НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТИ

Згадаєте! Що таке ген? Де в клітинах зберігається спадкоємна інформація?

Загальні подання про структуру нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоти - складні високомолекулярні биополимеры, мономерами яких є нуклеотиды. Уперше їх виявили й виділили з ядра клітин, звідки й відбулася їхня назва (від лат. нуклеус - ядро). Молекула нуклеотида складається із трьох складових частин: залишків азотистої підстави, вуглеводу (пентозы) і фосфорної кислоти.

Залежно від виду пентозы в складі нуклеотида розрізняють два типи нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая (ДНК), до складу якої входить залишок дезоксирибозы, і рибонуклеиновая (РНК), що відповідно містить залишок рибозы. У молекулах ДНК і РНК утримуються залишки азотистих підстав: аденина (скорочено позначається буквою А), гуаніну (Г), цитозина (Ц). Крім того, до складу ДНК входить залишок тимина (Г), а РНК - урацила (В). Таким чином, до складу як ДНК, так і РНК входить по чотирьох типу нуклеотидов, що розрізняються по будові азотистої підстави: три типи азотистих підстав у них загальні, а по четвертому - ДНК і РНК відрізняються між собою.

Нуклеиновым кислотам, як і білкам, властив первинна структура - певна послідовність розміщення нуклеотидов, а також вторинна й третинна структури, що формуються за рахунок водневих зв'язків, електростатичних і інших взаємодій.

Окремі нуклеотиды з'єднуються між собою в ланцюг за рахунок особливих «містків», що виникають між залишками пентоз двох сусідніх нуклеотидов через залишок фосфорної кислоти (мал. 6). Біологічні властивості нуклеиновых кислот багато в чому визначаються співвідношенням і послідовністю розташування нуклеотидов у цьому ланцюзі.

Структура ДНК. в 1950 р. американський учений Эрвин Чар-гафф і його колеги, досліджуючи склад ДНК, установили в кількісному змісті залишків азотистих підстав у її молі-

лантусі наступні закономірності: 1) число адениновых залишків у будь-якій молекулі ДНК дорівнює числу тиминовых (А = Т), а число гуаниновых - числу цитозиновых (Г = Ц); 2) сума адениновых і гуаниновых залишків дорівнює сумі тиминовых і цитозиновых (А+Г = Т+Ц). Це відкриття сприяло встановленню просторової структури ДНК і визначенню її ролі в передачі спадкоємної інформації від одного покоління до іншого.

В 1953 р. Джеймс Уотсон і Фрэнсис Лемент запропонували модель просторової структури ДНК, правильність якої згодом підтвердили експериментально. Молекула ДНК складається із двох полинуклеотидных ланцюгів, з'єднаних між собою водневими зв'язками. Ці зв'язки виникають між двома нуклеотидами, які як би доповнюють один одного. Установлено, що залишок аденина (А) завжди з'єднується із залишком тимина (Т) (між ними виникає два водневі зв'язки), а залишок гуаніну (Г) - із залишком цитозина (Ц) (між ними виникає три водневі зв'язки) (мал. 6). Чітка відповідність нуклеотидов у двох ланцюгах ДНК називається комплементарностъю (від лат. комплементум - доповнення). Відповідно до запропонованої моделі, два нуклеотидные ланцюги ДНК обвивають один іншу, створюючи спіраль (вторинна структура ДНК). Відстань між сусідніми залишками азотистих підстав становить 0,34 нм, крок спирали дорівнює 3,4 нм і містить 10 пара підстав, а її діаметр - близько 2 нм (мал. 6).

Лінійна ДНК має форму довгої, компактно скрученої молекули. Наприклад, довжина ДНК найбільшої хромосоми людини дорівнює приблизно 8 див, але вона скручена так, що міститься в хромосомі, довжина якої приблизно 5 нм. Це можливо завдяки тому, що двухцепочная спіраль ДНК перетерплює просторове ущільнення, формуючи тривимірну структуру - суперспіраль. Така будова характерно для ДНК хромосом эука-риот і обумовлено в основному взаємодією між ДНК і ядерними білками. У більшості прокаріотів, деяких вірусів, а також у мітохондріях і хлоропластах эукариот ДНК не взаємодіє з білками й має кільцеву структуру.

