2.Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты, выделенные из клеточных ядер (nucleos –­ ядро), представляют собой высокомолекулярные гетерополимеры. Молекулярная масса этих гигантских молекул достигает десяти миллионов. Неустойчивость их структуры долгое время не позволяла химикам выделить неповрежденные гомогенные нуклеиновые кислоты. Начиная с пятидесятых годов 20 века эти соединения стали объектом детального исследования больших коллективов химиков, биологов, генетиков, так как стала известна ведущая роль этого вида биополимеров в хранении и передаче наследственной информации, а также в биосинтезе белка. В объеме общего курса мы сможем дать лишь самые начальные сведения о строении и биологических функциях нуклеиновых кислот.

2.1. Состав нуклеиновых кислот

Основные составные части нуклеиновых кислот были известны достаточно давно. В результате гидролиза нуклеиновых кислот образуется эквимолярная смесь гетероциклических аминов, пентоз и фосфорной кислоты. Кислотные свойства этих соединений обусловлены остатками фосфорной кислоты. Углеводным фрагментом, входящим в состав рибонуклеиновых кислот (РНК), являются D-рибоза, дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) – 2-дезокси-D-рибоза. Помимо этих соединений в состав РНК и ДНК входят гетероциклические соединения – основания пиримидинового и пуринового ряда.

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) содержат два производных пурина ­–аденин (А),гуанин (G) и призводное пиримидина – цитозин (С).

Кроме этого в состав ДНК входит тимин (T), а РНК урацил (U).

Кроме этих основных гетероциклических соединений, в состав нуклеиновых кислот входят и некоторые другие производные пурина и пиримидина: 2-метиладенин, 6-метиламинопурин, 1-метилгуанин, 6-диметиламинопурин.

35.Нарисуйте резонансные структуры для пиримидина и пурина.

36.Являются ли две приведенные структуры резонансными структурами одного и того же гибрида?

2.2.Нуклеотиды и нуклеозиды

Рибозиды и дезоксирибозиды пуриновых и пиримидиновых оснований называются нуклеозидами. Остаток рибозы или 2-дезоксирибозы присоединен к атому азота гетероцикла b-гликозидной связью (N-гликозиды). Ниже приведены формулы и даны названия некоторых нуклеозидов.

Тривиальные названия нуклеозидов определяются их агликоном; наименования производных пиримидина имеют окончания “идин”, а производных пурина – “озин”.

Этерификация фосфорной или пирофосфорной кислотой гидроксильной группы рибозной части молекулы (при С3’ или С5’) приводит к образованию нуклеотидов.

В молекулах аденозиндифосфата и аденозинтрифосфата гидролитическое отщепление одной из молекул фосфорной кислоты высвобождает большое количество энергии. Эта энергия гидролиза используется во многих биологических процессах в живом организме.

2.3.Строение днк и рнк

2.3.1. Первичная структура ДНК и РНК. Скелет молекулы ДНК и РНК представляет собой гетерополимер, состоящий из углеводородных и фосфатных остатков. Различия в составе ДНК и РНК можно обнаружить, идентифицируя продукты их полного гидролиза (РНК: D-рибоза, фосфорная кислота, аденин, гуанин, цитозин, урацил; ДНК: 2-дезокси-D-рибоза, фосфорная кислота, аденин, гуанин, цитозин, тимин). Кроме различий в углеводородной части молекулы, ДНК от РНК отличается одним из гетероциклических оснований: в РНК присутствует урацил, а в ДНК содержится тимин. Ниже приведен участок полимера нуклеиновой кислоты (ДНК,R=H; PHK,R=OH). Фосфатная группа соединяет атом С5’ одного остатка сахара с атомом С3’ другого остатка. Буква В означает любое из гетероциклических оснований ДНК: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C), тимин (T) или РНК: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C), урацил (U).

Таким образом, первичная структура ДНК и РНК определяется порядком чередования в гетерополимере четырех нуклеотидов. Большая длина молекулы нуклеиновых кислот допускает большое число возможных комбинаций нуклеотидов.

2.3.2. Вторичная структура ДНК. Молекулярная масса ДНК очень велика (несколько миллионов). Не смотря на ничтожный размер молекул нуклеотидов длина простейших бактериальных ДНК достигает 1 мм. Вторичная структура нуклеиновых кислот определяется внутри- и межмолекулярными взаимодействиями, возникающими, главным образом, за счет водородных связей. На основе рентгеноструктурного анализа и химических данных Д. Уотсоном и Ф.Криком (1953) установлено, что ДНК существует в виде комплекса, образующегося из двух полинуклеотидных цепей. Эти цепи в пространстве образуют двойную спираль (одна в другой), которая удерживается посредством водородных связей между пиридиновыми и пуриновыми остатками. Поэтому в двухцепочных нуклеиновых кислотах содержится равное количество пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. Межмолекулярные водородные связи образуются только между определенными парами производных пиримидина и пурина, которые называются комплементарными парами (гуанин-цитозин, аденин-тимин, урацил-аденин). Каждый виток спирали в ДНК включает 10 нуклеотидов. Спираль ДНК в ядрах клеток свернута особым образом в клубок (третичная структура).

S-остаток 2-дезоксири-

бозы; P-остаток фос-

форной кислоты;

А-аденин; Т-тимин;

G-гуанин; С-цитозин