какие химические связи формируют и стабилизируют молекулы нуклеиновых кислот

Строение нуклеиновых кислот. Связи, формирующие структуру ДНК, РНК. Строение хроматина и рибосом.

Каждый нуклеотид содержит:

1. гетероциклическое азотистое основание(пуриновые-А,Г; пиримидиновые-Ц,Т,У),

2. пентозу(рибозой, дезоксирибозой)

3. остаток фосфорной кислоты.

Пентозу + основанием за счет N-гликозидной связи,пентоза-фосфат-пентоза

Молекула ДНК представляет собой спираль, образованную 2 полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси.

1. Первичная структура цепей ДНК-это порядок дезоксирибонуклеозидмонофосфатов в полинуклеотидной цепи. Мононуклеотиды связываются между собой 3*5*-фосфодиэфирными связями.(на 5*-конце-фосфатная гр-па; на 3*-свободная ОН-гр-па)

2. полинуклеотидные цепи в 2х-цепочечной молекуле ДНК расположены антипараллельно. Цепи удерживаются относительно друг другуза счет водородных связей между комплементарными азот. основаниями А-Т Г=Ц.

3. каждая ДНК упакована в отдельную хромосому.Хроматин-сод 5 типов гистонов(белки небольшого размера с высоким сод-м положительно заряж. а-т):Н2А,Н2В,Н3,Н4,Н1. Суммарный положительный заряд позволяет им прочно связываться с ДНК. Фрагмент ДНК+комплекс гистонов=нуклеосомы. Гистоны Н1+ДНК в межнуклеосомных уч-х и защищают эти уч-ки от действия нуклеаз.

4. негистоновые белки-разные типы регуляторных белков,связ-хся со спецеф послед ДНК + ферменты,уч-е в матричных биосинтезах

Первичная структура РНК-это порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов в полинуклеотидной цепи. Мононуклеотиды связываются между собой 3*5*-фосфодиэфирными связями. Различают тРНК, рРНК,мРНК они имеют 1 полинуклеотидную цепь.

отдельные уч-ки цепей РНК обр-т спирализованные петли-шпильки-за счет водород. связей между комплемент. азот основаниями А-У, Г=Ц

23+24.Типы РНК.Биосинтез ДНК(репликация):стехиометрия

Реплика́ция ДНК — это процесс удвоения молекулы ДНК. ДНК-полимераза.

1.ДНК-топоизомеразы, находясь перед репликативной вилкой, разрезают молекулу ДНК для облегчения ее расплетания и раскручивания.

2. ДНК-хеликазы, следуя за топоизомеразами, раскручивают и расплетают молекулу ДНК.

3. ДНК-связывающие белки (ДСБ) связывают расплетенные нити ДНК и стабилизируют их, не допуская обратного «слипания» друг с другом.

4. ДНК-полимераза δ (греч.: δ – дельта), согласовано со скоростью движения репликативной вилки, осуществляет синтез ведущей цепидочерней ДНК в направлении 5’→3′ на матрице материнскойнити ДНК по направлению от ее 3′-конца к 5′-концу (скорость до 100 пар нуклеотидов в секунду).

5. Непосредственно сразу после расплетания и стабилизации другой нити материнской молекулы к ней присоединяется ДНК-полимераза α (α- альфа ) и в направлении 5’→3′ синтезирует праймер(РНК-затравку) – последовательность РНК на матрице ДНК длиной от 10 до 200 нуклеотидов. После этого ферментудаляется с нити ДНК.

6. ДНК-полимераза ε как бы продолжает удлинять праймер, но в качестве субстрата встраивает дезоксирибонуклеотиды (в количестве 150-200 нуклеотидов). В результате образуется цельная нить из двух частей – РНК(т.е. праймер) и ДНК. ДНК-полимераза ε работает до тех пор, пока не встретит праймер предыдущего фрагмента Оказаки (синтезированный чуть ранее). После этого данный фермент удаляется с цепи.

