Состав и строение нуклеиновых кислот

Еще в 1869 г. Ф. Мишер из ядер лейкоцитов человека, а затем из спермы лосося выделил вещество, которое он назвал «нуклеином».В конце ХIX века было установлено, что кислый компонент «нуклеина» является нуклеиновой кислотой, которая содержит азотистые основания (пурины и пиримидины), углевод и фосфорную кислоту.

К 30-м годам ХX века П. Левен с сотрудниками установил, что азотистое основание, углевод и фосфорная кислота соединены в блоки – нуклеотиды (рис.2), расположенные вдоль линейной молекулы нуклеиновой кислоты. Нуклеотидов оказалось четыре: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Поскольку углеводный компонент оказался дезоксирибозой, кислота получила название дезоксирибонуклеиновой – ДНК.Вместе с ядерной была выделена цитоплазматическая нуклеиновая кислота, которая в качестве углевода содержала рибозу и поэтому получила название рибонуклеиновой – РНК.

В 40-50 гг. ХХ века Э. Чаргаф разработал точные методы определения количества азотистых оснований и установил, что в ДНК сумма пуринов равна сумме пиримидинов (А+Г=Т+Ц,) и количество аденина равно количеству тимина (А=Т), а гуанина – цитозину (Г=Ц).

На основе рентгеноструктурного анализа М. Уилкинс и Р. Франклин в 1953 г. получили данные, указывающие на то, что ДНК имеет двухцепочечную структуру в форме спирали.

В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик основываясь на данных Э. Чаргафа и Р. Франклин построили пространственную модель молекулы ДНК и истолковали ее роль как носителя генетической информации. Согласно их модели молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных комплементарных цепочек закрученных в двойную спираль(рис.3).

Азотистые основания нуклеотидов обеих цепей ДНК заключены внутри между витками спирали и соединены водородными связями. В соответствии с правилами Чаргаффа аденин одной цепи связан только с тимином другой цепи, а гуанин – только с цитозином. Пара аденин-тимин соединена двумя водородными связями, а пара гуанин-цитозин –тремя (рис. 4). Такой по­рядок соответствия азотистых осно­ваний (А=Т и Г=Ц) называется компле-ментарностью, и, следовательно, цепи в ДНК комплементарны друг другу.

В каждой из цепей ДНК нуклеотиды последовательно соедине­ны друг с другом с помощью остатка фосфорной кислоты и моле­кулы дезоксирибозы. Дезоксирибоза связывается с одной молеку­лой фосфорной кислоты через углерод в положении 3', а с дру­гой –через углерод 5', образуя сахаро-фосфатный остов.

Следует отметить, что обе цепи в молекуле ДНК имеют противоположную направленность. Межнуклеотидная связь в одной цепи имеет направление 5'-3', а в другой 3'-5' (рис. 4).

С развитием физико-химических методов выделения ДНК из различных организмов модель, разработанная Уотсоном и Криком была подтверждена экспериментально. Однако предстояло установить, как ДНК копируется (реплицируется) и кодирует синтез белка.