Нуклеиновые кислоты

НУКЛŘИНОВЫЕ КИС˘ОТЫ (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, образованные остатками нуклеотидов. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нуклеиновой кислоты — дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. Последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах определяет их первичную структуру. Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению и передаче генетической информации, участвуют в механизмах, при помощи которых она реализуется в процессе синтеза клеточных белков. В организме находятся в свободном состоянии и в комплексе с белками (нуклеопротеиды).

* * *

НУКЛŘИНОВЫЕ КИС˘ОТЫ (полинуклеотиды), высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной (генетической) информации в живых организмах из поколения в поколение.

История открытия. Происхождение названий

В 1868 швейцарский биохимик И. Ф. Мишер впервые выделил из клеток гноя (лейкоцитов) вещество, названное им нуклеином (от лат. «нукс» — ядро ореха, а окончание «ин» означало, что оно содержит азот, подобно белкам, или протеинам). В 1879 немецкий химик К. А. Коссель открыл в нуклеине соединение желтого цвета, которое оказалось гуанином, ранее выделенным из перуанского гуано — помета птиц, ценного азотного удобрения. Впоследствии он же выделил тимин из клеток вилочковой железы, или тимуса, быка (отсюда название), цитозин (от греч. cytos — клетка) и аденин (от греч. aden — железа). Русский химик Ф. Левен установил, что, кроме тетрады аденин, гуанин, тимин и цитозин, нуклеин содержит еще и фосфорную кислоту и сахар дезоксирибозу. Термин «нуклеиновые кислоты» был предложен в 1889: нуклеиновыми они были названы потому, что впервые были открыты в ядрах клеток, а кислотами — из-за наличия в их составе остатков фосфорной кислоты. Позже было показано, что нуклеиновые кислоты построены из большого числа нуклеотидов (от нескольких десятков до сотен миллионов). В состав каждого нуклеотида входит азотистое основание, углевод (пентоза) и фосфорная кислота.

Химическая структура. Нуклеотиды и фосфатные связи

В зависимости от химической структуры углеводного компонента нуклеиновые кислоты делят на два типа: дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые; первые содержат дезоксирибозу, а вторые — рибозу. Азотистые основания являются производными двух типов соединений — пуринов и пиримидинов. Основаниями они называются потому, что обладают основными (щелочными) свойствами, хотя и слабыми. В составе ДНК встречаются два пуриновых — аденин (А) и гуанин (G) и два пиримидиновых — цитозин (С) и тимин (Т) основания. В составе РНК вместо тимина обычно встречается урацил (U). Согласно правилам международной номенклатуры эти основания записываются начальными буквами их названий на английском языке, хотя в русскоязычной литературе часто используются начальные буквы русских названий; соответственно А, Г, Ц, Т и У.

В молекулах нуклеиновых кислот нуклеотиды связаны между собой фосфодиэфирными связями (фосфатными «мостиками»), образующимися между остатками сахаров соседних нуклеотидов. Таким образом, цепи нуклеиновых кислот выглядят как остов из монотонно чередующихся фосфатных и пептозных групп, а основания можно рассматривать как присоединенные к нему боковые группы. Фосфатные остатки остова при физиологических значениях рН заряжены отрицательно. Пуриновые и пиримидиновые основания плохо растворимы в воде, то есть гидрофобны. О свойствах отдельных типов нуклеиновых кислот и их роли в процессах жизнедеятельности смотри в статьях Дезоксирибонуклеиновые кислоты и Рибонуклеиновые кислоты.

Мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из одного пуринового (аденин – А, гуанин – Г) или пиримидинового (цитозин – Ц, Тимин – Т, урацил – У) азотистого основания, сахара-пентозы (рибоза или дезоксирибоза) и 1-3 остатков фосфорной кислоты.

Название нуклеотидов определяется видом основания и пентозы, входящих в их состав (адениловый рибонуклеотид, тимидиловый дезоксирибонуклеотид). В зависимости от числа фосфатных групп различают моно-, ди- и трифосфаты нуклеотидов, например аденозинмонофосфат – АМФ, гуанозиндифосфат – ГДФ, уридинтрифосфат – УТФ, тимидинтрифосфат – ТТФ и т.д.