Нуклеотид : строение, масса длина , последовательность

Немного о РНК

Проект «Геном человека» показал, что молекулы РНК также важны для жизни, как и ДНК. Внутри клеток существует множество РНК (рис. 2). Изначально РНК подразделяются на некодирующие РНК (нкРНК), которые не транслируются в белки, и кодирующие РНК (мРНК), служащие матрицей для синтеза полипептидных цепей белка. Некодирующие РНК имеют более сложную классификацию. Они бывают инфраструктурными и регуляторными. Инфраструктурные РНК представлены рибосомными РНК (рРНК) и транспортными РНК (тРНК). Молекулы рРНК синтезируются в ядрышке и составляют основу рибосомы, а также кодируют белки субъединиц рибосомы. После того, как рРНК полностью собраны, они переходят в цитоплазму, где в качестве ключевых регуляторов трансляции, участвуют в чтении кода мРНК. Последовательность из трех азотистых оснований в мРНК указывает на включение определенной аминокислоты в последовательность белка. Молекулы тРНК, приносят указанные аминокислоты на рибосомы, где синтезируется белок.

Дополнительно о РНК читайте в статьях «Биомолекулы»: «Обо всех РНК на свете, больших и малых», «Кодирующие некодирующие РНК» и «Власть колец: всемогущие кольцевые РНК» .

Рисунок 2. Виды РНК

рисунок автора статьи

Регуляторные нкРНК очень широко представлены в организме, классифицируются в зависимости от размера и выполняют ряд важных функций (табл. 1).

Таблица 1. Некодирующие регуляторные РНК

Название	Обозначение	Длина	Функции
Длинные некодирующие РНК	днкРНК, lncRNA	200 нуклеотидов	1. Регулируют избирательное метилирование ДНК, направляя ДНК-метилтрансферазу 2. Руководят избирательной посадкой репрессорных комплексов polycomb
Малые РНК	Малые ядерные РНК	мяРНК, snRNA	150 нуклеотидов	1. Участвуют в сплайсинге 2. Регулируют активность факторов транскрипции 3. Поддерживают целостность теломер
Малые ядрышковые РНК	мякРНК, snoRNA	60–300 нуклеотидов	1. Участвуют в химической модификации рРНК, тРНК и мяРНК 2. Возможно, участвуют в стабилизации структуры рРНК и защите от действия гидролаз
Малые интерферирующие РНК	миРНК, siRNA	21–22 нуклеотидов	1. Осуществляют антивирусную иммунную защиту 2. Подавляют активность собственных генов
Микро-РНК	мкРНК, miRNA	18–25 нуклеотидов	Подавляют трансляцию путем РНК-интерференции
Антисмысловые РНК	asRNA	1. Короткие: менее 200 нуклеотидов 2. Длинные: более 200 нуклеотидов	Блокируют трансляцию, образуя гибриды с мРНК
РНК, связанные с белками Piwi	piRNA, piwiRNA	26–32 нуклеотидов	Их также называют «стражами генома», они подавляют активность мобильных генетических элементов во время эмбриогенеза

Чем РНК отличается от ДНК

Большинство из вас слышали о трехбуквенных аббревиатурах ДНК и РНК. Некоторые из вас могут даже знать, к чему они относятся. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) часто упоминается в связи с тем, что она в буквальном смысле диктует дальнейшее развитие организма.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) является менее популярной аббревиатурой, чем ДНК, так как она не в центре внимания, но она так же важна.

Хотя между этими двумя молекулами есть много общего (да, они являются молекулами), их различия гораздо более интересны, ведь именно в этом кроются их основные функции.

По данным Национальной медицинской библиотеки США, ДНК каждого человека состоит из трех миллиардов фундаментальных единиц. Кроме того, более 99 процентов этих единиц одинаковы для всех людей

Другими словами, посмотрите вокруг и обратите внимание, насколько мы все разные. Только 1% из трех миллиардов достаточно, чтобы сделать нас уникальными во многих отношениях

Эти фундаментальные блоки в последовательности ДНК образуют гены, так же как буквы в предложении создают слова. Подобно тому, как мы используем слова, чтобы доносить свои мысли друг другу, клетка использует гены в качестве инструкций для создания белков.

