Структурные элементы нуклеиновых кислот
1.Нуклеиновые основания
Входящие в состав НК гетероциклические соединения называют нуклеиновыми основаниями. Это гидрокси- и аминопроизводные пиримидина и пурина. Для гидрокси-производных возможна лактим-лактамная таутомерия, но при нормальных условиях в НК существуют только лактамные формы нуклеиновых оснований. И в лактимной и в лактамной форме сохраняется ароматичность, поэтому нуклеиновые основания обладают высокой термодинамической стабильностью. РНК и ДНК различаются входящими в них гетероциклическими основаниями. Урацил входит в состав нуклеотидов РНК, Тимин - ДНК
Пиримидиновые нуклеиновые основания
|
|
|
Пиримидин
|
|
Урацил |
Тиминн |
||
|
|
|
||
|
Лактимная форма |
Лактамная форма |
Лактимная форма |
Лактамная форма |
|
Цитозин |
|
|
|
|
|
Лактимная форма |
Лактамная форма |
Пуриновые нуклеиновые основания
|
|
|
пурин |
|
Аденин |
Гуанин |
||
|
|
|
||
|
|
|
Лактимная форма |
Лактамная форма |
Принцип комплементарности – основа функционирования нуклеиновых кислот
Между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, находящимися лактамной форме (за исключением аденина, у которого нет лактим-лактамной таутомерии) возникают водородные связи. Водородные связи возможны как между водородом и кислородом, так и между водородом и пиридиновым азотом.
Нуклеиновые основания, способные образовывать водородные связи друг с другом в лактамной форме составляют комплементарные пары, их называют комплементарные основания (А=Т (У)) (ГЦ)
Комплементарность лежит в основе закономерностей, которым подчиняется нуклеиновый состав ДНК, сформулированных Э.Чаргаффом (правило Чаргаффа):
1.Количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований
2.Количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина равно количеству цитозина
3. А+Ц = Г+Т
Принцип комплементарности лежит в основе строения двухцепочечной молекулы ДНК и является причиной проявления главных функций этого соединения: кодирования информации о строении белков и наследственной передачи этой информации. Последовательность остатков АК закодирована в участке ДНК называемом геном. Принцип кодирования: триплет или три нуклеотида – одна АК. В процессе синтеза белка информация, находящаяся в гене (участок ДНК) переписывается на м-РНК, по принципу комплементарности и переносится в цитоплазму клетки на рибосому. В рибосоме закодированная в м-РНК информация используется в качестве матрицы для образования комплементарных пар с триплетами т-РНК.
т-РНК, поставляют закодированную АК, и происходит сборка первичной структуры белка. Передача наследственной информации о структуре белков происходит в процессе удвоения каждой из двух спиралей ДНК также по принципу комплементарности. В лактимной форме комплементарность нарушается, возникает мутация. Наиболее распространенный вид мутации, замена какой-либо пары оснований на другую. Одной из причин замены является сдвиг таутомерного лактим-лактамного равновесия. Так тимин в лактамной форме не образует связь с гуанином, а в лактимной образует, что приводит к замене пары А_Т на Г_Т