Нуклеиновые кислоты
Нуклеи́новая кислота (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.
История исследования
- В 1847 из экстракта мышц быка было выделено вещество, которое получило название «инозиновая кислота». Это соединение стало первым изученным нуклеотидом. В течение последующих десятилетий были установлены детали его химического строения. В частности, было показано, что инозиновая кислота является рибозид-5'-фосфатом и содержит N-гликозидную связь.
- В 1868 году швейцарским химиком Фридрихом Мишером при изучении некоторых биологических субстанций было открыто неизвестное ранее вещество. Вещество содержало фосфор и не разлагалось под действием протеолитических ферментов. Также оно обладало выраженными кислотными свойствами. Вещество было названо «нуклеином». Соединению была приписана брутто-формула C29H49N9O22P3.
- Уилсон обратил внимание на практическую идентичность химического состава «нуклеина» и открытого незадолго до этого «хроматина» — главного компонента хромосом. Было выдвинуто предположение об особой роли «нуклеина» в передаче наследственной информации.
- В 1889 г. Рихард Альтман ввел термин «нуклеиновая кислота», а также разработал удобный способ получения нуклеиновых кислот, не содержащих белковых примесей.
- [англ.] и [англ.], изучая продукты щелочного гидролиза нуклеиновых кислот, выделили их основные составляющие — нуклеотиды и нуклеозиды, а также предложили структурные формулы, верно описывающие их химические свойства.
- В 1921 году Левин выдвинул гипотезу «тетрануклеотидной структуры ДНК», оказавшуюся впоследствии ошибочной.
- В 1935 году Клейн и Танхаузер [de] с помощью фермента фосфатазы провели мягкое фрагментирование ДНК, в результате чего были получены в кристаллическом состоянии четыре ДНК-образующих нуклеотида. Это открыло новые возможности для установления структуры этих соединений.
- В 1940-е годы научная группа в Кембридже под руководством Александера Тодда проводит широкие синтетические исследования в области химии нуклеотидов и нуклеозидов, в результате которых были установлены детали химического строения и стереохимии нуклеотидов. За этот цикл работ Александер Тодд был награждён Нобелевской премией в области химии в 1957 году.
- В 1951 году Чаргаффом была установлена закономерность содержания в нуклеиновых кислотах нуклеотидов разных типов, получившая впоследствии название Правило Чаргаффа.
- В 1953 году Уотсоном и Криком установлена вторичная структура ДНК, двойная спираль.
Способы выделения
Описаны многочисленные методики выделения нуклеиновых кислот из природных источников. Основными требованиями, предъявляемыми к методу выделения, являются эффективное отделение нуклеиновых кислот от белков, а также минимальная степень фрагментации полученных препаратов. Классический метод выделения ДНК был описан в 1952 году и используется в настоящее время без значительных изменений. Клеточные стенки исследуемого биологического материала разрушаются одним из стандартных методов, а затем обрабатываются анионным детергентом. При этом белки выпадают в осадок, а нуклеиновые кислоты остаются в водном растворе. ДНК может быть осаждена в виде геля осторожным добавлением этанола к её солевому раствору. Концентрацию полученной нуклеиновой кислоты, а также наличие примесей (белки, фенол) обычно определяют спектрофотометрически по поглощению на А260 нм.
Нуклеиновые кислоты легко деградируют под действием особого класса ферментов — нуклеаз. В связи с этим при их выделении важно обработать лабораторное оборудование и материалы соответствующими ингибиторами. Так, например, при выделении РНК широко используется такой ингибитор рибонуклеаз, как DEPC.
Физические свойства
Нуклеиновые кислоты хорошо растворимы в воде, практически нерастворимы в органических растворителях. Очень чувствительны к действию температуры и критическим значениям уровня pH. Молекулы ДНК с высокой молекулярной массой, выделенные из природных источников, способны фрагментироваться под действием механических сил, например, при перемешивании раствора. Нуклеиновые кислоты фрагментируются ферментами — нуклеазами.
Строение
Полимерные формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами. Различают четыре уровня структурной организации нуклеиновых кислот: первичную, вторичную, третичную и четвертичную структуры. Первичная структура представляет собой цепочки из нуклеотидов, соединяющихся через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Вторичная структура — это две цепи нуклеиновых кислот, соединённые водородными связями. Цепи соединяются по типу «голова-хвост» (3' к 5'), по принципу комплементарности (азотистые основания находятся внутри этой структуры). Третичная структура, или же спираль, образуется за счет радикалов азотистых оснований (образуются водородные дополнительные связи, которые и сворачивают эту структуру, тем самым обуславливая её прочность). И, наконец, четвертичная структура — это комплексы гистонов и нитей хроматина.