7. ДНК-полимераза β встает вместо ДНК-полимеразы ε, движется в том же направлении (5’→3′) и удаляет рибонуклеотиды праймера, одновременно встраивая дезоксирибонуклеотиды на их место. Фермент работает до полного удаления праймера, т.е. пока на его пути не встанет дезоксирибонуклеотид (еще более ранее синтезированный ДНК-полимеразой ε). Связать результат свой работы и впереди стоящую ДНК фермент не в состоянии, поэтому он сходит с цепи.

В результате на матрице материнской нити «лежит» фрагмент дочерней ДНК. Он называется фрагмент Оказаки.

8. ДНК-лигаза производит сшивку двух соседних фрагментов Оказаки, т.е. 5′-конца отрезка, синтезированного ДНК-полимеразой ε, и 3′-конца цепи, встроенного ДНК-полимеразой β.

Транскрипция

Транскрипция – биосинтез иРНК на матрице ДНК. Процесс консервативный.
Ферменты синтеза:
а) РНК-полимераза I – синтезирует р-РНК
б) РНК-полимераза II – синтезирует и-РНК
в) РНК-полимераза III – т-РНК.

На ДНК матрице обр. три вида РНК: мРНК, тРНК, рРНК. В виде мРНК генетическая информация для синтеза полипептида передается от ДНК к рибосомам; тРНК доставляет к рибосомам аминокислоты; Главный компанент рибосом является рРНК

Трансляция

1. активация аминокислоты за счет спецефических ферментов=активированная а-та присоединяется к акцепторному стеблю за счет аминоацил-тРНК-синтетаз(-СООН-гр а-ты к 3*-ОН-концу тРНК за счет инергии) и образуется комплекс аминоацил тРНК

2. инициация: имеется 2 субъединицы рибосом. К малой субъединице присоединяется комплекс тРНК(мет) с энергией и мРНК в области кэпа и инициирующего кодона АУГ. После связывания антикодона Мет-тРНК(мет) с кодоном АУГ происходит присоединение 60S-субъединицы рибосомы,с выделением энергии. в результате большая субъединица+малая=80S-рибосома(функциональный центр)+где в Р-центре нах Мет-тРНК(мет), А-центр свободен.

3. элонгация: Связывание аа-тРНК в А-центре:в рибосому,у кот в Р-центре нах Мет-тРНК(мет), в А-центр присоединяется первая аа-тРНК. Между кодоном мРНК и антикодоном тРНК=комплементарность. аа-тРНК+мРНК=с использованием энргии(при уч-тии ЕF1)

Образование петидной связи: метионин от инициаторной тРНК переносится на альфа –амногруппу аа-тРНК, а в А-центре с обр-м дипептидил-тРНК. Катализируют пептидилтрансферазную р-ю рРНК большой субъединицей рибосомы.

Транслокация:рибосома перемещается на один кодон в направлении 5*3*. Дипептидил-тРНК из А-центра в Р-центр,а в А-центре оказывается след. кодон. тРНК(мет) покидает рибосому.

4. Терминация происходит после включения в А-центр одного из кодонов терминации: УАГ, УГА,УАА. За счет факторов терминации происходит гидролитическое отщепление синтезированного полипептида от тРНК.

Источник

Урок №97-98. Структура нуклеиновых кислот. Биологическая роль нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты — это природные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые играют огромную роль в хранении и передаче наследственной информации в живых организмах.

Молекулярная масса нуклеиновых кислот может меняться от сотен тысяч до десятков миллиардов. Они были открыты и выделены из клеточных ядер еще в XIX в., однако их биологическая роль была выяснена только во второй половине XX в.

Для оснований, содержащих группу –ОН, характерно подвижное равновесие структурных изомеров, обусловленное переносом протона от кислорода к азоту и наоборот:

Гуанин существует в виде двух структурных изомеров:

2). М оносахарид

Рибоза и 2-дезоксирибоза относятся к моносахаридам, содержащим пять углеродных атомов. В состав нуклеиновых кислот они входят в циклических β-формах:

3) . О статок фосфорной кислоты

ДНК и РНК

рибонуклеиновые кислоты (РНК)

дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)

Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов а.е.м. Это самые длинные из известных макромолекул. Значительно меньше молекулярная масса РНК (от нескольких сотен до десятков тысяч). ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК – в рибосомах и протоплазме клеток.

