Узловой элемент: учёные обнаружили в клетках человека новую форму днк

Правило Эрвина Чааргафа.

Нуклеотидный
состав ДНК впервые количественно
проанализировал американский биохимик
Эрвин
Чааргаф,
который в 1951 году доказал, что в составе
ДНК имеются четыре основания. Э. Чааргаф
обнаружил, что у всех изученных им видов
количество пуринового основания аденина
(А)
равно количеству пиримидинового
основания тимина (Т),
т.е. А=Т.

Сходным
образом количество пуринового основания
гуанина (Г)
всегда равно количеству пиримидинового
основания цитозина (Ц),
т.е. Г=Ц.
Таким образом, число
пуриновых ДНК всегда равно числу
пиримидиновых,
т.е. количеству аденина равно количеству
имина, а количество гуанина – количеству
цитозина. Эта закономерность получило
название правила
Чааргафа.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты — это биополимеры, наряду с белками играющие наиважнейшую роль в клетках живых организмов. Нуклеиновые кислоты отвечают за хранение, передачу и реализацию наследственной информации.

Мономерами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, таким образом они сами представляют полинуклеотиды.

Строение нуклеотидов

Каждый нуклеотид, входящий в состав нуклеиновой кислоты, состоит из трех частей:

• пятиуглеродного сахара (пентозы),
• азотистого основания,
• фосфорной кислоты.

Химические связи между частями нуклеотида ковалентные, образующиеся в результате реакций конденсации (т. е. с выделением молекул воды). Конденсация обратна гидролизу.

В нуклеотиде первый атом углерода пентозы связан с азотистым основанием (связь C-N), а пятый — с фосфорной кислотой (фосфоэфирная связь: C-O-P).

Существуют два основных типа нуклеиновых кислот — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). В составе РНК сахар представлен рибозой, а в ДНК — дезоксирибозой. В обоих случаях в нуклеиновых кислотах встречается циклический вариант пентоз. Дезоксирибоза отличается от рибозы отсутствием атома кислорода при втором атоме углерода.

Наличие дополнительной гидроксильной группы (-OH) у рибозы делает РНК молекулой, легче вступающей в химические реакции.

В составе нуклеотидов нуклеиновых кислот обычно встречаются следующие азотистые основания: аденин (А), гуанин (Г, G), цитозин (Ц, C), тимин (Т), урацил (У, U).

Аденин и гуанин относятся к пуринам, остальные — к пиримидинам. В молекуле пуринов имеется два кольца, а у пиримидинов только одно. Урацил почти не встречается в ДНК, а тимин весьма редок для РНК.

То есть для ДНК характерны аденин, гуанин, тимин и цитозин. Для РНК — аденин, гуанин, урацил и цитозин.

Тимин схож с урацилом, отличатся от него лишь метилированным (имеющим группу -CH3) пятым атомом кольца.

Химическое соединение сахара с азотистым основанием называется нуклеозидом. Ниже представлены нуклеозиды, где в качестве сахара выступает рибоза.

Нуклеозид, реагируя с фосфорной кислотой, образует нуклеотид. Ниже представлен нуклеотид, где в качестве сахара выступает дезоксирибоза, а в качестве азотистого основания — аденин.

Именно наличие остатков фосфорной кислоты в молекулах нуклеиновых кислот определяет их кислотные свойства.

Строение нуклеиновых кислот

Нуклеотиды линейно соединяются между собой, образуя длинные молекулы нуклеиновых кислот. Цепочки многих молекул ДНК являются самыми длинными существующими полимерами. Длина молекул РНК обычно существенно меньше ДНК, но при этом различна, т. к. зависит от типа РНК.

При образовании полинуклеотида (нуклеиновой кислоты) остаток фосфорной кислоты предыдущего нуклеотида соединяется с 3-м атомом углерода пентозы следующего нуклеотида. Связь образуется такая же как между 5-м атомом углерода сахара и фосфорной кислотой в самом нуклеотиде – ковалентная фосфоэфирная.

Таким образом, остов молекул нуклеиновых кислот составляют пентозы, между которыми образуются фосфодиэфирные мостики (по-сути остатки пентоз и фосфорных кислот чередуются). От остова в сторону отходят азотистые основания. На рисунке ниже представлена часть молекулы рибонуклеиновой кислоты.

