Нуклеотиды. Строение и функции в организме.

Нуклеиновые кислоты состоят из мононуклеотидов. Строение нуклеиновых кислот можно представить следующим образом:

нуклеиновые кислоты ® нуклеотид ® нуклеозид + остаток Н₃РО₄ ® азотистое основание + сахар рибоза или дезоксирибоза.

Из азотистых оснований в состав нуклеотидов входят пуриновые и пиримидиновые.

Пуриновые основания имеют следующее строение:

Пурин Аденин (А) (6-аминопурин) Гуанин (Г) (2-амино-6-оксипурин)

Сам пурин не входит в состав нуклеотидов, а входят его производные – аденин (А) и гуанин (G).

Пиримидиновые основания имеют следующее строение:

Пиримидин Цитозин (Ц) Урацил (У) Тимин (Т)

(2-окси-4-аминопиримидин) (2,4-диоксипиримидин) (5-метилурацил)

Пиримидин также не входит в состав нуклеотидов, а входят его производные - урацил (У), цитозин (Ц), тимин (Т).

Пуриновые и пиримидиновые основания являются стимуляторами роста микроорганизмов.

Нуклеозиды – соединения, в которых пуриновые и пиримидиновые основания связаны с сахаром рибозой или дезоксирибозой.

Аденин Рибоза Аденозин

Если используются другие азотистые основания, то нуклеозиды будут иметь следующие названия:

Гуанин + рибоза ® гуанозин

Цитозин + рибоза ® цитидин

Урацил + рибоза ® уридин

Если к нуклеозиду присоединить остаток фосфорной кислоты, то образуется нуклеотид.

Аденозин Аденозинмонофосфат (АМР)

Аденозиндинофосфат (АДР) Аденозинтринофосфат (АТР) ^{макроэргические связи}

Макроэргическая связь богата энергией, при её разрыве выделяется большое количество энергии в десятки раз больше, чем при разрыве обычной связи, поэтому АТР является аккумулятором энергии в живом организме.

Нуклеотиды выполняют в организме следующие функции:

- Являются строительными единицами нуклеиновых кислот (ДНК, РНК);

- Участвуют в синтезе белков, жиров и углеводов;

- Участвуют в обмене веществ:

А + В ¹ – без АТР реакция не протекает, А + В + АТР ® АВ.

II. Рибонуклеиновая кислота (РНК) представляет собой одноцепочечную полинуклеотидную цепь, состоящую из азотистых оснований: аденина, гуанина, урацила, цитозина и сахара рибозы. Тимин в состав РНК не входит.

РНК входит в состав цитоплазмы, поэтому её часто называют цитоплазматической нуклеиновой кислотой. Молекулярная масса РНК может достигать 1,5-2 млн. Самая низкомолекулярная РНК может состоять из 100 нуклеотидных остатков.

Молекула РНК строится следующим образом: отдельные мононуклеотиды присоединяются друг к другу за счет кислородного мостика, образующегося между 3-м атомом углерода сахара рибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты последующего нуклеотида (рис.1).

РНК может скручиваться в хаотичный клубок или спирализоваться. При температуре 60-70°С РНК раскручивается. Этот процесс называется плавлением РНК.

Клетки содержат три основных типа РНК:

1. рибосомальную – рРНК. Она входит в состав рибосом, участвует в формировании структуры рибосом, на которых происходит синтез белка. Имеет большую молекулярную массу (до 2×10⁶);

2. транспортную – тРНК. Переносит аминокислоты к месту синтеза белка. Это низкомолекулярные нуклеиновые кислоты (23000-30000);

3. матричную (информационную) – мРНК. Передает считанную ею информацию с ДНК на синтезируемый белок, выполняет роль матрицы при синтезе полипептидной цепи.

Каждая из них выполняет специфическую роль в процессе биосинтеза белка. Они считывают и переносят информацию к месту синтеза белка, который протекает в рибосомах. Процесс считывания и перенос информации в рибосомы называется транскрипцией.

III. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В её состав входят аденин, гуанин, тимин, цитозин и сахар дезоксирибоза. Урацил в состав ДНК не входит. Молекула ДНК представляет собой спираль, нити которой состоят из мононуклеотидов. Структура молекулы ДНК представлена двумя спиралями, построенными на основании комплиментарности, то есть одна спираль диктует строение другой. Две полинуклеотидные цепи ДНК отличаются друг от друга как последовательностью оснований, так и нуклеотидным составом.

Одна нить удерживается около другой по средствам водородных связей, которые образуются между парой азотистых оснований. I и II – полинуклеотид, который построен таким же образом как и молекула РНК (рис. 2).

Правило Чаргаффа

1. количество молекул аденина равно количеству молекул тимина (А=Т);

2. количество молекул гуанина равно количеству молекул цитозина (Г=Ц);

3. количество молекул пуриновых оснований равно количеству молекул пиримидиновых оснований (А+Г=Т+Ц)

4. количество оснований с 6-аминогруппами в цепях ДНК равно количеству оснований с 6-гидроксигруппами (А+Ц=Г+Т);

5. отношение (Г+Ц)/(А+Т) резко отличается для разных видов ДНК, но постоянно для клетки одного вида; это соотношение называется фактором специфичности.

По Уотсону и Крику между аденином и тимином возникают две водородные связи, между цитозином и гуанином – три.

ДНК является хранителем наследственных признаков или генов.

Ген – это участок молекулы ДНК с определенным набором хромосом и последовательностью чередования мононуклеотидов. Все наследственные признаки записываются 4 группами азотистых оснований А, Т, Г, Ц. От их чередования в организме зависят наследственные признаки.

При температурах 70-80°С или в сильнощелочной среде может происходить процесс денатурации ДНК, который приводит к раскручиванию её спирали. При медленном охлаждении молекула ДНК может восстановить свои свойства. В определенные моменты молекула ДНК может раздваиваться. Каждая вновь образуемая нить имеет такое же строение, как и матричная ДНК. Этот процесс называется репликацией ДНК.