НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ - клас біополімерів, відповідальних за зберігання, передачу і втілення генетичної інформації; універсальні компоненти всіх живих організмів.
Є два типи Н. к. Дезоксирибонуклеиновая (ДНК) і рибонуклеїнова (РНК), вуглеводні компоненти яких брало представлені дезоксирибозою (див.) І рибозой (див.) Відповідно. Биол, роль цих типів Н. к. Полягає в тому, що у більшості живих організмів ДНК несе функцію збереження і відтворення спадкової інформації, в той час як РНК відповідає за втілення цієї інформації в процесі синтезу білків (див. Дезоксирибонуклеїнової кислоти. Рибонуклеїнові кислоти) .
Розрізняють такі основні види РНК: інформаційна, або матрична (іРНК, або мРНК), к-раю служить матрицею для синтезу білків; рибосомная (рРНК), що є компонентом білоксинтезуючого апарату клітини - рибосоми (див.); транспортна (тРНК), функція к-рій складається в перенесенні активованих амінокислот в місце синтезу білка - рибосому. РНК служить генетичним матеріалом багатьох вірусів.
Н. к. Були відкриті в 1868 р швейцарським хіміком Міші ром (F. Miescher), к-рий показав, що вони локалізовані в ядрах клітини, мають кислотними властивостями і на відміну від білків містять фосфор.
Хімічно Н. к. Є полінуклеотіди, що складаються з мономерних ланок - так зв. мононуклеотидів (нуклеотидів). Кожен нуклеотид містить одне з чотирьох типів азотистих основ: пурини - аденін (А) і гуанін (Г) і піримідинів - цитозин (Ц) і тимін (Т). У нуклеотидах РНК замість тиміну присутній урацил (У). Підстава, поєднане з вуглеводом - пентози, утворює так зв. нуклеозид, фосфорильовані похідне догрого називається нуклеотидів. Нуклеотиди в Н. к. З'єднані за допомогою фосфодіефірних зв'язку, де R - H (водень) для ДНК і - OH (гідроксил) для РНК.
Специфічність Н. к. Визначається порядком чергування азотистих основ, що визначає так зв. первинну структуру Н. к. Первинна структура встановлена для багатьох тРНК, рРНК, іРНК, а також ряду РНК і ДНК-вірусів і бактеріофагів. Просторова структура Н. к. Визначається нековалентними взаємодіями: водневими зв'язками між основами, гідрофобними взаємодіями між площинами пар основ, електростатичними взаємодіями з участю негативно заряджених фосфатних груп і противоионов.
Найважливішим досягненням молекулярної біології (див.) Було відкриття в 1953 р Дж. Уотсоном і Ф. Криком подвійної спіралі ДНК, в молекулі к-рій дві антипараллельно розташовані сахарофосфатнимі ланцюга утримуються водневими зв'язками між аденином і тиміном або гуаніном і цитозином. Послідовність азотистих основ в одного ланцюга визначає послідовність підстав в інший. Розміри комплементарних пар А - T і Г - Ц однакові. Це дозволяє нуклеотидной ланцюга, що складається з комплементарних пар основ в довільній послідовності, згорнутися в правильну подвійну спіраль (вторинна структура Н. до.). У физиол, умовах подвійна спіраль ДНК близька до так зв. B-формі, в якій пари підстав, що лежать одна над іншою (стопкою), перпендикулярні осі спіралі.
На один виток спіралі доводиться 10 пар основ. У сольовому розчині Н. к. Число пар азотистих основ, що припадають на один виток спіралі, варіює, зменшуючись при збільшенні концентрації солі в розчині і зниженні температури.