Следует отметить, что молекулы ДНК обычно не только длиннее РНК, но и состоят из двух цепей, соединенных между собой водородными связями, возникающими между азотистыми основаниями. Причем данные связи образуются согласно принципу комплементарности, по которому аденин комплементарен тимину, а гуанин — цитозину.

Подобные связи могут возникать и в РНК (но здесь аденин комплементарен урацилу). Однако в РНК водородные связи образуются между нуклеотидами одной цепи, в результате чего молекула нуклеиновой кислоты сворачивается различным образом.

14 . Рибонуклеиновые кислоты, их виды, строение, назначение.

   РНК —
класс нуклеиновых
кислот,линейных полимеровнуклеотидов,
в состав которых входят остаток фосфорной
кислоты, рибоза (в отличие отДНК,
содержащей дезоксирибозу) и азотистые
основания -аденин,цитозин,гуанини
урацил (в отличие от ДНК, содержащий
вместо урацила тимин). Эти молекулы
содержатся в клетках всех живых
организмов, а также в некоторых
вирусов.
РНК содержатся главным образом
вцитоплазме
клеток. Эти
молекулы синтезируются в клетках всех
клеточных живых организмов, а также
содержатся в вироидах и некоторых
вирусах. 

Основные функции РНК в
клеточных организмах — это шаблон для
трансляции генетической информации в
белки и поставка соответствующих
аминокислот к рибосомам. В вирусах
является носителем генетической
информации (кодирует белки оболочки и
ферменты вирусов).

Структура
РНК.

Молекула
имеет однонитевое строение. Полимер. В
результате взаимодействия нуклеотидов
друг с другом молекула РНК приобретает
вторичную структуру, различной формы
(спираль, глобула и т.д.). Мономером РНК
является нуклеотид (молекула, в состав
которой входит азотистое основание,
остаток фосфорной кислоты и сахар
(пептоза)). РНК напоминает по своему
строению одну цепь ДНК. Нуклеотиды,
входящие в состав РНК: гуанин, аденин,
цитозин, урацил. Аденин и гуанин относятся
к пуриновым основаниям, цитозин и урацил
к пиримидиновым. В отличие от молекулы
ДНК, в качестве углеводного компонента
рибонуклеиновой кислоты выступает не
дезоксирибоза, а рибоза. Вторым
существенным отличием в химическом
строении РНК от ДНК является отсутствие
в молекуле рибонуклеиновой кислоты
такого нуклеотида как тимин. В
РНК он заменён на урацил.

Виды
и типы РНК клеток.

Существуют
три типа РНК, каждый из которых выполняет
свою особую роль в синтезе белка.

1.
Матричная
РНК
переносит генетический код из ядра в
цитоплазму, определяя таким образом
синтез разнообразных белков.

2.
Транспортная
РНК
переносит активированные аминокислоты
к рибосомам для синтеза полипептидных
молекул.

3.
Рибосомная
РНК
в комплексе примерно с 75 разными белками
формирует рибосомы — клеточные органеллы,
на которых происходит сборка полипептидных
молекул.

Матричная
РНК
представляет собой длинную одноцепочечную
молекулу, присутствующую в цитоплазме.
Эта молекула РНК содержит от нескольких
сотен до нескольких тысяч нуклеотидов
РНК, образующих кодоны, строго
комплементарные триплетам ДНК.

Еще
один тип РНК, играющий важнейшую роль
в синтезе белка, называют транспортной
РНК,
поскольку он транспортирует аминокислоты
к строящейся молекуле белка. Каждая
транспортная РНК специфически связывается
только с одной из 20 аминокислот,
составляющих белковые молекулы.
Транспортные РНК действуют как переносчики
специфических аминокислот, доставляя
их к рибосомам, на которых происходит
сборка полипептидных молекул.