Поскольку в нуклеотидах существует только два типа гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).
Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке.
ДНК и РНК
- ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сахар — дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые — тимин (T) и цитозин (C). ДНК часто состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных антипараллельно.
- РНК (рибонуклеиновая кислота). Сахар — рибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые — урацил (U) и цитозин (C). Структура полинуклеотидной цепочки аналогична таковой в ДНК. Из-за особенностей рибозы молекулы РНК часто имеют различные вторичные и третичные структуры, образуя комплементарные участки между разными цепями.
Типы РНК
Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́ (мРНК, синоним — информацио́нная РНК, иРНК) — РНК, содержащая информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков. Тем самым мРНК играет важную роль в «проявлении» (экспрессии) генов.
Рибосо́мные рибонуклеи́новые кисло́ты (рРНК) — несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции — считывания информации с мРНК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.
Транспортная РНК, тРНК — рибонуклеиновая кислота, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка. Имеет типичную длину от 73 до 93 нуклеотидов и размеры около 5 нм. тРНК также принимают непосредственное участие в наращивании полипептидной цепи, присоединяясь — будучи в комплексе с аминокислотой — к кодону мРНК и обеспечивая необходимую для образования новой пептидной связи конформацию комплекса.
Для каждой аминокислоты существует своя тРНК.
тРНК является одноцепочечной РНК, однако в функциональной форме имеет конформацию «клеверного листа». Аминокислота ковалентно присоединяется к 3'-концу молекулы с помощью специфичного для каждого типа тРНК фермента аминоацил-тРНК-синтетазы. На участке C находится антикодон, соответствующий аминокислоте.
Некодирующие РНК (non-coding RNA, ncRNA) — это молекулы РНК, которые не транслируются в белки. Ранее использовавшийся синоним, малые РНК (smRNA, small RNA), в настоящее время не используется, так как некоторые некодирующие РНК могут быть очень большими, например, Xist.
Последовательность ДНК, на которой транскрибируются некодирующие РНК, часто называют РНК-геном.
В число некодирующих РНК входят молекулы РНК, которые выполняют очень важные функции в клетке — транспортные РНК (тРНК), рибосомные РНК (рРНК), такие малые РНК, как малые ядрышковые РНК (snoRNA), микроРНК, siRNA, piRNA, а также длинные некодирующие РНК — Xist, , , , , TUG1.
Последние транскриптомные технологии (секвенирование РНК) и методы ДНК-микрочипов предполагают наличие более чем 30 000 длинных некодирующих РНК (англ. long ncRNA). Примерно такое же количество малых регуляторных РНК содержится в геноме мыши.
Примечания
- J. Liebig. ??? (неопр.) // Annalen. — 1847. — Т. 62. — С. 257.
- Edmund B. Wilson. An Atlas of the Fertilization and Karyokinesis of the Ovum. — New York: Macmillan, 1895. — P. 4.
- P. A. Levene. ??? (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1921. — Vol. 48. — P. 119.
- Во время выдвижения «тетрануклеотидной структуры» химики критически относились к самой возможности существования макромолекул, вследствие чего ДНК была приписана структура с низкой молекулярной массой
- W. Klein, S. J. Thannhauser. ??? (неопр.) // Z. physiol. Chem.. — 1935. — Т. 231. — С. 96.
- J. D. Watson, F. H. C. Crick. Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (англ.) // Nature. — 1953. — Vol. 171. — P. 737—738. — doi:10.1038/171737a0.
- Ernest R. M. Kay, Norman S. Simmons, Alexander L. An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate (англ.) // [англ.] : journal. — 1952. — Vol. 74, no. 7. — P. 1724—1726. — doi:10.1021/ja01127a034.
- Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. Molecular Biology of the Cell. — 5. — Garland Science, 2008. — 1392 с. — ISBN 0815341059.
Литература
- Бартон Д., Оллис У. Д. Общая органическая химия. — М.: Химия, 1986. — Т. 10. — С. 32—215. — 704 с.
