23 Схема строения нуклеиновых кислот(днк рнк)

ДНК. Способность ДНК к авторепродукции и способность ее быть носителем наследственной информации связаны с особенностями ее строения. С помощью рентгеноструктурного анализа показано, что молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных нитей.

Азотистое основание одной нити ДНК связано водородным «мостиком» с основанием другой, причем так, что аденин может бать связан только с тимином, а цитозин – только с гуанином. Они комплементарны (дополнительны) друг другу. Отсюда следует, что порядок расположения основной одной цепи определяет порядок их в другой. Именно на этом основано свойство ДНК, объясняющее ее важную биологическую роль: способность к самовоспроизведению, т.е. к авторепродукции. Авторепродукция молекул ДНК происходит под воздействием фермента полимеразы. Предполагается, что при этом комплиментарные цепи молекулы ДНК раскручиваются и расходятся. Затем каждая их них начинает синтезировать новую. Поскольку каждое из оснований в нуклеотидах может присоединить другой нуклеотид только строго определенного строения, происходит точное воспроизведение материнской молекулы. Образуются две идентичные биоспирали, в каждой из которых одна цепочка – прежняя, другая – новая. Такой способ синтеза получил название полуконсервативного. Он подтвержден рядом экспериментальных исследований, в том числе с использованием меченых атомов.

При делении клетки удвоение молекулы ДНК происходит таким образом, что новые молекулы имеют ту же структуру, что и исходные. Этим объясняется передача наследственной информации от клетки, из поколения в поколение.

Как показано ниже, в многообразных комбинациях нуклеотидных нитей ДНК закодирована программа синтеза множества белков. Место каждой аминокислоты в полипептидной цепи кодируется нуклеотидами молекулы ДНК (триплет или кодон).

ДНК каждого вида организмов отличается большим постоянством и видовой специфичностью. Из сказанного выше ясно, что, поскольку ДНК представляет собой комплиментарную двухцепочную структуру, отношение (Аденин + Гуанин)/(Тимин + Цитозин) равно единице. Отношение (Аденин + Тимин)/(Гуанин + Цитозин) у разных видов оказывается различным, так как одни виды имеют больше пар Аденин + Тимин, но меньше пар Цитозин + Гуанин, а другие – наоборот.

Так, у одной из бактерий отношение (А + Т)/(Г + Ц) равно 0,42, а у человека – 1,53.

Советским биохимиком А.Н. Белозерским установлено, что отношение пар азотистых оснований является видовым признаком.

Количество ДНК у прокариот в сотни раз меньше, чем в ядрах клеток эукариот, но у разных видов эукариот оно подвержено значительным колебаниям. Часто организмов с более низкой организацией имеют количество ДНК, значительно превосходящее таковое у более высокоорганизованных видов организмов. Так, в ядрах клеток некоторых растений, рыб и амфибий количество ДНК в десятки раз больше, чем у человека.

Оказалось, что ДНК эукариотных клеток неоднородна и может быть подразделена на 3 класса: класс часто повторяющихся последовательностей нуклеотидов, встречающихся в геноме (совокупность генов в хромосомах ядра клетки) до 10⁶ раз; класс умеренно повторяющихся последовательностей, встречающихся в геноме 10²-10³ раз; класс уникальных участков, т.е. участков ДНК с неповторяющимся сочетанием нуклеотидов. В ядре клетки количество ДНК каждого класса неодинаково. Так, у мыши к первому классу относится около 10% общего количества ДНК, ко второму классу – около 15%, остальные 75% ДНК обладают уникальными участками. Такими являются большинство генов. Сходное соотношение количества ДНК трех классов и у других организмов. ДНК с часто повторяющимися последовательностями нуклеотидов не связана с синтезом белков, но может быть разделителем между отдельными генами, а также выполнять другие функции. Класс умеренно повторяющихся последовательностей включает разнообразные гены, в том числе гены синтеза транспортных РНК, белков, входящих в состав рибосом и хроматина. Последние повторяются до 400 раз.

РНК не имеет двойной спирали и устроена подобно одной из цепей ДНК. Если содержание ДНК в клетке характеризуется постоянством, то содержание РНК сильно колеблется, особенно много ее в клетках с интенсивным синтезом белка.

Различают три вида РНК: рибосомальную, информационную и транспортную. Рибосомальная (рРНК) обладает наиболее крупными молекулами, включающими в себя до 3000-5000 нуклеотидов. Входит она в состав рибосом. Из общей массы РНК клетки на ее долю приходится до 90%. Из рибосомальной РНК построен структурный каркас рибосомы, ей принадлежит важная роль в инициации, окончании синтеза и отщеплении готовых молекул белка от рибосом.

Информационная (иРНК) получила свое название благодаря тому, что она несет в себе генетическую информацию для построения белка. Ее называют еще матричной. Термин «матрица» заимствован из техники. Это шаблон, по которому изготавливается какой-либо предмет. Например, форма букв в типографской матрице оттискивается на бумаге. Матричная РНК является шаблоном, на котором строятся полипептиды, в соответствии с заложенной в ней генетической информацией. Молекула иРНК состоит из триплетов (кодонов). Каждой аминокислоте соответствует свой особый кодон. В молекулы информационной РНК входит от 300 до 3000 нуклеотидов, относительная молекулярная масса ее от нескольких сотен тысяч до 2 000 000. В общей массе РНК она составляет 0,5-1%.

Информационная РНК существует в двух фракциях: в виде зрелой иРНК и в виде ее предшественника (см. ниже). Обе фракции растворены в цитоплазме, где и происходит созревание. Зрелые молекулы иРНК прикрепляются к рибосомам, в которых начинается считывание информации. Однако оказалось, что иногда в клетках может накапливаться зрелая информационная РНК, связанная с белком. Такой нуклеопротеидный комплекс, получивший название информосомы, открыл академик А. С. Спирин. Информосомы находятся в цитоплазме и могут быть прикрепленными к рибосомам. Функционировать иРНК, заключенная в информасомах, начинает только после образования белка. Толчком к этому служит изменения в физиологическом состоянии клетки. Так, в созревающем овоците иРНК может накапливаться в форме информосом, а функционировать начинает после оплодотворения яйцеклетки.

Молекулы транспортной (тРНК) наиболее короткие: состоят из 70-100 нуклеотидов и имеют наиболее низкую относительную молекулярную массу. тРНК находятся в цитоплазме. Из общей массы РНК клетки она составляет около 10% Ее функция – транспорт аминокислот к рибосомам. РНК «подбирает» в цитоплазме определенные аминокислоты и «подвозит» их рибосомам. Для каждой аминокислоты существует свой тип тРНК. На одном из концов молекулы тРНК имеется участок, к которому прикрепляется определенная аминокислота, на другом конце – участок, в котором располагается триплет свободных азотистых оснований (антикодон). При комплементарном совпадении антикодона тРНК с триплетом информационной РНК аминокислота занимает определенное место в строящейся белковой молекуле.