П роизводные нуклеотидов

Циклические нуклеотиды: цАМФ (3^',5^' АМФ) и цГМФ (3^',5^' ГМФ).

Образование 3^',5^' ГМФ аналогично. Эти нуклеотиды являются универсальными регуляторами обмена веществ в клетке. Служат посредниками между гормонами и ферментами.

4.2.3. Биологические функции нуклеотидов

Нуклеозидтрифосфаты:

1. являются макроэргическими, т.е. богатыми энергией соединениями;

2. служат субстратами для синтеза полинуклеотидной цепи ДНК и РНК;

3. а ктивируют различные соединения, вставшие на путь метаболических превращений:

4. АТФ и ГТФ являются источниками образования 3^',5^' АМФ и 3^',5^' ГМФ;

5. участвуют в активном транспорте веществ через мембрану и обеспечивают работу ионных насосов;

6. АТФ участвует в синтезе кофакторов: НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, КоАSH, ФМН;

7. все нуклеотиды являются аллостерическими регуляторами ферментов.

и другие.

4.3. Структура нуклеиновых кислот

ДНК и РНК имеют первичную, вторичную и третичную структуры.

4.3.1. Первичная структура.

Это линейная, строго определенная последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи (пнц) соединенных 3^',5^'-фосфодиэфирными связями (ковалентные связи).

П ринцип построения первичной структуры ДНК и РНК одинаков.

Линейные цепи ДНК и РНК имеют два конца: 3^'–конец — содержит свободную гидроксильную группу, и 5^'–конец — содержит трифосфат (поскольку исходным материалом при сборке пнц являются нуклеозид–5^'–трифосфаты).

Следовательно, цепи ДНК и РНК могут иметь направление 3^'→5^' или 5'→3'.

Молекулы нуклеиновых кислот полярны, так как содержат большое количество фосфатных групп.

Молекула ДНК включает в себя структурные гены (транскриптоны) — участки, содержащие информацию о первичной структуре всех типов РНК. При этом мРНК, первичная структура которой скопирована с участка ДНК, несет информацию о первичной структуре белка.

Специфической особенностью первичной структуры ДНК является наличие кодогенов — триплетов нуклеотидов или кодовых «слов», с помощью которых составлен генетический текст ДНК.

4.3.2. Вторичная и третичная структуры днк

В 1949 г. Чаргафф установил важные закономерности, касающиеся содержания отдельных азотистых оснований ДНК. Эти закономерности помогли раскрыть вторичную структуру ДНК и их называют правилами Чаргаффа:

1. сумма пуриновых нуклеотидов равна сумме пиримидиновых (А+Г=Ц+Т);

2. содержание аденина равно содержанию тимина (А=Т);

3. содержание гуанина равно содержанию цитозина (Г=Ц);

4. количество 6–NH₂ групп (аминогрупп в шестом положении) равно количеству 6–С=О групп (кето-групп в шестом положении) (Г+Т=А+Ц);

5. Изменчива только сумма А+Т и Г+Ц. Если А+Т>Г+Ц, то это АТ–тип ДНК; если А+Т<Г+Ц, то это ГЦ–тип ДНК.

ДНК высших организмов стойко сохраняет АТ–тип.

У микроорганизмов наблюдаются колебания изменчивости от крайнего ГЦ–типа до выраженного АТ–типа.

Правила Чаргаффа говорят о том, что при построении ДНК должно соблюдаться строгое соответствие тимина с аденином и цитозина с гуанином. Приняв за основу эти правила Дж. Уотсон и Ф. Крик в 1953 г предложили модель вторичной структуры ДНК, получившую название двойной спирали.

Двойная правовращающая спираль ДНК

О бразуется путем специфического спаривания азотистого основания одной полинуклеотидной цепи с азотистым основанием другой. При взаимодействии аденина с тимином образуется две водородные связи, а гуанина с цитозином — три. Такое взаимодействие пар азотистых оснований называется комплементарностью.

Таким образом, последовательность оснований (нуклеотидов) одной цепи комплементарна последовательности оснований другой цепи ДНК. Направление цепей в ДНК – антипараллельно.

Сахарофосфатные остатки обеих цепей ДНК обращены наружу, что создает условия для растворения ДНК в воде (образование гидратной оболочки), а также для связывания ее с катионами и основными белками (гистонами). Подобные взаимодействия приводят к стабилизации вторичной структуры.

Азотистые основания обеих цепей ДНК обращены внутрь и связаны водородными связями по правилу комплементарности.

Спираль ДНК регулярна. Характеристика регулярности:

1. один виток состоит из 10-нуклеотидов;

2. размер витка — 3,4 нм;

3. высота каждого нуклеотида — 0,34 нм;

4. длина водородной связи между основаниями приблизительно 0,3 нм;

5. ширина спирали — 1,8 нм.

В природе ДНК-хромосом строгая двуспиральность нарушается в тех участках цепи, которые называются палиндромами. В этих фрагментах порядок чередования нуклеотидов вдоль цепи одинаков справа налево и слева направо, как в слове шалаш. Комплементарные основания, входящие в состав палиндромов спариваются и образуют структуры в форме «крестов» или «шпилек», что помогает белкам регуляторам узнавать место считывания генетической информации.