27.3. Следующие друг за другом нуклеотиды соединены фосфодиэфирными связями

Последовательно расположенные нуклеотиды в молекулах ДНК и РНК ковалентно связаны друг с другом при помощи фосфатных «мостиков». 5-гидроксильная группа пентозы одного нуклеотида присоединена к З-гидроксильной группе пентозы соседнего нуклеотида с помощью фосфодиэфирной связи (рис. 27-5). Таким образом, ковалентные остовы нуклеиновых кислог состоят из монотонно чередующихся фосфатных и пентозных групп; основания же можно рассматривать как боковые группы, присоединенные к остову на равных расстояниях друг от друга. Отметим также, что сахарофосфатный остов и ДНК, и РНК несет заряд, поскольку фосфатные группы являются кислыми и при характерных для клеток pH заряжены отрицательно. Вместе с тем пуриновые и пиримидиновые основания, которые плохо растворимы в воде, гидрофобны. Укажем также, что цепи ДНК и РНК обладают определенной полярностью, или направлением, поскольку все межнуклеотидные фосфодиэфирные связи ориентированы вдоль цепи одинаково (рис. 27-5). Благодаря этой полярности каждая полинуклеотидная цепь имеет 5-конец и 3-конец.

Рис. 27-5. Структура ковалентного остова ДНК и РНК, в которой следующие друг за другом нуклеотидные единицы (в ДНК эти нуклеотидные единицы закрашены) соединяются между собой фосфодиэфирными мостиками. Обратите внимание на то, что остов, состоящий из чередующихся остатков пентозы и фосфатных групп, представляет собой сильно полярную часть молекулы, тогда как основания - это неполярные, гидрофобные компоненты молекулы.

Последовательность нуклеотидов в нуклеиновых кислотах можно схематически изобразить так, как показано ниже на примере фрагмента ДНК, состоящего из пяти нуклеотидов:

Основания обозначены символами А, Т, G и С, каждая дезоксирибоза изображена вертикальной чертой, а фосфатные группы - символом Цифрами в кружках указаны места в дезоксирибозе, к которым присоединены фосфатные группы. Структуру одиночной цепи ДНК изображают всегда так, что слева располагается 5-конец, а справа - 3-конец, т.е. в направлении Приведенный выше пентадезоксирибонуклеотид можно записать следующим образом:

Межнуклеотидные связи в ДНК и РНК можно химически расщепить с помощью гидролиза. Их можно гидролизовать и ферментами, которые называются пукле азами. Некоторые нуклеазы способны расщеплять связи между двумя соседними нуклеотидами, расположенными внутри цепи ДНК или РНК; такие нуклеазы называют эндонуклеазами. Нуклеазы другого класса могут катализировать гидролиз только связи концевого нуклеотида - или у 5- или у 3-конца молекулы; эти ферменты относятся к экзонуклеазам. Дезоксирибонуклеазы, специфически расщепляющие определенные межнуклеотидные связи в ДНК, и рибонуклеазы — ферменты, специфичные к РНК, найдены во всех живых клетках. Они секретируются, в частности, поджелудочной железой в кишечный тракт, где принимают участие в гидролизе нуклеиновых кислот в процессе пищеварения. Ниже мы увидим, что различные типы эндонуклеаз представляют собой важный биохимический инструмент для контролируемого расшепления ДНК и РНК на меньшие фрагменты при определении их нуклеотидной последовательности.