Первичная структура нуклеиновых кислот Строение полинуклеотидной цепи

Нуклеотиды связываются в длинные цепи с помощью фосфат­ных групп, образуя высокомолекулярные продукты поликонден­сации— нуклеиновые кислоты. Рибонуклеотиды образуют РНК, дезоксирибонуклеотиды — ДНК. Фосфатная группа в полинукле­отидной цепи образует две сложноэфирные связи: с С-3' предыду­щего нуклеотидного звена и с С-5' последующего нуклеотидного звена (рис.94).

Полимерная цепь нуклеиновых кислот состоит из чередующих­ся пентозных и фосфатных остатков, а гетероциклические основа­ния являются «боковыми» группами, присоединенными к пентоз-ным остаткам. Концы линейной (неразветвленной) полинуклеотид­ной цепи обозначают: 5'-конец (слева) и 3'-конец (справа), так как написание цепи обычно начинают с 5'-конца. В этом случае общее направление образования фосфодиэфирных связей в цепи обозна­чается 5'→3'. На 5'-конце находится фосфатная

группа, связанная только с одним нуклеотидным звеном. Такой конец цепи обозначают в сокращенной записи буквой «ф». На другом конце цепи в пентозном остатке сохраняется свободной гидроксильная группа у С-3', и поэтому этот конец цепи еще обозначают как ОН-конец.

На рис. 94 приведено строение произвольного участка цепи ДНК, включающего четыре нуклеиновых основания. Легко вооб­разить, какое множество сочетаний может быть получено при

построении цепей путем варьирования последовательностей четы­рех мононуклеотидных остатков.

Принцип построения цепи РНК такой же, как и у ДНК, с двумя исключениями: пентозным остатком в РНК является D-рибоза и в наборе гетероциклических оснований используется не тимин, а урацил.

• Первичная структура нуклеиновых кислот — это последователь­ность нуклеотидных звеньев, связанных ковалентными связями в непрерывную цепь полинуклеотида.

Для удобства записи первичной структуры нуклеиновых кис­лот существует несколько способов сокращений. Один из них заключается в использовании ранее приведенных сокращенных названий нуклеозидов и обозначении фосфатной группы буквой «ф» (в иностранной литературе и в ряде отечественных источни­ков— латинской буквой «р»). Знак «ф» ставится слева от обозна­чения нуклеозида, если у него этерифицирован углеводный остаток по С-5', и справа, если он этерифицирован по С-3'. Иногда букву «ф» опускают и заменяют ее черточкой. Например, приведенный на рис. 94 фрагмент цепи ДНК сокращенно можно записать:

АфЦфГфТф или А-Ц-Г-Т. Более точно дезоксирибонуклеози-ды записываются дА, дГ, дЦ, но буква «д» часто не указывается, если из текста очевидно, что речь идет о ДНК.

Нуклеиновые кислоты представляют собой гетерополимеры, т. е. они состоят из нуклеотидов с разными гетероциклическими основаниями.

Нуклеотидный состав ДНК и РНК

Нуклеотидный состав, т. е. набор и соотношение нуклеотид­ных компонентов, служит очень важной характеристикой нукле­иновых кислот. Один из основных путей установления состава нуклеиновых кислот основан на исследовании продуктов их гидролитического расщепления. Поскольку межнуклеотидные связи в полинуклеотидах являются сложноэфирными, то полинуклеотидные цепи способны гидролизоваться как в кислой, так и в щелочной среде. Например, РНК в мягкой щелочной среде распадаются на нуклеотиды, которые в свою очередь способны в щелочной среде отщеплять остаток фосфорной кислоты с образо­ванием нуклеозидов. Нуклеозиды в условиях кислотного гидроли­за распадаются на гетероциклические основания и углеводы.

Химический гидролиз ДНК почти не используют из-за ослож­нения его побочными процессами. Более предпочтителен фермен­тативный гидролиз ДНК под действием нуклеаз. Обычно для этой цели используют змеиный яд, в котором содержатся фермен­ты, расщепляющие сложноэфирную связь с фосфорной кислотой (фосфодиэстеразы и фосфомоноэстеразы). Нуклеазы проявляют специфичность по отношению к типу нуклеиновых кислот; их делят на рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы.

Выделение и идентификацию компонентов нуклеиновых кислот производят с помощью физико-химических методов. Очень важ­ную роль в разделении сложных смесей играют хроматографиче-ские методы. Пиримидиновые и пуриновые основания, обладающие вследствие ароматического характера заметным пог­лощением около 260 нм, обычно идентифицируют с помощью УФ-спектроскопии. Поскольку нуклеотиды имеют кислотный характер и способны находиться в ионизированном состоянии, то для их идентификации используют также электрофорез.

Наряду с определением нуклеотидного состава важнейшая задача состоит и в установлении нуклеотидной последовательно­сти, т. е. порядка чередования нуклеотидных звеньев. Общий подход заключается в использовании блочного метода: сначала полинуклеотидную цепь направленно расщепляют на более мелкие блоки — олигомеры и определяют в них нуклеотидную последова­тельность. Такой анализ повторяют дважды, используя во второй раз такие расщепляющие агенты, которые делят цепь на фрагмен­ты в иных местах по сравнению с первым разом. Полинуклеотид­ную цепь расщепляют на довольно короткие фрагменты. Более длинные олигонуклеотиды пока еще трудно поддаются изуче­нию.

Наиболее удобными объектами исследования оказались транспортные РНК (тРНК), как имеющие относительно неболь­шую молекулярную массу. К настоящему времени установлен состав и нуклеотидная последовательность более чем у 100 тРНК. Достигнуты большие успехи и в установлении первичной структу­ры ДНК.