ДНК и РНК являются частью одного из самых важных понятий в биологии, а именно центральной догмы, которая относится к процессу превращения ДНК в РНК, которая превращается в белок.

ДНК, расположенная глубоко внутри клетки в ее ядре, превращается в РНК во время процесса, который называется транскрипцией. Эта РНК, будучи копией ДНК, затем транслируется во все белки, которые делают нас теми, кто мы есть, и поддерживают наши жизненные процессы. Эта центральная догма уже указывает на два существенных различия между ДНК и РНК:

1. ДНК транскрибируется в РНК

ДНК жизненно важна для размножения клеток и для развития организмов. ДНК содержит все гены, которые превращают организм в то, чем он является. Таким образом, ДНК драгоценна и должна быть защищена. Он расположен в ядре, которое никогда не покидает.

Во время транскрипции копии ДНК создаются в форме РНК, которая в свою очередь продолжает кодировать белки.

Разница между этими двумя молекулами заключается в том, что процесс транскрипции идет только одним путем, а именно ДНК превращается в РНК, и никогда наоборот.

2. РНК транслируется в белки

Итак, учитывая вышесказанное, РНК является копией ДНК и готова к превращению в белки.

Этот процесс называется трансляцией, и он происходит в рибосомах или небольших процессорных единицах, которые читают строительные блоки РНК, называемые нуклеотидами.

Учитывая эти два различия, вы уже много знаете о двух молекулах. Одно из сходств между ними состоит в том, что оба являются длинноцепочечными молекулами или длинными цепочками букв, которые являются важными строительными блоками для всего, что следует после, а именно для нуклеотидов. Нуклеотидов всего четыре, что подводит нас к следующему различию между двумя молекулами.

3. Нуклеотидная последовательность

Молекула ДНК состоит из четырех нуклеотидов, а именно цитозина, гуанина, аденина и тимина. Каждый нуклеотид состоит из фосфатной группы, сахарной группы и азотистого основания. Молекула РНК также представляет собой цепочку из четырех нуклеотидов, а именно цитозина, гуанина, аденина и урацила.

4. Одна спираль, две спирали

ДНК является двухспиральной молекулой. РНК, с другой стороны, состоит только из одной цепи нуклеотидов. Две цепи ДНК удерживается вместе молекулярными связями между нуклеотидами, в результате чего цитозин связывается с гуанином, а аденин связывается с тимином (или урацилом в РНК).

5. Различные типы молекул РНК

Существует несколько различных моделей молекул РНК в зависимости от выполняемых функций. К ним относятся биологически активные РНК, такие как иРНК, тРНК и рРНК. Первая, а именно иРНК, несет информацию ДНК из ядра в рибосому.

В свою очередь, тРНК относится к трансферной РНК, которая важна для распознавания трехбуквенного кода, или кодона, который кодирует конкретную аминокислоту.

Рибосомная РНК, или рРНК, лежит в основе рибосомального механизма, который производит белки благодаря связыванию аминокислот.

Теперь, когда вы знаете немного больше о ДНК и РНК, будьте уверены, что между этими двумя молекулами есть еще больше различий. Они подчеркивают не только то, насколько продвинулись наши представления о молекулярной биологии, но и то, насколько точной и элегантной является природа матери в процессах, которые так важны в жизни.

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – своеобразный чертеж жизни, сложный код, в котором заключены данные о наследственной информации. Эта сложная макромолекула способна хранить и передавать наследственную генетическую информацию из поколения в поколение.

ДНК определяет такие свойства любого живого организма как наследственность и изменчивость. Закодированная в ней информация задает всю программу развития любого живого организма. Генетически заложенные факторы предопределяют весь ход жизни человека.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В клетках эукариот (животных, растений и грибов) ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках прокариотических организмов (бактерий и архей) кольцевая или линейная молекула ДНК, так называемый нуклеоид, прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются также небольшие автономные, преимущественно кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами.

