Природа комплементарности нуклеиновых кислот

41) Первичная структура нуклеиновых кислот. Нуклеотидный состав днк и рнк.

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Такая цепь стабилизируется 3′,5′-фосфодиэфирными связями.

Первичная структура ДНК — порядок чередования дезоксирибонуклеозидмонофосфатов (дНМФ) в полинукпеотидной цепи.

Каждая фосфатная группа в полинукпеотидной цепи, за исключением фосфорного остатка на 5′-конце молекулы, участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3′- и 5′-углеродных атомов двух соседних дезоксирибоз, поэтому связь между мономерами обозначают 3′, 5′-фосфодиэфирной.

Концевые нуклеотиды ДНК различают по структуре: на 5′-конце находится фосфатная группа, а на 3′-конце цепи — свободная ОН-группа. Эти концы называют 5′- и 3′-концами. Линейная последовательность дезоксирибонуклеотидов в полимерной цепи ДНК обычно сокращённо записывают с помощью однобуквенного кода, например -A-G-C-T-T-A-C-A- от 5′- к 3′-концу.

В каждом мономере нуклеиновой кислоты присутствует остаток фосфорной кислоты. При рН 7 фосфатная группа полностью ионизирована, поэтому нуклеиновые кислоты существуют в виде полианионов (имеют множественный отрицательный заряд). Остатки пентоз тоже проявляют гидрофильные свойства. Азотистые основания почти нерастворимы в воде, но некоторые атомы пуринового и пиримидинового циклов способны образовывать водородные связи.

Первичная структура РНК — порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи. В РНК, как и в ДНК, нуклеотиды связаны между собой 3′,5′-фосфодиэфирными связями. Концы полинуклеотидных цепей РНК неодинаковы. На одном конце находится фосфорилированная ОН-группа 5′-углеродного атома, на другом конце — ОН-группа 3′-углеродного атома рибозы, поэтому концы называют 5′- и 3′-концами цепи РНК. Гидроксильная группа у 2′-углеродного атома рибозы делает молекулу РНК нестабильной. Так, в слабощелочной среде молекулы РНК гидролизуются даже при нормальной температуре, тогда как структура цепи ДНК не изменяется.

42)Понятие о вторичной структуре днк. Комплементарность нуклеиновых оснований. Водородные связи в комплементарных парах нуклеиновых оснований.

Под вторичной структурой понимают пространственную организацию полинуклеотидной цепи. Согласно модели Уотсона-Крика молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси с образованием двойной спирали. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь спирали. Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи возникают водородные связи. Эти основания составляют комплементарные пары.

Водородные связи образуются между аминогруппой одного основания и карбонильной группой другого -NH. O=C-, а также между амидным и иминным атомами азота -NH. N. Например, как показано ниже, между аденином и тимином образуются две водородные связи, и эти основания составляют комплементарную пару, т. е. аденину в одной цепи будет соответствовать тимин в другой цепи. Другую пару комплементарных оснований составляют гуанин и цитозин, между которыми возникают три водородные связи.

Водородные связи между комплементарными основаниями — один из видов взаимодействий, стабилизирующих двойную спираль. Две цепи ДНК, образующие двойную спираль, не идентичны, но комплементарны между собой. Это означает, что первичная структура, т.е. нуклеотидная последовательность, одной цепи предопределяет первичную структуру второй цепи.

Комплементарность цепей и последовательность звеньев составляют химическую основу важнейшей функции ДНК — хранения и передачи наследственной информации.

В стабилизации молекулы ДНК наряду с водородными связями, действующими поперек спирали, большую роль играют межмолекулярные взаимодействия, направленные вдоль спирали между соседними пространственно сближенными азотистыми основаниями. Поскольку эти взаимодействия направлены вдоль стопки азотистых оснований молекулы ДНК, их называют стэкинг-взаимодействиями. Таким образом, взаимодействия азотистых оснований между собой скрепляют двойную спираль молекулы ДНК и вдоль, и поперек ее оси.