Каждая
специфическая транспортная РНК распознает
«свой» кодон матричной РНК, прикрепившейся
к рибосоме, и доставляет соответствующую
аминокислоту на соответствующую позицию
в синтезируемой полипептидной цепи.
Цепь транспортной РНК гораздо короче
матричной РНК, содержит всего около 80
нуклеотидов и упакована в форме клеверного
листа. На одном конце транспортной РНК
всегда находится аденозинмонофосфат
(АМФ), к которому через гидроксильную
группу рибозы прикрепляется транспортируемая
аминокислота. Транспортные РНК служат
для прикрепления специфических
аминокислот к строящейся полипептидной
молекуле, поэтому необходимо, чтобы
каждая транспортная РНК обладала
специфичностью и в отношении соответствующих
кодонов матричной РНК. Код, посредством
которого транспортная РНК распознает
соответствующий кодон на матричной
РНК, также является триплетом и его
называют антикодоном. Антикодон
располагается примерно посередине
молекулы транспортной РНК. Во время
синтеза белка азотистые основания
антикодона транспортной РНК прикрепляются
с помощью водородных связей к азотистым
основаниям кодона матричной РНК. Таким
образом, на матричной РНК выстраиваются
в определенном порядке одна за другой
различные аминокислоты, формируя
соответствующую аминокислотную
последовательность синтезируемого
белка.

Видовой состав азотистых оснований

Нуклеотиды ДНК по азотистому основанию представлены четырьмя видами:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);• тимином (Т).

Первые два относятся к классу пуринов, два последних – пиримидинов. По молекулярной массе пуриновые всегда тяжелее пиримидиновых.

Нуклеотиды РНК по азотистому основанию представлены:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);• урацилом (У).

Урацил так же, как и тимин, является пиримидиновым основанием.

В научной литературе нередко можно встретить и другое обозначение азотистых оснований — латинскими буквами (A, T, C, G, U).

Подробнее остановимся на химической структуре пуринов и пиримидинов.

Пиримидины, а именно цитозин, тимин и урацил, в своем составе представлены двумя атомами азота и четырьмя атомами углерода, образующих шестичленное кольцо. Каждый атом имеет свой номер от 1 до 6.

Пурины (аденин и гуанин) состоят из пиримидина и имидазола или двух гетероциклов. Молекула пуриновых оснований представлена четырьмя атомами азота и пятью атомами углерода. Каждый атом пронумерован от 1 до 9.

В результате соединения азотистого основания и остатка пентозы образуется нуклеозид. Нуклеотид – это соединение нуклеозида и фосфатной группы.

Молекула РНК – структура

Пиримидиновое основание тимина в РНК

РНК может быть трех видов, в зависимости от тех функций, которые выполняются в организме:

• информационная (иРНК) — очень разнообразная по нуклеотидному составу. Она является своего рода матрицей для синтеза белковой молекулы, переносит генетическую информацию к рибосомам от ДНК;
• транспортная (тРНК) в среднем состоит из 75-95 нуклеотидов. Она переносит необходимую аминокислоту в рибосоме к месту синтеза полипептида. У каждого вида тРНК и есть своя, присущая только ему последовательность нуклеотидов или мономеров;
• рибосомальная (рРНК) обычно одержит от 3000 до 5000 нуклеотидов. Рибосом является необходимым структурным ом компонент участвующим в важнейшем процессе, происходящем в клетке – биосинтезе белка.

Структура ДНК

Для того чтобы понять биологическую роль ДНК в клетке, необходимо ознакомиться со структурой данной молекулы.

Начнем с самого простого, все нуклеотиды в своей структуре имеют три компонента:

• азотистое основание;
• пентозный сахар;
• фосфатную группу.

Каждый отдельный нуклеотид в молекуле ДНК содержит одно азотистое основание. Оно может быть абсолютно любым из четырех возможных:

• А (аденин);
• Г (гуанин);
• Ц (цитозин);
• Т (тимин).

А и Г — пурины, а Ц, Т и У (урацил) — пирамидины.

Существует несколько правил соотношения азотистых оснований, именуемых правилами Чаргаффа.

1. А = Т.
2. Г = Ц.
3. (А + Г = Т + Ц) можем перенести все неизвестные в левую сторону и получить: (А + Г)/(Т + Ц) = 1 (эта формула является наиболее удобной при решении задач по биологии).
4. А + Ц = Г + Т.
5. Величина (А + Ц)/(Г + Т) постоянная. У человека она равняется 0,66, а вот, например, у бактерии — от 0,45 до 2,57.

