Нуклеїнова кислота

Нуклеїнова кислота (від лат. nucleus - Ядро) - високомолекулярна органічна сполука, біополімер (полинуклеотид), утворений залишками нуклеотидів. Нуклеїнові кислоти ДНК і РНК присутні в клітинах усіх живих організмів і виконують найважливіші функції по зберіганню, передачі і реалізації спадкової інформації.


1. Історія дослідження

  • У 1847 з екстракту м'язів бика було виділено [1] речовину, яка отримала назву " инозиновой кислота ". Це з'єднання стало першим вивченим нуклеотидом. Протягом наступних десятиліть були встановлені деталі його хімічної будови. Зокрема, було показано, що инозиновой кислота є рібозід-5'-фосфатом, і містить N-Глікозидний зв'язок.
  • У 1868 році швейцарським хіміком Фрідріхом Мішер при вивченні деяких біологічних субстанцій було відкрито невідоме раніше речовина. Речовина містила фосфор і не розкладалось під дією протеолітичних ферментів. Також воно володіло вираженими кислотними властивостями. Речовина було названо "нуклеіном". З'єднанню була приписана брутто-формула C 29 H 49 N 9 O 22 P 3.
  • Уїлсон звернув увагу на практичну ідентичність хімічного складу "нуклеіна" та відкритого незадовго до цього " хроматину "- головного компонента хромосом [2]. Було висунуто припущення про особливу роль "нуклеіна" у передачі спадкової інформації.
  • У 1889 р Ріхард Альтман ввів термін "нуклеїнова кислота", а також розробив зручний спосіб отримання нуклеїнових кислот, що не містять білкових домішок.
  • Левін і Жакоб, вивчаючи продукти лужного гідролізу нуклеїнових кислот, виділили їх основні складові - нуклеотиди і нуклеозиди, а також запропонували адекватні структурні формули, що описують їх властивості.
  • У 1921 році Левін висунув гіпотезу "тетрануклеотідной структури ДНК" [3], що виявилася згодом помилковою [4].
  • У 1935 році Клейн і Танхаузер за допомогою ферменту фосфатази провели м'яке фрагментованість ДНК, в результаті чого були отримані в кристалічному стані чотири ДНК-утворюючих нуклеотиду [5]. Це відкрило нові можливості для встановлення структури цих сполук.
  • У 1940-ті роки наукова група в Кембриджі під керівництвом Александера Тодда проводить широкі синтетичні дослідження в області хімії нуклеотидів і нуклеозидів. В результаті їх роботи були встановлені всі деталі хімічної будови і стереохімії нуклеотидів. За цикл робіт у цій області Александер Тодд був нагороджений Нобелівською премією в галузі хімії в 1957 році.
  • Чаргафф було встановлена ​​закономірність змісту в нуклеїнових кислотах нуклеотидів різних типів, що отримала згодом назву Правило Чаргаффа.
  • У 1953 році Уотсоном і Криком встановлена ​​вторинна структура ДНК, подвійна спіраль [6].

2. Способи виділення

Гелеподібний осад нуклеїнової кислоти

Описано численні методики виділення нуклеїнових кислот з природних джерел. Основними вимогами, що пред'являються до методу виділення, є ефективне відділення нуклеїнових кислот від білків, а також мінімальна ступінь фрагментації отриманих препаратів. Класичний метод виділення ДНК був описаний в 1952 році і використовується в даний час без значних змін [7]. Клітинні стінки досліджуваного біологічного матеріалу руйнуються одним із стандартних методів, а потім обробляються аніонним детергентом. При цьому білки випадають в осад, а нуклеїнові кислоти залишаються у водному розчині. ДНК може бути обложена у вигляді гелю обережним додаванням етанолу до її сольовому розчину. Концентрацію отриманої нуклеїнової кислоти, а також наявність домішок (білки, фенол) зазвичай визначають спектрофотометрично по поглинанню на А 260 нм.

Нуклеїнові кислоти легко деградують під дією особливого класу ферментів - нуклеаз. У зв'язку з цим при їх виділенні важливо обробити лабораторне обладнання і матеріали відповідними інгібіторами. Так, наприклад, при виділенні РНК широко використовується такий інгібітор рибонуклеаз як DEPC.


3. Фізичні властивості

Нуклеїнові кислоти добре розчинні у воді, практично не розчинні в органічних розчинниках. Дуже чутливі до дії температури і критичним значенням рівня pH. Молекули ДНК з високою молекулярною масою, виділені з природних джерел, здатні фрагментуватися під дією механічних сил, наприклад при перемішуванні розчину. Нуклеїнові кислоти фрагментируются ферментами - нуклеазами.


4. Будова

Фрагмент полімерної ланцюжка ДНК

Полімерні форми нуклеїнових кислот називають полинуклеотидами. Ланцюжки з нуклеотидів з'єднуються через залишок фосфорної кислоти (фосфодіефірную зв'язок). Оскільки в нуклеотидах існує тільки два типи гетероциклічних молекул, рибоза і дезоксирибоза, то і є лише два види нуклеїнових кислот - дезоксирибонуклеиновая (ДНК) і рибонуклеїнова (РНК).

Мономерні форми також зустрічаються в клітинах і відіграють важливу роль у процесах передачі сигналів або запасанні енергії. Найбільш відомий мономер РНК - АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, найважливіший акумулятор енергії в клітині.


5. ДНК і РНК


Примітки

  1. J. Liebig (1847). "???". Annalen 62: 257.
  2. Edmund B. Wilson. An Atlas of the Fertilization and Karyokinesis of the Ovum - www.alibris.com/booksearch.detail?invid=9529478657&browse=1&qwork=485866&qsort=&page=1. - N. Y. : Macmillan, 1895. - P. 4.
  3. PA Levene (1921). "???". J. Biol. Chem. 48: 119.
  4. Під час висунення "тетрануклеотідной структури" хіміки критично ставилися до самої можливості існування макромолекул, внаслідок чого ДНК була приписана структура з низькою молекулярною масою
  5. W. Klein, SJ Thannhauser (1935). "???". Z. physiol. Chem. 231: 96.
  6. JD Watson, FHC Crick (1953). "Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid". Nature 171: 737-738. DOI : 10.1038/171737a0 - dx.doi.org/10.1038/171737a0.
  7. Ernest RM Kay, Norman S. Simmons, Alexander L. (1952). "An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate". J. Am. Chem. Soc. 74 (7): 1724-1726. DOI : 10.1021/ja01127a034 - dx.doi.org/10.1021/ja01127a034.

Література

  • Бартон Д., Олліс У. Д. Загальна органічна хімія. - М .: Хімія, 1986. - Т. 10. - С. 32-215. - 704 с.
  • Франк-Каменецький М. Д. Найголовніша молекула. - М .: Наука, 1983. - 160 с.
  • Аппель Б., Бенеке І., Бенсон Я., під ред. С. Мюллер Нуклеїнові кислоти від А до Я. - М .: Біном, 2012. - 352 с. - ISBN 978-5-9963-0376-2
Основні групи біохімічних молекул
Перегляд цього шаблону Типи нуклеїнових кислот
Азотисті основи
Нуклеозиди
Нуклеотиди

монофосфату ( АМФ ГМФ UMP ЦМФ) дифосфати ( АДФ ГДФ УДФ ЦДФ) трифосфату ( АТФ ГТФ УТФ ЦТФ) циклічні ( цАМФ цГМФ cADPR)

РНК
ДНК
Аналоги
Типи векторів
Основні групи біохімічних молекул