ДНК как линейная цепь из фосфатов, сахаров и оснований

 

Молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) состоят из линейной последовательности нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: фосфатной группы, сахара и азотистого основания (рис. 3.1). В ДНК сахар всегда присутствует в виде дезоксирибозы, т.е. в виде сахара с пятью атомами углерода.

Рис. 3.1. Упрощенная запись (слева) и химическая формула (справа) дезоксинуклеотида

 

Различные типы нуклеотидов отличаются только природой азотосодержащего основания. Всего имеется четыре разных основания: аденин, тимин, гуанин и цитозин, для которых мы будем использовать следующие английские аббревиатуры: А, Т, G и С (Табл. 3.1). Соединение, состоящее из азотистого основания и сахара, называется нуклеозидом.

 

Таблица 3.1. Основные нуклеотиды

Нуклеотид	Структурная формула нуклеотида	Однобуквенное обозначение
Аденин/ Adenine		A
Тимин/Thymine		T
Гуанин/ Guanine		G
Цитозин/ Cytosine		C

 

Синим показана постоянная часть, состоящая из дезоксирибозы и фосфатной группы, связанной с 5'-углеродом сахара. Четыре природных азотистых основания представлены черным.

 

Фосфатные группы и дезоксирибозные сахара выстроены в линию и образуют основную цепь ДНК (рис. 3.2).

 

Рис. 3.2. Цепь ДНК, как линейная цепь фосфатных групп и сахаров в виде дезоксирибозы

 

Из этого рисунка видно, что нуклеотиды, как и аминокислоты, состоят из постоянных и вариабельных частей. Вариабельная часть представлена азотистым основанием, связанным с сахарным остовом. В определенных молекулах могут встречаться химически модифицированные формы оснований (пример – метилированная ДНК или более сложные модификации в транспортной РНК). Как правило, химическая модификация имеет важное биологическое значение для взаимодействий нуклеиновых кислот с другими молекулами. Считается, что метилирование ДНК, т.е. добавление метильной группы к определенному остатку цитозина в цепи ДНК, участвует в ингибировании транскрипции в клетках позвоночных. Образование полинуклеотидной цепи из них показано на рисунке 3.3.

Рис. 3.3. Образование одной цепи ДНК идет через потерю молекулы воды и присоединение кислорода при 3'-атоме углерода к фосфатной группе следующего нуклеотида в цепи. Полинуклеотидная цепь имеет 5' и 3'- концы. Ген читается в направлении 5'-3', которое также является направлением роста цепи во время репликации и транскрипции