Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты выполняют в организме человека следующие функции: ДНК - хранение наследственной информации, РНК - реализацию генетической информации и каталитическую функцию.
Строение нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты представляют линейные полимеры нуклео- зидмонофосфатов, то есть полинуклеотиды. Нуклеотиды построены из трех компонентов: пиримидинового или пуринового основания, углевода (пентозы) и фосфорной кислоты. Нуклеотиды связаны между собой в цепь фосфодиэфирной связью. Она образуется за счет этерификации ОН-группы С-З-пентозы одного нуклеотида и ОН-группы фосфатного остатка другого нуклеотида.
Молекула нуклеиновой кислоты имеет два уровня структурной организации.
Первичная структура нуклеиновых кислот определяется как последовательность нуклеотидных остатков в полимерной цепи. Многообразие молекул ДНК и РНК объясняется их первичной структурой.
Вторичная структура у молекул ДНК и РНК разная. Молекула ДНК представляет собой правозакрученную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей с антипараллельным ходом. Это означает, что 3-концу одной цепи соответствует 5-конец другой цепи, и наоборот. Остатки оснований направлены внутрь спирали. На один виток спирали приходится 10 пар оснований. Цепи ДНК не идентичны, так как нуклеотидный состав их различен, однако первичная структура одной цепи предопределяет нуклеотидную последовательность другой цепи, то есть они комплементарны друг другу. Это связано с существованием комплементарных пар оснований. Физико-химическую основу комплементарности составляют водородные связи, которые могут образоваться только между аденином одной цепи и тимином другой, противоположно направленной цепи (пара А-Т), и аналогично между гуанином и цитозином (пара Г-Ц).
Молекула РНК состоит из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки этой цепи (до 20-30 нуклеотидных пар) могут быть комплементарны между собой и образуют спиральную структуру за счет связей между аденином и урацилом (пара А-У) и гуанином и цитозином (пара Г-Ц). Между спирализованными участками располагаются одноцепочечные петли. Существует несколько разновидностей РНК: матричная (мРНК), транспортная (тРНК), рибосомная (рРНК).
Классификация нуклеиновых кислот
В одну молекулу нуклеиновых кислот может входить углевод только одного вида - рибоза или дезоксирибоза. На этом основании все нуклеиновые кислоты делятся на два типа: рибонуклеиновые - РНК (содержат рибозу) - и дезоксирибонуклеиновые - ДНК (содержат дезоксирибозу).
Физико-химические свойства нуклеиновых кислот
1. Денатурация.
Вторичная структура ОЫА стабилизируется лишь слабыми водородными и гидрофобными связями, следовательно, ОЫА способна к денатурации (плавлению) при повышении температуры до 80-90 °С. При денатурации двухспиральная молекула ДНК разделяется на отдельные цепи. Температура, при которой 50 % ДНК денатурировано, называется температурой плавления и зависит от качественного состава ДНК.
2. Ренатурация.
Если раствор денатурированной ДНК медленно охлаждать (отжиг), то вновь возникают слабые связи между комплементарными цепями, и может получиться спиральная структура, идентичная исходной (нативной).
3. Растворимость в воде.
В воде ДНК образует вязкие растворы, при нагревании таких растворов до 60 °С или при действии щелочей двойная спираль распадается на две составляющие цепи.
4. Молекулярная масса.
Молекулярная масса нуклеиновых кислот сильно варьирует, но в целом очень большая, особенно у ДНК. В ядре клетки человеческого организма содержится 46 молекул ДНК, в составе каждой из них - 3,5 млрд пар мононуклеотидов. В митохондриях есть циклическая ДНК, ее молекула содержит 16 тыс. пар мононуклеотидов. Сначала была расшифрована структура митохондриальной ДНК. В ней закодирована информация о строении 13-ти полипептидных цепей, 2-х рибосомальных РНК и 22-х транспортных РНК.