Строение каждой молекулы ДНК напоминает двойную закрученную спираль

Обратите внимание на то, что полинуклеотидные цепи при этом являются антипараллельными. То есть расположение нуклеотидных пар у одной цепи имеет обратную последовательность, чем у другой

Каждый виток этой спирали содержит целых 10 нуклеотидных пар.

Как же скрепляются между собой эти цепочки? Почему молекула прочная и не распадается? Все дело в водородной связи между азотистыми основаниями (между А и Т — две, между Г и Ц — три) и гидрофобном взаимодействии.

В завершение раздела хочется упомянуть о том, что ДНК являются самыми крупными органическими молекулами, длина которых варьируется от 0,25 до 200 нм.

Структура ДНК

синтезе двойной спирали ДНК

Зная последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК можно по принципу дополнения или комплементарности достроить вторую.

Третичная структура ДНК образовывается путем трехмерных сложных соединений. Это делает молекулу более компактной, чтобы она могла свободно разместиться в небольшом объеме клетки. длина кишечной палочки ДНК более 1 мм, в то время как длина самой клетки менее 5 мкм.

Количество пиримидиновых оснований равняется всегда числу пуриновых. Расстояние между нуклеотидами равняется 0,34 нм. Это постоянная величина, как и молекулярная масса.

Исследование геометрии структуры реальной ДНК

   
Рассмотрена структура реальной ДНК, представленная в
pdb-файле dna22.
Геометрические параметры структуры, измеренные с помощью
RasMol, приведены в . Так как значения шага
спирали и ширины бороздок различаются при проведении измерения от разных нуклеотидов, в
таблице указаны средние значения этих параметров. Значения параметров, измеренные от каждого из
нуклеотидов, приведены здесь. Большая
бороздка структуры была идентифицирована как бороздка, в которую направлены
аминогруппы остатков аденина.

    Структура представляет собой правую
спираль, как и рассмотренные выше формы
ДНК. На один виток спирали приходится 10 нуклеотидов, шаг спирали
приблизительно составляет 34
Å
(данные значения соответствуют параметрам B-формы
ДНК). Средняя ширина большой бороздки структуры приблизительно равна ширине
большой бороздки B-формы ДНК и значительно превышает
среднюю ширину малой бороздки, которая также близка к ширине малой бороздки
B-формы. Таким образом, структура, представленная в
файле dna22,
представляет собой B-форму ДНК.

    Дальнейшее исследование структуры было
проведено с помощью программ find_pair и
analyze. Команда Linux, с
помощью которой были запущены программы, приведена ниже:

find_pair -t
dna22.pdb stdout | analyze

   
Рассмотрен выходной файл программы analyzedna22.out.
В составе структуры выявлены
две неканонические пары
азотистых оснований, состоящие из двух остатков гуанина. В каждой из пар
образуются две водородные связи между атомами N2 и
N7 и между атомами O6 и O6.
Так как атомы O6
являются акцепторами водорода, один из гуанинов каждой пары,
возможно, переходит из кето-формы в
енольную форму, при этом его атом O6 становится донором
водорода*. Предположительная
структура водородных связей между остатками азотистых оснований таких пар приведена
на рис. 3. Следует
отметить, что диаметр парыGG, измеренный между
1′ атомами
дезоксирибозы (10.73
Å),
соответствует диаметру канонических пар (10.68 для B-формы
ДНК). Таким образом, данная пара не приводит к значительным
изменениям диаметра дуплекса.

    В связи с тем, что структура ДНК содержит
неканонические пары нуклеотидов, возможно, она была взята из pdb-файла,
содержащего комплекс какого-либо белка мисматч-репарации и ДНК, содержащей
мисматч, или из структуры вирусной частицы.

    
Средние значения торсионных углов
α, β, γ, δ, ε,
ζ и χ
в рассмотренной структуре ДНК приведены в (вычисления проводились
с помощью электронной таблицы Excel). Значения

углов δ, ζ и χ,
по которым наблюдаются наибольшие различия
A- и B-форм
ДНК, близки к значением соответствующих углов B-формы.

