Н.А. Тюкавкина, Ю.И. Бауков - Биоорганическая химия (1125798), страница 72
Текст из файла (страница 72)
13. р . З.З приведено строение произвольного участка цепи ДНК, включающего четыре нуклеиновых основания. Легко предыть получено за ставить, какое множество сочетаний может быть п л остат счет варьирования последовательности четырех нуклеот ков. Принцип построения цепи РНК такой, как и у ДНК, с у тидных двумя исключениями: пентозным остатком в РНК (лбова, а в н служит -риоза, а в наборе гетероциклических оснований используется не тимин, а урацил. Первичная структура нуклеиновых кислот определяется поан ых ковалентследовательностью нуклеотидных звеньев, связанны ными связями в непрерывную цепь полинуклеотида.
Для удобства записи первичной структуры существуют несколько способов сокрашений. Один из них заключает исполь зовании ранее приведенных сокращенных названий нуклеозидов. Например, показанный на рис. 1З.З фрагмент цепи ДНК может быть записан как д(АрСрОрТр...) или в ва нанте д(А — С— р ( — — Π— Т...). Часто букву б опускают, если очевидно, что речь идет о ДНК.
Нуклеиновые кислоты представляют собой гетерополимеры, так как состоят из нуклеотидов с разными гетероциклическими основаниями. С исс ледовательскими целями иногда синтезируют с помощью ферментов гомополимерные нуклеиновые кислоты, например полиадениловую кислоту. Первичная структура нуклеиновых кислот. Важной характеристикой нуклеиновых кислот служит н у к л е о т и д н ы й с о ста в, т.е. наба р и соотношение нуклеотидных компонентов.
Установление нуклеотидного состава, как правило, осуществляют путем исследования продуктов гидролитического расщеплении нуклеиновых кислот. ДНК и РНК а К р зличаются поведением в условиях щелочного с еде. РНК л и кислотного катализа. ДНК устойчивы к гидр оливу в щелочной среде. К легко гидролизуются в мягких условиях в щело елочной р д до нуклеотидов, которые в свою очередь способны в щелочной среде отшеплять остаток фосфорной кислоты с образованием нуклеозидов. Нуклеозиды в кислой среде гидролизуются до гетероцнклических оснований и углеводов. РНн Ц1елсчнсй гндРслнз К вЂ” — — — Рабану е нды Щелочной гндрслнз Рнбснуклесзнды +Фосфорная кислота Кислотный гндрслнз - Гегерсцнклнческне сснсвання+ 1).Рнбсза 442 бчнонец )н-конец) 5'-3' 3 Канек )ОЫ-нснец) Рис. 13.2. Общее построение полннуклеотнднон цепи Химический гидролиз ДНК почти не применяют из-за ослож,нения его побочными процессами. Более предпочтителен ферментативный гидролиз под действием ипклеаз.
Обычно для этой цели используют змеиный яд, в котором содержатся ферменты, расепляющие фосфодиэфирные связи. Такие ферменты проявляют ,специфичность по отношению к разным типам нуклеиновых кислот. ннз <Й б')Нснец не с -' ~ч о .~., <.'б..., - О"~.-, но 7 ванне основание О Р- 1н снец Рнс. 1З.З. Первичная структура участка цепи ДНК. А" т А" Выделение и идентификацию компонентов нуклеиновых кислот производи, с поиощью физико-химических методов. Очень ввжную роль в разделении слож.
иых смесей играют хромвтогрзфические методы ( см. 15.1) Пирнмидниовые и пуриновые основания, облвдзющие ззметным поглощением около 260 нм, обычно идентифицируют с помощью УФ-спектроскопии (см !5 3 1). Г!оскольку нуклеотн. ды имеют кислотный хврвктер и способны находиться в ионизировзнном состоя. нии, то для идентификзции их используют также электрофорез (см !5.1). (' т — М Н цепи е0 н цепи В понятие первичной структуры нуклеиновых кислот наряду с нуклеотидным составом входит н у кл е от и д н а я п о с л е до.
в а т е л ь н о с т ь, т. е. порядок чередования нуклеотидных звеньев. Общий подход к установлению последовательности нуклеотидных звеньев заключается в использовании блочного метода; сначала полннуклеотидную цепь направленно расщепляют на более мелкие блоки (олигомеры) и в ннх определяют нуклеотндную последовательность. Такой анализ повторяют, используя другие расщепляющне агенты, делящие цепь на фрагменты в иных местах по сравнению с предыдущими приемами. В целом полинуклеотидную цепь расщепляют каждый раз на довольно короткие фрагменты. Наиболее удобными объектами исследования оказались транспортные РНК вследствие относительно небольшой молекулярной массы. К настоящему времени изучены состав и нуклеотидная последовательность более чем у 100 тРНК. Достигнуты большие успехи и в установлении первичной структуры многих ДНК.
Вторичная структура ДНК. Под вторичной структурой понимают пространственную организацию полинуклеотидной цепи. В !953 г. Дж. Уотсон и Ф. Кряк, обобщив работы многих современников (М. Уилкинс, Э. Чаргафф, А. Тодд, Л. Полинг), описали вторичную структуру ДНК в виде двойной спирали (рнс. !3.4). Она характерна для большинства молекул ДНК (в настоящее время известны и другие пространственные формы ДНК). Согласно модели Уотсона — Крика молекула ДНК состоит нз двух полннуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей осн с образованием двойной спирали, имеющей диаметр 1,8— 2,0 нм.
