Н > НУ Нуклеиновые кислотыНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫАвторы: А.А. БогдановНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (полинуклеотиды), биополимеры, в структуре которых заложена способность к точной редупликации и образованию специфич. комплексов с белками и друг с другом, что позволяет им выполнять функции хранения, передачи и реализации генетич. информации. Открыты И.Ф. Мишером в 1868 в ядрах клеток гноя и спермы лосося (отсюда назв.: лат. nucleus - ядро). Термин «Н. к.» введён в 1889 нем. учёным Р. Альтманом, который первым выделил их в чистом виде. В Н. к. кодирована информация о строении всех белков клетки или вируса и временной последовательности их синтеза при клеточном росте и дифференцировке или вирусной инфекции. Макромолекулы Н. к. построены из линейных полинуклеотидных цепей, мономерными составляющими которых являются остатки нуклеотидов - фосфорных эфиров нуклеозидов, в свою очередь, состоящих из остатка моносахарида - D-дезоксирибозы или D-рибозы и азотистого основания. Соответственно, в зависимости от природы углеводного остатка различают дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) кислоты. В ДНК азотистые основания представлены двумя пуриновыми основаниями - аденином (А) и гуанином (G) и двумя пиримидиновыми основаниями - тимином (Т) и цитозином (С). РНК вместо тимина содержит урацил (U). В полинуклеотидной цепи Н. к. остатки нуклеотидов соединены фосфодиэфирными связями. В клетке Н. к. взаимодействуют с белками, образуя либо долгоживущие структуры (напр., нуклеоид у бактерий, хромосомы у эукариот и рибосомы у всех живых организмов), либо многочисл. функциональные комплексы, время жизни которых определяется выполняемой ими функцией. В вирусных частицах Н. к. также связаны с белками. Важнейшая характеристика любой Н. к. - её нуклеотидная последовательность (называемая также первичной структурой ДНК или РНК), т. е. порядок чередования четырёх нуклеотидных остатков в полинуклеотидной цепи. Определение первичной структуры Н. к. осуществляется с помощью автоматич. секвенаторов (от англ. sequence - последовательность), которые работают в сочетании с суперкомпьютерами и способны за сутки расшифровывать последовательности ДНК длиной в десятки и сотни миллионов нуклеотидных остатков. Благодаря этому совр. базы данных содержат гигантский объём информации о первичной структуре ДНК и РНК, в т. ч. о полной структуре геномов множества вирусов и организмов, включая человека. Эта информация представляет большой интерес для биологии, медицины и биотехнологии. Она анализируется с помощью методов биоинформатики. В 1953 Дж. Уотсон и Ф. Крик установили, что в основе пространственной организации макромолекулы ДНК лежит принцип комплементарности нуклеиновых оснований. Они показали, что макромолекула ДНК представляет собой спираль, в которой две полинуклеотидные цепи закручены вокруг общей оси и удерживаются одна возле другой за счёт того, что аденин одной цепи спарен всегда только с тимином, находящимся напротив него в др. цепи, и гуанин, аналогичным образом, спарен только с цитозином. Работе Уотсона и Крика предшествовало открытие в 1944 О. Эйвери с сотрудниками (США) того факта, что с помощью ДНК генетич. признаки могут быть перенесены из одной клетки в другую, а также фундам. исследование в кон. 1940-х гг. Э. Чаргаффом с сотрудниками количественного нуклеотидного состава ДНК из многих организмов, в котором было показано, что для этих молекул строго соблюдается правило равенства содержания остатков: А = Т и G = С. Основываясь на известной структуре ДНК и принципе комплементарности нуклеиновых оснований, Уотсон и Крик предложили механизм редупликации ДНК и тем самым описали явление наследственности на молекулярном уровне. Публикация их работы положила начало молекулярной биологии, гл. объектом которой были и остаются нуклеиновые кислоты. Принципы организации макромолекулярной структуры РНК установлены на рубеже 1950-60-х гг. работами лабораторий П. Доти (США), А.С. Спирина (СССР). Макромолекулы РНК за редким исключением построены из одной полинуклеотидной цепи. Характерные элементы вторичной структуры РНК - короткие двуспиральные «шпильки», перемежающиеся однотяжевыми участками. Вся молекула РНК укладывается в компактную третичную структуру, стабилизированную взаимодействиями между достаточно удалёнными друг от друга во вторичной структуре нуклеотидными остатками. При взаимодействии с белками происходит стабилизация макромолекул РНК. В основе биосинтеза Н. к. лежат матричный принцип и принцип комплементарности нуклеиновых оснований. Синтез ДНК (репликация) и РНК (транскрипция) осуществляется ферментами ДНК- и РНК-полимеразами соответственно, которые производят комплементарное копирование ДНК-матриц. Матрицей для синтеза ДНК может служить также однотяжевая РНК (напр., РНК ретровирусов или РНК- компонент теломеразы), комплементарное копирование которой осуществляет фермент обратная транскриптаза. В случае многих РНК-содержащих вирусов матрицей для синтеза РНК служит вирусная РНК. В процессе или после завершения синтеза ДНК её гетероциклич. основания (гл. обр. аденин и цитозин) могут подвергаться специфич. метилированию, в результате которого изменяется активность определённых генов. Такая модификация ДНК лежит в основе одного из главных эпигенетич. механизмов клетки. Азотистые основания вновь образованных РНК (в особенности транспортных и рибосомных РНК) также специфически модифицируются, что необходимо для их правильного функционирования. Важной модификацией, которой подвергаются все известные типы клеточных РНК, называемой редактированием РНК, является дезаминирование определённых остатков аденина и превращение их в инозин. Если фундам. биологич. роль ДНК состоит в хранении заключённой в ней генетич. информации, то функции РНК более разнообразны. Они играют ключевую роль на всех этапах биосинтеза белка (см. Трансляция) и прямо участвуют в регуляции активности генов (в т. ч. посредством РНК-интерференции). У ряда РНК, называемых рибозимами, открыта способность катализировать разнообразные биохимич. реакции. Н. к. - осн. объект совр. биотехнологии, что обусловлено возможностью создавать искусственные ДНК и РНК с заданными свойствами методами генетич. инженерии. См. также Дезоксирибонуклеиновые кислоты, Рибонуклеиновые кислоты. Литература Лит.: Молекулярная биология. Структура и биосинтез нуклеиновых кислот / Под ред. А.С. Спирина. М., 1990; Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger principles of biochemistry. 6th ed. N. Y., 2012. |
 |