Функции нуклеиновых кислот

Функции нуклеиновых кислот

Общие представления о структуре нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Впервые они обнаружены в ядре клеток, откуда и происходит название (от лат. Нуклеус - ядро). Молекула нуклеотида состоит из трех частей: остатков азотистого основания, углевода (пентозы) и фосфорной кислоты. В зависимости от вида пентозы в составе нуклеотида различают два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые (ДНК), в состав которых входит остаток дезоксирибозы, и рибонуклеиновые (РНК), которые соответственно содержат остаток рибозы. В молекулах ДНК и РНК являются остатки азотистых оснований: аденина (сокращенно обозначаются буквой А), гуанина (Г), цитозина (Ц). Кроме того, в состав ДНК входит остаток тимина (Т), а РНК-урацила (У). Таким образом, в состав как ДНК, так и РНК, входят по четыре типа нуклеотидов, которые различают по остатку азотистого основания: три типа азотистых оснований у них общие, а по четвертому - ДНК и РНК различаются. Нуклеиновыми кислотами, подобно белкам, присущая первичная структура - определенная последовательность расположения нуклеотидов, а также сложная пространственное строение, которое формируется за счет водородных связей.

Отдельные нуклеотиды соединяются между собой в цепь с помощью особых «мостиков», которые при участии остатков фосфорной кислоты возникают между остатками пентоз двух соседних нуклеотидов. Биологические свойства нуклеиновых кислот определяются соотношением и последовательностью расположения нуклеотидов в этой цепи.

Структура ДНК. В 1950 году американский ученый Э. Чаргафф и его коллеги, исследуя состав ДНК, обнаружили такие закономерности количественного содержания остатков азотистых оснований в ее молекуле: число адениновых остатков в любой молекуле ДНК равно числу ты-меновых (А = Т), а гуанинових -числу цитозинових (Г = Ц). В свою очередь, сумма адениновых и гуанинових остатков равнялась сумме темновых и цитозинових (А + Г = Т + Ц). Это открытие способствовало выяснению пространственной структуры ДНК и ее роли в передаче генетической информации от одного поколения к другому.

В 1953 году американский биохимик Дж.Уотсон и английский генетик Ф. Крик предложили модель пространственной структуры ДНК, которую впоследствии было подтверждено экспериментально. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, соединенных между собой водородными связями. Эти связи возникают между двумя нуклеотидами, которые бы дополняют друг друга по размерам. Поскольку размеры А и Г несколько больше, чем Т и Ц, то А всегда сочетается с Т (между ними возникают два водородных зьязкы), а Г - с Ц (между ними возникают три водородных связи). Четкое соответствие нуклеотидов в двух цепях ДНК назвали комплемен-тарнистю (от лат. Комплементум - дополнение). Согласно предложенной модели, два полинуклеотидных цепей ДНК обвивают друг друга, образуя закрученную вправо спираль (вторичная структура ДНК). Расстояние между соседними азотистыми основаниями составляет 0,34 нм, шаг спирали равен 3,4 нм и содержит десять пар оснований, а ее диаметр - около 2 нм.

Самоудвоения ДНК. Принцип комплементарности лежит в основе способности молекулы ДНК к самоудвоения (репликации). Последовательность нуклеотидов во вновь цепи определяется их последовательностью в цепи первичной молекулы ДНК, которая служит формой (матрицей). Итак, благодаря тому, что в дочерних молекулах ДНК одна цепь наследуется от материнской молекулы, а второй-синтезируется заново, они являются точной копией материнской ДНК.

При определенных условиях (воздействие кислот, щелочей, нагрева и т.д.) происходит процесс денатурации ДНК - разрыв водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями. При этом двуспиральной ДНК полностью или частично распадается на отдельные цепи и теряет биологическую активность. Денатурированная ДНК после прекращения действия указанных факторов может восстановить двуспиральной строение благодаря установлению водородных связей между комплементарными нуклеотидами (процесс ренатурации ДНК).

