Нуклеиновые кислоты: ДНК и РНК
Классификация нуклеиновых кислот.
Нуклеиновые кислоты могут быть разделены на два класса:
1). рибонуклеиновые кислоты (РНК), содержащие рибозу, и
2). дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), в состав которых входит дезоксирибоза.
Те и другие являются линейными полимерами нуклеотидов , образующимися с помощью фосфорнодиэфирных связей между 5'- фосфатом одного нуклеотида и 3'-гидроксидной группой сахара соседнего нуклеотида ( Рис. Химическая структура однонитевой ДНК ).
Нуклеотиды состоят из трех компонентов: пиримидинового или пуринового основания ( Пиримидиновые и пуриновые основания ), связанного с углеводом ( рибозой или дезоксирибозой ), и фосфата, этерифицирующего сахар по атомам С2', С3' или С5'. Этерификация по С5' наиболее распространена.
Структура молекулы ДНК была открыта Уотсоном и Криком в 1953 году. Согласно предложенной ими модели, нативная ДНК построена в виде правой двойной спирали, состоящей из двух полинуклеотидных цепей, сплетенных друг с другом так, что на каждый виток спирали приходится 10 пар оснований. Основания ( Рис. Основания ) - аденин, тимин (в РНК урацил), гуанин, цитозин - расположены вдоль оси спирали, а сахарофосфатные цепи - по периферии и направлены антипараллельно друг другу. Диаметр спирали 20 А, расстояние между плоскостями оснований 3,4 А ( Рис. ДНК ). Такая организация структуры двухцепочечных полинуклеотидов объясняет тот факт, что определенные группы оснований нуклеиновых кислот оказываются практически недоступными для различных химических агентов. Кроме того, все нуклеиновые кислоты способны образовывать одинаковую двухцепочечную структуру независимо от последовательности. Причем, в ДНК с самым различным нуклеотидным составом отношения A/T и G/C всегда равны единице ( Zamenhof S. ea, 1952 ). Эта закономерность известна в литературе как правила Чаргаффа . Обобщив эту информацию, Уотсон и Крик выдвинули идею о специфическом взаимодействии между комплементарными основаниями: между аденином и тимином (или урацилом), гуанином и цитозином. Важнейшей особенностью этих пар оснований является не просто хорошая геометрия водородных связей между каждой аминогруппой и примыкающей к ней кетогруппой, а тот факт, что расстояния между гликозидными связями , соединяющими пары оснований с сахаро- фосфатным остовом, одинаковы для каждой пары (10,85 А). Эти связи симметрично ориентированы относительно псевдооси симметрии второго порядка, расположенной в плоскости пары (смотри Рис. Схема водородных связей в РНК(ДНК) ). Из существования этих осей и в АТ-, и в GC-парах следует, что геометрия АТ-, ТА-, GC- и CG-пар одинакова. Таким образом, соединения между двумя С1'- атомами на одном и том же уровне спирали могут быть образованы любой из четырех пар оснований А-Т, Т-А, G-C или C-G (см. Геометрия комплементарных оснований ). Указанные пары называются уотсон-криковскими парами .
Модель Уотсона и Крика не является жесткой, дальнейшее изучение детальной структуры ДНК показало, что она обладает значительной конформационной свободой, в результате были открыты несколько различных конформаций двухцепочечной молекулы ДНК (см. Полиморфизм двойных спиралей ).
Основные параметры двойной спирали описаны в разделе Параметры спирали .
