Нуклеиновые кислоты

1. Нуклеиновые кислоты: строение, свойства и функции.

2. Участие в биосинтезе белка.

В процессах жизнедеятельности и биологического самовоспроизводства, кроме белков, участвует еще один класс веществ. Это нуклеиновые кислоты (НК). Они обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации. Программированный синтез белков - это главная функция нуклеиновых кислот, но есть и другие.

Например, каталитическая. Так, рибозимы проявляют РНКазную активность. Это РНК с каталитической активностью: гидролизуют фосфодиэфирные связи в НК. Катализируют самосплайсинг – отщепление интронных, нетранслируемых последовательностей в гетероядерной РНК (первичный транскрипт).

Аденилат (адениловая кислота) входит в состав НАД, НАДФ, ФАД и ФМН – коферментов оксидо-редуктаз. В структуре КоА также содержится аденилатная часть. Этот кофактор необходим для окислительного декарбоксилирования a- кетокислот, а также окисления и синтеза липидов. УДФ-глюкоза участвует в превращениях сахаров (глюкозы, фруктозы, галактозы, сахарозы, трегалозы и их фосфорнокислых эфиров) и полисахаридов (клечатки, крахмала, хитина, маннана). ЦДФ-ДАГ – в синтезе фосфатидов (фосфолипиды).

Регуляторные (гормональные) функции, в качестве вторичных посредников, выполняют ц-АМФ и ц-ГМФ. Они контролируют обмен углеводов (фосфоролиз), липидов (липолиз), хемотаксис у низших грибов, обмен водорода у клубеньковых и ряд других процессов.

Энергетическая функция АТФ заключается в аккумулировании, переносе и трансформировании энергии окисления резервных субстратов. Эта энергия используется в энергозависимых процессах транспорта веществ через биомембраны, в реакциях биосинтеза и при механическом движении.

Рибосомная РНК формирует большую и малую субъединицу рибосом, соединяясь с белками в нуклеопротеидные комплексы (РНП). Такие же РНП частицы образуют информосомы и ряд РНКовых вирусов. Хромосомы, митохондрии и хлоропласты – это дезоксинуклеопротеины (ДНП). В этом состоит структурная функция НК. Различие – в содержании НК в живой клетке: ДНК – постоянно, РНК зависит от интенсивности синтеза белка

Пуриновые и пиримидиновые основания стимулируют рост растений и микроорганизмов, выполняя функцию факторов роста.

Инфекционные (вирусные) заболевания растений, животных и человека вызывают фильтрующиеся вирусы. Они проходят через бактериальные фильтры.

Производные пуринов определяют тонизирующее действие кофе (кофеин) и какао (теобромин).

Разнообразие и специфичность функций определяется особенностями химического состава и строения НК. Это высокомолекулярные биополимеры, состоящие из большого числа мономеров (нуклеотидов). Громадные по массе (до миллиарда Да) и размеру (до 8см в длину у E.coly и 2м - у человека) они упаковываются (до 1.8нм) и стабилизируются при взаимодействии с основными (положительно заряженными) белками – гистонами или протаминами. Наличие отрицательно заряженного фосфата в каждом нуклеотиде делает НК полианионами. Поэтому с белками они образуют солеподобные комплексы. Схематично это можно представить так:

гистоны

ДНК ДНП мононуклеосомы полинуклеосомы хроматин

хромосомы.

Схема упаковки НК в хромосомы

При этом одна хромосома состоит из одной молекулы ДНК, содержит 5 видов гистоновых белков и негистоновые белки (сложные белки с регуляторными функциями). Масса «хромосомной» ДНК составляет до 3∙10⁹ Да. Есть «внехромосомные» ДНК. Это - плазмиды (эписомы). Они меньше по размеру (до 1.5∙10⁹). У клубеньковых бактерий в них закодирована способность к образованию клубеньков.

Для изучения химического состава нуклеопротеинов проводят фракционирование и гидролиз по схеме:

ДНП (РНП) фенол фенольный слой (белок)

додецилсульфат Na водный слой (НК) этанол НК (осадок)

Виды гидролиза: (1) щелочной (1н NaОН), (2) кислотный (0.1н НСL) и (3) ферментативный:

1. Эндонуклеазы (ДНКаза I, ДНКаза II и РНКаза поджелудочной железы) расщепляют внутренние связи.

2. Экзонуклеазы (РНКаза из селезенки). Действует с 5’-ОН до 3’-Р-конца. Начало расщепления – с гуаниловой кислоты.

Продукты гидролиза: НК олигонуклеотиды мононуклеотиды

азотистые основания, углеводы и Н₃РО₄. В составе ДНК и РНК есть общие и различные компоненты:

	ДНК	РНК
	Н3РО4	Н3РО4		Общее
Азотистые основания	Пурины {	Аденин Гуанин	Аденин Гуанин
Пиримидины {	Цитозин	Цитозин
Тимин	Урацил		Различия
Углеводные компоненты	Дезоксирибоза	Рибоза

Номенклатура:

Азотистые основания (ароматические гетероциклы) – производные:

пуринов: аденин (А) и гуанин (Г)