Traven__39__39_Organicheskaya_khimia_39_ _39__Tom_2 (1125752), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Применение вычислительных методов длительное время также не давало существенно лучших результатов даже и после установления того фундаментального факта, что процессы формирования белков являются обратимыми. Постулат о том, что собственно последовательность аминокислот в белке лежит в основе определения его пространственной структуры, а результирующая конформация белка в целом должна соответствовать минимуму свободной потенциальной энергии, не облегчил в заметной мере вычислительную задачу.
Неизмеримые трудности состоят в том, что вследствие огромных размеров молекул белков имеется астрономически большое число их возможных конформаций. Поэтому потребовались бы многие годы компьютерного времени, чтобы сравнить их энергии. Решение вычислительной задачи стало возможным с разработкой программы Ы)ч05. Эта программа основана на гипотезе «иерархической конденсации».
Согласно этой гипотезе, соседние участки цепи белка взаимодействуют во время ее складывания и образуют локальные фрагменты, которые затем ассоциируют в более крупные структуры. Процесс продолжается в итерационном режиме до формирования конечной третичной структуры. Фундаментальное отличие программы 1!ЬИ35 от предшествующих программ заключается в том, что, согласно гипотезе «иерархической конденсации», «сложенный» белок необязательно достигает состояния глобального минимума энергии '(самое низкое из возможных состояний энергии), а оказывается в состоянии локального минимума (самое низкое из достижимых состояний энергии).
Применение указанной программы позволяет объективно предсказывать и вторичную, и третичную структуру белка. Необходимость этой главы нри изучении основных групп биологически активных соединений определяется исключительной важностью нуклеиновых кислот для живых организмов. Нуклеиновые кислоты ответственны за хранение и воспроизведение генетической информации во всех живых системах. Известны нуклеиновые кислоты двух типов: дезоксирибо<<уклеиловь<е кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Функция РНК состоит в том, чтобы «запустить в работу» информацию, которая хранится в ДНК.
До того как были расшифрованы загадки строения и функционирования нуклеиновых кислот, проблемы воспроизведения живых организмов и передачи наследственных признаков в живых организмах биологическая наука связывала с понятиями «хромосома» и «ген», Термин «хромосома» означал такую структурную единицу в ядре клетки, которая являлась носителем наследствеш<ой информации. Под термином «ген» понимали часть «хромосомы», которая контролирует передачу отдельных характерных наследственных признаков: цвет глаз, цвет волос и т. д. В настоящее время термин «хромосома» относят к комплексу белка и молекулы ДНК. Термином «ген» определяют фрагмент ДНК, который направляет синтез индивидуальных полипептидов.
Различные живые организмы различаются числом хромосом и генов: лошадь имеет 64 хромосомы (32 пары), кошка — 38 хромосом, а человек — 46 хромосом (23 пары). Полагают, что в 23 парах хромосом человека содержится 100 000 генов. 28.1. СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Подобно белкам и углеводам, нуклеиновые кислоты представляют собой специфическую группу органических полимеров. Нуклеиновые кислоты являются полииуклеол<идами.
Чтобы понять, как построены эти полимеры, рассмотрим строение индивидуального нуклеотида. Каждый нуклеотид содержит три фрагмента: пятичленный цикл моносахарида (сахара), циклическое азотистое основание и фосфатную группу ОРОззо, например: 534 Глава 2)(. Нуклсиноаые кислоты )'(Н2 циклическое азотистое основание П О-Р-Π— Н2С оО фосфатная группа моносахарид (дсзоксирибоза) ДНК и РНК различаются типами сахара и основания в полинуклеотидных цепях. 28.1.1.
Моносахарид ОН ОН ()-рибоза 2-дсзокси-!)-рибоза 28.12. Циклическое азотистое основание В составе нуклеиновых кислот содержатся пять гстероциклических оснований. Три из них — цитозин, тимин, урацил — относят к производным пиримидина; )з) Нг ) Н цитозин(С) (содержится л в ДИК. и в Р)!К! Н урацил (()) (содерягшлся в РНК! ) Н тимин (Т) (содержится в Д)(К) ниримидин В РНК в качестве моносахарида содержится рибоза.
В ДНК в качестве моносахарида содержится 2-дезоксирибоза (что и определяет, в свою очередь, термин «дезоксирибонуклеиновая кислота»). 535 28.). Строение нуклеиновых кислот а два — аденин и гуанин — к производным пурина: МН2 н гуанин(0) аленин(Л) пурин сидерлгглнся л п ДИК. и е РПК В скобках даны буквы английского алфавита: С вЂ” су(ояпе, Т вЂ” ()зуш)пе, () — ип(1(пе, А — адешпе, Π— днашпе. Аденин, гуанин и цитозин присутствуют и в ДНК, и в РНК; тимин — только в ДНК, урацил — только в РНК. 28.1.3.
Нуклеозиды Рибоза или дезоксирибоза и одно из перечисленных выше оснований дают молекулу нуклеоаида. Остатки моносахарида и циклического азотистого основания соединяются связью между М-атомом основания и аномерным С-атомом моносахарида. Остаток циклического азотистого основания в структуре нуклеозида выступает таким образом в роли агликопа (подробнее об агликонах см.
