Строение и функции нуклеиновых кислот

Тема 9. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Макроэргические соединения, АТФ

После изучения темы студент должен

– знать: строение азотистых оснований; комплементарность нуклеиновых оснований; водородные связи в комплементарных парах нуклеиновых оснований; принцип строения полинуклеотидной цепи; различие в составе ДНК и РНК, виды РНК; первичную структуру нуклеиновых кислот; роль водородных связей в формировании вторичной структуры ДНК;

– уметь: классифицировать азотистые основания по строению (пиримидиновые и пуриновые основания); представлять комплементарные пары нуклеиновых оснований; представлять строение нуклеозидов и нуклеотидов и их гидролиз; представлять общие принципы первичной и вторичной структуры нуклеиновых кислот.

– владеть: навыками самостоятельной работы с литературой: выбирать рациональные подходы к идентификации и установлению строения полимеров.

Строение и функции нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) – это биологические полимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из нуклеозида и остатка фосфорной кислоты. Нуклеозид образуется при взаимодействии углевода (рибозы или дезоксирибозы) и гетероциклического основания.

В состав молекул РНК входит рибоза в циклической фуранозной форме – b-D-рибофураноза, молекулы ДНК содержат 2-дезокси-b-D-рибофуранозу.

Нуклеиновые основания – это производные азотсодержащих гетероциклических соединений – пурина (аденин и гуанин) и пиримидина – тимин (только в ДНК), урацил (только в РНК) и цитозин.

Функция ДНК в клетке – хранение и передача наследственной информации.

Рибосомные (рРНК) входят в состав рибосом и выполняют структурную функцию. Кроме того, рРНК участвуют в формировании активного центра рибосомы, где происходит образование пептидных связей между молекулами аминокислот в процессе трансляции (биосинтеза белка). Информационные, или матричные РНК (иРНК) программируют синтез белков клетки, осуществляя непосредственную передачу кода ДНК к месту синтеза белков.

Транспортные РНК во всех живых организмах последовательно выполняют три фукнции, необходимые для осуществления синтеза белка: акцепторную (присоединение аминокислоты); транспортную; адапторную – в комплексе с рибосомой способен специфически узнавать триплет генетического кода на матричной РНК, после чего присоединённая к тРНК аминокислота включается в растущую полипептидную цепь на рибосоме. Обсуждается целесообразность выделения в отдельные категории ещё нескольких видов РНК: низкомолекулярных (малых) ядерных, антисмысловых, вирусных.

Мягкий кислотный гидролиз ДНК приводит к образованию ДНК, лишенной пуриновых оснований. Гидролиз РНК в аналогичных условиях приводит к образованию пуриновых оснований и пиримидиновых нуклеозид-3'-фосфатов. Кислотный гидролиз в жестких условиях, как ДНК, так и РНК, приводит к образованию смеси пуриновых и пиримидиновых оснований.

В щелочной среде РНК легко гидролизуются до нуклеотидов, которые в свою очередь, расщепляются с образованием нуклеозидов и остатков фосфорной кислоты. ДНК, в отличие от РНК, устойчивы к щелочному гидролизу.

Гидролиз ДНК и РНК также протекает и при участии специфических ферментов - нуклеаз. Так, фосфодиэстераза, выделенная из яда змей, расщепляет все 3¢-связи как в ДНК, так и в РНК с образованием нуклеозид-5¢-фосфатов. Фосфодиэстераза, выделенная из селезенки быка, гидролизует только 5¢-связи. Известны дезоксирибонуклеазы, расщепляющие связи только между определенными парами мононуклеотидов. Нуклеиновые кислоты часто бывают связаны со специфичными белками в очень крупные надмолекулярные нуклеопротеидные комплексы. Таковыми являются, например, рибосомы и вирусы.