Вопрос №5

Нуклеиновые кислоты (лат. "nucleus" - ядро) - это биополимеры, по­строенные из нуклеотидов. Нуклеотид, в свою очередь, состоит из нуклео-зида и остатка фосфорной кислоты; а нуклеозид построен из сахара (пентозы) и пуринового или пиримидинового азотистого основания (рис. 2.12).

Сахар (пентоза) может быть рибозоп или дезоксирибозой; в зависи­мости от этого нуклеиновая кислота называется рибонуклеиновой (РНК) или дезоксирибонуклеиновой (ДНК). Пуриновыми азотистыми основа­ниями являются аденин (А) и гуанин (Г), к пиримидиновым основаниям относятся цитозин (Ц), тимин (Т, только в структуре ДНК) и урацил (У, только в РНК).

В составе нуклеотида могут быть два или три соединенных ангид­ридными связями остатка фосфорной кислоты. Такие связи называются макроэргическими; в отличие от обычных, при их гидролизе выделяется значительная энергия (> 21 кДж/моль). Соединения, содержащие макроэргические связи, в клетке служат энергетическими переносчиками, так как

они синтезируются с затратой энергии в основном в митохондриях, пере­носятся в цитоплазму и распадаются с выделением энергии там, где она требуется для синтеза веществ или механической работы. Универсальный аккумулятор энергии - аденозштрифосфат (АТФ); при его гидролизе до АМФ и пирофосфата (Н4Р2О7) с разрывом макроэргической связи выделя­ется энергия в количестве 34,5 кДж/моль.

Рис. 2.12. Строение нуклеотидов

Из нуклеозидтрифосфатов - АТФ и ГТФ - под действием специфи­ческих ферментов образуются циклические нуклеотиды, в которых остаток фосфата одновременно связан с 3'- и 5'-ОН-группами рибозы. Эти вещест­ва (в частности, цикло-АМФ и цикло-ГМФ) выполняют мессенджерную функцию - участвуют в передаче гормональных сигналов в клетке.

В составе нуклеиновых кислот нуклеотиды связаны друг с другом через молекулу фосфорной кислоты (рис. 2.13). Эти "фосфатные мостики" (3',5'-фосфодиэфирные связи) соединяют З'-атом углерода одного сахара с 5'-атомом другого. Так строится линейная цепь нуклеотидов (РНК); на З'-конце цепи остается свободная ОН-группа, на 5'-конце - фосфат.

Молекула ДНК, в отличие от РНК, состоит из двух сплетенных це­пей нуклеотидов. Цепи образуют двойную спираль и удерживаются вместе за счет водородных связей между комплементарными (взаимодополняю­щими) парами азотистых оснований: А=Т, Ц=Г. Особенности синтеза ДНК приводят к тому, что комплементарные цепи ориентированы антипарал-лельно - в противоположные стороны, так что З'-конец одной цепи нахо-

дится рядом с 5'-концом другой. При нагревании происходит денатурация ("плавление") ДНК, водородные связи между основаниями в парах разры­ваются и цепи разделяются.

Рис. 2.13. Схема строения цепи нуклеиновых кислот

Молекулы ДНК, имеющие очень высокую молекулярную массу (10³ - 10 кД), вместе со связанными белками-гистонами образуют ядерное ве­щество - хроматин, из которого формируются хромосомы. В 46 хромосо­мах (23 пары) заключена вся наследственная информация организма чело­века в виде генетического кода. Расположенные в хромосомах участки ДНК, называемые генами, содержат информацию об определенных белках.

В клетке содержится РНК нескольких видов:

Матричная (информационная) РНК, или м-РНК, синтезируется на матрице одной из цепей ДНК и имеет значительную молекулярную массу (до 2000 кД). Структура 5'-концевого участка всех молекул м-РНК одина­кова ("кэп-участок"), а на З'-конце находится последовательность из 10-30 адениловых нуклеотидов ("поли-А"). Функция м-РНК - перенос информа­ции о структуре синтезируемого белка из ядра к рибосомам.

Рибосомальная РНК (р-РНК) имеет молекулярную массу 40 - 1100 кД и совместно с белками-гистонами содержится в рибосомах, образуя их

малую и большую субчастицы, а также в ядрышках. Роль р-РНК - струк­турная (построение рибосом), а также прямое участие в синтезе белка.

Транспортная РНК (т-РНК) относительно низкомолекулярна (25 -28 кД), содержит 75-85 нуклеотидов. По форме она напоминает клеверный лист; на верхушке "среднего лепестка" располагается антикодон - 3 нук-леотида в определенной последовательности, уникальной для каждого из 60 видов транспортной РНК. На З'-конце цепи находится общая для всех т-РНК последовательность ЦЦА, к последнему нуклеотиду которой может присоединиться определенная аминокислота. т-РНК связывает и транспор­тирует аминокислоты к месту синтеза белка (к рибосомам), а также выпол­няет адапторную функцию, т.е. с помощью антикодона "распознает" поло­жение конкретной аминокислоты в будущей белковой цепи.

Генетическая РНК содержится в некоторых вирусах взамен ДНК. Она имеет двухцепочечную структуру и выполняет ту же функцию, что и ДНК - осуществляет хранение и передачу наследственной информации.