Две полинуклеотндные цепи антнпараллельны друг другу, т. е. направления образования фосфодиэфирных связей а них противоположны: в одной цепи 5' — 3', в другой — 3' — 5'. Пури- новые и пирнмидиновые основания направлены внутрь спирали. Между пурнновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи возникают водородные связи. Эти основания составляют комплемеятарные пары. Водородные связи образуются между амнногруппой одного. основания и карбонильной группы другого ')х(Н О=С~, а также между амндным и имидным атомами азота (х)Н..(х( . Например, между аденином и тимином образуются две водородные связи и эти гетероциклические основания составляют комплемен- 444 тимин Аденнн А" т т." д -0 — — (,П нм — ( 3,4 нм Н М Н '.0 Мl н цепи 0' Н-Н А "т н цнтознн Гуаннн 1 — — 1,08 нм— т "д Рис. 13.5. Пары камплемеитлриых нуклеиновых основании.
А-.т Рнс. 13.4, Двойная спираль ДНК 445 'тарную пару. Это означает, что адениновому основанию в одной цепи будет соответствовать тиминовое в другой цепи. Другую 'Пару комплементарных оснований составляют гуанин н цитозин, :между которыми возникают три водородные связи (рис. 13.5). Водородные связи между комплементарнымн основаниями— один из видов взаимодействий, стабилизирующих двойную спиаль. Две цепи ДНК, образующие двойную спираль, не идентичы, но комплементарны между собой. Это означает, что первичая структура, т. е.
нуклеотидная последовательность, одной епи предопределяет первичную структуру второй цепи (рнс. 1~ 3.б) . Площади,' звннмземые парами комплементврных оснований, приблизительно ;вдннзковы. Их плоскости расположены внутри двойной спирали перпендикулярно ее общей оси. Рясстояиие между плоскостями оснований по вертикяли равно ОД4 нм. Нз квждый виток спирали прнкодится 1О пвр оснавяний. Комплементврность основяний лежит в основе ззкономерностей, которым подчиняется нуклеотндный состав ДНК, сформулнроввнных еь Чвргзффом (прввила Чзргзффв): 1) количество пуриновык оснований равно количеству пиримндиновых основзу,ний; 2) количество зденинк равно количеству тимина; количество гуэнинз равно г количеству цитозинзг 3) количество основзннй, содержзщих вминогруппу в положениях 4 пири- Углеволны но о К цепи н и ~э и )=и Нк н,н Гуанин Тимин !,' (лвнтавнвя Форма) "Д.'.:Я К цепи Тимин (лантимная форма) Гуанин Ичовнн Лденозчн )п.остаток рябовы) 446 Гетероцннлнческне основания Рис.
13.6. Комплементарность цепей в двойной спирали ДНК. мндннового н 6 пурннового япер, равно количеству оснований, содержал)их в этих же положениях оксогруппу. Это означает, что сумма аленина и цнтознна равна сумме гуанннв н тимина. Ллн РНК правила Чаргаффа либо не выполняются, либо выполняются с некоторым приближением, поскольку в ннх содержится много минорных основа- ний Роль комплементарных взаимодействий в осуществлении биологической функции ДНК.
Комплементарность цепей составляет химическую основу важнейшей функции ДНК вЂ” хранения и передачи наследственных признаков. Сохранность нуклеотидной последовательности является залогом безошибочной передачи генетической информации. Однако нуклеотидная последовательность ДНК под воздействием различных факторов может подвергаться изменениям, которые называют мутациялии Наиболее распространенный вид мутации — замена какой- либо пары оснований на другую. Одной из причин замены может явиться сдвиг гаутомеряого равновесия. Например, тимин в лактамной форме не образует водородные связи с гуанином (рис. 13.7,а), а в лактимной форме образует (рис.
13.7,б), что приводит к замене обычной пары тимин — аденин на пару тимин— гуанин. Аналогичная картина наблюдается, когда сдвиг в сторону лактимной формы происходит у гуанина. Тогда он образует водородные связи с необычным для него основанием — тимином. Замена «нормальных» пар оснований передается при <переписывании» (транскрнпции) генетического кода с ДНК на РНК и приводит в итоге к изменению аминокислотной последовательности в сиитезируемом белке. При накоплении мутаций возрастает число ошибок в биосинтезе белка.
Рис. 13.7. Образование комплементарной пары гуанина и тимина (в лактимной форме). Обьяснение в тексте. Другой причиной возникновения мутаций служит воздействие : химических факторов, а также различных видов излучений. На' пример, если на аденозин подействовать азотистой кислотой, то в ' результате известной реакции дезаминирования аминогруппа превратится в гидроксильную, вследствие чего из аденозина по, лучается другой нуклеотид — инозин, содержащий гипоксантин. мк, О <„ՄР— -' О:)" Это может привести к замене в ДНК комплементарной пары оснований, так как адениновый нуклеотид комплементарен тими- новому, а инозин может образовывать комплементарную пару только с цитидиновым нуклеозидом. Мутации под действием различных химических соединений, называемых мутагенными веществами, имеют большое значение для управления наследственностью с целью ее улучшения.
Результаты этих исследований нашли применение в селекции сель- скохозяйственных культур, создании штаммов микроорганизмов, производящих антибиотики, витамины, кормовые дрожжи. Нуклеопротенны — смец4анные биополимеры, включащие белки н иуклеииовые кислоты. Примерами нуклеопротеииовых комплексов являются рибосомы и вирусы. Например, рибосома бактериальной клетки Езсйебсма со!! содержи~ 60%РНК и 40%белка. Нуклеопротеиновые комплексы имеют очень сложное строение. На долю рРНК приходится большая часть (до 80 %) от суммы клеточных РНК.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
