всю генетическую информацию любого живого организма, от человека до бактерий и вирусов, передаваемую от одного поколения другому.
1. ДНК: хранение генетической информации. Участок молекулы ДНК, несущий информацию о первичной структуре одного полипептида, называется ген.
2. РНК: а) хранение генетической информации у некоторых вирусов;
б) реализация генетической информации: и-РНК (м-РНК) - информационная (матричная), т-РНК (транспортная), р-РНК (рибосомальная)
в) некоторые молекулы РНК способны катализировать реакции гидролиза 3’,5’-фосфодиэфирной связи в самой молекуле РНК. Такие РНК называют рибозимами.
Функции мононуклеотидов
1. Структурная.
Из мононуклеотидов построены нуклеиновые кислоты, нуклеотидную природу имеют небелковые части некоторых сложных биологических катализаторов (ферментов). Так, динуклеотидом по строению является система НАД (никотинамидадениндинуклеотид), небелковая часть сложных ферментов, ускоряющих окислительно-восстановительные реакции (Рис.11).
Рис.11. Структура и окислительно-восстановительные превращения системы НАД.
2. Энергетическая.
Мононуклеотидом является АТФ – аденозинтрифосфорная кислота – макроэргическое соединение, универсальный аккумулятор энергии. В качестве азотистого основания содержит аденин (А) (Рис.13).
Рис.12. Структура АТФ
3. Регуляторная.
Нуклеотидную природу имеют некоторые регуляторы активности ферментов (биологических катализаторов), например, циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) (Рис.14).
Рис. 13. Структура циклического аденозинмонофосфата
Данное соединение является посредником в передаче гормонального сигнала при действии многих гормонов на клетку (аденилатциклазная система).