15

Нуклеїнові кислоти будова і властивості нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти відіграють головну роль в передачі спадкових ознак (генетичній інформації) і управлінні процесом біосинтезу білка.

Історія їх вивчення починається з виділення швейцарським хіміком Ф. Мішером (1869) з ядер клітин лейкоцитів речовини кислотного характеру у вигляді комплексу із білками, названого їм нуклеїном (від лат. nucleus — ядро). Термін «нуклеїнові кислоти» запропонований А. Коселем в 1889 р. До кінця 19 століття нуклеїнові кислоти були отримані Р. Альтманом (1899) у вільному від білка стані з тваринних тканин і дріжджів, а в 1936 р. А.Н. Белозерським із співр. — з рослинного матеріалу.

Нуклеїнові кислоти є складними високомолекулярними сполуками з молекулярною масою яка змінюється в межах від 25 тис. до 120 млн., полімерні ланцюги яких побудовані з мономерних одиниць — нуклеотидів (у зв'язку з чим нуклеїнові кислоти називають полінуклеотидами).

Нуклеїнові кислоти діляться на рибонуклеїнові, що містять D-рибозу (РНК), і дезоксирибонуклеїнові, що містять 2-дезокси-D-рибозу (ДНК).

Особливо характерний для нуклеїнових кислот вміст Р (8—10%) і N (15—16%). Нуклеїнові кислоти також містять С, Н і О. Крім того, у складі ДНК відкритий кремній в кількості 0,26-0,31%, тому припускають, що він в нуклеїнових кислотах є ізоформним до фосфору і здатний включатися в полінуклеотидну послідовність.

Структурні елементи нуклеотидів

Серед структурних елементів нуклеїнових кислот знайдені:

• піримідинові основи

• пуринові основи

• вуглеводи

• фосфорна кислота.

Азотисті основи.

Азотистими основами називають гетероциклічні сполуки піримідинового і пуринового рядів, що входять до складу нуклеїнових кислот. В якості замісників в гетероциклічному ядрі вони містять:

• або оксогрупу (урацил, тимін),

• або аміногрупу (аденін),

• або одночасно обидві ці групи (цитозин, гуанін).

Нуклеїнові кислоти містять по дві пуринові і по дві піримідинові основи; відмінність тільки в піримідинових основах: у ДНК міститься тимін, а в РНК - урацил.

• до складу ДНК входять: аденін, тимін, гуанін, цитозин.

• до складу РНК входять: аденін, урацил, гуанін, цитозин.

О снову структури пуринових і піримідинових основ складають дві ароматичні гетероциклічні сполуки - піримідин і пурин:

Молекула пурину складається з двох конденсованих кілець: піримідину і імідазолу.

У складі нуклеїнових кислот зустрічаються три головні піримідинові основи: цитозін, урацил і тимін.

Д ві пурінові основи нуклеїнових кислот, що постійно зустрічаються в гідролізаті, мають наступну будову:

Однією з важливих властивостей вільних азотистих основ (що містять оксигрупи) є можливість їх існування в двох таутомерних формах, зокрема енольній (лактимній) і кетонній (лактамній) формах, залежно від значення рН середовища: при рН 7,0 вони представлені в лактамній формі, при зниженні величини рН - в лактимній формі. Таутомерні перетворення можна представити на прикладі урацилу.

У складі природних нуклеїнових кислот все оксипохідні пуринів (крім аденіну) і піримідинів знаходяться в кетонній (лактамній) формі.

Крім головних піримідинових основ, у складі нуклеїнових кислот відкриті мінорні піримідинові основи, 5-метил- і 5-оксиметилцитозин, дигідроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротова кислота, 5-карбоксиурацил, 4-тіоурацил та ін. Тільки для трнк список мінорних основ наближається до 50. На долю мінорних основ приходиться до 10% всіх нуклеотідов трнк, що має важливе фізіологічне значення (захист молекули РНК від дії гідролітичних ферментів – рибонуклеаз).

Д о мінорних нуклеотидів пуринового ряду, таких, що є у складі ДНК і РНК, відносять N⁶-метиладенін, N²-метилгуанін, ксантин, гіпоксантин, 7-метилгуанін та ін.

Вуглеводи.

Вуглеводна складова нуклеїнових кислот представлена двома моносахаридами правого ряду: D-рибозою і 2-дезокси-D-рибозою.

У складі нуклеїнових кислот обидва моносахариди знаходяться в β-D-рибофуранозній формі:

β-D-рибоза

β-D-2-дезоксирибоза

Недавно з'ясовано, що рибоза і дезоксирибоза не є єдиними вуглеводами, що входять до складу нуклеїнових кислот: у ряді фагових ДНК і ДНК деяких видів ракових клітин знайдена глюкоза, яка з'єднується глікозидним зв'язком з 5-оксиметилцитозином.