- Франк-Каменецкий М. Д. Самая главная молекула. — М.: Наука, 1983. — 160 с.
- Аппель Б., Бенеке И., Бенсон Я., под ред. С. Мюллер. Нуклеиновые кислоты от А до Я. — М.: Бином, 2012. — 352 с. — ISBN 978-5-9963-0376-2.
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Нуклеиновые кислоты, Что такое Нуклеиновые кислоты? Что означает Нуклеиновые кислоты?
Nuklei novaya kislota ot lat nucleus yadro vysokomolekulyarnoe organicheskoe soedinenie biopolimer polinukleotid obrazovannyj ostatkami nukleotidov Nukleinovye kisloty DNK i RNK prisutstvuyut v kletkah vseh zhivyh organizmov i vypolnyayut vazhnejshie funkcii po hraneniyu peredache i realizacii nasledstvennoj informacii Nukleinovye kisloty RNK sleva i DNK sprava Istoriya issledovaniyaV 1847 iz ekstrakta myshc byka bylo vydeleno veshestvo kotoroe poluchilo nazvanie inozinovaya kislota Eto soedinenie stalo pervym izuchennym nukleotidom V techenie posleduyushih desyatiletij byli ustanovleny detali ego himicheskogo stroeniya V chastnosti bylo pokazano chto inozinovaya kislota yavlyaetsya ribozid 5 fosfatom i soderzhit N glikozidnuyu svyaz V 1868 godu shvejcarskim himikom Fridrihom Misherom pri izuchenii nekotoryh biologicheskih substancij bylo otkryto neizvestnoe ranee veshestvo Veshestvo soderzhalo fosfor i ne razlagalos pod dejstviem proteoliticheskih fermentov Takzhe ono obladalo vyrazhennymi kislotnymi svojstvami Veshestvo bylo nazvano nukleinom Soedineniyu byla pripisana brutto formula C29H49N9O22P3 Uilson obratil vnimanie na prakticheskuyu identichnost himicheskogo sostava nukleina i otkrytogo nezadolgo do etogo hromatina glavnogo komponenta hromosom Bylo vydvinuto predpolozhenie ob osoboj roli nukleina v peredache nasledstvennoj informacii V 1889 g Rihard Altman vvel termin nukleinovaya kislota a takzhe razrabotal udobnyj sposob polucheniya nukleinovyh kislot ne soderzhashih belkovyh primesej angl i angl izuchaya produkty shelochnogo gidroliza nukleinovyh kislot vydelili ih osnovnye sostavlyayushie nukleotidy i nukleozidy a takzhe predlozhili strukturnye formuly verno opisyvayushie ih himicheskie svojstva V 1921 godu Levin vydvinul gipotezu tetranukleotidnoj struktury DNK okazavshuyusya vposledstvii oshibochnoj V 1935 godu Klejn i Tanhauzer de s pomoshyu fermenta fosfatazy proveli myagkoe fragmentirovanie DNK v rezultate chego byli polucheny v kristallicheskom sostoyanii chetyre DNK obrazuyushih nukleotida Eto otkrylo novye vozmozhnosti dlya ustanovleniya struktury etih soedinenij V 1940 e gody nauchnaya gruppa v Kembridzhe pod rukovodstvom Aleksandera Todda provodit shirokie sinteticheskie issledovaniya v oblasti himii nukleotidov i nukleozidov v rezultate kotoryh byli ustanovleny detali himicheskogo stroeniya i stereohimii nukleotidov Za etot cikl rabot Aleksander Todd byl nagrazhdyon Nobelevskoj premiej v oblasti himii v 1957 godu V 1951 godu Chargaffom byla ustanovlena zakonomernost soderzhaniya v nukleinovyh kislotah nukleotidov raznyh tipov poluchivshaya vposledstvii nazvanie Pravilo Chargaffa V 1953 godu Uotsonom i Krikom ustanovlena vtorichnaya struktura DNK dvojnaya spiral Sposoby vydeleniyaGeleobraznyj osadok nukleinovoj kisloty Opisany mnogochislennye metodiki vydeleniya nukleinovyh kislot iz prirodnyh istochnikov Osnovnymi trebovaniyami predyavlyaemymi k metodu vydeleniya yavlyayutsya effektivnoe otdelenie nukleinovyh kislot ot belkov a takzhe minimalnaya stepen fragmentacii poluchennyh preparatov Klassicheskij metod