Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты

Все живые организмы содержат в качестве обязательных компонентов нуклеиновые кислоты, которые хранят информацию об аминокислотной последовательности набора белковых молекул, присущих данному организму. Нуклеиновые кислоты - один из основных признаков жизни и индивидуальности биологической особи.

Впервые ДНК была выделена из клеточных ядер лейкоцитов, и поэтому носит название «нуклеиновая» (от лат. «nucleus» - ядро). В 1868 г. швейцарский биолог Мишер обнаружил вещество, обладающее кислыми свойствами, в экстракте из ядер клеток гноя (лейкоцитов) и назвал его нуклеином. Имеется два класса нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК).

Содержание ДНК и РНК различно в разных органах и клеточных структурах.

В расчете на сухое вещество содержание нуклеиновых кислот в организме исчисляется несколькими процентами. Наибольший интерес представляет сопоставление количества ДНК и РНК на одну клетку организма, а также оценка того, в каких субклеточных структурах локализованы ДНК и разные виды РНК.

Выяснено, что содержание ДНК в клетках одного и того же организма отличается высоким постоянством. Например, в клетках различных тканей крысы обнаружены следующие количества ДНК (пикограмм (10 12 г) на клетку):

печень

9,1

сердце

6.3

поджелудочная железа

7,1

зобная железа

7,2

кишечник тонкий

7,4

селезенка

6,3

легкие

6,5

костный мозг

6,7

почки

6,5

В то же время в клетках разных организмов количество ДНК сильно различается. Ниже приведено несколько примеров (пикограмм (10 12 г) на клетку):

человек

6,8

дрожжи

0,05

крокодил

5,0

кишечная палочка

0,014

карп

3,5

вирус оспы

2,7-10-4

курица

2,3

вирус фХ 174

2,610 6

Локализована ДНК в основном в ядре клетки. Однако несколько процентов общей клеточной ДНК сосредоточено в митохондриях, хлоропластах и базальных тельцах жгутиков. Недавно показано, что ДНК митохондрий и хлоропластов автономна и отличается от ядерной ДНК.

Содержание в клетках РНК не отличается ни однообразием, ни стабильностью. Замечено, что в клетках тех тканей, где идет интенсивный синтез белка, содержание РНК в несколько раз выше, чем ДНК. Так, например, в печени крысы РНК в 4 раза больше, чем ДНК, в поджелудочной железе крысы - в 2-4 раза. Но там, где интенсивность синтеза белка мала, содержание РНК ниже, чем ДНК. Например, в легких и кишечнике крысы РНК в 2 раза меньше, чем ДНК.

Что касается соотношения в клетке разных видов РНК, то 85% приходится на долю рибосомной рРНК, примерно 10% - на долю сРНК и всего 5% - на долю нРНК. рРНК сосредоточена в рибосомах, сРНК - в гиалоплазме (бесструктурной части клеток), а нРНК - частично в ядре, частично в цитоплазме.

Важным ключом к разгадке структуры ДНК стало открытие, сделанное в конце 40-х гг. XX столетия. Было установлено, что молекулы ДНК различных видов организмов содержат только 4 вида азотистых оснований и что между основаниями существует количественная связь.

Нуклеиновые кислоты являются линейными гетерополимерами (см. гл. 2), состоящими из мономерных единиц - нуклеотидов. С химической точки зрения нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами.

Нуклеотиды состоят из азотистого основания, сахара и фосфорной кислоты. Кислотные свойства ДНК и РНК обусловлены наличием в составе их молекул фосфорной кислоты. Углеводный компонент (сахар) молекулы ДНК - дсзоксирибоза. Присутствие в составе молекулы дезоксирибозы и фосфорной кислоты определило название ДНК. В молекуле РНК углеводным компонентом является рибоза.

Таким образом, различий между структурой мономерных компонентов ДНК (де- зоксирибонуклеотидов) и РНК (рибонуклеотидов) мало и оба класса нуклеиновых кислот обладают многими общими свойствами. Однако такие различия очень значительны для проявления функциональных особенностей этих полимерных молекул.

И ДНК и РНК построены из четырех разных нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты отличаются числом мономерных компонентов, количеством каждого из четырех нуклеотидов и их последовательностью.

ДНК входит в состав хромосом, отвечает за хранение, передачу, трансформацию и реализацию наследственной (генетической) информации. Прямое доказательство того, что ДНК - носитель генетической информации, получено в 1943 г. учеными Рокфеллеровского института Эвери, Мак-Леодом и Мак-Карти.

В ДНК содержится информация, необходимая для синтеза всего набора белков, присущего данному организму. Аминокислотная последовательность белков записана в ДНК с помощью специального кода. Ген - это участок ДНК, кодирующий информацию о конкретном признаке.

Количество информации, которая заложена в ДНК, определяется длиной нуклеотидной последовательности цепи ДНК.

Однако ДНК не принимает непосредственного участия в управлении образованием новых полипептидных цепей. Эту роль выполняет РНК.

Биологической функцией РНК является считывание информации с ДНК для последующего биосинтеза белка. Такая РНК называется матричной. Транспортная РНК осуществляет транспорт аминокислот из цитоплазмы к рибосоме - месту биосинтеза белка. Рибосомальная РНК входит в состав рибосом и контролирует биосинтез белка.

Образование новых эфирных связей и присоединение нуклеотида к растущей полимерной цепи нуклеиновой кислоты сопровождается увеличением энергии Гиббса системы. Соответственно биосинтез биополимеров должен обеспечиваться энергией. Получение и потребление энергии базируется на ряде химических превращений и является одной из главных задач метаболизма.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >