«Нуклеїнові кислоти»
План
1. Загальна характеристика і склад нуклеопротеїдів.
2. Структурні елементи нуклеїнових кислот:
а). нуклеозид;
б). нуклеотид;
в). нуклеїнова кислота.
3. Класифікація і будова нуклеїнових кислот.
4. Біологічна роль нуклеїнових кислот.
На особливу увагу, завдяки виконуванимфункціям, заслуговують складні білки – нуклеопротеїди.
Нуклеопротеїди містяться в кожній клітиніживого організму, входячи до складу клітинних ядер, субклітинних структур.
Нуклеїнові кислоти були відкритішвейцарським вченим Мішером І.Ф. із ядер клітин гною у вигляді білкової сполукинуклеїну.
Вивчаючи будову було встановлено, що пригідролізі нуклеопротеїди розпада-ються на білковий компонент та нуклеїновікислоти.
Нуклеопротеїди– складнібілки простетичною групою яких є нуклеїнові кислоти. Білковий та простетичнийкомпоненти зв‘язані між собою за допомо-гою електростатичних, водневих ікоординаційних зв‘язків.
В залежності від будови простетичноїгрупи, нуклеопротеїди поділяють на :
дезоксирибонуклеопротеїди – простетична група яких ДНК;
рибонуклеопротеїди – простетичною групою яких є РНК.
Являючись простетичними групаминуклеопротеїнів саме нуклеїнові кислоти зберігають (ДНК) і передають (РНК)спадкову інформацію.
Нуклеїнові кислоти – високомолекулярні органічні сполуки які побудованіз великої кількості мононуклеотидів. При гідролізі розкладаються до азотистихоснов, пентоз і фосфорної кислоти.
В гідролізаті нуклеїнових кислот булознайдено 5 азотистих основ, дві з них, аденін і гуанін – похіднігетероциклічної сполуки пурину тому їх називають пуриновими азотистимиосновами:
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> NH2 OH
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> N N N N N N
/>/>/>/>/>/>/> N NH N NH H2N N NH
пурин аденін гуанін
(6–амінопурин) (2–аміно–6–оксипурин)
Іншітри – похідні шестичленного гетероциклу піримідину, тому їх називають піримідиновими основами (урацил, тимін, цитозин):
OH OH NH2
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> CH3
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> N N N N
/>/>/>/>/>/>/>/>
/> N HO N HO N HO N
піримідин урацил тимін цитозин
Урацил за систематичною номенклатурою має назву – (2,4-диоксіпіримідин), тимін– (5-метил-2,4-диоксіпіримідин), цитозин – (2– оксі–4–амінопіримідин).
Крім азотистих основ в гідролізаті такожзнайшли залишки пентоз, а саме рибози і дезоксирибози у вигляді />–аномерів:
/>/>/>/>/>HOCH2 O OH HOCH2 O OH
/>/>/>/>/>/>/> H H H H
/>/>/>/>/>/> H H H H
OH OH HO H
/>–рибофураноза />–дезоксирибофураноза
Порівнюючи якісний і кількісний склад гідролізатів нуклеїнових кислот, вчені помітили деякі відмінності:
I–й тип гідролізатів II–й тип гідролізатів
Дезоксирибоза Рибоза
аденін аденін
гуанін гуанін
цитозин цитозин
фосфорна кислота фосфорнакисота
тимін урацил
I–й тип гідролізатів містить вуглеводдезоксирибозу, тому цілий ряд нуклеїнових кислот що мають гідролізат такоготипу було названо дезоксирибонуклеїнови-ми (ДНК).
II–й тип гідролізатів міститьвуглеводневий компонент рибозу, тому нуклеїнові кислоти що його містятьназивають рибонуклеїновими (РНК) кислотами.
Структурною частиною нуклеїнової кислоти є нуклеотид до складу якоговходять азотиста основа, вуглевод і фосфорна кислота.
В результаті взаємодії гідроксилувуглеводу (рибози чи дезоксирибози) який знаходиться біля першого атома вуглецюз атомом водню біля 9-го атома азоту азотистої основи з утворенням новогозв‘язку N–H ( в результаті відщеплення молекули води), утворюється нуклеозид.
