Лекция №12 «Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты»

НК играют главную роль в процессе передачи наследственной информации (генетической информации) и управления процессами биосинтеза белка. Результаты современных биохимических исследований структуры и функции гена привели к революции в биологии и оказали существенное влияние на все разделы биологии и медицины. Современный уровень понимания молекулярных аспектов генетики был достигнут в результате объединения усилий трех наук: генетики, биохимии и молекулярной физики. Строение НК исследовалось многими учеными. История открытия ДНК начинается с Фридриха Мишера, швейцарского биолога, который первым выделил из ядер клеток гноя вещество, содержащее фосфор, которое было названо «нуклеином». В 1936 году первым в растительных клетках обнаружил ДНК А.Н. Белозерский. В 1943г было доказано, что ДНК – носитель наследственной информации (Освальд Эрви и др.). Наиболее важным было открытие Эрвина Чаргаффа (конец 40-х). Чаргафф в 1950г сформулировал правило о попарной эквивалентности содержания аденина и тимина гуанина и цитозина в ДНК. При рентгеноструктурном анализе волокон ДНК Розалинд Франклин и Морис Уилкинс получили характерную дифракционную картину и был сделан вывод о том, что для полимерных цепей ДНК характерны два типа периодичности вдоль длинной оси. Проблема состояла в том, чтобы построить трехмерную модель молекулы ДНК, объясняющую периодичность и открытие Чаргаффа (А=Т Г=Ц) Венцом исследований строения НК явилась модель двойной спирали ДНК, предложенная в 1953г Уотсоном и Криком и ознаменовавшая рождение молекулярной биологии. Гипотеза Уотсона –Крика не только объяснила структуру молекулы ДНК, но и показала, каким образом эта молекула может точно удваиваться. Это вскоре привело к формулированию центральной догмы молекулярной генетики, которая определяет три этапа в обработке генетической информации. Первый – репликация – копирование родительской ДНК с образованием дочерних молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых комплементарна родительской и определяется ею. Второй этап транскрипция, процесс, в ходе которого часть генетической информации переписывается в форме РНК. И, наконец, третий этап – трансляция, в процессе которой генетическая информация, записанная при помощи четырехбуквенного кода в РНК переводится в рибосомах на двадцатибуквенный код белковой молекулы. Объем информации, закодированной в ДНК несопоставим даже с самым современным компьютером так. Чтобы напечатать в буквенном выражении полный полинуклеотидный состав ДНК человека потребуется 820000 страниц и это только сам код без его расшифровки! Размеры молекулы ДНК поражают воображение в одной клетке Е. coli длина ДНК составляет 1,4мм. А в одной клетке человека полная длина ДНК – 2 метра, а всего организма 2 х10¹⁰км. А объем этой информации достаточен для функционирования, как самого человека, так и поддержания существования биологического вида! Таким образом, функция ДНК состоит в том, что она:

хранит запас генетической информации, необходимой для кодирования структуры всех белков и всех РНК каждого вида организма,

регулирует во времени и пространстве биосинтез компонентов клеток и тканей,

определяет деятельность организма в течение его жизненного цикла,

обеспечивает индивидуальность данного организма.

Строение нуклеиновых кислот ДНК и РНК

Согласно современным представлениям НК построены из мономерных единиц – нуклеотидов. Однако нуклеотиды в свою очередь являются продуктом конденсации, включающем гетероциклическое основание, углеводный остаток и фосфорную кислоту. Углеводными компонентами служат D-рибоза и 2-дезокси – D-рибоза, поэтому НК делятся на рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК) кислоты.