НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
1. Нуклеотиды. Строение и функции в организме.
2. РНК. Строение и функции.
3. ДНК. Строение и функции.
I. Нуклеотиды. Строение и функции в организме.
Нуклеиновые кислоты состоят из мононуклеотидов. Строение нуклеиновых кислот можно представить следующим образом:
нуклеиновые кислоты  нуклеотид  нуклеозид + остаток Н3РО4  азотистое основание + сахар рибоза или дезоксирибоза.
Из азотистых оснований в состав нуклеотидов входят пуриновые и пиримидиновые.
Пуриновые основания имеют следующее строение:
N H2
6
1
5
N
2
N7
O
N
N
N3 4 N 9
H
N
H
N
Пурин
N
HN
8
H2 N
Аденин (А) (6-аминопурин)
N
NH
Гуанин (Г) (2-амино-6-оксипурин)
Сам пурин не входит в состав нуклеотидов, а входят его производные – аденин
(А) и гуанин (G).
Пиримидиновые основания имеют следующее строение:
NH2
N3
O
N
5
1
O
N
Пиримидин
O
N
H
O
Цитозин (Ц)
(2-окси-4-аминопиримидин)
CH3
HN
HN
O
N
H
Урацил (У)
(2,4-диоксипиримидин)
N
H
Тимин (Т)
(5-метилурацил)
Пиримидин также не входит в состав нуклеотидов, а входят его производные урацил (У), цитозин (Ц), тимин (Т).
Пуриновые и пиримидиновые основания являются стимуляторами роста микроорганизмов.
Нуклеозиды – соединения, в которых пуриновые и пиримидиновые основания
связаны с сахаром рибозой или дезоксирибозой.
N H2
NH2
N
N
HO
+
N
N
H
O
5 CH2OH
4
1
H 2
3
OH
N
HN
N
N
5 CH2OH
O
1
2
OH
3
+
H2O
4
H
OH
Аденин
Рибоза
OH
Аденозин
10
Если используются другие азотистые основания, то нуклеозиды будут иметь
следующие названия:
Гуанин + рибоза  гуанозин
Цитозин + рибоза  цитидин
Урацил + рибоза  уридин
Если к нуклеозиду присоединить остаток фосфорной кислоты, то образуется
нуклеотид.
N H2
N H2
N
HN
N
N
2
+
+
5 CH2OH
O
1
N
N
3
O
N
N
H3PO4
1
4
2
O P
5 CH2
O
3
4
OH
OH
+
H2O
H
H
OH
OH
OH
Аденозин
OH
Аденозинмонофосфат (АМР)
N H2
N H2
N
N
N
N
5 CH2
O
1
2
3
O P
4
H
O
OH
O P
N
N
O
O
OH
N
N
5 CH2
O
OH
1
2
3
4
O P
O
O
O
O
OH
O P
O
OH
O P
OH
OH
H
OH
OH
Аденозиндинофосфат (АДР)
OH
OH
Аденозинтринофосфат (АТР)
макроэргические связи
Макроэргическая связь богата энергией, при её разрыве выделяется большое количество энергии в десятки раз больше, чем при разрыве обычной связи, поэтому АТР
является аккумулятором энергии в живом организме.
Нуклеотиды выполняют в организме следующие функции:
 Являются строительными единицами нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);
 Участвуют в синтезе белков, жиров и углеводов;
 Участвуют в обмене веществ:
А + В  – без АТР реакция не протекает, А + В + АТР  АВ.
II. Рибонуклеиновая кислота (РНК) представляет собой одноцепочечную полинуклеотидную цепь, состоящую из азотистых оснований: аденина, гуанина, урацила,
цитозина и сахара рибозы. Тимин в состав РНК не входит.
РНК входит в состав цитоплазмы, поэтому её часто называют цитоплазматической нуклеиновой кислотой. Молекулярная масса РНК может достигать 1,5-2 млн. Самая низкомолекулярная РНК может состоять из 100 нуклеотидных остатков.
