ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТМолекулы нуклеиновых кислот заряжены отрицательно, поэтому они образуют с положительно заряженными белковыми компонентами ионные связи. Нуклеиновые кислоты – линейные (реже – циклические) гетерополимеры, их мономерами являются мононуклеотиды. Мононуклеотид состоит из трех частей: 1) азотистого основания (у всех нуклеиновых кислот), пентозы (рибозы у РНК или дезоксирибозы у ДНК) - вместе они составляют нуклеозид, и остатка фосфорной кислоты. Номенклатура различных мононуклеотидов представлена в таблице, а их строение - на рисунках.
НОМЕНКЛАТУРА НУКЛЕОТИДОВ
ТМФ встречается только в ДНК, а УМФ - только в РНК. Если в составе мононуклеотида имеется дезоксирибоза, то в начало его названия добавляется приставка “дезокси-“.
Один из них обозначается как 3'-конец, а другой – 5'-конец. Начальным считается 5’-конец.
Молекулярная масса нуклеиновых кислот сильно варьирует, но в целом очень большая, особенно у ДНК. В ядре клетки человеческого организма содержится 46 молекул ДНК, в составе каждой из них – 3,5 миллиарда пар мононуклеотидов. В митохондриях есть циклическая ДНК, ее молекула содержит 16 тысяч пар мононуклеотидов. Сначала была расшифрована структура митохондриальной ДНК. В ней закодирована информация о строении 13-ти полипептидных цепей, 2-х рибосомальных РНК и 22-х транспортных РНК. Поскольку митохондриальная ДНК не связана с белковыми компонентами, она сильнее подвержена мутациям, по сравнению с ядерной. Известно много митохондриальных генетических заболеваний, связанных с ее мутациями, проявляющихся нарушениями тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования. В отличие от ядерной РНК, наследование таких нарушений идет только по материнской линии. Общее количество белков, закодированных в человеческой ДНК, не превышает 100 тысяч. В настоящее время геном человека полностью расшифрован.
БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. 1. ДНК: хранение генетической информации. 2. У РНК функции более многообразны: а) хранение генетической информации (информосомы, некоторые РНК-вирусы; б) реализация генетической информации: и-РНК (м-РНК) - информационная (матричная), т-РНК (транспортная), р-РНК (рибосомальная). Все они обслуживают процесс синтеза белка. в) каталитическая функция: некоторые молекулы РНК способны катализировать реакции гидролиза 3’,5’-фосфодиэфирной связи в самой молекуле РНК. Показано, что некоторые молекулы РНК способны одним своим участком катализировать гидролиз фосфодиэфирных связей другого участка своей молекулы. Такое явление обозначается термином «самосплайсинг». Каталитические РНК называют рибозимами.
ФУНКЦИИ МОНОНУКЛЕОТИДОВ. 1. Структурная. Из мононуклеотидов построены нуклеиновые кислоты, некоторые коферменты и простетические группы ферментов. 2. Энергетическая. Мононуклеотиды удерживают макроэргические связи - являются аккумуляторами энергии. АТФ - это универсальный аккумулятор энергии, энергия УТФ используется для синтеза гликогена, ЦТФ - для синтеза липидов, ГТФ - для движения рибосом в ходе трансляции (биосинтез белка) и передачи гормонального сигнала (G-белок). Синтез АТФ из АДФ происходит двумя способами: окислительное и субстратное фосфорилирование, синтез любых других нуклеотидтрифосфатов (НТФ) из дифосфатных форм - через АТФ путем переноса фосфата: НМФ + АТФ Û НДФ + АДФ Фермент: нуклеотидмонофосфокиназа
НДФ + АТФ Û НТФ + АДФ Фермент: нуклеотиддифосфокиназа Эти переходы протекают очень легко. 3. Регуляторная. Мононуклеотиды - аллостерические эффекторы многих ключевых ферментов, цАМФ и цГМФ являются посредниками в передаче гормонального сигнала при действии многих гормонов на клетку (аденилатциклазная система), они активируют протеинкиназы. Азотистое основание аденин является более универсальным, чем остальные: у него такое взаимное расположение аминогруппы с фосфатом, что возможен синтез АТФ из АДФ и неферментативным путем.
ОБМЕН НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Нуклеиновые кислоты в организме постоянно обновляются. В норме синтез и распад находятся в состоянии динамического равновесия.
КАТАБОЛИЗМ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Начинается с гидролиза 3',5'-фосфодиэфирной связи под действием ферментов нуклеаз: - ДНКазы - расщепляют ДНК - РНКазы - расщепляют РНК Среди ДНКаз и РНКаз различают: - экзонуклеазы (5' и 3'); - эндонуклеазы - специфичны к мононуклеотидной последовательности, есть высокоспецифичные: рестриктазы - используются в генной инженерии. Далее происходит отщепление фосфата от мононуклеотида с участием ферментов нуклеотидаз с образованием нуклеозидов. Нуклеозид может расщепляться путем гидролиза под действием фермента нуклеозидазы на азотистое основание и пентозу, но чаще происходит фосфоролиз - при этом нуклеозид расщепляется на азотистое основание и фосфорибозу.
Нуклеазы очень многообразны. Различают ДНКазы и РНКазы. Отличаются друг от друга по месту действия. Бывают эндонуклеазы (расщепляют внутренние 3’5'-фосфодиэфирные связи) и экзонуклеазы (отщепляют концевые мононуклеотиды). Встречается 2 типа экзонуклеаз: 3'-экзонуклеазы – отщепляют мононуклеотид с 3'-конца молекулы, и 5'-экзонуклеазы – отщепляют 5'-концевой мононуклеотид. Нуклеазы могут отличаться друг от друга и по специфичности. Пищеварительные нуклеазы и нуклеазы лизосомальные отличаются низкой специфичностью, у них упрощенное строение активного центра. У высокоспецифичных нуклеаз очень сложное строение активного центра. Они способны «узнавать» целую последовательность нуклеотидов из 4-10 пар и расщеплять одну-единственную связь в строго определенном месте (если «узнаваемый» участок содержит содержит 4 нуклеотидные пары, то расщепляется, в среднем, одна связь из 250 возможных). Такие высокоспецифичные ДНКазы называются рестриктазами. Участки ДНК, «узнаваемые» рестриктазами, называются полиндромными последовательностями. Рестриктазы широко применяются в генной инженерии. Пентозы, образующиеся в ходе катаболизма нуклеиновых кислот, могут быть утилизированы во II-м этапе ГМФ-пути. Азотистые основания также подвергаются дальнейшему катаболизму, но по-разному, в зависимости от их типа - пуриновых (аденина, гуанина) или пиримидиновых (тимина, цитозина и урацила).
КАТАБОЛИЗМ ПИРИМИДИНОВЫХ АЗОТИСТЫХ ОСНОВАНИЙ
|
В составе нуклеиновых кислот мононуклеотиды связаны 3’,5’-фосфодиэфирными связями между рибозами (дезоксирибозами) соседних мононуклеотидов через остаток фосфорной кислоты (смотрите рисунок «фрагмент молекулы РНК»). Поэтому, если молекула нуклеиновой кислоты не является циклической, концы ее различны.
