Зарегистрироваться

Нуклеиновые кислоты

Категории Биоорганическая химия | Под редакцией сообщества: Химия

Эта версия статьи от 21 Октябрь 2010 14:35, редактировал Кузнецова Светлана Александровна
Список всех версий Перейти к списку версий
Перейти к последней версии

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетической информации во всех живых организмах, а также участвующие в биосинтезе белков.

Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой последовательность остатков нуклеотидов, в состав которых входят гетероциклическое основание, углеводный остаток (рибоза, дезоксирибоза) и фосфатная группа. Нуклеотиды в молекулах нуклеиновых кислот связаны между собой 3'-5'-фосфодиэфирными связями. В зависимости от природы углеводного остатка в нуклеотиде нуклеиновые кислоты подразделяют на рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). В молекуле ДНК гетероциклы, входящие в остаток нуклеотида, представлены двумя пуриновыми основаниями - адeнином (А) и гуанином (G), и двумя пиримидиновыми основаниями - тимином (Т) и цитозином (С). Молекула РНК вместо Т содержит урацил (U). Кроме того, в нуклеиновых кислотах в небольших количествах обнаружены модифицированные (в основном метилированные) остатки нуклеозидов -  минорные нуклеозиды, которыми особенно богаты транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК).

Свойства ДНК и РНК различны. Так, РНК легко расщепляется щелочами до нуклеотидов (благодаря наличию в остатке рибозы 2'-ОН группы), в то время как полинуклеотидные цепи ДНК в тех же условиях стабильны. Это структурное различие определяет и меньшую устойчивость к воздействию кислот N-гликозидных связей (связь между гетероциклом и остатком рибозы) в ДНК по сравнению с РНК.

Нуклеотидный состав ДНК подчиняется ряду правил (т. наз. правила Чаргаффа), важнейшим из которых является одинаковое содержание А и Т, G и С у любой клеточной ДНК. Нуклеотидный состав РНК подобным правилам не подчиняется.

Пространственная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных антипараллельных цепей (рис. 1), закрученных относительно общей оси таким образом, что их углеводофосфатный остов располагается на периферии спирали, а гетероциклические основания направлены внутрь (двойная спираль Уотсона-Крика). Фундаментальное свойство двойной спирали ДНК состоит в том, что ее цепи комплементарны друг другу, т.е. напротив А одной цепи всегда находится Т другой цепи, а напротив G всегда находится С. Комплементационные взаимодействия осуществляются с помощью водородных связей и гидрофобных взаимодействий между парами гетероциклических оснований. Классическая двойная спираль Уотсона-Крика получила название В-формы ДНК. Она - правозакрученная, плоскости гетероциклических оснований перпендикулярны оси спирали, а число нуклеотидных пар на один виток спирали равно примерно 10. Расстояние между витками составляет 3,4 нм. Различают также А и Z-формы ДНК, которые отличаются геометрией двойной спирали. Двойная спираль ДНК способна денатурировать (напр., при повышении температуры), что сопровождается расхождением комплементарных цепей. Одноцепочечные молекулы сохраняют способность к ассоциации (восстановлению) двойной спирали при возвращении к исходным условиям.

Рис.1. В-форма двойной спирали ДНК

Историческая справка. Нуклеиновые кислоты открыты в 1869-1872 гг. Ф. Мишером в ядрах (отсюда назв.: лат. nucleus-ядро) клеток гноя и в сперме лосося. В 1889 г. Р. Альтман выделил их в чистом виде (им же предложен термин "нуклеиновые кислоты"). В 1944 г. О. Эйвери показал, что с помощью ДНК наследственные признаки могут быть переданы от одной клетки к другой и что ДНК, т. обр., является "веществом наследственности". Химическое строение нуклеиновых кислот изучалось школами А. Косселя, П. Левина, Дж. Гулленда и А. Тодда и было окончательно установлено к началу 50-х гг. Макромолярная структура ДНК (двойная спираль) установлена в 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком на основании данных рентгеноструктурного анализа, полученных Р. Франклин и М. Уилкинсом. Нуклеотидный состав ДНК и РНК из многих объектов изучен Э. Чаргаффом и А.Н. Белозерским в 40-50-х гг. Изучение первичной структуры нуклеиновых кислот  начато с середины 60-х гг. с установления нуклеотидной последовательности тРНК (Р. Холли). Функции большинства РНК установлены к началу 60-х гг. Было показано, что они участвуют в реализации генетической информации, закодированной в ДНК.

П. Доти и А. С. Спириным исследовано макромолекулярное строение РНК. В середине 70-х гг. разработаны эффективные методы расшифровки первичной структуры ДНК и РНК (методы Максама-Гилберта и Сенгера), которые в сочетании с методами генетической инженерии позволили в течение следующего десятилетия определить нуклеотидные последовательности многих генов, плазмид, вирусных ДНК и РНК, рибосомных РНК и др. Разработаны приемы обработки этой информации с использованием вычислительной техники. В 70-х гг. Г. Кораной разработаны методы синтеза ДНК; им впервые синтезированы природные гены (аланиновой и тиразиновой тРНК). Начиная с середины 70-х гг. создавались методы получения рекомбинантных нуклеиновых кислот, которые образуются, например, в результате встраивания участка ДНК, в т.ч. гена, в плазмиду. Это позволило существенно расширить работы в области структурно-функциональных исследований нуклеиновых кислот и создать базу для использования достижений молекулярной биологии и генетики в биотехнологии. В 80-е гг. разработаны эффективные методы химического (в т.ч. автоматического) синтеза олигонуклеотидов и крупных фрагментов ДНК, которые широко используют для изучения структуры и функций нуклеиновых кислот.

Рекомендуемая литература

Шабарова 3. А., Богданов А. А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов, М., 1978.

Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 3, М., 1985.

Уотсон Дж., Туз Дж., Курц Д., Рекомбинантные ДНК, пер. с англ., М., 1986.

Зенгер В., Принципы структурной организации нуклеиновых кислот, пер. с англ., М., 1987.

Овчинников Ю.А., Биоорганическая химия. М., 1987, с. 295-397.

См. также статью "Нуклеиновые кислоты" в категории "Биохимия".

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.