При описании строения нуклеиновых кислот учитывают различные уровни организации макромолекул: первичную и вторичную структуру.

Первичная структура нуклеиновых кислот – это нуклеотидный состав и определенная последовательность нуклеотидных звеньев в полимерной цепи.

В сокращённом однобуквенном обозначении эта структура записывается как

. – А – Г – Ц –.

Под вторичной структурой нуклеиновых кислот понимают пространственно упорядоченные формы полинуклеотидных цепей.

Вторичная структура ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль.

Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием.

Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию:

Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали. Таким образом,

ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),

ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарность оснований определяет комплементарность цепей в молекулах ДНК.

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами:

молекулы ДНК способны к репликации (удвоению), т.е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным, поскольку последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует их расположение в другой цепи.

молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для организмов данного вида.

Вторичная структура РНК

В отличие от ДНК, молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго определенной пространственной формы (вторичная структура РНК зависит от их биологических функций).

Основная роль РНК – непосредственное участие в биосинтезе белка.

Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковых макромолекул:

информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка;

транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа «узнают» по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка;

рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК.

Источник

Какие химические связи формируют и стабилизируют молекулы нуклеиновых кислот

§ 14. СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Первичная структура нуклеиновых кислот

Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой порядок чередования нуклеотидов в полинуклеотидной цепи (рис. 40). Нуклеотиды в молекулах ДНК и РНК связаны друг с другом фосфодиэфирными мостиками между 3’- и 5’- углеродными атомами остатков пентоз.

Рис. 40. Первичная структура нуклеиновых кислот

Вторичная структура ДНК

Вторичная структура (двойная спираль) была предложена американским генетиком Д.Уотсоном и английским физиком Ф.Криком в1953 г. Это открытие произвело переворот в исследовании нуклеиновых кислот. Предпосылкой для постулирования структуры двойной спирали послужили исследования других ученых. Э.Чаргафф и более поздние исследователи, изучая нуклеотидный состав ДНК различных видов организмов, сделали следующие выводы:

1. нуклеотидный состав ДНК разных тканей одного и того же вида одинаков;

2. нуклеотидный состав ДНК у разных видов различен;

3. нуклеотидный состав не зависит от возраста и питания;

4. в составе ДНК число остатков аденина всегда равно числу остатков тимина, а число остатков гуанина равно числу остатков цитозина. Из этого следует, что сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых – А+Г=Т+С.

Тогда же в 50-е гг. ХХ в., Р.Франклин и М.Уилкинс опубликовали рентгенограмму, полученную при рентгеноструктурном анализе нитей ДНК. Метод рентгеноструктурного анализа широко используется при исследовании пространственной структуры молекул. Предложенная Уотсоном и Криком модель пространственной организации ДНК объяснила результаты исследований выше названых ученых.

Согласно этой модели, ДНК состоит из двух цепей, закрученных в правую двойную спираль (рис. 41б.). При этом цепи располагаются антипараллельно (рис. 41а.), т.е. они ориентированы во взаимно противоположных направлениях. Плоские молекулы азотистых оснований расположены перпендикулярно оси двойной спирали. На внешней стороне двойной спирали расположены остатки дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Цепи ДНК связаны друг с другом водородными связями, которые образуются между гуанином одной цепи и цитозином другой цепи, а также между тимином и аденином, расположенными в разных цепях. При этом между тимином и аденином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три водородные связи (рис. 42.). Способность гуанина взаимодействовать в молекуле ДНК только с цитозином, а аденина – только с тимином называют комплементарностью, а основания гуанин и цитозин, аденин и тимин – комплементарными. Согласно принципу комплементарности, последовательность одной цепи будет определять последовательность другой цепи. Всегда против аденина будет находится тимин, а против гуанина – цитозин. Таким образом, цепи ДНК в двойной спирали будут комплементарны друг другу. Помимо водородных связей, возникающих при взаимодействии комплементарных оснований друг с другом, второй, не менее значительной, силой, стабилизирующей двойную спираль, является стэкинг – взаимодействие находящихся в стопке оснований. Основания расположены друг над другом и сближены своими плоскостями. В результате между ними возникают гидрофобные взаимодействия, а также дипольные взаимодействия p–связей.

