Образование ди- и полинуклеотидов

Динуклеотид представляет собой соединение, состоящее из остатков двух нуклеотидов. При конденсации двух нуклеотидов между 3'-углеродом остатка сахара одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает сложноэфирная связь. Таким образом, остатки сахаров двух

н

Рис.272. Образование динуклеотида

уклеотидов оказываются связаны фосфодиэфирными мостиком (рис. 272).

Возникновение фосфодиэфирных мостиков между 3' и 5'-углеродами остатков сахаров может происходить многократно. В результате образуются неразветвленные полинуклеотидные цепи. Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5'-углеродом (его называют 5'-концом), другой –3'-углеродом (3'-концом).

Полинуклеотиды

В зависимости от углеводного компонента нуклеотидов, различают два класса нуклеиновых кислот:

• рибонуклеиновые кислоты (РНК), содержащие рибозу;

• дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), содержащие дезоксирибозу.

Нуклеотиды ДНК называют дезоксирибонуклеотидами, РНК — рибонуклеотидами.

Дезоксирибонуклеиновая кислота

Молекулы ДНК являются полимерами, мономерами которых являются дезоксирибонуклеотиды, образованные:

• остатком пятиуглеродного сахара — дезоксирибозы;

• остатком одного из азотистых оснований:

• пуриновых — аденина, гуанина;

• пиримидиновых — тимина, цитозина;

• остатком фосфорной кислоты.

Структура молекулы днк

ДНК представляет собой двойную спираль. Ее молекула образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга, и вместе вокруг воображаемой оси (рис. 273). Цепи ДНК антипараллельны (разнонаправлены), то есть против 3'-конца одной цепи находится 5'-конец другой. На периферию молекулы обращен сахаро-фосфатный остов, образованный чередующимися остатками дезоксирибозы и фосфатными группами. Внутрь молекулы обращены азотистые основания.

Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, шаг общей спирали, на который приходится 10 пар нуклеотидов — 3,4 нм. Длина молекулы — до нескольких десятков и даже сотен микрометров. Молекулярный вес составляет десятки и сотни миллионов (для двойной спирали). В ядре клетки человека общая длина ДНК около 2м.

Рис. 273. Схематичное изображение развернутых цепей ДНК.

Рис.274. Трехмерная модель молекулы ДНК.

Трехмерная модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. американским биологом Дж.Уотсоном и английским физиком Ф.Криком (рис. 274). За свои исследования они были удостоены Нобелевской премии.

Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК удерживаются друг около друга благодаря возникновению водородных связей между азотистыми основаниями. Спаривание нуклеотидов не случайно, в его основе лежит принцип комплементарного взаимодействия пар оснований: против аденина одной цепи всегда располагается тимин на другой цепи, а против гуанина одной цепи — всегда цитозин другой, то есть аденин комплементарен тимину, а гуанин — цитозину (рис. 275). Комплементарностьюназывают способность нуклеотидов к избирательному соединению друг с другом.

Рис. 275. Спаривание азотистых оснований.

Комплементарность обеспечивается:

• взаимодополнением пространственных конфигураций молекул азотистых оснований;

• количеством водородных связей, возникающих между азотистыми основаниями (три водородные связи между гуанином и цитозином и две водородные связи между аденином и тимином).

Комплементарность пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований обеспечивает одинаковое по всей длине двойной спирали расстояние между цепями.

Э.Чаргафф, обследовав огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, выявил следующую закономерность: в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину. Это положение получило название "правила Чаргаффа":

А + Г

А = Т; Г = Ц или ——— = 1

Ц + Т

Дж.Уотсон и Ф.Крик воспользовались этим правилом при построении модели молекулы ДНК.

Последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой, поэтому две цепи молекулы ДНК комплементарны друг другу.