37.17. Нуклеопротеиды и нуклеиновые кислоты

В каждой живой клетке содержатся нуклеопротеиды — вещества, состоящие из белков, соединенных с природными полимерами иного типа — нуклеиновыми кислотами. Вероятно, во всей химии не найдется столь же интересных для изучения веществ, как нуклеиновые кислоты, ибо они являются носителями наследственной информации. Рассмотрим кратко структуру нуклеиновых кислот для того, чтобы в следующем разделе познакомиться с тем, как связана их структура с той жизненно важной (в буквальном смысле этого слова) ролью, которую они играют в наследственности.

Хотя химически нуклеиновые кислоты резко отличаются от белков, они сходны с ними в одном: в молекулах всех нуклеиновых кислот имеется одинаковая (по природе, а не по величине) длинная цепь, являющаяся скелетом молекулы, а к этому скелету прикреплены различные группы, природа и последовательность расположения которых специфичны для каждой нуклеиновой кислоты.

Если скелетом молекулы белка является полиамидная цепь (полипептидная цепь), то скелетом молекулы нуклеиновой кислоты служит полиэфирная цепь (полинуклеотидная цепь). Сложноэфирная связь образуется между фосфорной кислотой (кислотный остаток) и сахаром (спиртовой остаток)

Сахаром является -рибоза (стр. 946) для класса нуклеиновых кислот, называемых рибонуклеиновые кислоты. (РНК), и для класса, называемого дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). (Приставка -дезокси означает отсутствие ОН-группы при Остатки сахара находятся в фуранозной форме и связаны с фосфатом через гидроксильные группы (рис. 37.5).

К атому каждого сахара при помощи -связи присоединено одно из определенного числа гетероциклических оснований. Звено основание — сахар называют нуклеозидом, а звено основание — сахар — фосфорная кислота — нуклеотидом. Пример нуклеотида приведен на рис. 37.6.

В ДНК в качестве оснований встречаются аденин и гуанин, содержащие циклическую систему пурина, и цитозин, тимин и -метилцитозин, содержащие пиримидиновую систему. РНК содержит аденин, гуанин, цитозин и урацил (рис. 37.7).

Соотношение этих оснований и последовательность их расположения вдоль полинуклеотидной цепи различны в каждой нуклеиновой кислоте. Первичную структуру нуклеиновых кислот изучают практически так же, как и структуру белков: кислоту расщепляют гидролизом и идентифицируют фрагменты. Именно таким путем после семи лет работы Холли и сотрудники (Корнельский университет) определили точную последовательность 77 нуклеотидов в молекуле РНК одного из типов (стр. 1065).

Что же можно сказать о вторичной структуре нуклеиновых кислот? Приведенная ниже картина находится в соответствии как с химическими данными, так и с результатами рентгеноструктурного анализа. Две полинуклеотидные цепи, идентичные, но ориентированные в противоположном направлении, закручены друг относительно друга в двойную спираль, имеющую диаметр 18 А (схематически показана на рис. 37.8). Обе спирали являются правыми и содержат по 10 нуклеотидов на один виток.

Рис. 37.5. (см. скан) Дезоксирибоиуклеииовая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты.

Рис. 37.6. Нуклеотид: адениновое звено РНК.

В данном случае нуклеозидом является аденозин, а гетероциклическим основанием — адении.

В ДНК две спирали связаны друг с другом через определенные интервалы при помощи водородных связей. Изучение молекулярных моделей показало, что водородные связи могут образоваться лишь между аденином и тимином и между гуанином и цитозином; водородные связи между другими парами оснований не позволят им разместиться в структуре двойной спирали. В соответствии с этим представлением отношения аденин тимин и гуанин цитозин равны

Гораздо менее изучена структура РНК, хотя и в этом случае также предполагается спиральная структура.

До сих пор мы обсуждали лишь одну составную часть нуклеопротеинов — нуклеиновую кислоту. Имеются данные, согласно которым в одном из нуклеопротеинов

Рис. 37.7. Гетероциклические основания ДНК и РНК.

Рис. 37.8. Схематическое изображение двойной спирали, предложенной для ДНК. Обе спирали являются правыми и направлены в противоположном направлении; содержат по аминокислотных остатков на виток. Водородные связи между спиралями.

(встречающемся в сперме рыбы) полиаргининовая цепочка лежит в одной из полостей двойной спирали, удерживаемая электростатическими силами между отрицательно заряженными фосфатными группами полинуклеотида (которые направлены наружу от спирали) и положительно заряженными гуанидиновыми группами аргиникового остатка.