Цепи ДНК (рис. 41б) при закручивании в двойную спираль образуют большую и малую борозды, ширина большой борозды – 2,2 нм, малой – 1,2 нм. На один виток спирали приходится 10 нуклеотидных остатков. Полный виток спирали имеет длину 3,4 нм. Диаметр двойной спирали 1,8 нм.

Параметры двойной спирали в зависимости от условий и состава ДНК могут несколько отличатся от той модели, которую предложили Уотсон и Крик. В настоящее время описаны и другие модели ДНК. Тем не менее во всех предложенных моделях сохраняется принцип комплементарности, и цепи ДНК закручены в двойную спираль.

Рис. 41. Параметры ДНК.

Рис. 42. Образование водородных связей между аденином и тимином, гуанином и цитозином в молекуле ДНК

Пространственная организация РНК

Природные РНК можно разделить на 2 группы: одноцепочечные и двухцепочечные РНК. Двухцепочечные РНК состоят из двух нитей РНК, комплементарных друг другу. Этот тип РНК встречается в составе некоторых вирусов. По своей организации двухцепочные РНК сходны с ДНК. Они закручены в двойную правую спираль, цепи РНК в них антипаралельны, между комплементарными основаниями образованы водородные связи, углеводнофосфатный скелет расположен снаружи спирали.

Большинство же природных РНК являются одноцепочечными. Несмотря на это, в своей структуре они могут иметь фрагменты двойной спирали, чередующиеся с линейными одноцепочечными участками РНК. Фрагменты двойной спирали образованы комплементарными участками РНК, расположенными в пределах одной цепи (рис. 43.). В некоторых случаях доля двухспиральных участков в РНК может достигать 75 – 90 %.

Рис. 43. Двухцепочечные шпильки в молекуле РНК

Источник

Вопрос 6 Связи, формирующие первичную и вторичную структуры днк и рнк. Виды рнк

Структуры нуклеиновых кислот. Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, после-

довательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Такая цепь стабилизируется 3′,5′-фосфодиэфирными связями.

Вторичная структура. В соответствии с моделью Дж. Уотсона и Ф. Крика, предложенной в 1953 г. на основании ряда аналитических данных, а также рентгеноструктурного анализа, молекула ДНК состоит из двух цепей, образуя право-вращающую спираль, в которую обе полинуклеотидные цепи закручены вокруг одной и той же оси. Удерживаются цепи благодаря водородным связям, образующимся между их азотистыми основаниями. Обе цепи полинуклеотидов в биспиральной молекуле ДНК имеют строго определенное пространственное расположение, при котором азотистые основания находятся внутри, а фосфорильные и углеводные компоненты – снаружи. Избирательность взаимодействия пар А–Т и Г–Ц принято выражать термином «комплементарность», а соответствующие азотистые основания на-

зывают комплементарными. Уникальность структуры молекул ДНК и РНК определяются закономерностями, впервые установленными Э. Чаргаффом:

1) молярная масса пуринов равна молярной массе пиримидинов А+Г=Ц+Т;

2) количество аденина и цитозина равно количеству гуанина и тимина: А+Ц=Г+Т;

3) количество аденина равно количеству тимина, а количество гуанина равно количеству цитозина.

Стабильность А–Т оснований обеспечивается двумя водородными связями, а пар Г–Ц – тремя. Длина водородных связей между основаниями составляет около 0,3 нм, расстояние между витками (шаг спирали) равно 3,4 нм. На этом участке укладываются 10 нуклеотидных остатков, размер одного нуклеотида составляет 0,34 нм; диаметр биспиральной молекулы равен 1,8 нм.

Менее охарактеризована вторичная структура матричных и рибосомных РНК. Относительно вторичной структуры тРНК наиболее вероятной представляется модель, предложенная Р. Холли, плоское изображение которой напоминает клеверный лист. Во всех тРНК есть участки, взаимодействующие с рибосомами, места для связывания с аминокислотами и ферментами, а также специфическая последовательность трех нуклеотидов (триплет), называемая анти-

кодоном, которая оказывается комплементарной тринуклеотидной последовательности мРНК (кодону), кодирующей включение в белковую молекулу определенной аминокислоты.

