Строение и функции нуклеиновых кислот. Репликация, репарация ДНК, их биологическое значение

1.1. В 1868–1870 гг. швейцарский биохимик Фридрих Мишер, изучая ядра клеток гноя, открыл новую группу химических соединений, которую назвал «нуклеины». Эти новшества обладали кислотными свойствами и содержали большое количество углерода, водорода, кислорода, азота и фосфора. Это и были нуклеиновые кислоты – самые крупные биополимеры.

Несмотря на относительно невысокое по сравнению с белками содержание, нуклеиновые кислоты играют центральную роль в клетке, поскольку их функции связаны с хранением и передачей генетической информации. Нуклеиновые кислоты – это линейные нерегулярные полимеры.

Существуют два типа нуклеиновых кислот, отличающихся химическим строением и биологическими свойствами. Это ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты и РНК – рибонуклеиновые кислоты.

1) остатка фосфорной кислоты,

2) пятиуглеродного моносахарида в циклической форме – рибозы (в случае РНК) или дезоксирибозы (в случае ДНК),

3) азотистого основания.

ДНК – самые крупные биополимеры, содержащие до 108–109 мономеров – дезоксирибонуклеотидов, которые содержат сахар – дезоксирибозу. В состав ДНК входит 4 типа дезоксирибонуклеотидов: аденин – А, тимидин – Т, гуанин – G, цитозин – С.

АТФ (аденозинтрифософорная кислота, аденозинтрифосфат) – нуклеотид (рис. 28), образованный аденозином и 3 остатками фосфорной кислоты. Выполняет в организмах роль универсального аккумулятора энергии. Под действием ферментов фосфатные группы отщепляются от АТФ с освобождением энергии, благодаря которой происходят мышечные сокращения, синтетические и другие процессы жизнедеятельности.

В молекуле ДНК, состоящей из двух полинуклеотидных цепочек, выделяют первичную, вторичную, третичную и т.д. структуры.

Первичная структура представляет собой линейную последовательность дезоксирибонуклеотидов в одной цепочке. В такой форме в природе ДНК не существует, но именно первичная структура (последовательность нуклеотидов) определяет все ее свойства.

Рибонуклеиновые кислоты отличаются от дезоксирибонуклеиновых кислот по химическому составу, строению и функциям, выполняемым в клетке. Молекула РНК, в отличие от ДНК, содержит лишь одну полинуклеотидную цепочку. В состав рибонуклеотида, мономера РНК, входят сахар – рибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований – аденин, гуанин, цитозин или урацил.

В клетке обнаружено несколько типов РНК, три из которых принимают участие в синтезе полипетидов.

Информационная (матричная) РНК (иРНК). Молекулы иРНК могут содержать от 300 до 3 тыс. рибонуклеотидов и имеют линейную структуру. Являются посредником между ДНК и полипептидом. В процессе синтеза молекулы иРНК с молекулы ДНК переписывается информация о структуре полипептида. Далее молекулы иРНК переносят эту информацию из ядра в цитоплазму к рибосомам, где и происходит синтез полипептида. иРНК составляет ~ 0,5–1 % массы всех РНК клетки.

Рибосомальная РНК (рРНК). Молекулы рРНК содержат 3–6 тыс. рибонуклеотидов, эти молекулы имеют петельную структуру. Образуя комплекс с белками, рРНК формируют субъединицы рибосом. На долю рРНК приходится приблизительно 90 % массы всех РНК.

Транспортная РНК (тРНК), или РНК-переносчик, имеет характерную пространственную структуру, напоминающую кленовый лист или трилистник. В состав тРНК входит от 50 до 100 нуклеотидов; тРНК составляет 10–15 % массы всей РНК клетки и выполняет функцию переноса аминокислот из цитоплазмы к рибосомам, где осуществляется синтез белка.

1.2.