Реферат: Біохімія нуклеїнових кислот
Досліджуючи нуклеотидний склад ДНК різного походження, Чаргафф знайшов наступні закономірності.
1. Всі ДНК незалежно від їх походження містять однакове число пурінових і пірімідінових основ. Отже, в будь-якій ДНК на кожен пуріновий нуклеотід доводиться один пірімідіновий.
2. Будь-яка ДНК завжди містить в рівних кількостях попарно аденін і тімін, гуанін і цитозін, що звичайно позначають як А=Т і G=C. З цих закономірностей витікає третя.
3. Кількість основ, що містять аміногрупи в положенні 4 пірімідінового ядра і 6 пурінового (цитозін і аденін), рівна кількості основ, що містять оксо-групу в тих же положеннях (гуанін і тімін), тобто A+C=G+T. Ці закономірності одержали назву правил Чаргаффа. Разом з цим було встановлено, що для кожного типу ДНК сумарний зміст гуаніна і цитозіна не рівний сумарному змісту аденіна і тіміна, тобто що (G+C) /(A+T), як правило, відрізняється від одиниці (може бути як більше, так і менше за неї). По цій ознаці розрізняють два основні типи ДНК: А Т-тип з переважним змістом аденіна і тіміна і G C-тип з переважним змістом гуаніна і цитозіна.
Величину відношення змісту суми гуаніна і цитозіна до суми змісту аденіна і тіміна, характеризуючу нуклеотидний склад даного виду ДНК, прийнято називати коефіцієнтом специфічності. Кожна ДНК має характерний коефіцієнт специфічності, який може змінюватися в межах від 0,3 до 2,8. При підрахунку коефіцієнта специфічності враховується зміст мінорних основ, а також заміни основних основ їх похідними. Наприклад, при підрахунку коефіцієнта специфічності для ЕДНК зародків пшениці, в якій міститься 6% 5-метілцитозіна, останній входить в суму змісту гуаніна (22,7%) і цитозіна (16,8%). Значення правил Чаргаффа для ДНК стало зрозумілим після встановлення її просторової структури.
2.2 Макромолекулярна структура ДНК
У 1953 р. Уотсон і Крик, спираючись на відомі дані про конформації нуклеозидних залишків, про характер межнуклеотідного зв'язку в ДНК і закономірності нуклеотидного складу ДНК (правила Чаргаффа), розшифрували рентгенограми паракрісталічної форми ДНК [так званої В-форми, що утворюється при вогкості вище 80% і при високій концентрації протиіонів (Li+) в зразку]. Згідно їх моделі, молекула ДНК є правильною спіраллю, утвореною двома полідезоксирібонуклеотиднимі ланцюгами, закрученими щодо один одного і навколо загальної осі. Діаметр спіралі практично постійний уздовж всієї неї довжини і рівний 1,8 нм (18 А).
Макромолекулярна структура ДНК.
(а) - Модель Уотсона - Крику;
(6) - параметры спіралей В-, С - і Т-форм ДНК (проекції перпендикулярно осі спіралі);
(в) - поперечний розріз спіралі ДНК у В-форме (заштриховані прямокутники зображають пари основ);
(г) - параметри спіралі ДНК в А-форме;
(д) - поперечний розріз спіралі ДНК в А-форме.
Довжина витка спіралі, який відповідає її періоду ідентичності, складає 3,37 нм (33,7 А). На один виток спіралі доводиться 10 залишків основ в одному ланцюзі. Відстань між площинами основ рівна, таким чином, приблизно 0,34 нм (3,4 А). Площини залишків основ перпендикулярні довгій осі спіралі. Площини вуглеводних залишків декілька відхиляються від цієї осі (спочатку Уотсон і. Крик припустили, що вони паралелі їй).
З малюнка видно, що вуглеводофосфатний кістяк молекули обернутий назовні. Спіраль закручена таким чином, що на її поверхні можна виділити дві різні за розмірами борозенки (їх часто називають також жолобками) - велику, шириною приблизно 2,2 нм (22 А), і малу - ширіной близько 1,2 нм (12А). Спіраль - праворучвращаюча. Полідезоксирібонуклеотидні ланцюги в ній антіпаралельні: це означає, що якщо ми рухатимемося уздовж довгої осі спіралі від одного її кінця до іншого, то в одному ланцюзі ми проходитимемо фосфодіефірні зв'язки у напрямі 3'-5', а в іншій - у напрямі 5'-3'. Іншими словами, на кожному з кінців лінійної молекули ДНК розташовані 5'-конец однієї і 3'-конец іншого ланцюга.