Третичная структура нуклеиновых кислот.

Исследования молекул ДНК при помощи физических (в частности, кристаллографических) и физико-химических методов показали, что двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы. Оказалось также, что линейная ДНК может образоваться из кольцевой формы или существовать как таковая в природе. Образование кольцевой формы молекулы ДНК у бактерий или в митохондриях клеток животных часто вызвано ковалентным соединением их открытых концов. Известно, что суперспиральная (суперскрученная) структура обеспечивает экономную упаковку огромной молекулы ДНК в хромосоме: вместо 8 см длины, которую она могла бы иметь в вытянутой форме, в хромосоме человека молекула ДНК настолько плотно упакована, что ее длина составляет 5 нм. Обычно в ДНК встречаются положительные

и отрицательные супервитки, образованные за счет скручивания по часовой (правосторонней) или против часовой стрелки двойной спирали. Образование подобных супервитков катализируется специфическими ферментами,

получившими название топоизомераз. Подобные суперспирали соединяются с белками (гистонами), упакованными в бороздках, обеспечивая тем самым стабильность третичной структуры ДНК.

Данные о структуре тРНК свидетельствуют о том, что нативные молекулы тРНК имеют примерно одинаковую третичную структуру, которая отличается от плоской структуры «клеверного листа» большой компактностью за счет складывания различных частей молекулы. Третичная структура РНК в растворе в зависимости от ионной силы, температуры и рН среды может быть представлена компактной палочкой, компактным клубком; развернутой цепью.

В настоящее время получены доказательства значимости ван-дер-ваальсовых (диполь-дипольных и лондоновских) связей между азотистыми основаниями в стабилизации общей пространственной конфигурации нуклеиновых кислот.

Источник

Типы и структура нуклеиновых кислот

Типы нуклеиновых кислот

Есть два типа нуклеиновая кислота : дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Оба играют центральную роль в каждой функции каждого живого организм, Нуклеиновые кислоты имеют сходные основные структуры с важными отличиями. Они состоят из мономер нуклеотиды, связанные как звенья в цепи, чтобы сформировать полимеры нуклеиновой кислоты. Нуклеотиды состоят из нуклеозида (комбинация пентозы моносахарид молекула и азотистая основа ) и фосфатная группа, Разница между РНК и ДНК заключается в одном азотистом основании и одном атоме кислорода в молекуле сахара.

ДНК – это генетический проект живого организма, в котором хранится вся информация и из которого может быть передана вся информация. Имеет отличительный двойная спираль Форма – две отдельные нити, которые сплетаются друг с другом. Нить ДНК намного длиннее, чем у единственной нити РНК. Это потому, что каждая нить ДНК в каждом клетка содержит план для всего организма. Дезоксирибонуклеиновая кислота находится в основном в ядре. Тем не менее, ДНК в гораздо более короткой версии также можно найти в митохондрии (мтДНК), где он поставляет гены, необходимые для производства аденозинтрифосфата, наиболее важного источника клеточной энергии.

Любая клетка с ядром содержит нуклеиновую кислоту в форме ДНК. Существуют различные исключения из правила. Некоторые клетки теряют свое ядро ​​и ДНК в процессе старения, такие как зрелый красный кровь клетки, корнеоциты и кератиноциты. Тромбоциты крови иногда упоминаются как не содержащие ни ядра, ни ДНК; однако тромбоциты представляют собой фрагменты мегакариоцитов и не считаются действительными клетками. Одноклеточные организмы (прокариоты), такие как бактерии не имеют ядра, но содержат свободные нити ДНК в цитоплазма, как показано ниже.