ДНК — это длинная полимерная молекула, состоящая из повторяющихся блоков — нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (дезоксирибозы) и фосфатной группы.

Связи между нуклеотидами в цепи образуются за счёт дезоксирибозы и фосфатной группы (фосфодиэфирные связи).

В подавляющем большинстве случаев (кроме некоторых вирусов, содержащих одноцепочечную ДНК) макромолекула ДНК состоит из двух цепей.

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух параллельных неразветвленных полинуклеотидных цепей, закрученных в противоположные стороны вокруг общей оси.

Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы – снаружи.

Две спирали удерживаются вместе водородными связями между парами азотистых оснований. Водородные связи образуются между определенными основаниями: тимин (Т) образует водородные связи только с аденином (А), а цитозин (Ц) – только с гуанином (Г). В первой паре азотистых оснований две водородные связи, а во второй – три.

Такие пары оснований называются комплементарными парами. А такое пространственное соответствие молекул, способствующее их сближению и образованию водородных связей, называется комплементарностью. Комплементарность обусловливает спиралевидную модель ДНК.

Две спирали в молекуле ДНК комплементарны друг другу. Последовательность нуклеотидов в одной из спиралей определяет последовательность нуклеотидов в другой.

В каждой паре оснований, связанных водородными связями, одно из оснований – пуриновое, а другое пиримидиновое. Общее число остатков пуриновых оснований в молекуле ДНК равно числу остатков пиримидиновых оснований.

Таким образом,

• ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А),
• ЦИТОЗИН (Ц) комплементарен ГУАНИНУ (Г).

Комплементарность полинуклеотидных цепей служит химической основой главной функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков.

Репликация ДНК

Двухспиральная структура ДНК с комплементарными полинуклеотидными цепями обеспечивает возможность самоудвоения (репликации) этой молекулы.

Перед удвоением водородные связи разрываются, и две цепи раскручиваются и расходятся. Каждая цепь затем служит матрицей для образования на ней комплементарной цепи.

После разделения цепей происходит саморепликация, т.е. образование новой двойной спирали, идентичной исходной.

После репликации образуются две дочерние молекулы ДНК, в каждой из которых одна спираль взята из родительской ДНК, а другая (комплементарная) синтезирована заново.

Таким образом, сохраняется и передается новому поколению исходная структура ДНК.

Длина полинуклеотидных цепей ДНК практически неограничена. Число пар оснований в двойной спирали может меняться от нескольких тысяч у простейших вирусов до сотен миллионов у человека.

Видеофильм «ДНК. Код Жизни»

Рубрики: Нуклеиновые кислоты

Связь ДНК с белками ядра клетки

ДНК в ядрах клеток эукариот обычно находится в тесном взаимодействии с ядерными белками разных групп: основными (гистоновыми) и кислыми (негистоновыми). Ассоциируясь, ДНК и белки образуют единый нуклеопротеидный комплекс –дезоксирибонуклеопротеид (ДНП). Процентное соотношение сухого веса всех указанных компонентов ДНП таково: ДНК – 35–40 %, гистоновые белки – 30–50 %, негистоновые белки – 4–33 %, то есть 40 % сухого веса составляет ДНК и около 60 % – белки.

Термин «хроматин» (от греч. chroma – цвет, краска) был введен в 1880 году немецким гистологом Вальтером Флеммингом (1843–1905). Хроматин легко окрашивается ядерными красителями при исследовании клеточного препарата с помощью светового микроскопа.

Хроматином обычно называют дисперсное (деспирализированное) состояние хромосом в интерфазе клеточного ядра эукариот (в неделящейся клетке). Но с начала деления ядра молекулы ДНК уже спирализированы (упакованы) в хромосомы. Одна молекула ДНК (точнее – комплекс ДНП) представляет собой одну хромосому. Спирализацию, или упаковку, ДНК осуществляют преимущественно гистоны.