vydeleniya DNK byl opisan v 1952 godu i ispolzuetsya v nastoyashee vremya bez znachitelnyh izmenenij Kletochnye stenki issleduemogo biologicheskogo materiala razrushayutsya odnim iz standartnyh metodov a zatem obrabatyvayutsya anionnym detergentom Pri etom belki vypadayut v osadok a nukleinovye kisloty ostayutsya v vodnom rastvore DNK mozhet byt osazhdena v vide gelya ostorozhnym dobavleniem etanola k eyo solevomu rastvoru Koncentraciyu poluchennoj nukleinovoj kisloty a takzhe nalichie primesej belki fenol obychno opredelyayut spektrofotometricheski po poglosheniyu na A260 nm Nukleinovye kisloty legko degradiruyut pod dejstviem osobogo klassa fermentov nukleaz V svyazi s etim pri ih vydelenii vazhno obrabotat laboratornoe oborudovanie i materialy sootvetstvuyushimi ingibitorami Tak naprimer pri vydelenii RNK shiroko ispolzuetsya takoj ingibitor ribonukleaz kak DEPC Fizicheskie svojstvaNukleinovye kisloty horosho rastvorimy v vode prakticheski nerastvorimy v organicheskih rastvoritelyah Ochen chuvstvitelny k dejstviyu temperatury i kriticheskim znacheniyam urovnya pH Molekuly DNK s vysokoj molekulyarnoj massoj vydelennye iz prirodnyh istochnikov sposobny fragmentirovatsya pod dejstviem mehanicheskih sil naprimer pri peremeshivanii rastvora Nukleinovye kisloty fragmentiruyutsya fermentami nukleazami StroenieFragment polimernoj cepochki DNK Polimernye formy nukleinovyh kislot nazyvayut polinukleotidami Razlichayut chetyre urovnya strukturnoj organizacii nukleinovyh kislot pervichnuyu vtorichnuyu tretichnuyu i chetvertichnuyu struktury Pervichnaya struktura predstavlyaet soboj cepochki iz nukleotidov soedinyayushihsya cherez ostatok fosfornoj kisloty fosfodiefirnaya svyaz Vtorichnaya struktura eto dve cepi nukleinovyh kislot soedinyonnye vodorodnymi svyazyami Cepi soedinyayutsya po tipu golova hvost 3 k 5 po principu komplementarnosti azotistye osnovaniya nahodyatsya vnutri etoj struktury Tretichnaya struktura ili zhe spiral obrazuetsya za schet radikalov azotistyh osnovanij obrazuyutsya vodorodnye dopolnitelnye svyazi kotorye i svorachivayut etu strukturu tem samym obuslavlivaya eyo prochnost I nakonec chetvertichnaya struktura eto kompleksy gistonov i nitej hromatina Poskolku v nukleotidah sushestvuet tolko dva tipa geterociklicheskih molekul riboza i dezoksiriboza to i imeetsya lish dva vida nukleinovyh kislot dezoksiribonukleinovaya DNK i ribonukleinovaya RNK Monomernye formy takzhe vstrechayutsya v kletkah i igrayut vazhnuyu rol v processah peredachi signalov ili zapasanii energii Naibolee izvestnyj monomer RNK ATF adenozintrifosfornaya kislota vazhnejshij akkumulyator energii v kletke DNK i RNKDNK dezoksiribonukleinovaya kislota Sahar dezoksiriboza azotistye osnovaniya purinovye guanin G adenin A pirimidinovye timin T i citozin C DNK chasto sostoit iz dvuh polinukleotidnyh cepej napravlennyh antiparallelno RNK ribonukleinovaya kislota Sahar riboza azotistye osnovaniya purinovye guanin G adenin A pirimidinovye uracil U i citozin C Struktura polinukleotidnoj cepochki analogichna takovoj v DNK Iz za osobennostej ribozy molekuly RNK chasto imeyut razlichnye vtorichnye i tretichnye struktury obrazuya komplementarnye uchastki mezhdu raznymi cepyami Tipy RNKMa trichnaya ribonuklei novaya kislota mRNK sinonim informacio nnaya RNK iRNK RNK soderzhashaya informaciyu o pervichnoj strukture aminokislotnoj posledovatelnosti belkov mRNK sinteziruetsya na osnove DNK v hode transkripcii