Глава 4. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновым кислотам принадлежит важнейшая роль в обеспечении специфического синтеза биополимеров в организме человека, животных, растений и микробов: нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации, непосредственно участвуют в механизмах реализации этой информации путем программирования син­теза всех клеточных белков. Кроме того, нуклеиновые кислоты принимают непосредственное участие в обмене веществ, а также в аккумулиро­вании, переносе и трансформации энергии.

4.1. Общая характеристика нуклеиновых кислот

Известны два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые ки­слоты (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК). Нуклеиновые кислоты - высокомолекулярные соединения. Их молекулы имеют нитевидную форму, вследствие чего их растворы характеризуются высокой вязкостью. Длина молекул ДНК в клетках человека достигает несколько сантимет­ров; общая длина ДНК в 23 парах хромосом равна примерно 1,5 м. Клет­ки бактерий и вирусов часто содержат единственную молекулу ДНК. Молекулы РНК короче: длина их обычно не больше 0,01 мм.

Молекулярная масса ДНК зависит от степени сложности живого объекта: у бактерий она составляет 2·10⁹ Да (а.е.м.), у человека и жи­вотных достигает 10¹¹ Да.

РНК имеют значительно меньшую молекулярную массу, чем ДНК. В зависимости от выполняемой функции и молекулярной массы выделяют следующие типы РНК информационная или матричная (мРНК), транс­портная (тРНК) и рибосомная (рРНК). Разные рРНК различаются по моле­кулярной массе (табл. 5).

Нуклеиновые кислоты в клетках всех вирусов, бактерий, живот­ных и растительных организмов находятся в составе сложных белков - нуклеопротеидов. Лишь тРНК обнаруживается в свободно растворенном состоянии в цитозоле. Основные нуклеопротеиды - это хроматин (дезоксирибонуклеопротеид) и рибосомы (рибонуклеопротеид).

Таблица 5

Краткая характеристика нуклеиновых кислот клеток высших организмов

Тип нуклеиновой кислоты	Молекулярная масса, Да	Локализация в клетке	Функция
ДНК	1011	Ядро, митохондрии	Хранение генетической информации и участие в пере­даче ее при делении клетки.
мРНК	4·104 – 1,2·106	Ядро, цитоплазма	Является комплиментарной участку ДНК, содержащему информацию о первичной структуре белка. Переносит информацию от ДНК к месту синтеза белка - рибосомам
тРНХ	2,5·104	Гиалоплазма, митохондрии	Участвует в активировании аминокислот, их транспорте к рибосомам для синтеза белка
рРНК	0,7·106; 1,5-1,75·106 0,6·106; 1,1·106 ~4·104.	Рибосомы цитоплазмы Рибосомы мито­хондрий Все рибосомы	Образует скелет рибосом, который окутывается белка­ми рибосом. Играет вспомо­гательную роль при синтезе белка на рибосомах

В фазе покоя клетки хроматин равномерно распределен по все­му объему ядра и не обнаруживается обычными микроскопическими ме­тодами. В фазе деления клетки хроматин образует компактные частицы - хромосомы, которые видны в микроскоп (часто под термином "хромосо­мы" понимают хроматин), хроматин содержит до 10% РНК. Две третьих оставшейся массы хроматина - белки, одна третья - ДНК. Половина всех белков хроматина - гистоны, для которых характерно высокое содержа­ние лизина и (или) аргинина; это придает им щелочной характер и спо­собность взаимодействовать с кислотными группами ДНК.

Рибосомы - субклеточные частицы (см. рис. Стр.117) с молекулярной массой 4,5млн. Да, и коэффициентом седиментации 80S. Они состоят из двух субъединиц большой (коэффициент седиментации 60) и малой (40S).

Большая 6ОS-субъединица составлена из двух молекул РНК (23S и 5S) и примерно 34 молекул белка. Меньшая 40S-субъединица содержит одну молекулу РНК (18S), состоящую из 1700 нуклеотидов, и 21 молекулу белка. Рибосома в целом функционирует как устройство для синтеза бел­ков.

Общее, содержание ДНК и РНК в клетках зависит от их функцио­нального состояния. Например, в сперматозоидах количество ДНК дости­гает 60% (в пересчете на сухую массу клеток), в большинстве клеток -1-10, а в мышцах - около 0,2%. Доказано, что количественное содержа­ние ДНК в клетках одного и того же организма отличается удивительным постоянством, однако различается для клеток разных организмов.

Содержание РНК, как правило, в 5-10 раз больше, чем ДНК. Со­отношение РНК/ДНК в печени, поджелудочной железе, эмбрионах и дру­гих тканях, активно синтезирующих белок, составляет от 4 до 10. В тка­нях с умеренным синтезом белка это соотношение колеблется от 0,3 до 2,5. Особое место занимают вирусы. У них в качестве генетического ма­териала может быть либо ДНК (ДНК - вирусы), либо РНК (РНК - вирусы).

В клетках бактерий, не имеющих ядра (прокариоты), молекула ДНК (хромосома) находится в специальной зоне цитоплазмы - нуклеозиде.

В клетках, имеющих ядро (эукариоты), ДНК распределена между ядром, где она входит в состав хромосом (хроматин) и ядрышка, внеядерными органоидами (митохондриями и хлоропластами). Примерно 1-3% ДНК клетки приходится на внеядерную ДНК, остальное сосре­доточено в ядре. Значит, наследственные свойства характерны не только для ядра, но и для митохондрий и хлоропластов клеток.

РНК в отличие от ДНК распределена по клетке более равномер­но, это говорит о том, что функции РНК более многообразны. В клетках высших организмов около 11% всей РНК находится в ядре, около 15% - в митохондриях, 50% - в рибосомах, и 24% - в гиалоплазме.