Нуклеиновые кислоты

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (полинуклеотиды), биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетич. инфор-мации во всех живых организмах, а также участвующие в биосинтезе белков.

Первичная структура  нуклеиновых кислот представляет собой последовательность остатков нуклеотидов. Последние в молекуле нуклеиновых кислот образуют неразветвленные цепи. В зависимости от природы углеводного остатка в нуклеотиде (D-дезоксирибозы или D-рибозы) нуклеиновые кислоты подразделяют соотв. на дезоксирйбонуклеи-новые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) к-ты. В молекуле ДНК гетероциклы, входящие в остаток нуклеотида, представлены двумя пуриновыми основаниями - адeнином (А) и гуанином (G), и двумя пиримидиновыми основаниями -тимином (Т) и цитозином (С); РНК вместо Т содержит урацил (U). Кроме того, в нуклеиновых кислотах в небольших кол-вах обнаруживаются модифицированные (в осн. метилированные) остатки нуклеозидов- т. наз. минорные нуклеозиды, к-рыми особенно богаты транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК). Отдельные нуклеотидные остатки связаны между собой в полинуклеотидных цепях 3'-5'-фосфодиэфирными связями (см. ф-лу). Стандартная запись нуклеотидной последовательности осуществляется в направлении от 5'-конца к 3'-концу (каждый нуклеотид обозначают буквой, присвоенной основанию, которое он содержит; напр., последовательность приведенного участка ДНК записывается как ACGT). 
 
 
 
 

1

Строение.

Полимерные  формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами. Цепочки из нуклеотидов  соединяются через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Поскольку в нуклеотидах существует только два типа гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). 

Фрагмент полимерной цепочки ДНК 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2

Определение первичной структуры (секвенирование)нуклеиновых кислот.

Секвенирование нуклеиновых кислот позволяет определить в одном эксперименте последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК, содержащих несколько сотен мономерных звеньев. Методы основаны на общем принципе - определении с помощью высоко-разрешающего электрофореза в полиакриламидном геле с точностью до одного нуклеотида длины всех возможных фрагментов секвенируемого участка нуклеиновой кислоты, содержащих на одном конце одну и ту же последовательность нуклеотидов (гомогенный фрагмент), а на другом-один и тот же нуклеотид. Такие фрагменты получают двумя различными способами. В первом случае (метод Максама-Гилберта) гомогенный фрагмент ДНК или РНК, предварительно меченный радиоактивной меткой по одному из концов, расщепляют хим. агентами, специфичными к одному из четырех нуклеотидных остатков (A, G, С, Т или U); в случае РНК этот процесс осуществляют также специфическими рибонуклеазами. Расщепление ведут в таких ограничивающих условиях, когда в каждой молекуле нуклеиновой кислоты расщепляется только одна межнуклеотидная связь рядом с нуклеотидом данного типа, независимо от его положения в цепи. Такую операцию проводят для каждого из четырех нуклеотидных остатков и по длинам образующихся радиоактивных фрагментов определяют положение каждого нуклеотида в цепи нуклеиновой кислоты.

 
 
 
 
 
 
 

4

Мономерные  формы также встречаются в  клетках и играют важную роль в  процессах передачи сигналов или  запасании энергии. Наиболее известный  мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке. 
 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

(Химическое  строение РНК) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3

Химические  свойства

1.хорошо растворимы в воде

2.практически не растворимы в органических растворителях.

3.очень чувствительны к действию температуры и критических значений уровня pH.

4.молекулы ДНК с высокой молекулярной массой, выделенные из природных источников, способны фрагментироваться под действием механических сил, например при перемешивании раствора.

5.нуклеиновые кислоты фрагментируются ферментами -- нуклеазами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

5

Химические  свойства ДНК

В воде ДНК образует вязкие растворы, при нагревании таких растворов  до 60°С или при действии щелочей  двойная спираль распадается  на две составляющие цепи, которые  вновь могут объединиться, если вернуться  к исходным условиям. В слабокислых  условиях происходит гидролиз, в результате частично расщепляются фрагменты - Р-О-СН2- с образованием фрагментов - Р-ОН и  НО-СН2 , соответственно результате образуются мономерные, димерные (сдвоенные) или  примерные (утроенные) кислоты, представляющие собой звенья, из которых была собрана  цепь ДНК. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

6

Химические  свойства РНК

Напоминают свойства ДНК, однако наличие  дополнительных групп ОН в рибозе и меньшее (в сравнении с ДНК) содержание стабилизированных спиральных участков делает молекулы РНК химически более уязвимыми. При действии кислот или щелочей основные фрагменты полимерной цепи Р(О)-О-СН2 легко гидролизуются, группировки А, У, Г и Ц отщепляются легче. Если нужно получить мономерные фрагменты, сохранив при этом химически связанные гетероциклы, используют деликатно действующие ферменты, называемые рибонкулеазами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

7

Участие ДНК  и РНК в синтезе белков - одна из основных функций нуклеиновых  кислот. Белки - важнейшие компоненты каждого живого организма. Мышцы, внутренние органы, костная ткань, кожный и волосяной  покров млекопитающих состоят из белков. Это полимерные соединения, которые собираются в живом организме  из различных аминокислот. В такой  сборке управляющую роль играют нуклеиновые  кислоты, процесс проходит в две  стадии, причем на каждой из них определяющий фактор - взаимоориентация азотсодержащих гетероциклов ДНК и РНК.

Основная  задача ДНК - хранить записанную информацию и предоставлять в тот момент, когда начинается синтез белков. В  связи с этим понятна повышенная химическая устойчивость ДНК в сравнении  с РНК.

Природа позаботилась о том, чтобы сохранить по возможности  основную информацию неприкосновенной 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

8

Получение

В клетках  нуклеиновые кислоты связаны  с белками, образуя нуклеопротеиды. Выделение нуклеиновых кислот сводится к очистке их от белков. Для этого  препараты, содержащие нуклеиновые  кислоты, обрабатывают ПАВ и экстрагируют белки фенолом. Послед, очистка и  фракционирование нуклеиновых кислот проводятся с помощью ультрацентрифугирования, различных видов жидкостной хроматографии  и гель - электрофореза. Для получения  индивидуальных нуклеиновых кислот обычно используют различные варианты последнего метода.

Современные методы химического синтеза  нуклеиновых кислот позволяют получать крупные фрагменты ДНК, в том  числе целые гены. Методические основы химически - ферментативных методов  синтеза ДНК разработаны X. Кораной. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Структура нуклеотида. Гуанозин-1-рибо-2-дифосфат (ГДФ) 
 

9

Содержание.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература.

1.Бартон Д., Оллис У.Д. Общая органическая химия. — Москва: Химия, 1986. — Т. 10. — С. 32—215. — 704 с.

2.Франк-Каменецкий М.Д. Самая главная молекула. — Москва: Наука, 1983. — 160 с.

Ссылки.

1. http://wsyachina.narod.ru/biology/life_genesis_13.html
2. http://ru.wikipedia.org/wiki
3. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/2974.html
4. http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/himiya/NUKLEINOVIE_KISLOTI.html
5. http://www.biology.ru/course/content/chapter8/section1/paragraph6/theory.html

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

10