Структура нуклеиновой кислоты ДНК

Структура ДНК, всемирно признанной двойной спирали, основана на двух нитях сахарофосфатного остова, удерживаемых вместе азотистыми базовыми веретенами. ДНК содержит четыре азотистых основания или нуклеиновых основания: аденин, тимин, цитозин и гуанин. Это природные соединения, которые дают каждому нуклеотид Его название и подразделяются на две группы – пиримидины и пурины. В то время как пиримидиновые цитозин, тимин и урацил (см. РНК) представляют собой небольшие конструкции с одним кольцом, аденин и гуанин имеют более крупные и двойные кольца. Это различие в форме и размерах и последующее различие в электрическом заряде является важным, поскольку оно допускает только конкретные дополнительные пары между различными типами групп; в ДНК аденин будет связываться только с тимином, а цитозин будет связываться только с гуанином. Это создает азотистые базовые шпиндели одинаковой длины и зеркальное отображение на противоположной нити.

Форма двойной спирали ДНК обусловлена ​​формой нуклеотидов мономера. Когда асимметричные молекулы сложены одна поверх другой, часто получается спираль. В ДНК каждая нить идет параллельно друг другу или в противоположных направлениях.

Нуклеотидный мономер, который составляет единственное звено цепи полимера ДНК, образован из нуклеиновой основы, фосфатной группы и пятиуглеродного (пентозного) сахара, называемого 2-дезоксирибоза, «Дезокси» относится к потере атома кислорода по отношению к другой форме пентозного сахара, известной как рибоза (см. РНК). Этот недостаток атома кислорода также играет роль в спиральной структуре ДНК. На следующем изображении показана разница в химической структуре этих двух пентозных сахаров. Обратите внимание на отсутствие красной молекулы кислорода на втором углероде дезоксирибозы слева.

Дезоксирибоза ковалентно связывается с фосфатной группой. Это производит цепь, известную как сахарно-фосфатный остов. Эта структура оставляет каждое нуклеотидное основание открытым и свободным для связи с правильным нуклеотидным основанием на противоположной цепи.

РНК находится в каждом типе клеток. Это важно для производства белков посредством репликации генетической информации. Используя ДНК-схему, РНК в различных формах копирует и передает закодированные генетические данные в клеточные рибосомы. В свою очередь, рибосомы переводят эти данные в форму белков. РНК не связана с двухспиральной структурой ДНК. Тем не менее, он обладает способностью формировать эту структуру на временный период и существует в отдельных нитях различной длины. Даже в двуядерных эритроцитах РНК продолжает осуществлять процесс транскрипция, Это потому, что биосинтез белка необходим для каждой реакции в живом организме.

Типы РНК

РНК имеет четыре основные формы, названные в соответствии с ее конкретной ролью. Они известны как мессенджер РНК (мРНК ), перенос РНК (тРНК ), рибосомная РНК (рРНК) и некодирующая РНК (нкРНК). Три из них – мРНК, тРНК и рРНК – отвечают за выработку белков из одного аминокислоты в соответствии с планом ДНК. Некодирующая РНК – это широкая группа рибонуклеиновых кислот, которые не продуцируют белки посредством кодов ДНК. Исследования в этой группе все еще находятся в зачаточном состоянии, и многие из них относятся к категории, известной как «мусорная» РНК. Однако большие количества определенных типов РНК могут указывать функции в таких областях, как хромосома структура, гомеостаз и клетка физиология.

Структура нуклеиновой кислоты РНК

По структуре РНК очень похожа на ДНК. Основные отличия: отсутствие структуры с двойной спиралью, рибоза вместо дезоксирибозы и урацил вместо тимина.

РНК в основном обнаруживается в единичных или сложенных формах. Он имеет тенденцию образовывать двойную спираль только на временной основе. Пентозный сахар в форме рибозы, который является частью сахарофосфатного остова РНК, имеет дополнительный атом кислорода на втором атоме углерода, который образует гидроксильная группа, Нуклеиновая основа урацила, специфичная для РНК, заменяет тимин, обнаруженный в ДНК. Изображение ниже ясно показывает эти структурные и элементные различия.

Структура нуклеиновой кислоты

Нуклеиновые кислоты могут образовывать огромные полимеры, которые могут принимать различные формы. Таким образом, существует несколько способов обсуждения структуры нуклеиновой кислоты. «Структура нуклеиновой кислоты» может означать нечто такое простое, как последовательность нуклеотидов в куске ДНК. Или это может означать что-то настолько сложное, как то, как складывается молекула ДНК и как она взаимодействует с другими молекулами.