    Принадлежность к A-
или B-форме ДНК может быть также определена по конформации
остатков
дезоксирибозы. По результатам analyze, 11 из
24 остатков дезоксирибозы структуры находится в конформации C2′-эндо
(как и в идеальной B-форме ДНК). Остальные остатки
находятся в C1′- и C3′-экзо
конформациях, но не в C3′-эндо конформации,
характерной для A-формы ДНК. Это подтверждает
принадлежность структуры к B-форме ДНК, однако,
данный признак не является достаточно надежным (менее половины остатков дезоксирибозы находятся в
«правильной» конформации).

    Программа analyze
способна определять форму исследуемой нуклеиновой
кислоты по значениям торсионных углов и различных типов отклонений остатков
азотистых оснований от идеального расположения (см. выше). По результатам программы, большая часть нуклеотидных пар
также принадлежит к B-форме, а два коротких участка
не могут быть отнесены ни к одной форме ДНК. Оба этих участка содержат
неканонические пары GG. Возможно, такие пары
оказывают влияние на дуплекс, вызывая отклонения от
идеальной структуры.

   
С помощью программы pdb2img
были построены стопочные модели рассматриваемой структуры (рис. 4).
Полученные изображения также подтверждают принадлежность структуры к
B-форме ДНК:

• плоскости остатков азотистых
  оснований практически перпендикулярны оси молекулы,

• в центре одной из проекций
  (вид с торца) отсутствует отверстие.

* 
Вероятно, структура была получена методом РСА и,
следовательно, не содержит координат атомов водорода.

Рис.
3. Предположительная структура
неканонической пары азотистых оснований, состоящей из двух гуанинов.

    Рис. 4.
Стопочные модели реальной структуры
ДНК (А —
вид с торца, Б — вид сбоку).
Различные нуклеотиды показаны цветами. Изображения
получены с помощью программы pdb2img.

1. Berg,
Tymoczko,
Stryer, Clarke  Biochemistry, 5th edition.
New York: W. H. Freeman and Co.; 2002.

&copy Куравский Михаил Львович, 2006
  &nbsp

Хромосома: определение и описание

Считается, что хромосомы это нуклеотидные биомеханизмы, которые находятся в ядре клетки. Эти биомеханизмы являются носителями и передатчиками наследственной информации, и в свою очередь содержат в себе двойную спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Чем отличаются хромосомы друг от друга

На примере Х хромосомы, цепи нуклеотидов могут пересекаться внутри хромосомы различно:

1.  В перекрестии хромосомы, пересекаясь точно посередине друг друга.
2.  Там же, но пересекаясь не точно.

Во втором случае одни концы получившегося перекрестия будут длиннее, а другие короче. Называют такие концы длинным и коротким плечом хромосомы. Отсюда и форма Y хромосомы, у которой ярко выражены длинные плечи, а короткие настолько не велики, что схематически не указываются.

Науке известных хромосомы трёх основных форм:

•  Х хромосома, которая встречается у женщин и у мужчин.
•  Y хромосома, встречающаяся только у мужчин.
•  В хромосома изредка встречается у растений, и считается отмирающей, поскольку редко наследуется. Обычно её наличие в растении связывают с его слабостью и болезненностью.

Всего в клетке человеческого организма находится 46 парных хромосом: 22 пары «обычных» и одна пара половых (ХХ у женщин и XY у мужчин). Интересный факт – если добавить или отнять всего одну пару хромосом, человек может стать помидором или орангутангом.

Состав

Оно считается крайне сложным эфиром, относящимся к группе кислот фосфора и нуклеозидов, которые по своим биохимическим свойствам относятся к числу N-гликозидов и содержат гетероциклические фрагменты, связанные с молекулами глюкозы и атомом азота.

В природе наиболее распространенными являются нуклеотиды ДНК.

Кроме этого, еще различают органические вещества с похожими характеристиками строения: рибонуклеотиды, а также дезоксирибонуклеотиды. Все они без исключения являются мономерными молекулами, относящимися к сложным по строению биологическим веществам полимерного типа.

Из них формируется РНК и ДНК всех живых существ, начиная от простейших микроорганизмов и вирусных инфекций, заканчивая человеческим организмом.

