3. Первичная структура нуклеиновых кислот
Первичная структура нуклеиновых кислот — это последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи.
Структура стабилизируется 3', 5'-фосфодиэфирными связями. В общем виде структура нуклеиновой кислоты выглядит следующим образом:
Межнуклеотидные связи образуют гидроксильные группы в 3'- и 5'-положениях пентоз. Молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи, молекулы большинства ДНК двухцепочечны.
Большинство клеточных РНК представлены одиночной полинуклеотидной цепочкой: 5'—Г—У—Г—Ц—А—А—...—У— —Ц— Г—Ц—Ц—Ц—А—3'. На одном конце РНК обнаруживается свободный монофосфорный эфир, этот конец принято обозначать как 5'-конец. На противоположном конце цепи (3'-конце) располагается нуклеотид со свободными 2'- и 3'-гидроксильными группами. тРНК обладает рядом особенностей: 5'-концом ее всегда является гуаниловая или цитидиловая кислота с остатком фосфорной кислоты, на 3'-конце последовательность остатков мононукеотидов всегда постоянна — ЦЦА. На долю минорных нуклеотидов в структуре тРНК приходится 10%.
мРНК переносит генетическую информацию от ДНК на белоксинтезирующий аппарат клетки и определяет первичную структуру синтезируемого белка. На 5'-конце мРНК содержит определенную нуклеотидную последовательность, называемую шапочкой (кэпом), на 3'-конце — полиадениловая последовательность (поли-А).
Первичная структура ДНК аналогична таковой у РНК, однако в силу большой молекулярной массы молекул ДНК определение последовательности нуклеотидов затруднено. В настоящее время продолжается работа по расшифровке первичной структуры генома человека.
4. Вторичная и третичная структура нуклеиновых кислот
Вторичная структура нуклеиновых кислот — первый уровень компактизации нуклеотидной цепи. Установлено, что две цепи молекулы ДНК образуют правовращающуюся спираль, в которой обе цепи вращаются вокруг одной и той же оси. Азотистые основания в такой структуре находятся внутри, а фосфорные и углеводные компоненты — снаружи (модель Уотсона—Крика).
Азотистые основания в двухспиральной молекуле ДНК уложены парами: пуриновому основанию из одной цепи соответствует пиримидиновое из другой, аденину соответствует тимин, а гуанину — цитозин. Такое избирательное взаимодействие называется комплементарным, а соответствующие азотистые основания — комплементарными. Стабильность пары А — Т обеспечивается двумя водородными связями, а пары Г — Ц — тремя. Длина связей между основаниями около 0,3 нм.
Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК имеют противоположную полярность: одна цепь идет в направлении 3'— 5', а другая — в направлении 5'— 3'. Шаг спирали молекулы ДНК равен 3,4 нм, диаметр двухспиральной молекулы составляет 1,8 нм.
В зависимости от количественного содержания воды и ионной силы окружающей среды конфигурация двойной спирали ДНК может меняться. Доказано существование шести форм ДНК, названных A, B, C, D, E и Z-формами. У A-формы отмечается смещение пар оснований от центра к периферии, шаг спирали у этой формы меньше (2,8 нм), а диаметр спирали и количество нуклеотидов на витке больше, чем у B-формы, считающейся классической формой молекулы ДНК. В структуре A- и B-форм параллельно фосфодиэфирному остову идут малая и большая бороздки — места присоединения белков. Z-форма имеет левозакрученную конфигурацию, фосфодиэфирный остов расположен зигзагообразно вдоль оси молекулы. Вторичная структура матричных и рибосомных РНК изучена незначительно. Предполагается, что вторичная структура тРНК представляет собой образование наподобие клеверного листа. Укладка РНК во вторичную структуру всегда идет в соответствии с программой ДНК.
Третичная структура нуклеиновых кислот — второй уровень компактизации нуклеиновых кислот. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться суперспирализации с образованием суперспирали или кольцевой формы. Образование супервитков катализируется специфическими ферментами — топоизомеразами. Суперспирали соединяются с белками-гистонами, располагающимися в бороздках, этим обеспечивается стабильность третичной структуры ДНК.
Существует третичная структура тРНК, которая имеет большую компактность по сравнению с вторичной структурой. Существуют природные двухцепочечные РНК, обладающие сходной с ДНК-структурой (у реовирусов).
В стабилизации третичной структуры нуклеиновых кислот большое значение имеют вандерваальсовы силы.