Вот немного о каждом уровне структуры нуклеиновой кислоты:

Первичная структура

Нуклеотиды – строительные блоки нуклеиновых кислот и «буквы» генетического «кода» – состоят из двух компонентов:

Вторичная структура

Вторичная структура относится к тому, как нуклеотидные основания образуют водородную связь друг с другом и какую форму это создает из их двух цепей. Водородные связи, которые образуются между комплементарными основаниями двух цепей нуклеиновой кислоты, весьма отличаются от Ковалентная связь который образуется между сестринскими мономерами в цепи нуклеиновой кислоты.

Связи между основаниями в одной цепи нуклеиновой кислоты являются ковалентными – они полностью разделяют свои электроны и связаны так, что их очень трудно разорвать. Атомы, связанные ковалентными связями, являются частью одной и той же молекулы. С другой стороны, водородные связи представляют собой слабые связи, возникающие из-за слабых временных притяжений между положительно заряженными ядрами водорода и электронами других атомов. Молекулы на самом деле не разделяют электроны, поэтому их можно довольно легко разделить. Изменения факторов окружающей среды, таких как кислотность, также могут нарушать водородные связи.

Наиболее распространенная вторичная структура, с которой мы знакомы, – это двойная спираль, которая образуется, когда две комплементарные нити водородной связи ДНК связаны друг с другом. Возможны и другие структуры, такие как «стволовая петля», которая возникает, когда отдельная молекула РНК сворачивается назад и образует водородные связи с самим собой, или четырехрукая структура, которая может возникать, когда четыре разные цепи водородной связи нуклеиновой кислоты с разными части друг друга. Считается, что некоторые из этих вторичных структурных возможностей используются, чтобы помочь контролировать ген выражение и выполнять другие биологические функции. В целом, ферменты транскрипции будут экспрессировать только те гены, к которым они имеют доступ. Если фрагмент гена или РНК «связан» в клубке нуклеиновых кислот, ферменты могут быть менее вероятно его достичь. Гены в более открытых, простых вторичных структурах, с другой стороны, могут с большей вероятностью быть экспрессированными.

Третичная структура

Третичная структура относится к положению атомов нуклеиновой кислоты в пространстве. Есть несколько общих измерений, которые обсуждаются, когда речь идет о третичной структуре нуклеиновой кислоты, в том числе:

Хотя любая асимметричная молекула может иметь стереоизомер, как вы можете догадаться, «длина поворота спирали» довольно уникальна для нуклеиновых кислот.

Это еще одна мера точной формы и свойств спирали нуклеиновой кислоты. Это может быть химически и биологически важным, поскольку оно определяет, какие ферменты и молекулы могут влиять на ДНК или РНК.

В двойной спирали нуклеиновой кислоты «основная канавка» – это более широкий путь, который открывается между двумя двумя цепями нуклеиновой кислоты. «Малая борозда» является более узкой. В некоторых случаях эти бороздки могут служить сайтами связывания для других молекул.

Размеры главных и второстепенных канавок могут варьироваться в зависимости от нескольких факторов, включая химическую среду двойной спирали. Все, что влияет на прочность водородных связей, может повлиять на размер основных и второстепенных канавок.

Четвертичная структура

Четвертичная структура относится к большим формам и структурам, которые могут быть сделаны нуклеиновыми кислотами. Подобно аминокислотам и белкам, нуклеиновые кислоты могут образовывать большие структуры. Форма этих структур может быть важна для их функций.

Примеры четвертичных структур нуклеиновых кислот включают хроматиды – огромные молекулы ДНК, которые плотно упакованы для хранения и транспортировки во время деление клеток – и рибосомы, которые представляют собой органеллы, сделанные частично из РНК.

Некоторые рибозимы также выполняют свою работу частично благодаря использованию четвертичной структуры. Это позволяет им взаимодействовать со своими субстратами. Как и ферменты из белка, рибозимы должны точно соответствовать подложка чтобы катализировать его химические реакции.

Источник