Остаток молекулярной структуры фосфора среди нуклеозидфосфатов, образует эфирную связь с двумя, тремя, а в некоторых случаях сразу с пятью гидроксильными группами. Практически все без исключения нуклеотиды относятся к числу эфирных веществ, которые образовались из остатков ортофосфорной кислоты, поэтому их связи устойчивы и не распадаются под воздействием неблагоприятных факторов внутренней и внешней среды.

Состав и основные свойства нуклеотидов

В состав молекулы нуклеотида (мононуклеотида) в определенной последовательности входят три химических соединения:

1. Пентоза или пятиугольный сахар:

• дезоксирибоза. Эти нуклеотиды называют дезоксирибонуклеотидами. Они входят в состав ДНК;
• рибоза. Нуклеотиды входят в состав РНК и называются рибонуклеотидами.

2. Азотистая пиримидиновая или пуриновая основа, связанная с углеродным атомом сахара. Это соединение называют нуклеозидом

3. Фосфатная группа, состоящая из остатков фосфорной кислоты ( в количестве от одного до трех). Присоединяется к углероду сахара эфирными связями, образующими молекулу нуклеотида .

Свойствами нуклеотидов являются:

• участие в метаболизме и других физиологических процессах, которые протекают в клетке;
• осуществление контроля над репродукцией и ростом;
• хранение информации о наследуемых признаках и о структуре белка.

Нуклеотидная последовательность

Он определяется с помощью традиционного метода секвенирования отобранного для анализа биологического материала.

По рекомендации всемирной организации IUPAC последовательность нуклеотидов записывается путем использования следующих букв латинского алфавита с дальнейшей расшифровкой:

Т – тимин;

А – аденин;

G – гуанин;

С – цитозин;

R – GA аденин в комплексе с гуанином и основаниями пурина;

Y – TC пиримидиновые соединения;

K – GT нуклеотиды, содержащие кетогруппу;

M – AC входящие в аминогруппу;

S – GC мощные, отличающиеся тремя водородными соединениями;

W – AT неустойчивые, которые образуют только по две водородные связи.

Последовательность нуклеотидов может меняться, а обозначения латинскими буквами необходимы в тех случаях, когда порядок расположения эфирных соединений неизвестен, является несущественным либо уже имеются результаты первичных исследований.

Наибольшее количество вариантов и комбинаций нуклеозидфосфатов свойственно для ДНК. Для записи эфирных соединений РНК достаточно символов A, С, G, U. Последнее литерное обозначение является веществом уридин, которое встречается только в РНК. Последовательность символических обозначений всегда записывается без использования пробелов.

Образование фосфодиэфирных связей

Важно разобраться в вопросе о том, как соединяются нуклеотиды в полипептидную цепь и образуют молекулу нуклеиновой кислоты. Происходит это за счет так называемых фосфодиэфирных связей

Взаимодействие двух нуклеотидов дает динуклеотид. Образование нового соединения происходит путем конденсации, когда между фосфатным остатком одного мономера и гидроксигруппой пентозы другого возникает фосфодиэфирная связь.

Синтез полинуклеотида – неоднократное повторение этой реакции (несколько миллионов раз). Полинуклеотидная цепь строится посредством образования фосфодиэфирных связей между третьим и пятым углеродами сахаров (3С´ и 5С´).

Сборка полинуклеотида – сложный процесс, протекающий при участии фермента ДНК-полимеразы, которая обеспечивает рост цепи только с одного конца (3´) со свободной гидроксигруппой.

Химические свойства ДНК.

В воде ДНК образует вязкие растворы, при нагревании таких растворов до 60° С или при действии щелочей двойная спираль распадается на две составляющие цепи, которые вновь могут объединиться, если вернуться к исходным условиям. В слабокислых условиях происходит гидролиз, в результате частично расщепляются фрагменты –Р-О-СН₂— с образованием фрагментов –Р-ОН и НО-СН₂ , соответственно результате образуются мономерные, димерные (сдвоенные) или тримерные (утроенные) кислоты, представляющие собой звенья, из которых была собрана цепь ДНК (рис. 9).

Рис. 9. ФРАГМЕНТЫ, ПОЛУЧАЕМЫЕ ПРИ РАСЩЕПЛЕНИИ ДНК.

