Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти — складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Вперше їх виявлено в ядрі клітини, звідки й походить назва цих сполук (від лат. nucleus — ядро).

Порівняння структури дволанцюгової ДНК та одноланцюгової РНК та азотистих основ, що входять до їх складу

Історія дослідженняРедагувати

Вперше нуклеїнові кислоти були виділені у 1869 році з ядер лейкоцитів ран людини в результаті досліджень Фрідріха Мішера. Мішер працював у Тюбінгенському університеті та намагався дослідити хімію найпростіших, з його точки зору клітин людського організму. Спочатку він намагався виділяти лейкоцити з лімфатичних вузлів, проте не зміг отримати необхідної для аналізу кількості. Тоді він став збирати матеріал з використаних для бинтування ран пов'язок у сусідній лікарні - й домігся успіху.[1]

Загальний описРедагувати

 
Структура нуклеїнової кислоти

Нуклеїнові кислоти (полінуклеотиди) є біополімерами, які побудовані із ланок нуклеозидів, пов'язаних між собою фосфодиетерними зв'язками. У свою чергу нуклеозиди - це N-глікозиди рибози або дезоксирибози із пуриновими або піримідиновими основами. Природні нуклеїнові кислоти — ДНК і РНК — виконують у всіх живих організмах роль передачі і експресії генетичної інформації. Цей термін був введений Рихардом Альтманом. Вперше їх виявлено в ядрі клітини, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус — ядро). Молекула нуклеотиду складається із залишків нітрогеновмісного гетероциклу (азотистої основи), п'ятивуглецевого моносахариду (пентози) і фосфатної кислоти. Розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (ДНК) і рибонуклеїнову (РНК). До складу ДНК входить залишок пентози дезоксирибози, до складу РНК — рибози.

Ферментативний гідроліз нуклеїнових кислот розщеплює їх на фрагменти, які називаються нуклеотидами й нуклеозидами.

Якщо аденін, гуанін (пуринові основи) і цитозин (піримідинова основа) виділяються під час гідролізу і ДНК, і РНК, то четвертою основою у РНК є урацил (піримідинова основа), а у ДНК - тимін (піримідинова основа).

Нуклеозиди містять залишки моносахариду і гетероциклічної сполуки (пуринової або піримідинової основи). Назви нуклеозидів утворюються з кореня назви нітрогеновмісної основи і суфікса -ідин (для піримідинових основ) та суфікса -озин (для пуринових основ), наприклад, уридин, гуанозин.

Нуклеотиди скадаються із залишків гетероциклічної основи, моносахариду і фосфатної основи і є фосфатними естерами нуклеозидів. Назва нуклеотидів складається з назви відповідного нуклеозиду і положення фосфатного залишку, наприклад, аденозин-5'-фосфат, уридин-5'-фосфат[2].

СтруктураРедагувати

Нуклеїновим кислотам, як і білкам, притаманна первинна структура — певна послідовність розташування нуклеотидів, а також складніша вторинна і третинна структури, які формуються за допомогою водневих зв'язків, електростатичним та іншим взаємодіям.

БудоваРедагувати

Нуклеїнові кислоти є біополімерами, мономерами яких є нуклеотиди. Нуклеотиди є складними ефірами нуклеозиду і фосфорної кислоти і з'єднуються через залишок фосфорної кислоти (фосфодіестерний зв'язок). Нуклеозид складається з вуглеводу — пентози (рибози або дезоксирибози, залежно від типу нуклеїнової кислоти) і азотистої основи (пуринового або піримідинового). Відстань між нуклеотидами в складі полінуклеотиду становить 0,34 нм.

ДНК і РНКРедагувати

Інфрачервона спектроскопіяРедагувати

До основних типів коливань відносяться валентні й деформаційні. Для появи деформаційних коливань необхідно витратити меншу енергію, ніж для валентних, тому вони мають меншу частоту. У свою чергу, частота   визначається масою атомів та енергією зв'язку. Збільшення енергії зв'язку підвищує частоту. Валентні коливання, які відбуваються уздовж між'ядерного зв'язку, бувають двох типів: синфазні   і антифазні  , для яких ще застосовують відповідні терміни "симетричні" й "антисиметричні".

Деформаційні коливання, які відбуваються поза лінією між'ядерного зв'язку, бувають ножичні, маятникові, крутильні, віялові.[3]

По групам смуг поглинання у спектрі умовно можна виділити три області: області 4000-2000 та 1700-1500 см-1, пиписувані зазвичай коливанням основ та СН-груп дезоксирибози ДНК, та область 1300-1000 см-1, приписувану коливанням цукру й фосфатних груп скелету молекул ДНК.

Смуги коливань скелету нуклеїнових кислот у ІЧ-спектрі:   - поляризація,   - валентні,   - плоскі,   - неплоскі,   - маятникові,   - віялові деформаційні коливання,   - деформаційні коливання кільця (крутильні)[4]
Група Число груп Інтенсивність Очікувана частота коливань, см-1 Частота у спектрі, см-1
У ДНК У РНК Полірибоаденілова кислота
1 Сильна

Сильна

 

 

 

 

 

 

 


 

 


 

2 Сильна

Сильна

 

 

 

 

 

 

-

 

1 Середня

Слабка

 

 

 

 

 
 
1 Сильна

Сильна

Слабка

Сильна

Сильна

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 


2 Слабка

Слабка

Слабка


  

 


 

  



 



 

1 Сильна

Сильна

Слабка

 

 

 

-


 

 


 

1 Сильна  

 

-  

 

 

 

 

3 Середня

Слабка

Слабка

 

 

 

 

 


 


 

2 Слабка      

Віднесення смуг ІЧ-спектру ДНК до коливань окремих зв'язків скелету (за винятком смуг у області 3500-2000 см-1, 1705, 1220, 1084 см-1) варто розглядати як орієнтоване. Варто відзначити, що коливання повійних зв'язків кілець основ сильно спряжені. У спектрах дейтерованої ДНК спостерігається зсув більшості смуг поглинання у области низьких частот внаслідок ізотопного обміну   у   та  -групах основ.

ПриміткиРедагувати

  1. Dahm, Ralf (2005). Friedrich Miescher and the discovery of DNA. Developmental Biology 278 (2): 274–288. ISSN 00121606. doi:10.1016/j.ydbio.2004.11.028. (англ.)
  2. Бобрівник Л.Д., Руденко В.М., Лезенко Г.О. - Органічна хімія. 
  3. Ю.О.Ластухін, С.А.Воронов - Органічна хімія. 
  4. Г.П.Жижина, Є.Ф.Олейник - Инфракрасная спектроскопия нуклеиновых кислот. 

ДжерелаРедагувати

ПосиланняРедагувати