Молекула РНК строится следующим образом: отдельные мононуклеотиды присоединяются друг к другу за счет кислородного мостика, образующегося между 3-м
атомом углерода сахара рибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты
последующего нуклеотида (рис.1).
РНК может скручиваться в хаотичный клубок или спирализоваться. При температуре 60-70С РНК раскручивается. Этот процесс называется плавлением РНК.
11
Клетки содержат три основных типа
N H2
РНК:
1. рибосомальную – рРНК. Она входит в соN
OH
став рибосом, участвует в формировании
N
P O
N
CH
O
5
2
структуры рибосом, на которых происходит
O
OH
4
1
синтез белка. Имеет большую молекуляр2
3
H
ную массу (до 2106);
OH
N H2
2. транспортную – тРНК. Переносит аминоO
кислоты к месту синтеза белка. Это низкоN
молекулярные
нуклеиновые
кислоты
O
N
P
O
(23000-30000);
CH2
O
O
OH
4
3. матричную (информационную) – мРНК. Пе2
3
редает считанную ею информацию с ДНК
H
OH
на синтезируемый белок, выполняет роль
O
матрицы при синтезе полипептидной цепи.
O
N
Каждая из них выполняет специфичеHN
скую роль в процессе биосинтеза белка. Они
N
P O
N
H2 N
CH
O
2
O
считывают и переносят информацию к месту
OH
синтеза белка, который протекает в рибосомах.
H
Процесс считывания и перенос информации в
OH
O ...
рибосомы называется транскрипцией.
Рис. 1. Строение РНК
III. Дезоксирибонуклеиновая кислота
(ДНК). В её состав входят аденин, гуанин, тимин, цитозин и сахар дезоксирибоза.
Урацил в состав ДНК не входит. Молекула ДНК представляет собой спираль, нити которой состоят из мононуклеотидов. Структура
N H2
молекулы ДНК представлена двумя спиралями,
N
построенными на основании комплиментарноN
OH
сти, то есть одна спираль диктует строение друN
P
O
N
O
гой. Две полинуклеотидные цепи ДНК отличаO 5 CH2
OH
4
1
ются друг от друга как последовательностью осH
нований, так и нуклеотидным соста3
H 2
А…Т
H
вом.
O
Одна нить удерживается около
CH3
O
Г…Ц
HN
другой по средствам водородных связей, которые образуются между парой
O
N
CH2
O P O
O
OH
азотистых оснований. I и II – полинук4
H
3
леотид, который построен таким же
I
II
H
образом как и молекула РНК (рис. 2).
H
Правило Чаргаффа
O
O
1. количество молекул аденина равно количеN
HN
ству молекул тимина (А=Т);
N
2. количество молекул гуанина равно количеN
H2 N
CH2
O P O
O
OH
ству молекул цитозина (Г=Ц);
H
3. количество молекул пуриновых оснований
H
равно количеству молекул пиримидиновых
H
O ...
оснований (А+Г=Т+Ц)
Рис. 2. Строение одной нити ДНК
N
12
4. количество оснований с 6-аминогруппами в цепях ДНК равно количеству оснований с 6-гидроксигруппами (А+Ц=Г+Т);
5. отношение (Г+Ц)/(А+Т) резко отличается для разных видов ДНК, но постоянно для
клетки одного вида; это соотношение называется фактором специфичности.
По Уотсону и Крику между аденином и тимином возникают две водородные
связи, между цитозином и гуанином – три.
ДНК является хранителем наследственных признаков или генов.
Ген – это участок молекулы ДНК с определенным набором хромосом и последовательностью чередования мононуклеотидов. Все наследственные признаки записываются 4 группами азотистых оснований А, Т, Г, Ц. От их чередования в организме зависят наследственные признаки.
При температурах 70-80С или в сильнощелочной среде может происходить
процесс денатурации ДНК, который приводит к раскручиванию её спирали. При медленном охлаждении молекула ДНК может восстановить свои свойства. В определенные моменты молекула ДНК может раздваиваться. Каждая вновь образуемая нить
имеет такое же строение, как и матричная ДНК. Этот процесс называется репликацией
ДНК.
13