Источник

Структурные элементы нуклеиновых кислот

Входящие в состав НК гетероциклические соединения называют нуклеиновыми основаниями. Это гидрокси- и аминопроизводные пиримидина и пурина. Для гидрокси-производных возможна лактим-лактамная таутомерия, но при нормальных условиях в НК существуют только лактамные формы нуклеиновых оснований. И в лактимной и в лактамной форме сохраняется ароматичность, поэтому нуклеиновые основания обладают высокой термодинамической стабильностью. РНК и ДНК различаются входящими в них гетероциклическими основаниями. Урацил входит в состав нуклеотидов РНК, Тимин — ДНК

Пиримидиновые нуклеиновые основания

Пуриновые нуклеиновые основания

Принцип комплементарности – основа функционирования нуклеиновых кислот

Между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями, находящимися лактамной форме (за исключением аденина, у которого нет лактим-лактамной таутомерии) возникают водородные связи. Водородные связи возможны как между водородом и кислородом, так и между водородом и пиридиновым азотом.

Нуклеиновые основания, способные образовывать водородные связи друг с другом в лактамной форме составляют комплементарные пары, их называют комплементарные основания (А=Т (У)) (ГЦ)

Комплементарность лежит в основе закономерностей, которым подчиняется нуклеиновый состав ДНК, сформулированных Э.Чаргаффом (правило Чаргаффа):

1.Количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований

2.Количество аденина равно количеству тимина; количество гуанина равно количеству цитозина

Принцип комплементарности лежит в основе строения двухцепочечной молекулы ДНК и является причиной проявления главных функций этого соединения: кодирования информации о строении белков и наследственной передачи этой информации. Последовательность остатков АК закодирована в участке ДНК называемом геном. Принцип кодирования: триплет или три нуклеотида – одна АК. В процессе синтеза белка информация, находящаяся в гене (участок ДНК) переписывается на м-РНК, по принципу комплементарности и переносится в цитоплазму клетки на рибосому. В рибосоме закодированная в м-РНК информация используется в качестве матрицы для образования комплементарных пар с триплетами т-РНК.

т-РНК, поставляют закодированную АК, и происходит сборка первичной структуры белка. Передача наследственной информации о структуре белков происходит в процессе удвоения каждой из двух спиралей ДНК также по принципу комплементарности. В лактимной форме комплементарность нарушается, возникает мутация. Наиболее распространенный вид мутации, замена какой-либо пары оснований на другую. Одной из причин замены является сдвиг таутомерного лактим-лактамного равновесия. Так тимин в лактамной форме не образует связь с гуанином, а в лактимной образует, что приводит к замене пары А_Т на Г_Т

Источник

2. Строение нуклеотидов

Молекулы нуклеиновых кислот построены из нуклеотидов. Каждый нуклеотид образуется в результате взаимодействия трёх компонентов: азотистого основания, моносахарида пентозы и фосфорной кислоты.

Компоненты нуклеотида соединены между собой ковалентными связями; азотистое основание и фосфорная кислота присоединяются к разным углеродным атомам молекулы углевода.

В нуклеотидах ДНК содержится моносахарид дезоксирибоза, а в нуклеотидах РНК — рибоза.

В состав нуклеиновых кислот входит пять азотистых оснований. Два из них относятся к пуриновым основаниям (аденин и гуанин), три (цитозин, тимин, урацил) — к пиримидиновым.

Аденин, цитозин и гуанин содержатся и в ДНК, и в РНК. Тимин есть только в ДНК, а урацил — только в РНК.

Значит, в ДНК содержатся адениновый, гуаниновый, цитозиновый и тиминовый нуклеотиды, а в РНК нет тиминового, но есть урациловый. Нуклеотиды часто обозначают сокращённо первыми буквами их названий: А, Ц, Г, Т, У.

Важной особенностью нуклеиновых кислот является комплементарность азотистых оснований.

Между комплементарными основаниями двух цепочек ДНК возникают водородные связи. Аденин и тимин, цитозин и гуанин соответствуют друг другу по размерам молекул и строению. Между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между цитозином и гуанином — три.

Комплементарность имеет важное значение в функционировании клетки. Она лежит в основе строения двойной спирали ДНК. Комплементарность обеспечивает самоудвоение ДНК и переписывание информации с ДНК на иРНК, а также процесс сборки белковых молекул в рибосомах.

Источник