Реферат: Нуклезоиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

При фосфорилировании карбоксилсодержащих соединений образуются ацилфосфаты, которые содержат ангидридную группировку:

– С—О—Р

׀׀ ׀׀

О О

Фосфорилированные производные выступают активными метаболитами во многих биохимических процессах.

. Важнейшая биологическая роль нуклеотидов заключается в том, что из них построены нуклеиновыекислоты (полинуклеотиды).

Нуклеиновые кислоты -

в живых организмах играют главную роль в передаче наследственных признаков (генетической информации) и управлении процессом биосинтеза белка. Нуклеиновые кислоты - высокомолекулярные соединения с молекулярной массой от 20 тысяч до десятка миллиардов. Их полимерные цепи построены из мономерных звеньев -нуклеотидов.

Особенность нуклеотидного звена заключается в том, что оно представляет собой трехкомпонентное образование, состоящее из гетероциклического азотсодержащего основания, углеводного компонента – пентозы (β, D-дезоксирибозы или β, D-рибозы) - и фосфатной группы. Каркас полимерной цепи состоит из чередующихся пентозных и фосфатных остатков, связанных сложноэфирными связями (у С-3' и С-5'), а гетероциклические основания являются «боковыми» группами, присоединенными к пентозным остаткам за счет N-гликозидной cвязи:

Первичная структура нуклеиновых кислот определяется природой и последовательностью нуклеотидных звеньев, связанных сложноэфирными связями между пентозами и фосфатными группами (рис.1).

Вторичная структура нуклеиновых кислот . Согласно вторичной структуре полинуклеотидная цепь представляет собой двойную спираль, в которой пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь. Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи имеются водородные связи, стабилизирующие такую структуру.

Основания, образующие пары, связанные водородными связями, называются комплементарными. В ДНК комплементарными будут: аденин - тимин , образующие между собой две водородные связи , и гуанин — цитозин , связанные тремя водородными связями (рис.2). Это означает, что пуриновым основаниям - аденину и гуанину в одной цепи будут соответствовать пиримидиновые основания - тимин и цитозин в другой цепи. Полинуклеотидные цепи, образующие двойную спираль, не идентичны, но

комплементарны между собой.

Комплементарность цепей и последовательность звеньев составляют химическую основу важнейших функций нуклеиновых кислот : ДНК - хранение и передача наследственной информации , а РНК - непосредственное участие в биосинтезе белка .

Молекулярная масса ДНК варьирует от нескольких миллионов до десятка миллиардов, у РНК — от десятка тысяч до нескольких миллионов.

Молекула ДНК, в отличие от молекулы РНК, в большинстве случаев состоит из двух комплементарных взаимозакрученных цепей. В зависимости от длины витка и угла спирали, а также ряда других ее геометрических параметров, различают более десяти разнообразных упорядоченных спиральных структур ДНК.

В стабилизации этих структур наряду с водородными связями, действующими поперек спирали, большую роль играют межмолекулярные взаимодействия, направленные вдоль спирали между соседними пространственно сближенными азотистыми основаниями. Поскольку эти взаимодействия направлены вдоль стопки азотистых оснований молекулы ДНК, их называют стэкинг-взаимодействиями . Таким образом, взаимодействия азотистых оснований между собой скрепляют двойную спираль молекулы ДНК и вдоль, и поперек ее оси.

Сильное стэкинг-взаимодействие всегда усиливает водородные связи между основаниями, способствуя уплотнению спирали. Вследствие этого молекулы воды из окружающего раствора связываются в основном с пентозофосфатным остовом ДНК, по-

лярные группы которого находятся на поверхности спирали.

При ослаблении стэкинг-взаимодействия молекулы воды, проникая внутрь спирали, конкурентно взаимодействуют с полярными группами оснований, инициируют дестабилизацию и способствуют дальнейшему распаду двойной спирали. Все это свидетельствует о динамичности вторичной структуры ДНК под воздействием компонентов окружающего раствора.

Биспиральные структуры в молекулах РНК возникают в пределах одной и той же цепи в тех зонах, где расположены комплементарные азотистые основания аденин - урацил и гуанин-цитозин (рис.3). В результате вторичная структура молекулы РНК содержит биспиральные участки и петли, число и размеры которых определяются первичной структурой молекулы и составом окружающего раствора.

Третичная структура нуклеиновых кислот.

Двойная спираль молекул ДНК существует в виде линейной, кольцевой, суперкольцевой и компактных клубковых форм. Между этими формами совершаются взаимные переходы при действии особой группы ферментов - топоизомераз , изменяющих пространственную структуру (рис. 4).

Третичная структура многих молекул РНК пока еще требует окончательного выяснения, но уже установлено, что она зависит не только от первичной и вторичной структуры, но и от состава окружающего раствора.

Биологические функции и ДНК, и РНК полностью определяются только совокупностью первичной, вторичной и третичной структур . При этом следует отметить, что стабилизация вторичной и третичной структур нуклеиновых кислот, так же как у

белков, происходит за счет ассоциации по принципу самоорганизации под влиянием и при участии компонентов окружающего раствора, и прежде всего молекул воды.