§ 7. Нуклеїнові кислоти. Властивості та функції РНК

Пригадайте, які сполуки називають біополімерами. Які є рівні просторової організації білкових молекул?

Усі живі істоти здатні зберігати спадкову інформацію і передавати її нащадкам під час розмноження. Цю функцію виконують нуклеїнові кислоти. Певні види нуклеїнових кислот беруть участь у реалізації спадкової інформації.

Нуклеїнові кислоти - високомолекулярні біополімери, мономерами яких є нуклеотиди. Число нуклеотидів у складі однієї молекули нуклеїнової кислоти може становити від 200 до 200 млн. Уперше нуклеїнові кислоти виявили в ядрі клітин, звідки й походить назва цих сполук (від лат. нуклеус - ядро). Але згодом їх виявили й у інших частинах клітини.

Молекула нуклеотиду складається з трьох частин: залишків нітрогенумісної (азотистої) основи, п’ятивуглецевого моносахариду (пентози) та ортофосфатної кислоти (мал. 7.1). Залежно від виду моносахариду, що входить до складу нуклеотиду, розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнову (скорочено ДНК) і рибонуклеїнові (РНК). До складу ДНК входить залишок дезоксирибози, а РНК - рибози.

У молекулах ДНК і РНК містяться залишки різних азотистих основ. У молекулі ДНК - залишки нуклеотидів з аденіном (скорочено позначають літерою А), гуаніном (Г), цитозином (Ц) та тиміном (Т); у молекулі РНК - з аденіном (А), гуаніном (Г), цитозином (Ц) та урацилом (У).

Отже, для молекул ДНК та РНК три типи нуклеотидів спільні (А, Г, Ц), за одним нуклеотидом вони відрізняються (у складі ДНК — нуклеотид з Т, у складі РНК — з У).

У складі нуклеїнових кислот окремі нуклеотиди з’єднані між собою у ланцюг за допомогою ковалентних зв’язків, які виникають між залишком пентози одного нуклеотиду та залишком ортофосфатної кислоти іншого (мал. 7.2). Їх називають фосфодіетерними.

Мал. 7.1. Схема будови нуклеотиду: 1 - залишок ортофосфатної кислоти; 2 - залишок азотистої основи; 3 - залишок моносахариду (пентози); у молекулі дезоксирибози на відміну від рибози замість гідроксильної групи (ОН) - атом Гідрогену (Н)

Мал. 7.2. Схема будови нуклеїнової кислоти

Біологічні властивості нуклеїнових кислот зумовлені послідовністю розташування нуклеотидів у ланцюзі. Подібно до білків, ця послідовність становить собою первинну структуру нуклеїнових кислот. Складніші рівні структурної організації молекул нуклеїнових кислот - вторинна і третинна - підтримуються за рахунок нековалентних взаємодій (зокрема, водневих зв’язків).

Типи молекул РНК. Молекули РНК клітин як прокаріотів, так й еукаріотів, складаються з одного ланцюга. Існують три основні типи РНК, які відрізняються за місцем розташування у клітині, розмірами та функціями.

Матрична, або інформаційна, РНК (мРНК, або іРНК) становить собою копію певної ділянки молекули ДНК, на якій вони синтезуються. Така молекула переносить спадкову інформацію про будову білкової молекули від молекули ДНК до місця синтезу поліпептидного ланцюга, а також бере безпосередню участь у його збиранні.

Транспортна РНК (тРНК) має найменші розміри серед усіх молекул РНК (складається всього з 70-90 нуклеотидів; для порівняння: у людини довжина молекул рРНК становить 1500 та 5000 нуклеотидів). Вона приєднує амінокислоти і транспортує їх до місця синтезу білкових молекул. Там молекула тРНК «впізнає» відповідну ділянку мРНК. Ця ділянка (її називають кодон) - послідовність з трьох нуклеотидів, яка кодує одну з амінокислот. Так визначається порядок розташування амінокислотних залишків у молекулі білка, що синтезується.

Мал. 7.3. Будова тΡΗΚ: 1-4 - ділянки з’єднання нуклеотидів за допомогою водневих зв’язків; 5 - ділянка, до якої приєднується амінокислота; 6 - антикодон

тРНК за формою нагадує листок конюшини (мал. 7.3). Така структура зумовлена тим, що в певних ділянках молекули тРНК (4-7 послідовних ланок) між нуклеотидами, які наче доповнюють одне одного за особливостями будови (їх називають комплементарними), виникають водневі зв’язки. Біля верхівки «листка конюшини» містяться три нуклеотиди, або триплет, який відповідає певній амінокислоті. Цей триплет має назву антикодон. Біля основи молекули тРНК є ділянка, до якої завдяки ковалентному зв’язку приєднується відповідна амінокислота (мал. 7.3).

Рибосомна РНК (рРНК) входить до складу особливих органел клітини - рибосом. Разом з білками, які також входять до складу рибосом, молекула рРНК виконує структурну функцію, забезпечуючи певне просторове розташування молекул рРНК та тРНК під час біосинтезу білкової молекули.

Цікаво знати

Молекули РНК можуть також виконувати функції своєрідних ферментів. Їх називають рибозими. Вони діють подібно до ферментів білкової природи. Багато рибозимів здатні каталізувати власне розщеплення або розщеплення інших молекул РНК. 1989 року за встановлення каталітичних властивостей РНК двоє американських учених - Томас Роберт Чек та Сідні Олтман - отримали Нобелівську премію в галузі хімії.

Мал. 7.4. Віроїди - збудники хвороб рослин: І - Теодор Отто Дінер (народ. 1921 р.) - учений, який описав віроїди; II - хвороба картоплі, відома під назвою «веретеноподібність бульб» (1-3 - бульби уражені віроїдами, 4 - здорова бульба); III - віроїди складаються тільки з молекули РНК

Молекули РНК можуть спричиняти захворювання рослин. Такі неклітинні форми життя називають віроїдами. Їх відкрив 1971 року американський учений Т. О. Дінер, який вивчав інфекційне захворювання картоплі, відоме під назвою «веретеноподібність бульб» (мал. 7.4). З’ясувалося, що інфекцію спричинила невеличка одноланцюгова молекула РНК. Віроїди знайдено тільки в рослин: у людини, бактерій схожих збудників не виявлено.

Ключові терміни та поняття: нуклеїнові кислоти, нуклеотиди, РНК, кодон, антикодон.

Перевірте здобуті знання

1. Які особливості будови нуклеїнових кислот? 2. Яка будова молекул РНК? 3. Які є типи нуклеїнових кислот? Які функції молекул мРНК (ІРНК)? 4. Як будова тРНК пов’язана з її функціями? 5. Які функції молекул рРНК?

Поміркуйте. У яких процесах, що відбуваються в клітині, беруть участь молекули РНК?