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 60-70С 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 2106); 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 70-80С 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