Регулярність спіралі вимагає, щоб проти залишку пурінової основи в одному ланцюзі знаходився залишок пірімідінової основи в іншому ланцюзі. Як вже підкреслювалося, ця вимога реалізується у вигляді принципу утворення комплементарних пар основ, тобто залишкам аденіна і гуаніна в одному ланцюзі відповідають залишки тіміна і цитозіна в іншому ланцюзі (і навпаки).
Таким чином, послідовність нуклеотидіов в одному ланцюзі молекули ДНК зумовлює нуклеотидну послідовність іншого ланцюга.
Цей принцип є головним слідством моделі Уотсона і Крику, оскільки він в дивно простих хімічних термінах пояснює основне функціональне призначення ДНК - бути хранителем генетичної інформації.
Закінчуючи розгляд моделі Уотсона і Крику, залишається додати, що сусідні пари залишків основ в ДНК, що знаходиться у В-форме, повернені один щодо одного на 36° (кут між прямими, що сполучають атоми С1' в сусідніх комплементарних парах).
ІІІ . РНК
3.1 Склад РНК
Перші відомості про нуклеотидний склад РНК відносилися до препаратів, що є сумішами клітинних РНК (рибосомних, інформаційних і транспортних) і званим звично сумарною фракцією РНК. Правила Чаргаффа в цьому випадку не дотримуються, хоча певна відповідність між змістом гуаніна і цитозіна, а також аденіна і урацила все ж таки має місце.
Дані, одержані останніми роками при аналізі індивідуальних РНК, показують, що і на них правила Чаргаффа не розповсюджуються. Проте відмінності в змісті аденіна і урацила, а також гуаніна і цитозіна для більшості РНК невеликі і що, отже, тенденція до виконання вказаних правил все ж таки спостерігається. Цей факт пояснюється особливостями макроструктури РНК.
Характерними структурними елементами деяких РНК є мінорні підстави. Відповідні їм нуклеотидні залишки звичайно входять до складу транспортних і деяких інших РНК в дуже невеликих кількостях, тому визначення повного нуклеотидного складу таких РНК є іноді вельми складною задачею.
3.2 Макромолекулярна структура РНК
Хімічно РНК дуже схожа на ДНК. Обидві речовини - це лінійні полімери нуклеотидів. Кожен мономер - нуклеотид - є фосфорилірований N-глікозидом, побудованим із залишку п'ятивуглецевого цукру - пентози, несучого фосфатну групу на гідроксильній групі п'ятого вуглецевого атома (складноефірний зв'язок) і азотна основа при першому вуглецевому атомі (N-глікозидний зв'язок). Головна хімічна відмінність між ДНК і РНК полягає у тому, що цукровий залишок мономера РНК - це рібоза, а мономера ДНК - дезоксирібоза, що є похідним рібози, в якому відсутня гідроксильна група при другому вуглецевому атомі (мал.4).
Рис.4. Хімічні формули залишків одного з рібонуклеотидів – уріділової кислоти (U) і гомологичного йому дезоксирібонуклеотида тіміділової кислоти (dT)
Азотних основ в РНК чотири види: два пурінових - аденін (А) і гуанін (G) - і два пірімідінових - цитозін (С) і урацил (U)
Мономери - рібонуклеотиди РНК - утворюють полімерний ланцюг за допомогою формування фосфодіефірних містків між цукровими залишками (між п'ятим і третім атомами вуглецю пентози). Таким чином, полімерний ланцюг РНК може бути представлена як лінійний сахаро-фосфатний кістяк з азотними підставами як бічні групи.
Вперше специфічна просторова структура РНК була продемонстрована при розшифровці атомної структури однієї з т-РНК в 1974 р. (мал.5). Згортання полімерного ланцюга т-РНК, що складається з 76 нуклеотидних мономерів, призводить до формування дуже компактного глобулярного ядра, з якого під прямим кутом стирчать два виступи. Вони є короткими подвійними спіралями по типу ДНК, але організовані за рахунок взаємодії ділянок одного і того ж ланцюга РНК. Один з виступів є акцептором амінокислоти і бере участь в синтезі поліпептідного ланцюга білка на рібосомі, а інший призначений для комплементарної взаємодії з кодуючим триплетом (кодоном) т-РНК в тій же рібосоме. Тільки така структура здатна специфічно взаємодіяти з білком-ферментом, що навішує амінокислоту на т-РНК, і з рібосомой в процесі трансляції, тобто специфічно "взнаватися" ними.