Другие нуклеотиды

В дополнение к служению мономерами в ДНК и РНК нуклеотиды играют важные роли в жизни клетки. Они являются основой для синтеза целого ряда органических веществ. Два нуклеотида могут быть связаны через фосфатные группировки в динуклеотид. К этой группе соединений относятся коферменты:

• НАДФ+ (NADP+);
• КоА (CoA);
• флавин ФАД (FAD).

Также есть жизненно-важные нуклеотиды, являющиеся компонентами энергетических реакций. Например, аденин является ключевым компонентом молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), энергетической валюты клетки. Клетки используют АТФ в качестве источника энергии во всех процессах: чтобы перенести вещества через мембрану, соединить или расщепить молекулы, передвигать мышцами, жгутиками и ресничками и т. д. АТФ – это универсальный (для всех живых организмов) источник и переносчик энергии клетки.

Молекула АТФ состоит из азотистого основания аденина, пятиуглеродного сахара рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. Остатки фосфорных кислот соединены между собой высокоэнергетическими связями (макроэргическими). Отрыв остатка фосфорной кислоты происходит в процессе гидролиза, при этом выделяется большое количество энергии – 40 кДж/моль. Процесс отсоединения фосфатной группы называется реакцией дефосфорелирования.

После гидролитического отщепления от АТФ одной фосфатной группы образуется аденизиндифосфатная кислота (АДФ):

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж

АДФ может подвергаться дальнейшему гидролизу с отщеплением еще одной фосфатной группы и выделением второй «порции» энергии. При этом АДФ преобразуется в аденозинмонофосфорную кислоту (АМФ):

АДФ + Н₂О → АМФ + Н₃РО₄ + 40 кДж

Обратный процесс — синтез АТФ — происходит в результате присоединения к молекуле АДФ остатка фосфорной кислоты (реакция фосфорилирования). Этот процесс осуществляется за счет энергии, высвобождающейся при окислении органических веществ (глюкозы, высших карбоновых кислот и др.). Для образования 1 моль АТФ из АДФ должно быть затрачено не менее 40 кДж энергии:

АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж → АТФ + Н₂О.

АТФ чрезвычайно быстро обновляется. У человека, например, каждая молекула АТФ расщепляется и вновь синтезируется около 2400 раз в сутки, поэтому средняя продолжительность ее «жизни» — менее 1 мин. Синтез АТФ осуществляется главным образом в митохондриях и хлоропластах, частично в гиалоплазме.

Структура ДНК

синтезе двойной спирали ДНК

Зная последовательность нуклеотидов одной цепи ДНК можно по принципу дополнения или комплементарности достроить вторую.

Третичная структура ДНК образовывается путем трехмерных сложных соединений. Это делает молекулу более компактной, чтобы она могла свободно разместиться в небольшом объеме клетки. длина кишечной палочки ДНК более 1 мм, в то время как длина самой клетки менее 5 мкм.

Количество пиримидиновых оснований равняется всегда числу пуриновых. Расстояние между нуклеотидами равняется 0,34 нм. Это постоянная величина, как и молекулярная масса.

Биологическая роль

Влияние нуклеотидов на течение всех процессов в организме живых существ изучают ученые, которые исследуют молекулярное строение внутриклеточного пространства.

Исходя из лабораторных заключений, полученных по итогам многолетней работы ученых различных стран мира, выделяют следующую роль нуклеозидфосфатов:

• универсальный источник жизненной энергии, за счет которой происходит питание клеток и соответственно поддерживается нормальная работа тканей, формирующих внутренние органы, биологические жидкости, эпителиальный покров, сосудистую систему;
• являются транспортировщиками глюкозных мономеров в клетках любого типа (это одна из форм углеводного обмена, когда употребляемый сахар, под воздействием пищеварительных ферментов трансформируется в глюкозу, которая разносится в каждый уголок организма вместе с нуклеозидфосфатами);
• выполняют функцию кофермента (витаминные и минеральные соединения, которые способствуют обеспечению клеток питательными веществами);
• сложные и циклические мононуклеотиды являются биологическими проводниками гормонов, распространяющихся вместе с потоком крови, а также усиливают действие нейронных импульсов;
• аллостерическим образом регулируют активность пищеварительных ферментов, вырабатываемых тканями поджелудочной железы.