posle chego v svoyu ochered ispolzuetsya v hode translyacii kak matrica dlya sinteza belkov Tem samym mRNK igraet vazhnuyu rol v proyavlenii ekspressii genov Riboso mnye ribonuklei novye kislo ty rRNK neskolko molekul RNK sostavlyayushih osnovu ribosomy Osnovnoj funkciej rRNK yavlyaetsya osushestvlenie processa translyacii schityvaniya informacii s mRNK pri pomoshi adaptornyh molekul tRNK i kataliz obrazovaniya peptidnyh svyazej mezhdu prisoedinyonnymi k tRNK aminokislotami Struktura transportnoj RNK Transportnaya RNK tRNK ribonukleinovaya kislota funkciej kotoroj yavlyaetsya transportirovka aminokislot k mestu sinteza belka Imeet tipichnuyu dlinu ot 73 do 93 nukleotidov i razmery okolo 5 nm tRNK takzhe prinimayut neposredstvennoe uchastie v narashivanii polipeptidnoj cepi prisoedinyayas buduchi v komplekse s aminokislotoj k kodonu mRNK i obespechivaya neobhodimuyu dlya obrazovaniya novoj peptidnoj svyazi konformaciyu kompleksa Dlya kazhdoj aminokisloty sushestvuet svoya tRNK tRNK yavlyaetsya odnocepochechnoj RNK odnako v funkcionalnoj forme imeet konformaciyu klevernogo lista Aminokislota kovalentno prisoedinyaetsya k 3 koncu molekuly s pomoshyu specifichnogo dlya kazhdogo tipa tRNK fermenta aminoacil tRNK sintetazy Na uchastke C nahoditsya antikodon sootvetstvuyushij aminokislote Ribozim ligazy Nekodiruyushie RNK non coding RNA ncRNA eto molekuly RNK kotorye ne transliruyutsya v belki Ranee ispolzovavshijsya sinonim malye RNK smRNA small RNA v nastoyashee vremya ne ispolzuetsya tak kak nekotorye nekodiruyushie RNK mogut byt ochen bolshimi naprimer Xist Posledovatelnost DNK na kotoroj transkribiruyutsya nekodiruyushie RNK chasto nazyvayut RNK genom V chislo nekodiruyushih RNK vhodyat molekuly RNK kotorye vypolnyayut ochen vazhnye funkcii v kletke transportnye RNK tRNK ribosomnye RNK rRNK takie malye RNK kak malye yadryshkovye RNK snoRNA mikroRNK siRNA piRNA a takzhe dlinnye nekodiruyushie RNK Xist TUG1 Poslednie transkriptomnye tehnologii sekvenirovanie RNK i metody DNK mikrochipov predpolagayut nalichie bolee chem 30 000 dlinnyh nekodiruyushih RNK angl long ncRNA Primerno takoe zhe kolichestvo malyh regulyatornyh RNK soderzhitsya v genome myshi PrimechaniyaJ Liebig neopr Annalen 1847 T 62 S 257 Edmund B Wilson An Atlas of the Fertilization and Karyokinesis of the Ovum New York Macmillan 1895 P 4 P A Levene angl J Biol Chem journal 1921 Vol 48 P 119 Vo vremya vydvizheniya tetranukleotidnoj struktury himiki kriticheski otnosilis k samoj vozmozhnosti sushestvovaniya makromolekul vsledstvie chego DNK byla pripisana struktura s nizkoj molekulyarnoj massoj W Klein S J Thannhauser neopr Z physiol Chem 1935 T 231 S 96 J D Watson F H C Crick Molecular Structure of Nucleic Acids A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid angl Nature 1953 Vol 171 P 737 738 doi 10 1038 171737a0 Ernest R M Kay Norman S Simmons Alexander L An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate angl angl journal 1952 Vol 74 no 7 P 1724 1726 doi 10 1021 ja01127a034 Bruce Alberts Alexander Johnson Julian Lewis Martin Raff Keith Roberts Peter Walter Molecular Biology of the Cell 5 Garland Science 2008 1392 s ISBN 0815341059 LiteraturaBarton D Ollis U D Obshaya organicheskaya himiya M Himiya 1986 T 10 S 32 215 704 s Frank Kameneckij M D Samaya glavnaya molekula M Nauka 1983 160 s Appel B Beneke I Benson Ya pod red S Myuller Nukleinovye kisloty ot A do Ya M Binom 2012 352 s ISBN 978 5 9963 0376 2