Линейная ДНК имеет форму удлиненной, компактно скрученной молекулы. Например, длина ДНК крупнейшей хромосомы человека равна 8 см, но она скручена так, что умещается в хромосоме длиной 5 нм. Это возможно благодаря тому, что двухцепочечная спираль ДНК подвергается дальнейшему пространственного уплотнения, формируя третичную структуру - суперспираль. Такое строение характерно для ДНК хромосом эукариот и обусловлена взаимодействием тел между ДНК и ядерными белками. В большинстве прокариот, некоторых вирусов, а также в ми-тохондриях и хлоропластах эукариот ДНК не сочетается с белками и имеет кольцевую структуру.

Функции ДНК. Как вам уже известно, единицей наследственности является ген-участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов - РНК). Ген содержит информацию о последовательности аминокислотных остатков полипептидов, молекул транспортной или рибосомной РНК. Он является элементарным носителем наследственной информации (подробнее об организации генотипа разных организмов будет дальше). Таким образом, ДНК хранит наследственную информацию и обеспечивает ее передачу дочерним клеткам при делении материнской.

Рыбонуклеиновые кислоты (РНК), как и ДНК, являются полимерами. Подавляющее большинство молекул РНК состоит из одной цепи, за крученого в спираль. Известны и дволанцюгови молекулы РНК. Они встречаются у некоторых вирусов и, подобно ДНК, хранят и передают наследственную информацию.

Существуют три основных типа РНК, которые отличаются по месту локализации в клетке, нуклеотидным составом, размерами и функциональными свойствами. Это - информационная, или матричная РНК (иРНК, или мРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК).

Информационная РНК представляет собой копию определенного участка молекулы ДНК (одного или нескольких генов) и переносит генетическую информацию от ДНК к месту синтеза полипептидной цепи, а также принимает непосредственное участие в его уборке. Ее доля составляет около 5% общего количества РНК клетки. Молекула иРНК состоит из 300-30 000 нуклеотидов соответственно длины участка ДНК, которую она копирует. Известные вторичная и третичная структуры иРНК, которые формируются с помощью водородных связей, гидрофобных и электростатических взаимодействий подобное. Молекула иРНК относительно нестабильна и быстро распадается на нуклеотиды. Так, у микроорганизмов срок ее жизни составляет несколько минут, а в клетках эукариот - до нескольких часов или дней.

Транспортная РНК содержит 70-90 нуклеотидов и составляет до 10% общего количества РНК. Она присоединяет аминокислоты, транспортирует их к месту синтеза белковых молекул, «узнает» (по принципу комплементарности) участок иРНК, которая соответствует аминокислоте, транспортируемого и определяет местоположение аминокислоты на рибосоме. Каждая из аминокислот транспортируется к месту синтеза белка своей тРНК.

Транспортная РНК имеет постоянную вторичную структуру в форме листа клевера. Такая конфигурация обусловлена ??тем, что в определенных участках (4-7 последовательных звеньев) молекулы тРНК между комплементарными нуклеотидами возникают водородные связи. У верхушки «листка клевера" находится триплет нуклеотидов, который по генетическим кодом соответствует определенной аминокислоте (так называемый антикодон), а у его основания есть участок, в которую благодаря ковалентной связи эта молекула присоединяется. Третичная структура тРНК достаточно компактна и имеет L-образную неправильную форму.

Рибосомных РНК составляет около 85% общего количества РНК клетки и 60% массы рибосомы. Ее молекулы состоят из 3 000-5 000 нуклеотидов. Взаимодействуя с рибосомного белка, она обеспечивает определенное пространственное расположение иРНК и тРНК на рибосоме, выполняя структурную функцию. Рибосомных РНК не принимает участия в передаче наследственной информации. В клетках эукариот рРНК синтезируется в ядрышке.

В клетке РНК синтезируется на молекуле ДНК при участии фермента РНК-полимеразы. Она комплементарная участку одной из нитей ДНК, на который синтезированная, то есть последовательность нуклеотидов участки молекулы ДНК определяет порядок расположения нуклеотидов в молекуле РНК. выводы

Нуклеиновые кислоты - это биополимеры, состоящие из остатков азотистого основания, углевода пентозы и фосфорной кислоты. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит остаток углевода дезоксирибозы, а рибонуклеиновые кислоты (РНК) - рибозы.

Молекула ДНК несет информацию о строении белков и молекул РНК. Участок молекулы ДНК, в который закодирована информация о структуре одной полипептидной цепи или белка, называют геном.

 


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+