Розділ «Тема 8. МАКРОМОЛЕКУЛИ. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ»

Загальна характеристика нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти – складні високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Виявлені швейцарським хіміком Ф. Мішером у складі ядер лейкоцитів у 1869 році. Зустрічаються два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнова (ДНК) і рибонуклеїнова (РНК). Це найбільш високомолекулярні речовини у клітині, їх маса – від 10 000 до декількох мільйонів (наприклад, ДНК бактерій 2 × 109). Молекулярна маса ДНК у декілька сот разів перевищує масу РНК.

Нуклеїнові кислоти – це полімери, які складаються з мономерних одиниць – нуклеотидів. Нуклеотиди сполучаються між собою в полінуклеотидні ланцюги за допомогою міцних ковалентних фосфодиефірних зв'язків. Фізичні властивості нуклеїнових кислот, як у типових полімерів: здебільшого розчинні у воді та розчинах солей, здатні до утворення гелів, в'язких розчинів, повільної дифузії тощо. Властивості нуклеїнових кислот визначаються співвідношенням і послідовністю розташування нуклеотидів та просторовою структурою макромолекул. Утворюються НК шляхом полімеризації з нуклеотидів, а розщеплюються з утворенням нуклеотидів завдяки реакціям гідролізу.

Для нуклеїнових кислот характерні реакції матричного синтезу, які забезпечують їх утворення та функціонування. Вони здатні взаємодіяти з іншими біополімерами й утворювати інтерполімерні комплекси з білками, які називаються нуклеопротеїдами. Молекули НК можуть мати первинну, вторинну і третинну структуру, що обумовлює такі властивості, як денатурація і ренатурація. Природні нуклеїнові кислоти – ДНК і РНК – виконують у всіх живих організмах роль збереження, передачі і реалізації генетичної інформації.

Особливості будови, структура, властивості та значення ДНК

Самоподвоення ДНК

Для молекул ДНК характерна така унікальна властивість, як здатність до самоподвоєння (реплікації, редуплікації). Реплікація – процес самоподвоення ДНК, який забезпечує точне копіювання генетичної інформації і передавання її з покоління в покоління. Механізм реплікації в організмів різних класів дещо відрізняється, проте основа його однакова для всіх. Основними принципами реплікації є:

• комплементарність – до нуклеогидів кожного материнського ланцюга приєднуються вільні нуклеотиди на основі А=Т, а Г=Ц;

• напівконсервативність – кожна з двох дочірніх молекул ДНК одержує один ланцюг від материнської молекули, а другий синтезується з нуклеотидів;

• антипаралельність – на ведучому ланцюзі синтез здійснюється в одному напрямку, а на відстаючому – у протилежному.

Реплікація – складний багатоетапний процес, у якому беруть участь багато ферментів, він потребує багато часу та великих енергетичних витрат клітини. Процес починається з того, що ферменти (ДНК-топоізомераза) розкручують спіральну молекулу ДНК, після чого до неї приєднуються білки, які не дають молекулі знов згорнутися.

Фермент ДНК-геліказа і дестабілізуючі білки розщеплюють ДНК на два окремих ланцюги з утворенням реплікаційної вилки. До ланцюга приєднується ДНК-праймаза і ДНК-полімераза, які каталізують утворення нових ланцюгів. ДНК-полімераза також здатна виправляти можливі помилки реплікації та перевіряти комплементарність. Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, по ходу роз'єднання молекули ДНК геліказою, інший ланцюг будується в протилежному напрямку – проти напрямку дії гелікази, тому відбувається короткими фрагментами, які називаються фрагментами Окадзакі, на честь японського вченого що їх відкрив. Фрагменти Окадзакі з'єднує між собою фермент ДНК-лігаза. Таким чином, з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які після закінчення процесу реплікації спіралізуються. В еукаріот реплікація відбувається перед поділом клітини, у прокаріот – протягом усього життєвого циклу. Отже, основними стадіями реплікації є:

I. Ініціація – початок реплікації:

1) утворення реплікаційної вилки (беруть участь фермнти і білки, що розплітають спіраль і стабілізують розкручені ланцюги);

2) приєднання ферментів, які каталізують процес нарощування нових ланцюгів.

II. Елонгація – нарощування ланцюгів ДНК-полімеразоюу напрямку 3-5':

1) синтез на лідируючому ланцюзі (3-5') ДНК, який здійснюється безперервно;

2) синтез на відстаючому (5'-3'), який здійснюється фрагментарно (фрагментами Окадзакі)

III. Термінація – завершення реплікації: