БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина І. Загальна біотехнологія

Розділ 3. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ

3.1. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

3.1.1.Хімічний склад нуклеїнових кислот

До складу молекул НК входять атоми азоту (15-16 %), фосфору (8-10 %), вуглецю, кисню і водню. З метою ідентифікації компонентів, що входять до складу НК, і їхнього кількісного визначення ДНК і РНК піддають ферментному або найчастіше кислотному гідролізу, у результаті чого виявляють пуринові (у молекулі пурину шестичленне кільце піримідину і п’ятичленний гетероцикл імідазолу знаходяться в конденсованому стані, утворюючи біциклічне похідне) (аденін і гуанін) і піримідинові (тимін, цитозин і урацил) азотисті основи, моноцукри — пентози (рибозу і дезоксирибозу) та фосфорну кислоту:

Крім названих похідних пурину і піримідину, в гідролізатах НК міститься кілька десятків інших основ (1-метиладенін, 1-метилгуанін, N₂-диметилгуанін, N₆-диметиладенін, N₇-метилгуанін, 5-метилцитозин, 5-оксиметилцитозин, 4-тіоурацил, дігідроурацил та ін.), які через малу кількість отримали назву екзотичних, або мінорних компонентів. Їхня біологічна роль, очевидно, зводиться до захисту НК від руйнівної дії ферментів. Особливо багато мінорних основ у складі тРНК (близько 60).

Азотисті основи, що містять ОН-групи (гуанін, цитозин, тимін і урацил), здатні до кетоенольних таутомерних перетворень і залежно від реакції середовища можуть знаходитися в енольній (лактимній) чи кетонній (лактамній) формі:

За фізіологічних умов більш стабільними є кетоструктури; у кетоформі азотисті основи входять до складу нуклеїнових кислот.

З п’яти вищеназваних пуринових і піримідинових азотистих основ до складу ДНК входять аденін, гуанін, цитозин і тимін. Вони містяться і в РНК, але замість тиміну присутній урацил. Назва НК залежить від пентози, що входить до її складу: у ДНК вуглеводний компонент представлений дезоксирибозою, у РНК — рибозою. Ця відмінність у будові рибози і дезоксирибози (заміна у другого вуглецевого атома рибози ОН-групи на Н) сприяє зміцненню зв’язку між другим і третім атомами вуглецю і створює сприятливі умови для компактного укладання молекули ДНК.

При ферментному гідролізі НК утворюються продукти, що складаються із залишків азотистих основ, рибозного чи дезоксирибозного компонентів та фосфорної кислоти:

Атоми вуглецю пентози мають цифрові позначення зі штрихом, щоб можна було відрізнити їх від вуглецевих атомів, що входять у пуринові чи піримідинові гетероцикли.

Сполуки, що складаються із залишків тієї чи іншої азотистої основи, пентозного (рибозного чи дезоксирибозного) компонента і фосфорної кислоти, називаються нуклеотидами. Вони є мономерними одиницями олігонуклеотидів і полінуклеотидних структур НК. Відщеплення від нуклеотида фосфорної кислоти супроводжується утворенням відповідного нуклеозида. Продукти фосфорилювання нуклеозидів, зокрема нуклеозидтрифосфати, використовуються для біосинтезу ДНК і РНК. Нуклеозиди і нуклеотиди одержують назви за азотистими основами, що входять до їх складу. Якщо вуглеводний компонент нуклеозиду представлений дезоксирибозою, то перед назвою відповідного нуклеотида ставиться префікс дезокси, наприклад дезоксигуа-нозин-5-трифосфат (д-ГТФ). Дані за номенклатурою нуклеотидів, нуклеозидів і азотистих основ представлені в табл. 3.1.

Таблиця 3.1.

Номенклатура азотистих основ, нуклеозидів і нуклеотидів

Існують нуклеотиди, що мають циклічну будову. Це насамперед циклічні аденозинмонофосфати (цАМФ чи сАМР), гуанозинмонофосфати (цГМФ чи сGМР) і цитозинмонофосфати (цЦМФ чи сСМР). Циклічні АМФ і ГМФ утворюються з відповідних нуклеозидтрифосфатів під дією ферментів аденілатциклази і гуанілатциклази. Біологічне значення цАМФ полягає в його контролі за активністю ферментів (вторинний медіатор); роль первинного регулятора виконує адреналін, що активує аденілатциклазу. Механізм дії цГМФ і цАМФ подібний, однак при дії на той самий фермент цГМФ чинить протилежний ефект, тобто є інгібітором ферментів. Даних про біологічну активність цЦМФ поки що мало відомо: