Строение нуклеотидов

Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента: гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты. В зависимости от числа имеющихся в молекуле остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты (НМФ), нуклеозиддифосфаты (НДФ), нуклео-зидтрифосфаты (НТФ) (рис. 4-1).

В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов: пуриновые - аденин (А), гуанин (G) и пиримидиновые - цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U). Нумерация атомов в основаниях записывается внутри цикла (рис. 4-2). Номенклатура нуклеотидов приведена в табл. 4-1.

Пентозы в нуклеотидах представлены либо рибозой (в составе РНК), либо дезоксирибозой (в составе ДНК). Чтобы отличить номера атомов в пентозах от нумерации атомов в основаниях, запись производят с внешней стороны цикла и к цифре добавляют штрих (') - 1', 2', 3', 4' и 5' (рис. 4-3).

Пентозу соединяет с основанием N-гликозидная связь,образованная С₁-атомом пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и N₁ -атомом пиримидина или N₉-aтомом пурина (рис. 4-4).

Нуклеотиды, в которых пентоза представлена рибозой, называют рибонуклеотидами, а нуклеиновые кислоты, построенные из рибонуклеотидов, - рибонуклеиновыми кислотами, или РНК. Нуклеиновые кислоты, в мономеры которых входит дезоксирибоза, называют дезоксири-бонуклеиновыми кислотами, или ДНК. Нуклеиновые кислоты по своему строению относят к

Рис. 4-1. Нуклеозидмоно-, ди- и трифосфаты аденозина. Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеозидов. Остаток фосфорной кислоты присоединён к 5'-углеродному атому пентозы (5'-фосфоэфирная связь).

Рис. 4-2. Пуриновые и пиримидиновые основания.

Рис. 4-3. Пентозы. Присутствуют 2 вида - β-D-рибоза в составе нуклеотидов РНК и β-D-2-дезоксирибоза в составе нуклеотидов ДНК.

классу линейных полимеров. Остов нуклеиновой кислоты имеет одинаковое строение по всей длине молекулы и состоит из чередующихся групп - пентоза-фосфат-пентоза- (рис. 4-5). Вариабельными группами в полинуклеотидных цепях служат азотистые основания - пурины и пиримидины. В молекулы РНК входят аденин (А), урацил (U), гуанин (G) и цитозин (С), в ДНК - аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). Уникальность структуры и функциональная индивидуальность молекул ДНК и РНК определяются их первичной структурой - последовательностью азотистых оснований в полинуклеотидной цепи.

Рис. 4-4. Пуриновый и пиримидиновый нуклеотиды.

Рис. 4-5. Фрагмент цепи ДНК.

 

Схематическое изображение фрагмента полинуклеотида (первичная структураДНК)

 

 

Вторичная структура ДНК

Третичная структура ДНК образуется в результате дополнительного скручивания в пространстве двухцепочечной молекулы. Она имеет вид суперспирали или изогнутой (сломанной) двойной спирали.

 

Первичная (a), вторичная (b) и третичная (c) организация наследственной информации человека

В высших организмах наследственная информация организуется в хромосомах. Хромосомы состоят из плотно сжатых штаммов ДНК, связанных с белком. Внутри каждой хромосомы каждая молекула ДНК существует в виде пары длинных цепочек без ответвлений, состоящих из нуклеотидных субъединиц, связанных друг с другом фосфодеэфирными связями, соединяющими 5 частей одной дезоксирибозы половинки с 3 частями углерода другой (Рис. 33.10). Кроме того, одна из четырех различных оснований нуклеотида (аденин, цитозин, гуанин или тимин) прикрепляются к каждой субъединице дезоксирибозы как бусинки на нитке. В трех измерениях, каждая пара цепей ДНК образует двойную спираль, в которой все основания ориентированы внутрь спирали. Внутри спирали каждое основание связано с комплементарным основанием на противоположной цепи ДНК; водородная связь диктует жесткую, невалентную конъюгацию аденина с тимином, а также гуанина с цистоином (Рис. 33.10). Поскольку последовательность нуклеотидных оснований является комплементарной по всей длине двойной молекулы ДНК, обе цепи несут, фактически, сходную генетическую информацию. На самом деле, при репликации ДНК каждая цепь является матрицей для производства новой партнерской цепи.

 

Источник Safe-trud.ru: Safe-trud.ru - Генетическая токсикология