Выходной контроль (тесты, ситуационные задачи)
5. Литература:
5.1 Материалы лекций
5.2Николаев А.Я. Биологическая химия. М.: Высшая школа, 1989.- с. 92-100, 428-430.
5.3 Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 1990.- С.77-91.
5.4 Берёзов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия. М.: Медицина, 2004.- С.96-113.
5.5 Кушманова О.Д., Ивченко Г.М. Руководство к занятиям по биологической химии М., 1983, раб. №7
2. Основные вопросы темы
2.1 Нуклеопротеины. Схема гидролиза нуклеопротеинов.
Нуклеопротеины - сложные белки, которые в качестве простетической группы имеют ДНК или РНК.
Схему гидролиза нуклеопротеинов можно представить следующим образом:
Нуклеопротеины
 |  | ||
Белок ДНК, РНК
(гистоны)
полипептиды полинуклеотиды
 | |
аминокислоты мононуклеотиды
нуклеозид Н3РО4
пуриновые и пентоза
пиримидиновые (рибоза или
основания дезоксирибоза)
2.2. Нуклеиновые кислоты, биологическая роль.
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) относятся к сложным высокомолекулярным соединениям, состоят из небольшого числа индивидуальных химических компонентов более простого строения. С нуклеопротеинами и, соответственно, нуклеиновыми кислотами непосредственно связаны, кроме того, такие биологические процессы, как митоз, мейоз, эмбриональный и злокачественный рост и др. Нуклеиновые кислоты выполняют ряд важных биологических функ-ций, не свойственных другим полимерным веществам. В частности, они обеспечивают хранение и передачу наследст-венной информации и принимают непосредственное участие в механизмах реализации этой информации путем программирования синтеза всех клеточных белков. Структурные компоненты нуклеиновых кислот выполняют, кроме того, функции кофакторов (коэнзим А и др.), аллостерических эффекторов, входят в состав коферментов (никотин-амидадениндинуклеотид, флавинадениндинуклеотид и др.), принимая тем самым непосредственное участие в обмене веществ, а также в аккумулировании (накоплении), переносе и трасформации энергии. Они являются предшествен-никами вторичных посредников (мессенджеров) – циклических мононуклеотидов (цАМФ и цГМФ), выполняющих
важную функцию в передаче внутриклеточных сигналов.
2.3 Химическое строение нуклеотидов.
Структурными единицами нуклеиновых кислот являются мономерные молекулы – мононуклеотиды. Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Это продукты полимеризации мононуклеотидов, число и последовательность расположения которых в цепях ДНК и РНК определяются в строгом соответствии с программой,
заложенной в молекуле матрицы. Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента: гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты. В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов: пуриновые – аденин (А), гуанин (G) и пиримидиновые – цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U). В этой «триаде» мононуклеотида углевод занимает
среднее положение. В молекулы ДНК входят A, T, G, C, в РНК- A, C, G, U.
Номенклатура нуклеотидов.
2.4 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.
2.5 Методы, применяемые при изучении строения нуклеопротеинов.
При изучении химического состава и строения нуклеиновых кислот перед исследователем всегда стоит задача выделения их из биологических объектов.
Для выделения нуклеиновых кислот из комплексов с белками необходимо прежде всего разрушить сильные многочисленные электростатические связи - между "+" заряженной молекулой белков и "-" заряженных молекулами нуклеиновых кислот . Для этого гомогенизированный материал обрабатывают 10% NaCl с последующим осаждением нуклеиновых кислот этанолом. В настоящее время для выделения нуклеиновых кислот в нативном состоянии пользуются фенольным методом, основанным на обработке нейтрально - забуференного раствора. Затем смесь подвергают центрифугированию, при этом денатурированный белок попадает в фенольную фазу, а нуклеиновые кислоты остаются в водной среде, из которой их осаждают на холоду добавлением 2-3-х объёмов этанола. Этим методом удается получить достаточно очищенные препараты нуклеиновых кислот (НК).
В настоящее время применяют ряд усовершенствованных методов разделения НК на фракции из суммарного препарата, полученного описанным выше методом. В их числе хроматография на геле фосфата кальция, ионообменная хроматография (в качестве адсорбентов применяют ДЭАЭ - целлюлозу, ДЭАЭ - сефадекс и др.), ультрацентрифугирование, хроматография по сродству на белковых носителях, метод распределения в двухфазных полимерных системах по Альбертсону, а также ферментативные чисто химические методы гидролиза.