2. Структура и свойства ДНК
Нуклеиновые кислоты были открыты в 1868 г. швейцарским ученым Иоганном Фридрихом Мишером и названы им нуклеином, поскольку они были обнаружены в ядре (от лат. nucleus). Позже было обнаружено, что и бактериальные клетки, в которых нет ядра, тоже содержат нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты научились выделять из многих источников, и было установлено, что они отличаются друг от друга по пиримидиновому основанию. После идентификации углеводного компонента те нуклеиновые кислоты, которые содержали рибозу, стали называть рибонуклеиновыми кислотами (РНК), а те, что содержали дезоксирибозу, – дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК). Биологическая функция ДНК была неясна. Поскольку строение молекулы ДНК было достаточно однообразным, долго считалось, что она не могла содержать закодированную информацию. Некоторое время ДНК приписывали роль запасника фосфора в организме.
2.1. Первичная структура нуклеиновых кислот
Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК.
Нуклеиновые кислоты, синтезирующиеся в организмах, представляют собой полимеры, образованные нуклеозид-5'-фосфатами. Соединяясь друг с другом 3',5'-фосфодиэфирной связью, нуклеотиды образуют олигонуклеотиды (длина от 2 до 12 пар оснований) и полинуклеотиды. Линейная полимерная цепочка ДНК или РНК представляет собой сахарофосфатный остов, к которому "привешены" основания с помощью гликозидной связи. В образовании межнуклеотидной связи участвуют гидроксильные группы в 3'- и 5'-положениях остатков углевода.
На рис. 2.1 приведена структура примыкающих к концам фрагментов нуклеиновых кислот с некоторой произвольной последовательностью нуклеотидов.
Рис. 2.1. Фрагмент ДНК
В образовании фосфодиэфирных связей участвуют все остатки фосфорной кислоты, кроме одного, и все 3'-гидроксигруппы, кроме одной. Остаток, содержащий 5'-фосфомоноэфирную группу, называют 5'-концевым, а остаток, содержащий неэтерифицированную 3'-гидроксигруппу, – 3'-концевым. Таким образом, цепочка нуклеиновой кислоты полярна. У РНК все мономерные звенья содержат свободную 2'-гидроксигруппу. При соединении фосфодиэфирной связью 5'-концевого фосфата и 3'-OH группы одной и той же цепи образуются кольцевые молекулы ДНК.
Для записи структуры нуклеиновой кислоты широко используют сокращенную символику. Например, P-dAdo-P-dGuo-P-dThd-…-P-dGuo-P-dCtd, или pdApdGpdT…pdGpdC, или pd(A-G–T…G-C), или pd(AGT…GC). При использовании сокращенной символики принято указывать, с какой стороны находятся 5'- и 3'-концы цепи, 5'-pdApdGpdT…pdGpdC-3'. Если это не указано, то подразумевается, что 5'-конец находится слева, а 3'-гидроксил – справа. Применяют также схематическую запись, в которой сахар обозначают в виде черты, к которой приписывают букву, соответствующую тому или иному основанию, а фосфатную группу обозначают буквой P и косой линией, соединяющей две пентозы.
Синтетические полимеры, состоящие из нуклеотидов одного и того же типа, называют гомополимерами. Например, полиадениловая кислота, обозначается poly(A), полидезоксицитидиловая – poly(dC). Синтетические полимеры с чередующейся последовательностью нуклеотидов называются гетерополимерами. Сополимер с чередованием dA и dT – poly(дезоксиаденилат–дезокситимидилат) – обозначается как poly d(A–Т), или poly(dA–dT), или poly(dA–dT)n, или poly d(A–T)n. Обозначение poly d(A,T) с запятой между символами используют для случайного сополимера dA, dT. Образование комплементарного дуплекса обозначается точкой между символами – poly(dA)•poly(dT); тройной спирали – poly(dA)•2poly(dT).
Олигонуклеотиды обозначаются следующим образом: например, олигонуклеотид гуанилил-3',5'-цитидилил-3',5'-уридин – GpCpU или GCU, при этом 5'-концевым нуклеотидом является G, а 3'-концевым – U.
Для комплементарно связанных олигонуклеотидов номенклатура следующая:
A C U A G C
U G A U C G.
Поскольку молекулярная масса нуклеиновых кислот колеблется в широких пределах, установление их первичной структуры представляет весьма сложную задачу. В настоящее время проводятся исследования нуклеотидных последовательностей геномов различных организмов. Примером может служить грандиозный проект "Геном человека".
Достарыңызбен бөлісу: |