Нуклеотиды входят в состав нуклеиновых кислот. Они соединены тремя и пятью связями фосфодиэфирного типа. Генетики и ученые, посвятившие свою жизнь молекулярной биологии, продолжают лабораторные исследования нуклеозидфосфатов, поэтому ежегодно мир узнает еще больше интересного о свойствах нуклеотидов.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК): строение

Роль хранителя наследственной информации у всех клеток — животных и растительных — принадлежит ДНК.

Схема строения ДНК изображена на рисунке 74. Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные одна вокруг другой нити.

Ширина такой двойной спирали ДНК невелика, около 2 нм. Длина же ее в десятки тысяч раз больше — она достигает сотен тысяч нанометров.

Между тем самые крупные белковые молекулы в развернутом виде достигают в длину не более 100 — 200 нм.

Таким образом, вдоль молекулы ДНК могут быть уложены одна за другой тысячи белковых молекул.

Молекулярная масса ДНК соответственно исключительно велика — она достигает десятков и даже сотен миллионов.

Обратимся к структуре ДНК. Каждая нить ДНК представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды.

Нуклеотид — это химическое соединение остатков трех веществ: азотистого основания, углевода (моносахарида — дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.

ДНК всего органического мира образованы соединением четырех видов нуклеотидов. Их структуры приведены на рисунке рисунке 75.

Как видно, у всех четырех нуклеотидов углевод и фосфорная кислота одинаковы.

Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям, в соответствии с которыми их называют; нуклеотид с азотистым основанием аденин (сокращенно А), нуклеотид с гуанином (Г), нуклеотид с тимином (Т) и нуклеотид с цитозином (Ц).

По размерам А равен Г, а Т равен Ц; размеры А и Г несколько больше, чем Т и Ц.

Соединение нуклеотидов в нити ДНК происходит через углевод одного нуклеотида и фосфорную кислоту соседнего. Они соединяются прочной ковалентной связью — рисунок 76.

Итак, каждая нить ДНК представляет собой полинуклеотид. Это длинная цепь, в которой в строго определенном порядке расположены нуклеотиды.

Рассмотрим теперь, как располагаются относительно друг друга нити ДНК, когда образуется двойная спираль, и какие силы удерживают их рядом.

Представление об этом дает рисунок рисунок 77, на котором изображен небольшой участок двойной спирали.

Как видно, азотистые основания одной цепи «стыкуются» с азотистыми основаниями другой. Основания подходят друг к другу настолько близко, что между ними возникают водородные связи.

В расположении стыкующихся нуклеотидов имеется важная закономерность, а именно: против А одной цепи всегда оказывается Т на другой цепи, а против Г одной цепи — всегда Ц.

Оказывается, что только при таком сочетании нуклеотидов обеспечивается, во-первых, одинаковое по всей длине двойной спирали расстояние между цепями и, во-вторых, образование между противолежащими основаниями максимального числа водородных связей (три водородные связи между Г и Ц и две водородные связи между А и Т).

В каждом из этих сочетаний оба нуклеотида как бы дополняют друг друга. Слово «дополнение» на латинском языке «комплемент». Принято поэтому говорить, что Г является комплементарным Ц, а Т комплементарен А.

Если на каком-нибудь участке одной цепи ДНК один за другим следуют нуклеотиды А, Г, Ц, Т, А, Ц, Ц, то на противолежащем участке другой цепи окажутся комплементарные им Т, Ц, Г, А, Т, Г, Г.

Таким образом, если известен порядок следования нуклеотидов в одной цепи, то по принципу комплементарности сразу же выясняется порядок нуклеотидов в другой цепи.

Большое число водородных связей обеспечивает прочное соединение нитей ДНК, что придает молекуле устойчивость и в то же время сохраняет ее подвижность: под влиянием фермента дезоксирибонуклеазы она легко раскручивается.

ДНК содержится в ядре клетки, а также в митохондриях и хлоропластах.