У певних умовах (дія кислот, лугів, нагрівання й т.п.) відбувається процес денатурації ДНК - розрив водневих зв'язків між комплементарними азотистими підставами. При цьому ДНК повністю або частково розпадається на окремі ланцюги, через що втрачає свою біологічну активність. Денатурована ДНК після припинення дії зазначених факторів може відновити свою структуру завдяки утворенню водневих зв'язків між комплементарними нуклеотидами (процес ренатурации ДНК).

Функції ДНК. ДНК зберігає спадкоємну інформацію й забезпечує її передачу дочірнім клітинам під час розподілу материнської. Одиницею спадковості (елементарним носієм спадкоємної інформації) організмів є ген -ділянка молекули ДНК (у деяких вірусів і фагов -РНК), що визначає структуру одного білка або однієї поліпептидної

ланцюга (більш докладно організація спадкоємного матеріалу різних організмів буде розглянута далі).

ы (FHK>, як і ДНК, є биополимерами. Молекула РНК переважно складається з однієї полинуклеотидной ланцюга, закрученої в спіраль.

Розрізняють три основних типи РНК: інформаційна, або матрична (ирнк, або мрнк), транспортна (трнк) і рибосо-мальная (ррнк), що відрізняються місцем локалізації в клітині, нуклеотидным складом, розмірами й функціями. Всі вони беруть участь у біосинтезі білка.

Інформаційна РНКявляє собою копію виразно-" го ділянки молекули ДНК (одного або декількох генів), переносить генетичну інформацію від ДНК до місця синтезу білка й бере безпосередню участь у його зборці. Вона становить приблизно 5% від загальної кількості РНК клітини. Молекула иРНК може складатися з 300-30 000 нуклеотидов, що залежить від довжини ділянки ДНК, що вона копіює. Існують вторинна й третинна структури иРНК, які формуються водневими зв'язками, електростатичними й іншими взаємодіями. Молекула ирнк відносно нестабільна, вона швидко розпадається на нуклеотиды. Наприклад, у мікроорганізмів вона зберігається кілька хвилин, а в клітинах эукариот - кілька годин або днів.

Транспортна РНКскладається з 70-90 нуклеотидов і становить до 10% загальної кількості РНК у клітині. Вона приєднує ами-

- кислоти й транспортує їх до місця синтезу білкових молекул, «довідається» (за принципом комплементарности) ділянка ирнк, : "-ответствующий транспортує аминокислоте, що, і визначає :^сто локалізації амінокислоти на рибосомі. Кожна з ами-і:: кислот транспортується до місця синтезу білка своєї трнк.

Транспортна РНК має постійну вторинну структуру, що нагадує за формою лист конюшини {мал. 7). Така конфігурація обумовлена тим, що в певних ділянках молекули тРНК (4-7 послідовних ланок) між комплементарними нуклеотидами виникають водневі зв'язки. У верхівки «листа конюшини» розташовані три нуклеотида, що відповідають генетичному коду певної амінокислоти (так званий антикодон), а біля його підстави є ділянка, до якого ковалентними зв'язками приєднується амінокислота.

Третинна структура трнк дуже компактна й має L-образну неправильну форму.

Рибосомальная РНК становить приблизно 85% загальної кількості РНК у клітині й 60% маси рибосоми. Її молекули складаються з 3000-5000 нуклеотидов. Взаємодіючи з рибосо-мальными білками, ррнк забезпечує певне просторове розташування ирнк і трнк на рибосомі, виконуючи структурну функцію. Рибосомальная РНК не приймає участі в передачі спадкоємної інформації. У клітинах эукари-от ррнк синтезується в ядерці.

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ:

1. Що таке нуклеиновые кислоти? Які існують типи нуклеиновых кислот? 2. Що загального й відмінного в будові молекул ДНК і РНК? 3. Яка просторова структура ДНК? 4. Які типи РНК і їхньої функції?

Подумайте! Чому ДНК є носієм спадкоємної інформації?