II. Нуклеиновые кислоты

Само название нуклеиновые кислоты (от слова nucleus – ядро) показывает, что они были открыты как составная часть клеточного ядра. И действительно, как мы теперь знаем, в ядре присутствуют оба класса нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Типы нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды – неразветвленные полимеры субъединиц определенного химического типа – нуклеотидов. Существуют два родственных вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Структура ДНК преимущественно двухцепочечная и имеет каноническую спиральную организацию. В ДНК накапливаются разнообразные мутационные изменения, которые приводят к изменчивости организмов. Все они отражаются на структуре ДНК, приводя к появлению новых неканонических форм. Информация, закодированная в ДНК, передается к РНК-посреднику и далее воплощается в структуре белков, основных носителей живого.

РНК обладает целым рядом биологических функций (до сих пор открываются новые) и еще большим числом структурных организаций. Обычно она состоит из одной цепочки, которая, изгибаясь и взаимодействуя сама с собой, образует замысловатые вторичные структуры. Матричная РНК (мРНК) считывается с ДНК и переносит генетическую информацию дальше – на рибосому. Транспортная РНК (тРНК) представляет собой семейство небольших молекул РНК, состоящих примерно из семидесяти нуклеотидов. Каждый тип тРНК переносит одну специфическую аминокислоту на рибосому, действуя как посредник между мРНК и растущей полипептидной цепью. Сами рибосомы состоят из больших и маленьких молекул РНК, называемых рибосомными РНК (рРНК).

С тех пор как был выделен фермент рибонуклеаза P (RNase R), состоящий из РНК и белка, было найдено множество каталитических молекул РНК. Недавно были открыты малые РНК (miРНК  и siРНК), длиной 20-25 нуклеотидов, обладающие регуляторными функциями и показано, что регуляция экспрессии генов может производиться за счет синтеза редактирующих ферментов и малых РНК. РНК-интерференция стала крайне популярной темой современных исследований в связи с ее возможным применением в терапии рака и вирусных инфекций. Создается впечатление, что в клетке все время идет схватка вокруг, казалось бы, святого права гена реализовать (экспрессировать) себя в определенном белке. Факторы транскрипции приводят к синтезу матричной РНК. К ней устремляются ферменты-редакторы, вырезающие из нее куски и меняющие код. Появляются miРНК  и siРНК с задачей перехватить мРНК и не дать ей оттранслироваться в белок. В борьбу за мРНК вступают другие ферменты. Схватка с переменным успехом продолжается.

И, наконец, упомянем еще одну удивительную молекулу тмРНК, которая сочетает в себе функции тРНК и мРНК. Структура одной из них будет приведена ниже. Только это одно перечисление различных функций ДНК и РНК указывает на огромное богатство структур, описывающих поведение этих молекул.

В этой лекции мы кратко опишем лишь некоторые из них, относящиеся к наиболее часто встречающимся конформациям, называемыми базовыми. Многие из них будут использованы в последующих лекциях для демонстрации возможностей тех или иных методов.