В ядре ДНК входит в состав хромосом, где она находится в соединении с белками.

История открытия

Фактически открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты произошло дважды. Первым открытие молекулы совершил Иоганн Фридрих Мишер в 1869 году. Будучи швейцарским биологом и физиологом, он из клеток, содержащихся в гное, смог выделить большую молекулу с высоким содержанием азота и фосфора. Свое открытие он назвал нуклеин, а позже нуклеиновой кислотой, когда были открыты её кислотные свойства.

Первоначально ученые считали, что основная функция нуклеиновой кислоты в хранении фосфора. А предположения, что она может содержать в себе наследственную информацию, вызывали насмешки, поскольку структура молекулы казалась им слишком простой и однообразной для таких функций. Так же считалось, что наличие дезоксирибонуклеиновой кислоты свойственно только животным клеткам, а в растениях содержится только РНК. Но, в 1934-1935 годах советские ученые-биологи А.Н. Белозерский и А.Р. Кезеля — это наглядно опровергли и опубликовали результаты своих работ в советских и мировых научных журналах.

Повторное открытие ДНК уже в качестве носителя наследственной информации и не только, было совершено в 1944 году. Группа исследователей, состоящая из Освальда Эвери, Колина Маклауда и Маклина Маккарти проводили эксперименты с трансформацией бактерий и доказали, что основную роль в этом процессе играет дезоксирибонуклеиновая кислота .

Уровни упаковки ДНК

Первым уровнем можно считать молекулярную форму ДНК в виде двойной спирали. Но поскольку она отдельно от белков в ядре практически не присутствует, чаще первым уровнем называют упаковку молекулы ДНК в нуклеосомной форме ДНП.

1. Первый уровень упаковки ДНП – нуклеосомная нить; она представляет собой структуру, напоминающую бусы на нитке, где в качестве бусин выступают нуклеосомы, а в качестве нитки – цепь ДНК. При этом толщина хроматиновой нити (ДНП) в нуклеосомах достигает 10–11 нм, что определяется фактически размерами самих нуклеосом.

Нуклеосомная нить («бусины на нитке»): 1 – ДНК; 2 – нуклеосома

2. Хроматиновая фибрилла – второй уровень упаковки хроматина. Представляет собой дальнейшую укладку нуклеосомной нити (бусин на нитке) в спираль с помощью гистона (H1). При формировании хроматиновой фибриллы происходит 40-кратная компактизация ДНП. Толщина такой фибриллы достигает уже 30 нм. Однако такого укорочения молекулы ДНК еще недостаточно даже для интерфазной хромосомы.

3. Петельная структура – третий уровень компактизации хроматина. Негистоновые белки образуют ось, или осевой скелет, – непрерывный тяж, к которому крепятся петли ДНП, имеющие форму хроматиновой фибриллы. На петельном уровне ДНК может достаточно легко освобождаться от упаковывающих ее белков, и на соответствующих участках становится возможной транскрипция (то есть синтез РНК).

4. Хромонема – форма хроматина четвертого уровня упаковки. Образуется путем конденсации (укладки) петельных фибрилл в отдельные участки – хромомерные (утолщенные) центры, которые у некоторых видов эукариот выглядят как узелки. При этом в самом конце интерфазы образуется серия динамических петель с большой толщиной (шириной). Толщина хромонемы уже достигает от 300 до 700 нм. В итоее достигается еще более плотная упаковка хроматина, прежде всего цепи ДНК.

Схема начальных уровней компактизации хроматина: 1 – нуклеосомный; 2 – нуклеомерный; 3 – хромомерный (петлевой домен); 4 – хромонемный

5. Перед началом деления ядра происходит удвоение хромонем, то есть их репликация и самовоспроизведение. При удвоении хромосомного аппарата обе сестринские хромонемы укладываются спирально или петлеобразно вместе, образуя хроматиду. В этом случае упакованная хромосомная нить достигает 700 нм в ширину.