/>/>/>/>/>/>/> NH2
/>/>/>/>/>/> N N
/>/>/> N N
/>/> H
/>/>/> HOCH2 O OH
/>/>/> H H
/>/>/> H H
OH OH
/>/>/>/>/>/>/> NH2
/>/>/>/>/>/> N N
/>/>/>/> N N
+H2O
/>/>/> HOCH2 O
/>/>/> H H Нуклеозид – аденозин
/>/>/> H H
OH OH
Якщов утворенні нукленозиду бере участь азотиста основа гуанін,то нуклеозид буде мати назву– гуанозин; якщо урацил – уридин; цитозин – цитидин; тимін – тимідин.
В результаті приєднання фосфорної кислоти до 5–ї гідроксильної групи пентози в складі нуклеозиду за рахунок складноефірного зв‘язку, утворюється структур-на частина нуклеїнової кислоти – нуклеотид.
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> NH2
/>/>/> N N
/>/>/>/>/>/> OH N N
/> HO–P=O
/>+ OH
/>/>/> HOCH2 O
/>/>/> H H
/>/>/> H H
OH OH
/>/>/>/>/>/>/> NH2
/>/>/>/>/>/> N N
/>/>/>/>/>OH N N
/>/>O=P
/>OH O +H2O
/>/>/> CH2 O
/>/>/> H H Нуклеотид – аденіловакислота.
/>/>/> H H
OH OH
Якби в утворенні нуклеотиду брав участьнуклеозид гуанозин, то назва нуклео-тиду була б відповідно – гуанілова кислота;уридин – уридилова кислота; цитидин – цитидинова кислота; тимідин – тимідиновакислота.
До складу молекули нуклеїнової кислотиможе входити від 80 до 1000000 нуклеотидних залишків які зв‘язуються між собоюзв‘язками, що утворюються в результаті взаємодії 3-ї спиртовоїгрупи пентози одного нуклеотиду та фосфор-ного гідроксилу що знаходиться біля5-го атома вуглецю пентози другого нуклеотиду, утворюючи при цьому молекулунуклеїнової кислоти. Остання являється простетичною групою нуклеопротеїду,білковою частиною якого найчастіше виступають протаміни і гістони.
/>/>/>/>/>/>/> NH2
/>/>/>/>/>/> N N
/>/>/>/>/>OH N N
/>/>O=P
/>OH O Нуклеотид – аденіловакислота
/>/>/> CH2 O
/>/>/> H H
/>/>/> H H
/>/> OH OH
/>/>/>/>/>/>/> OH
/>/>/>/>/>/> + N N
/>/>/>/>/>OH H2N N N
/>/>O=P
/>OH O
/>/>/> CH2 O
/>/>/> H H Нуклеотид – гуаніловакислота.
/>/>/> H H
OH OH
/>/>/>/>/>/>/>/>/>/> NH2
/>/>/> N N
/>/>/>/>/>OH N N
/>/>O=P
/>OH O
/>/>/> CH2 O
/>/>/> H H
/>/>/> H H
OH
/>/>/>/>/>/>/> OH
/>/>/>/>/>/>/> О N N
/>/>/>/>/> H2N N N + Н2О
/>O=P
/>OH O
/>/>/> CH2 O
/>/>/> H H Динуклеотид
/>/>/> H H
OH OH
Отже: нуклеїнові кислоти – природнібіополімери які складаються з дуже великої кількості нуклеотидів (мономерів).
ДНК інсуліну людини складається з 2860нуклеотидів;
ДНК соматотропіну – 15000 нуклеотидів;
ДНК мітохондрій – 30000 нуклеотидів.
Поскільки нуклеїнові кислоти є складнимибілками, то для них також властивий високий рівень організації.
Під первинною структурою розуміють порядок чергування нуклеотидів у полі-нуклеотидних ланцюгах.
Для кожної нуклеїнової кислоти характернасвоя первинна структура, яка і визначає видову специфічність живих організмів.
Будова ДНК
Поскільки ДНК – складні білкинуклеопротеїди, то вони характеризуються вели-кимимолекулярними масами (100000–3000000) та великою кількістю моно-нуклеотидів(80 – 100000).
Всі мононуклеотиди якісно представлені4-ма представниками до складу яких входить дезоксирибоза: дезоксиаденіловакислота (А), дезоксигуанілова кислота (Г), дезоксицитидинова (Ц),дезокситимідинова (Т).
Зв‘язуючись між собою 3–5 фосфоефірнимизв‘язками вони утворюють полі-нуклеотидний ланцюг ДНК.
