Биохимия лекции / 1 семестр / Задания / Нуклеопротеины днк нуклеозид

Особенности строения белковой и небелковой части нуклеопротеинов. Нуклеотидный состав ДНК и РНК и их функции в клетке.

3.4.1. Как уже было сказано (3.1.1), нуклеопротеины - сложные белки, простетические группы которых представлены нуклеиновыми кислотами. Известно две разновидности нуклеопротеинов:

• рибонуклеопротеины, в состав которых входит рибонуклеиновая кислота (РНК);

• дезоксирибонуклеопротеины, в состав которых входит дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Особенность белковой части нуклеопротеинов заключается в том, что в её состав входит много положительно заряженных аминокислотных остатков (например, в состав дезоксирибонуклеопротеинов входят белки гистоны, богатые лизином и аргинином) . Между белковыми и небелковыми компонентами нуклеопротеинов образуются ионные связи (так как нуклеиновые кислоты заряжены отрицательно).

3.4.2. Нуклеиновыми кислотами или полинуклеотидами называются высокомолекулярные вещества, состоящие из нуклеотидов, соединённых в цепь 3', 5'-фосфодиэфирными связями. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, углевода (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

Азотистые основания, входящие в состав нуклеотидов, имеют следующее строение:

Углеводы представлены рибозой и дезоксирибозой:

Азотистое основание и пентоза, соединённые N-гликозидной связью, образуют нуклеозид. Если в качестве пентозы в нуклеозиде присутствует рибоза, то это рибонуклеозид, а если дезоксирибоза - то это дезоксирибонуклеозид. Примеры нуклеозидов:

Нуклеотиды представляют собой фосфорилированные нуклеозиды. Остаток фосфорной кислоты, как правило, присоединяется к гидроксильной группе пентозы в 5'-положении при помощи сложноэфирной связи. Примеры:

В клетках встречаются также нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты, содержащие соответственно два и три остатка фосфорной кислоты. Биологическая роль этих соединений будет рассматриваться в дальнейшем.

Выучите формулы нуклеотидов и научитесь давать им правильные названия (таблица 3.3).

Кроме перечисленных, известны минорные нуклеотиды (редко встречающиеся) . Они содержат, как правило, метилированные производные вышеприведённых главных азотистых оснований. Минорные основания присутствуют в составе некоторых разновидностей рибонуклеиновых кислот. Роль этих оснований заключается, очевидно, в защите молекулы нуклеиновой кислоты от действия гидролитических ферментов.

3.4.3. Первичной структурой нуклеиновых кислот называется последовательность расположения мононуклеотидов в цепи ДНК или РНК. Первичная структура нуклеиновых кислот стабилизируется 3',5'-фосфодиэфирными связями. Эти связи образуются при взаимодействии гидроксильной группы в 3'-положении пентозного остатка каждого нуклеотида с фосфатной группой соседнего нуклеотида (рисунок 3.2),

Таким образом, на одном конце полинуклеотидной цепи имеется свободная 5'-фосфатная группа (5'-конец), а на другом - свободная гидроксильная группа в 3'-положении (3'-конец). Нуклеотидные последовательности принято записывать в направлении от 5'-конца к 3'-концу.

Рисунок 3.2. Структура динуклеотида, в состав которого входят аденозин-5'-монофосфат и цитидин-5'-монофосфат.

3.4.4. ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) содержится в клеточном ядре и имеет молекулярную массу порядка 10¹¹ Да. В состав её нуклеотидов входят азотистые основания аденин, гуанин, цитозин, тимин, углевод дезоксирибоза и остатки фосфорной кислоты. Содержание азотистых оснований в молекуле ДНК определяют правила Чаргаффа:

1) количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых (А + Г = Ц + Т) ;

2) количество аденина и цитозина равно количеству тимина и гуанина соответственно (А = Т; Ц = Г) ;

3) ДНК, выделенные из клеток различных биологических видов, отличаются друг от друга величиной коэффициента специфичности:

(Г + Ц) /(А + Т)

Эти закономерности в строении ДНК объясняются следующими особенностями её вторичной структуры:

1) молекула ДНК построена из двух полинуклеотидных цепей, связанных между собой водородными связями и ориентированных антипараллельно (то есть 3'-конец одной цепи расположен напротив 5'-конца другой цепи и наоборот);

2) водородные связи образуются между комплементарными парами азотистых оснований. Аденину комплементарен тимин; эта пара стабилизируется двумя водородными связями. Гуанину комплементарен цитозин; эта пара стабилизируется тремя водородными связями (см. рисунок б) . Чем больше в молекуле ДНК пар Г-Ц, тем больше её устойчивость к действию высоких температур и ионизирующего излучения;

Рисунок 3.3. Водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями.

3) обе цепи ДНК закручены в спираль, имеющую общую ось. Азотистые основания обращены внутрь спирали; кроме водородных, между ними возникают также гидрофобные взаимодействия. Рибозофосфатные части расположены по периферии, образуя остов спирали (см. рисунок 3.4).

Рисунок 3.4. Схема строения ДНК.

3.4.5. РНК (рибонуклеиновая кислота) содержится преимущественно в цитоплазме клетки и имеет молекулярную массу в пределах 10⁴ - 10⁶ Да. В состав её нуклеотидов входят азотистые основания аденин, гуанин, цитозин, урацил, углевод рибоза и остатки фосфорной кислоты. В отличие от ДНК, молекулы РНК построены из одной полинуклеотидной цепи, в которой могут находиться комплементарные друг другу участки (рисунок 3.5). Эти участки могут взаимодействовать между собой, образуя двойные спирали, чередующиеся с неспирализованными участками.

Рисунок 3.5. Схема строения транспортной РНК.

По особенностям структуры и функции различают три основных типа РНК:

1) матричные (информационные) РНК (мРНК) передают информацию о структуре белка из клеточного ядра на рибосомы;

2) транспортные РНК (тРНК) осуществляют транспорт аминокислот к месту синтеза белка;

3) рибосомальные РНК (рРНК) входят в состав рибосом, участвуют в синтезе белка.