Более глубокий гидролиз позволяет отделить участки дезоксирибозы от фосфорной кислоты, а также группировку Г от дезоксирибозы, т.е., более детально разобрать молекулу ДНК на составляющие компоненты. При действии сильных кислот (помимо распада фрагментов –Р(О)-О-СН₂-) отщепляются и группировки А и Г. Действие иных реагентов (например, гидразина) позволяет отделить группировки Т и Ц. Более деликатное расщепление ДНК на компоненты проводят с помощью биологического препарата – дезоксирибонуклеазы, выделяемой из поджелудочной железы (окончание —аза всегда указывает на то, что данное вещество представляет собой катализатор биологического происхождения – фермент). Начальная часть названия – дезоксирибонуклеаза – указывает, какое именно соединение расщепляет этот фермент. Все указанные способы расщепления ДНК ориентированы, в первую очередь, на детальный анализ ее состава.

Самая важная информация, содержащаяся в молекуле ДНК, – порядок чередования групп А, Т, Г и Ц , ее получают с помощью специально разработанных методик. Для этого создан широкий набор ферментов, которые находят в молекуле ДНК строго определенную последовательность, например, Ц—T—Г—Ц—A—Г (а также соответствующую ей последовательность на противоположной цепи Г—А—Ц—Г—Т—Ц) и вычленяют ее из состава цепи. Таким свойством обладает фермент Pst I (торговое наименование, оно образуется из названия того микроорганизма Providencia stuartii, из которого получают этот фермент). При использовании другого фермента Pal I удается найти последовательность Г—Г—Ц—Ц. Далее сопоставляются результаты, полученные при действии широкого набора различных ферментов по заранее разработанной схеме, в результате удается определить последовательность таких групп на определенном участке ДНК. Сейчас подобные методики доведены до стадии широкого применения, они используются в самых разнообразных областях, далеких от научных биохимических исследований, например, при идентификации останков живых организмов или установлении степени родства.

Состав нуклеиновых кислот

В нуклеиновых кислотах сахар представлен пентозой. Это пятиуглеродный сахар, в ДНК его называют дезоксирибозой, в РНК – рибозой. Каждая молекула пентозы имеет пять атомов углерода, четыре из них вместе с атомом кислорода образуют пятичленное кольцо, а пятый входит в группу НО-СН2.

Положение каждого атома углерода в молекуле пентозы обозначается арабской цифрой со штрихом (1C´, 2C´, 3C´, 4C´, 5C´). Поскольку все процессы считывания наследственной информации с молекулы нуклеиновой кислоты имеют строгую направленность, нумерация атомов углерода и их расположение в кольце служат своего рода указателем правильного направления.

По гидроксильной группе к третьему и пятому углеродным атомам (3С´ и 5С´) присоединен остаток фосфорной кислоты. Он и определяет химическую принадлежность ДНК и РНК к группе кислот.

К первому углеродному атому (1С´) в молекуле сахара присоединено азотистое основание.

Структура молекулы ДНК

Молекула ДНК, так же как и белка, может иметь первичную, вторичную и третичную структуру.

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК определяет ее первичную структуру. Вторичная структура формируется за счет водородных связей, в основе возникновения которых положен принцип комплементарности. Другими словами, при синтезе двойной спирали ДНК действует определенная закономерность: аденин одной цепи соответствует тимину другой, гуанин – цитозину, и наоборот. Пары аденина и тимина или гуанина и цитозина образуются за счет двух в первом и трех в последнем случае водородных связей. Такое соединение нуклеотидов обеспечивает прочную связь цепей и равное расстояние между ними.

Зная последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК, по принципу комплементарности или дополнения можно достроить вторую.

Третичная структура ДНК образована за счет сложных трехмерных связей, что делает ее молекулу более компактной и способной размещаться в малом объеме клетки. Так, например, длина ДНК кишечной палочки составляет более 1 мм, тогда как длина клетки — меньше 5 мкм.

Число нуклеотидов в ДНК, а именно их количественное соотношение, подчиняется правилу Чергаффа (число пуриновых оснований всегда равно количеству пиримидиновых). Расстояние между нуклеотидами – величина постоянная, равная 0,34 нм, как и их молекулярная масса.