6. Хромосома – шестая, последняя и самая суперспирализированная стадия упаковки. Состоящая из двух хроматид, она уплотнена, по сравнению с молекулой ДНК, в 100–500 раз. Ее толщина (ширина) достигает примерно 1400 нм. На стадии метафазы хромосомы уже видны в световой микроскоп.

Первые три уровня упаковки хроматина имеют место в интерфазном ядре и обозначаются на микрофотографиях как эухроматин, но с отдельными участками гетерохроматина. Начиная с третьего (петельного) уровня упаковка хроматина стабилизируется белками и разблокировка цепей ДНК происходит только на период считывания с них информации, то есть при синтезе РНК и редупликации ДНК. Однако еще до начала клеточного деления, в конце интерфазы, хроматин снова полностью спирализируется до уровня хромонем для обеспечения образования дочерних двойных цепей как основы хроматид, из которых впоследствии формируются хромосомы дочерних клеток.

Таким образом, процесс образования хромосом – сложное структурно-морфологическое преобразование, в основе которого лежит процесс компактизации структурных единиц в системе «молекула ДНК → хроматин (ДНП) → нуклеосома → хромонема → хромосома».

Видовой состав азотистых оснований

Нуклеотиды ДНК по азотистому основанию представлены четырьмя видами:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);• тимином (Т).

Первые два относятся к классу пуринов, два последних – пиримидинов. По молекулярной массе пуриновые всегда тяжелее пиримидиновых.

Нуклеотиды РНК по азотистому основанию представлены:

• аденином (А);• гуанином (Г);• цитозином (Ц);• урацилом (У).

Урацил так же, как и тимин, является пиримидиновым основанием.

В научной литературе нередко можно встретить и другое обозначение азотистых оснований — латинскими буквами (A, T, C, G, U).

Подробнее остановимся на химической структуре пуринов и пиримидинов.

Пиримидины, а именно цитозин, тимин и урацил, в своем составе представлены двумя атомами азота и четырьмя атомами углерода, образующих шестичленное кольцо. Каждый атом имеет свой номер от 1 до 6.

Пурины (аденин и гуанин) состоят из пиримидина и имидазола или двух гетероциклов. Молекула пуриновых оснований представлена четырьмя атомами азота и пятью атомами углерода. Каждый атом пронумерован от 1 до 9.

В результате соединения азотистого основания и остатка пентозы образуется нуклеозид. Нуклеотид – это соединение нуклеозида и фосфатной группы.

Определение возможных стекинг-взаимодействий

В файле .out (результат работы analyze) были найдены величины площади «перекрывания» колец двух последовательных пар азотистых оснований. Максимальная суммарная такая площадь в исследуемой тРНК составляет 7.11Ų (пары 20-21: GC/AC), а минимальная (не считая полного несовпадения) — 0.21Ų (пары 21-22: CG/CA). С помощью последовательного применения программ ex_str — вырезает из staking.pdb определённую пару нуклеотидов, stack2img — pdb преобразовывает в .ps и ps2pdf — преобразовывает .ps в .pdf, были получены стандартные изображения стекинг-взаимодействия для описанных выше пар нуклеотидов; они представлены на и для максимального и минимального перекрытия соответсвенно.

Рис. 18 Перекрытие пар 21 (сверху) и 20 (снизу)
Рис. 19 Перекрытие пар 22 (сверху) и 21 (снизу)

Молекула РНК – структура

Пиримидиновое основание тимина в РНК

РНК может быть трех видов, в зависимости от тех функций, которые выполняются в организме:

• информационная (иРНК) — очень разнообразная по нуклеотидному составу. Она является своего рода матрицей для синтеза белковой молекулы, переносит генетическую информацию к рибосомам от ДНК;
• транспортная (тРНК) в среднем состоит из 75-95 нуклеотидов. Она переносит необходимую аминокислоту в рибосоме к месту синтеза полипептида. У каждого вида тРНК и есть своя, присущая только ему последовательность нуклеотидов или мономеров;
• рибосомальная (рРНК) обычно одержит от 3000 до 5000 нуклеотидов. Рибосом является необходимым структурным ом компонент участвующим в важнейшем процессе, происходящем в клетке – биосинтезе белка.