На відміну від ДНК, що складається, як правило, з двох ланцюгів, молекули РНК зазвичай містять один ланцюг. Цей ланцюг, перегинаючись і завдавши сама на себе, утворює двоспіральні області (часто з дефектами), з яких брало формується так зв. третинна структура Н. к. двоспіральної ділянки РНК значно відрізняються за своєю геометрії від В-фор-ми ДНК і відносяться до так зв. A-формі, к-раю може виникати і у ДНК, але при зменшеній відносної вологості препарату. Спіраль A-форми більш розкручена, на один її виток припадає 11 - 12 пар азотистих основ. Пари нахилені і сильно зрушені від осі спіралі до периферії. Оскільки Нековалентні взаємодії між ланцюгами Н. к. Слабкі, то вищі структури Н. к.- третинна і вторинна руйнуються при підвищенні температури або при розчиненні препарату в наведених розчинниках. Процес руйнування двуспиральной структури називається переходом спіраль - клубок або плавленням. У процесі плавлення подвійна спіраль розділяється на складові її ланцюга, що призводить до зміни гідродинамічних і оптичних характеристик Н. к. При зниженні температури молекули Н. к. Здатні відновлювати вторинну структуру. Це властивість широко використовується для отримання «гібридних» молекул, що містять ланцюга ДНК і РНК. Відмінною особливістю двоспіральної Н. к. Є дуже велика жорсткість на вигин, завдяки чому відрізки, що містять до 100 пар основ, практично прямолінійні. Але т. До. Число пар азотистих основ в ДНК велике, то вільна ДНК в розчині утворює пухкий клубок. Звідси випливає необхідність особливих механізмів, що забезпечують компактну укладання ДНК в хромосомах. Це досягається освітою сверхспіралі з подвійної спіралі. У кільцевих ДНК прокаріотів сверхспіралізаціі виникає при зміні кута повороту між парами азотистих основ. Над-спіральні ДНК володіють надлишковою енергією пружної деформації, к-раю може використовуватися в різноманітних биохим, процесах, зокрема в регуляції генної активності, стимуляції деяких біосинтетичних реакцій. Спеціальні ферменти (топоізомерази) підтримують необхідний ступінь сверхспі-ралізації кільцевих ДНК.
Синтез Н. к. В клітці здійснюється за принципом копіювання молекули-матриці білками-полімерази, при цьому відбувається реакція поліконденсації нуклеозідтріфосфа-тов з відщепленням пірофосфату. Послідовність азотистих основ у молекулі продукту цього ферментативного процесу визначається послідовністю азотистих основ у молекулі-матриці. Синтез ДНК називається реплікацією (див.) І здійснюється комплексом білків, що складається з ДНК-полімерази, білка, що розділяє нитки ДНК, нуклеази, лігази і т. Д. Синтез РНК - транскрипція (див.) Відбувається по матриці ДНК, причому РНК-полімерази зчитують одну, так зв. значущу, нитка подвійної спіралі. У процесі транскрипції утворюється РНК-копія гена (див.). У послідовності підстав мРНК укладена інформація для синтезу специфічних білків. Кожній амінокислоті білка відповідають певні трійки нуклеотидів - триплети, що утворюють генетичний код (див.). Тому зміни нуклеотидної послідовності в ДНК - мутації (див.) Позначаються на структурі синтезованих білків, впливають на їх функцію і на спадкову інформацію. Спотворення спадкової інформації може бути причиною спадкових хвороб (див.), Напр, серповидно-клітинної анемії, фенілкетонурії, або спадкових аномалій, напр, альбинизма. Мутації можуть підхоплюватися природним відбором і служать фактором еволюції. Природна частота мутації дуже низька, але вона значно підвищується при впливі іонізуючого, ультрафіолетового випромінювання або хім. мутагенів. В ході еволюції живі організми виробили ефективні механізми репарації (відновлення) Н. к. Усувають пошкодження в їх молекулах (див. Репарація генетичних ушкоджень).
Відповідно до хім. будовою полінуклеотидних ланцюга існують три групи методів кількісного визначення Н. к. за змістом азотистих основ [зазвичай користуються визначенням величини поглинання в ультрафіолетовій частині спектру, т. е. спектрофотометрією (див.)], за змістом вуглеводного компонента [всілякі кольорові реакції (див. вуглеводи)], за кількістю фосфору. Спектрофотометричні методи дають задовільні результати тільки при незначній кількості домішок в досліджуваному зразку. Методи другої групи специфічні до типу Н. к. І дозволяють відрізняти ДНК від РНК.
Бібліографія: Органічна хімія нуклеїнових кислот, під ред. Н. К. Кочеткова і Е. І. Будовського, М. 1970; Хімія і біохімія нуклеїнових кислот, під ред. І. Б. Збарского і С. С. Дебов, JI. 1968; Ш а б а р о в а 3. А. і Богданов А. А. Хімія нуклеїнових кислот і їх компонентів, М. 1978; Chromatin, Cold Spr. Harb. Symp. quant. Biol. v. 42, pt 2, 1978; Handbook of biochemistry and molecular biology, nucleic acids, ed. by G. D. Fasman, v. 1, Cleveland, 1975.