НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

У класичному природознавстві ще в кінці XIX ст. було встановлено, що спадковість рослин і тварин визначається наявністю певного числа хромосом в ядрах клітини. Хімічний склад хромосом відповідає суміші дезоксирибонуклеїнових кислот (ДНК), з останніми і стали ототожнювати спадковий апарат живої речовини. Судячи з молекулярної масі, ДНК містять від 10 'до 10 s окремих ланок-нуклеотидів в загальному ланцюжку. Менша кількість (від 80 до 200 000) нуклеотидів містять ланцюга рибонуклеїнових кислот (РНК), за допомогою яких відбувається синтез білка в клітині.

Азотистих основ у складі нуклеїнових кислот небагато, всього п'ять. Термін пентоза є загальною назвою для рибози і дексорі- бози. Відмінність між ними лише в одній деталі: якщо гідроксил ОН замінити на водень Н, то замість рибози вийде дсзоксірібоза. Залежно від числа тетраедрів Р0 4 в залишку фосфорних кислот, нуклеотиди називаються моно-, ди- або трифосфату. Образно кажучи,

Будова молекули А ТФ

Мал. 108. Будова молекули А ТФ

пентоза є платформою, з одного боку якої приєднується блок азотистого підстави, а з іншого - «хвіст» залишку фосфорної кислоти. Як приклади наведемо на рис. 108 структурну формулу одного з найважливіших нуклеотідов- АТФ (аденозінгріфос- Форно кислоти). При деякій грі уяви в формі молекули можна побачити підняту голову, тіло і хвіст «комахи». Подібність буде ще більш помітним, якщо вказувати тільки лінії хімічних зв'язків і особливі групи атомів. Модель у вигляді вдавлених один в одного куль різного розміру і кольору дає більш точну просторову конфігурацію.

Як окремий нуклеотид, АТФ є постачальник енергії для білків, переходячи з однієї модифікації (трифосфат) в іншу (дифосфат), рис. 109.

Цикл передачі енергії від вуглеводу білку

Мал. 109. Цикл передачі енергії від вуглеводу білку

Якщо специфіку амінокислот визначає бічний радикал, то індивідуальність нуклеотидів визначається азотистих основ ( «головою» молекули). Як зазначалося вище, їх всього п'ять, по чотири вони входять до складу ДНК і РНК.

ДНК: Аденіп (А), гуанін (Г), Цитозин (Ц), Тимин (Т)

РНК: Аденін (А), гуанін (Г), Цитозин (Ц), Урацил (У)

Нуклеотиди є оптично активними сполуками, це D-ізомсри, т. З. вони закручують кут поляризації світла вправо.

Принцип полімеризації нуклеотидів у ланцюгу ДНК або РНК наступний: фосфатний «хвіст» однієї ланки приєднується до кута пен- този, сусіднього з тим, де «відростає» фосфатная ланцюг іншого нуклеотиду, і виходить ланцюг платформ, кожна з яких несе своє азотистих основ. Цей процес визначає формування первинної структури нуклеїнових кислот.

Вторинна структура стабілізується водневими зв'язками, як і в структурі білків. Але в даному випадку між «потрібними» азотистими підставами відразу утворюється по дві або по три водневих зв'язку, що, звичайно, зміцнює вторинну структуру. Найголовніша особливість таких з'єднань - це те, що кожен конкретний нуклеотид може утворити «зачеплення» тільки з єдиним з трьох інших в його групі. Якщо назвати один нуклеотид «замком», то його партнер буде «ключем», відповідним тільки до цього замку. Зачеплення можуть виникати як між азотистими підставами одного ланцюга, так і між підставами сусідніх ланцюгів (рис. 110).

Варіанти з'єднання аденіну з тиміном і гуаніну з цитозином

Мал. 110. Варіанти з'єднання аденіну з тиміном і гуаніну з цитозином

Кажуть, що пари нуклеотидів відповідають принципу комплементарное ™, цитозин комплементарен гуаніну, аденін - тимін і урацилу (останній відрізняється від тиміну тільки відсутністю групи СН 3 ).

Принцип комплементарное ™ дозволяє пояснити механізм «молекулярного впізнавання». Водневі зв'язки (з одного боку, донори, з іншого - акцептори електрона) є своєрідною системою пошуку комплементарного ділянки, що належить своєї або іншої ланцюга.

Вторинна структура РНК в найпростішому випадку може бути представлена у вигляді зіпсованої застібки-блискавки. Там, де поспіль розташовуються відповідні один одному комплементарні ланки, «блискавка» застебнута, де немає відповідності - з'являється петля. У загальному ланцюжку можуть утворитися кілька петель різного розміру. Наприклад, транспортні РНК (тРНК) в більшості випадків мають форму конюшини, вигнутого зразок австралійського бумеранга.

Вторинна структура ДНК більш складна. При хімічному аналізі цих кислот було встановлено емпіричне правило Чаргаффа: якою б довжини не була нуклеотидная ланцюг, завжди кількість підстав аденина дорівнювала кількості підстав тиміну, а кількість цитозину дорівнювала кількості гуаніну. Причини цього встановили Д. Уотстон і Ф. Крик, ввівши принцип комплементарное ™. У 1953 р вони експериментально довели, що ДНК являє собою подвійну спіраль, складену з повністю комплементарних ланцюгів нуклеотидів. Початок одного ланцюга комплементарно закінченню інший.

Модель структури ДНК

Мал. 111. Модель структури ДНК

Пояснити ситуацію можна схемою двох стрічок, закручених навколо загальної для них осі (рис. 111). Крок спіралі b = 3,4 нм, на одному обороті спіралі є 10 комплементарних пар нуклеотидів, так що межцепних водневі «роз'єми» розташовуються на відстані а = 0,34 нм. Якщо пошукати аналог спіралі ДНК, то найбільш підходящим чином буде гвинтова вертикальна сходи, сходинками якої будуть водневі зв'язку, причому кожна наступна сходинка повернута щодо попередньої на 36 °. Як і для білків, нуклеїнові кислоти можуть мати третинну структуру.

У багатьох випадках шнури ДНК намотуються на білкові глобули, утворюючи нуклеосоми (рис. 112). У чому «користь» додаткової спирализации в шнури і впорядковані клубки?

Схема будови нуклеосоми

Мал. 112. Схема будови нуклеосоми

Користь в компактності, яка дозволяє досягти дуже високої об'ємної щільності генетичної інформації. Для прикладу наведемо кілька цифр.

В одній клітці людини, що містить 46 хромосом, поміщаються ланцюга ДНК довжиною 2 м при величині самої клітини близько 25 мкм і розмірі ядра клітини (де знаходяться хромосоми) приблизно 5 мкм. Підраховано, що якщо розкрутити все молекули ДНК в організмі людини в пряму стрічку, то вона була б в 80 разів більше відстані від Землі до Сонця!

Загальна схема, що показує послідовність структурних рівнів нуклеїнових кислот від подвійного ланцюга ДНК до хромосоми в клітці, наведена на рис. 113.

Структурні рівні хромосоми

Мал. 113. Структурні рівні хромосоми

Окремі нуклсосоми збираються в щільну упаковку, з яких формується так званий соленоїд (котушка). З соленоїдів, як із структурних елементів, збирається хромосома. Набір хромосом визначає каріотип людини, його індивідуальний спадковий апарат. Набір хромосом знаходиться в ядрі клітини і є інформаційною базою даних, - архівом, з якого знімаються копії РНК для виробництва в клітці білків і керуючих РНК. Самі ланцюга ДНК ядро клітини ніколи не покидають.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >