18. Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Химический состав нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов.

18. Нуклеиновые кислоты (ДНК, РНК). Химический состав нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов.

Нуклеотиды – органические вещества, состоящие из гетероциклического азотистого основания, моносахарида (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Азотистые основания представлены в природных нуклеотидах двумя типами: пуриновые, например аденин (6-аминопурин − А), гуанин (2-амино, 6-оксопурин − G), пиримидиновые, например цитозин (2-окси-4-аминопиримидин − C), тимин (5-метил-2, 4-диоксопиримидин − Т) и урацил (2, 4-диоксопиримидин − U).

Рибонуклеиновая кислота (РНК) представляет собой одноцепочечную полинуклеотидную цепь, состоящую из азотистых оснований: аденина, гуанина, урацила, цитозина и сахара рибозы. Тимин в состав РНК не входит. Молекула РНК строится следующим образом: отдельные мононуклеотиды присоединяются друг к другу за счет кислородного мостика, образующегося между 3-м атомом углерода сахара рибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В её состав входят аденин, гуанин, тимин, цитозин и сахар дезоксирибоза. Урацил в состав ДНК не входит. Молекула ДНК представляет собой спираль, нити которой состоят из мононуклеотидов. Структура молекулы ДНК представлена двумя спиралями, построенными на основании комплиментарности, то есть одна спираль диктует строение другой. Две полинуклеотидные цепи ДНК отличаются друг от друга как последовательностью оснований, так и нуклеотидным составом. Одна нить удерживается около другой по средствам водородных связей, которые образуются между парой азотистых оснований. I и II – полинуклеотид, который построен таким же образом как и молекула РНК.

19. Современные представления о химическом строении ДНК. Уровни структурной организации ДНК. Комплементарность оснований. Правило Чаргаффа. Функции и биологическая роль ДНК.

Правило Чаргаффа

1. количество молекул аденина равно количеству молекул тимина (А=Т);

количество молекул гуанина равно количеству молекул цитозина (Г=Ц);

   2. количество молекул пуриновых оснований равно количеству молекул пиримидиновых оснований (А+Г=Т+Ц)

   3. количество оснований с 6-аминогруппами в цепях ДНК равно количеству оснований с 6-гидроксигруппами (А+Ц=Г+Т);

   4. отношение (Г+Ц)/(А+Т) резко отличается для разных видов ДНК, но постоянно для клетки одного вида; это соотношение называется фактором специфичности.

Уровни структурной организации

Первичной структурой нуклеиновых кислот называют порядок чередования нуклеотидов (нуклеозидионофосфатов) в полинуклеотидной цепи. Мономеры в молекулах нуклеиновых кислот соединены сложноэфирной связью, образованной 5´ - гидроксильной группой фосфатного остатка одного мононуклеотида и 3´ - гидроксильной группой пентозного остатка другого мононуклеотида (3', 5' - фосфодиэфирная связь). Ниже приведены фрагменты первичной структуры ДНК.

Вторична структура. Детальный анализ всевозможных вариантов образования водородных связей между основаниями показал, что в биспиральной молекуле ДНК основания уложены парами: пурин из одной цепи и пиримидин из другой в соответствии с правилами Чаргаффа. Поскольку ориентация оснований на плоскости не является, очевидно, произвольной, и основания в поли-нуклеотидах представлены в лактамной форме, наиболее вероятными были признаны пары аденин–тимин и гуанин–цитозин. Таким образом, комплементарными оказываются не только отдельные основания, но и дезоксирибонуклеотидные цепи ДНК в целом, способствующие образованию весьма компактной структуры и стабилизации всей молекулы.

Третичная структура ДНК. Двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы. Оказалось также, что линейная ДНК может образоваться из кольцевой формы или существовать как таковая в природе. В некоторых вирусах обнаружены, кроме того, одноцепочечные ДНК линейной и кольцевой форм.

Биологические функции ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. С молекулами ДНК связаны два основополагающих свойства живых организмов — наследственность и изменчивость.

Функции ДНК:

1) обеспечивает сохранение и передачу генетической информа­ции от клетки к клетке и от организма к организму, что связано с ее способностью к репликации;

2) регуляция всех процессов, происходящих в клетке, обеспе­чиваемая способностью к транскрипции с последующей тран­сляцией.