Биохимия

Биоорганическая химия


Нуклеиновые кислоты. Структура и пространственная организация.


ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК преимущественно находятся в рибосомах, а также в протоплазме клеток.


ДНК является носителем генетической информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. В ходе процесса, называемого репликацией ДНК, образуются две копии исходной цепочки, наследуемые дочерними клетками при делении, таким образом образовавшиеся клетки оказываются генетически идентичны исходной.


Основная роль РНК заключается в непосредственном участии в биосинтезе белка. Известны три вида клеточных РНК:

  • транспортная,
  • матричная и
  • рибосомная.

Они отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и функциям.


Строение полинуклеотидной цепи. Первичная структура.


Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой набор нуклеотидных компонентов c последовательностью их чередования.


В полинуклеотидных цепях нуклеотидные звенья связываются через фосфатную группу.


Фосфатная группа образует две сложноэфирные связи: с С-3' предыдущего нуклеотидного звена и с С-5' последующего звена.



Первичная структура ДНК


Каркас цепи состоит из чередующихся пентозных и фосфатных остатков, а гетероциклические основания являются «боковыми» группами, присоединёнными к пентозным остаткам.


На рисунке выше приведено строение произвольного участка цепи ДНК, включающего четыре нуклеиновых основания.


Принцип построения цепи РНК такой же, как и у ДНК, с двумя исключениями:


  • пентозным остатком служит рибоза (у ДНК – дезоксирибоза),
  • в наборе гетероциклических оснований используется урацил (у ДНК – тимин).

Нуклеиновые кислоты представляют собой гетерополимеры, так как состоят из нуклеотидов с разными гетероциклическими основаниями.


Пространственная организация цепи ДНК.
Вторичная структура.


Под вторичной структурой ДНК подразумевают пространственную организацию полинуклеотидной цепи.


В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик, обобщив работы многих современников, описали вторичную структуру ДНК в виде двойной спирали. Она характерна для большинства молекул ДНК, хотя в настоящее время известны и другие пространственные формы.



Двойная спираль ДНК



Согласно модели Уотсона-Крика молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси с образованием двойной спирали, имеющей диаметр 1,8-2,0 нм.


Две полинуклеотидные цепи антипараллельны друг другу, т.е. направления образования фосфодиэфирных связей в них противоположны: в одной цепи 5'-3', в другой - 3'-5'.


Комплементарность цепей в двойной спирали ДНК


Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь спирали. Между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи возникают водородные связи. Эти основания составляют так называемые комплементарные пары.


В химии комплементарностью называют взаимное соответствие молекул, их взаимное дополнение, что приводит к возникновению связи между ними. Бытовая аналогия: две стороны застёжки-молнии на одежде составляют комплементарную пару.


Водородные связи образуются между аминогруппой одного основания и карбонильной группой другого, а также между амидным и имидным атомами азота.



Комплементарность цепей в двойной спирали ДНК


Например, между аденином и тимином образуются две водородные связи. А эти два гетероциклических основания составляют комплементарную пару.


Это значит, что адениновому основанию в одной цепи будет соответствовать тиминовое 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, образующих двойную спираль, не идентичны, но комплементарны между собой. Это означает, что первичная структура, т.е. нуклеотидная последовательность, одной цепи предопределяет первичную структуру второй цепи.


Генетический код


Генетический код — свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.


В ДНК используется четыре азотистых основания — аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода.



Генетический код



В генетическом коде содержится информация о строении белков.


Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма.


Реализация генетической информации в живых клетках (то есть синтез белка, кодируемого геном) осуществляется при помощи двух матричных процессов:


  • транскрипции (то есть синтеза РНК на матрице ДНК). При этом генетическая информация копируется с матрицы ДНК на РНК и
  • трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность.

Трансляция - процесс синтеза белка из аминокислот. Здесь в качестве матрицы уже выступает РНК. Процесс происходит в рибосомах.



Транскрипция и трансляция


Оглавление


Органическая химия

Косметическая химия

Коллоидная химия


Биохимия