Досліджуючи будову молекули ДНК задопомогою рентгеноструктурного, та ін-ших видів аналізу, буловстановлено що:
1. Молекула ДНК складається з двох антипаралельних ланцюгів.
2. Азотисті основи обох поліпептидних ланцюгівзнаходяться в середині уявного просторового циліндру, пентози та залишкифосфорної кислоти – ззовні.
3. Азотисті основи поліпептидних ланцюгів розміщені попринципу комплемен-тарності (взаємодоповнення). Ця закономірність відомапід назвою правила Чаргаффа.
Правило Чаргаффа
3.1.Пуринові азотисті основи одного поліпептидного ланцюга розміщуються проти піримідинових основ другого поліпептидного ланцюга. Аденін проти тиміну (стабілізується двома водневими зв‘язками); гуанін проти цитозину (стабілізується трьома водневими зв‘язками).
Наслідки правила Чаргаффа
В молекулі ДНК сума пуринових основ рівнасумі піримідинових: А+Г=Т+Ц;
/>=1
Кількість аденіну дорівнює кількостітиміну (А=Т), гуаніну дорівнює цитозину (Г=Ц). Співвідношення сум пар А+Т і Г+Цносить назву коефіцієнта специ-фічності і є однією з найважливішиххарактеристик ДНК. Коефіцієнт специфіч-ності був відкритий у 1962 роціБілозерським і Спіркіним і суть його полягає у слідуючому:
/>/>1) Якщо />/> 1, то молекула ДНК ––АТ–типу, характерна для організмів вищих тварин та рослин.
/>/>2) Якщо /> 1, томолекула ДНК ––ГЦ–типу, характерна для мікроорганізмів.
Отже:1.Молекула ДНК володіє первинною,вторинною, третинною структурами.
2.ДНК– локалізована в хромосомах клітиннихядер.
3.ДНК зв‘язані з білками основногохарактеру – гістонами.
4.ДНК здатні до самовідтворення врезультаті процесу реплікації.
5.ДНК–основний носій інформації про будовуі структуру білків організму.
Будова РНК
Мr(РНК)=10000–16000000. Полінуклеотид РНКмістить 2–3000000 мононуклео-тидів. Вчені встановили що:
1. До складу нуклеотидів РНК входитьрибоза.
2. Нуклеотиди якісно представленіаденіловаою, гуаніловою, цитидиновою та урациловою кислотами.
3. Нуклеотиди зв‘язані між собою 3–5 фосфоефірнимизв‘язками в одноланцюго-вий поліпептидний ланцюг.
4. Поліпептидний ланцюг спіралізований лише на короткихділянках.
5. Основне місце локалізації – внутріклітинний простір.
6. Кількість РНК постійно змінюється і залежить відінтенсивності процесів синтезу білка.
Залежно від виконуваних функцій молекулиРНК поділяються на :
Матричні РНК (Мr =25000–1000000) – містять від 75 до 3000нуклеотидів. Становлять 2 % від загального вмісту РНК клітини. Виступаютьпосередниками між молекулами ДНК та РНК рибосом на яких відбувається біосинтезбілка. Швидко синтезуються і розпадаються.
Транспортні РНК (Мr=25000–31000) – містять 70–90 нуклеотидів.Становлять 10 – 15 % всіх РНК клітини. Транспортують амінокислоти до місцязборки молекули білка.
Рибосомальні РНК (Мr= 500000–16000000) містять 1500–4500 нуклеотидів.Становлять 80–90% всіх РНК клітини. Містяться в рибосомах (органоїд депро-ходить біосинтез білка). Їх роль до кінця не з‘ясована.
Отже: молекули ДНК є носіями інформаціїпро будову і структуру білків; молекули РНК сприяють точному зняттю інформаціїз ДНК і відтворенні її в молекулі білка.
Питання для самоконтролю.
1.Склад нуклеопротеїдів ДНК.
2.Склад нуклеопротеїдів РНК.
3.Поняття нуклеозиду і нуклеотиду.
4.Класифікація нуклеїнових кислот.
5.Будова та рівні організації ДНК.
6.Будова та рівні організації РНК.
7. Правила Чаргаффа, його наслідки.
8. Суть коефіцієнту специфічності.
9. Види РНК та функції які вони виконують.