в разд. 26.1.3). О НОН С ОН2 О ОН + 1 Н ОН ОН рп бона урапил НОН2С (ч О 4' 1' + Н20. 3' ОН ОН уридин 536 Глппп 2й. Нуклсиооаыс кислоты Обратите внимание! Названия нуклеозидов образуют следующим образом: с окончанием -олин, если моносахарид связан с пуриновым основанием, и с окончанием -идин, если моносахарид связан с пиримидиновым основанием. 28.1.4. Нуклеотиды Монофосфаты нуклеозидов называют нуклеотийл ни.
О о и' Я ОН ОН Лсзоксирибонуклсозиа лсзоксирнбонуклсотнд Ниже даны примеры образования названий нуклеотидов. ИН2 ОН ОН ОН алснозин-5кмонофосфат (рибоиуклсопп д) лсзоксииитиаин- 5кмонофосфат ~дозоксирибоиуклопииин Каждый из нуклеотидов может присоединять дополнительные фосфатные группы с образованием дифосфатов и трифосфатов. Образующиеся при этом структуры имеют важнейшее значение в жизнедеятельности живых организмов. Как ранее уже отмечалось, роль иденозннтрифосфата (ЛТФ) в биоэнергетическом цикле заключается в том, что прн трансформации аденозинтрифосфата в иденозиндифосфат (ЛДФ) высвобождается биохимическая энергия. 537 28.1. Строснис нуклсиновых кислот 28.1.5. Нуклеииовые кислоты 0 о о' 0 5' 0 Р 0 Н2С 0 Х о' ~~~ ~г ~° ОН ОН мононуклсотид ! мононуклсот»д 2 й 0 Он 0 0 — Р— 0 — Н2С о' ОН дануклеотид Аналогично формируется молекула тринуклеотида и далее — полипуклсотида.
~5скоицсвал груггггв! фосфат ! сахар в основание ! фосфат ! сахар в основании осфат ~Зскггггцсвав грулггггг сахар в основание В структурном отношении нуклеиновые кислоты являются полимерами нуклеотидов. Фрагменты нуклеотидов соединены в нуклеиновых кислотах фосфатно-эфирными связями. Такие связи образуются между гидроксилом при атоме С, одного нуклеотида и фосфатной группой при атоме С . другого нуклеотида. Ниже показано, как формируется структура динуклсотида.
538 Глава 2Х Нуклсииовыс кислоты Аналогично тому, как структура и функция белка зависят от последовательности аминокислот, строение и функция нуклсиновой кислоты зависят от последовательности отдельных нуклеотидов. Следует обратить внимание, что скелеты и белков, и нуклеиновых кислот состоят из систематически повторяющихся звеньев. К~ О Кз О Кз О К4 О ! Н ! П Белок — НН вЂ” СН вЂ” С вЂ” ИН вЂ” СН вЂ” С вЂ” ИН вЂ” СН вЂ” С вЂ” ХН вЂ” СН вЂ” С— осиоваиис, осиоваиис. осиоваиис1 Нуклсииоваи ! ! кислота — фосфат — сахар — фосфат — сахар — фосфат — сахар— Переменными являются боковые цепи аминокислот в белках и основания в нуклеиновых кислотах. В соответствии с этим структуру нуклеиновой кислоты, как правило, представляют, лишь указывая последовательность оснований, присутствующих в связанных между собой нуклеотидах, например: — Т вЂ” А-О вЂ О вЂ С вЂ Т вЂ .
28.1.6. Двойные спирали ДНК. Модель Уотсона-Крика Молекула ДНК состоит из двух спиралей, закрученных одна относительно другой в противоположных направлениях, Следует уточнить структуру этих спиралей. Речь идет о полинуклеотидных спиралях, поскольку фосфатные и углеводные фрагменты располагаются снаружи двойной спирали. Гетероциклические основания, формирующие собственно спираль, располагаются внутри. Н-Связывание между фрагментами оснований обеспечивает устойчивость двойной спирали.
При этом Н-связи являются достаточно прочными лишь между определенными парами оснований. 2К2, Нуклсиновыс кислоты и наследственности Соответствующие пары оснований называются комплементарными: если основание А находится в одной цепи, то основание Т должно оказаться по соседству в другой цепи. Аналогично, если основание С находится в одной цепи, то фрагмент основания О должен находиться по соседству в другой цепи. 0,29 им Н 0,29 нлл Х вЂ” Н-.О 2гл л 0.ЗО им Х".Н вЂ” М Н вЂ ( )=Н О "Н вЂ” Х 0.29 нлл ! В ДНК человека встречаются лишь четыре основания: аденин, цитозин, гуанин и тимин.
Будучи расположены по английскому алфавиту, эти основания могут образовывать пары только как показано ниже. С О Т тимин ацснин цитоаин гуанин Оказалось, что эти правила комплементарности азотистых оснований в нуклеиновых кислотах лежат в основе передачи генетической информации и управления синтезом белков. Авторами модели двойной спирали являются Дж, Уотсон и Ф. Крик, удостоенные за свои работы в 1962 г. Нобелевской премии. 28.2. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ Наследственные признаки всякого живого организма определяются ДНК обоих родителей.
Этн ДНК присутствуют соответственно в клетке спермы и в клетке яйца. Каждая ДНК вносит в комбинацию клеток родителей определенный набор генов. Генетическая информация закодирована в последовательности оснований, располагающихся вдоль цепи ДНК, При каждом делении клетки эта информация копируется и переносится в дочернюю клетку.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
