Нуклеиновые кислоты что это такое: Недопустимое название — Викисловарь - Управленческое образование

Содержание

Нуклеиновые кислоты | ООО «БИО Билдинг» — разработка и производство биологически активных добавок к пище

Нуклеиновые кислоты

Что такое жизнь? – вопрос, который неоднократно задает себе каждый человек. На это можно ответить по-разному и один из ответов может звучать так: жизнь — это способ существования белковых тел. А главные составляющие последних – нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты – важнейшие биополимеры, которые содержатся во всех без исключения живых организмах и являются не только хранителем и источником генетической информации, но и выполняют ряд других жизненно важных функций — активно поддерживают и стимулируют процессы синтеза белковых веществ в организме, что необходимо для обновления клеточных структур, составляющих основу всех тканей и органов. Актуальность данного процесса нельзя переоценить при терапии для людей, страдающих хроническими заболеваниями, а также при реабилитации больных после хирургических операций, особенно на мягких тканях. Используют нуклеиновые кислоты и для снижения скорости старения клеток и тканей, что улучшает общеоздоравливающее воздействие при комплексной терапии, особенно в возрасте после 45-50 лет.

Существует два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). ДНК представляет собой генетический материал большинства организмов. Основная масса ДНК расположена в клеточном ядре, где она связана с белками в хромосомах.

Что же касается РНК, то по выполняемым ими функциям различают информационные РНК, в которых записана информация о первичной структуре белка; рибосомные РНК — входят в состав рибосом; транспортные РНК — обеспечивают доставку аминокислот к месту синтеза белка.

Минимальные информационные фрагменты нуклеиновых кислот — нуклеотиды, состоящие из остатков азотистого основания, пентозы и фосфорной кислоты. Нуклеиновые кислоты играют важную структурную роль в клетке, являются компонентами рибосом, митохондрий и других внутриклеточных структур.

Интерес к нуклеиновым кислотам, как средству, используемому при различных патологических состояниях, появился более ста лет назад. И.Горбачевский (1883) и М. Морек (1894) использовали нуклеиновые кислоты с лечебной целью при волчанке. Позднее А. Косеель сообщил, что нуклеиновые кислоты обладают выраженным бактерицидным действием. Начиная с конца 19 века некоторые российские и зарубежные исследователи, еще задолго до открытия антибиотиков, используют нуклеиновые кислоты для борьбы с такими возбудителями инфекционных заболеваний, как холерный вибрион, кишечная и бугорчатая палочки, стафилококк, стрептококк, диплококк и др.

Полученные данные в 70-х годах прошлого столетия показывают эффективность введения нуклеиновых кислот в организм человека: их доставка к клетке происходила без разрушения. Активно размножающиеся ткани (костный мозг, эпителий тонкого кишечника, селезенка) интенсивно поглощали ДНК, а при стрессовом воздействии клетки и ткани органов активно захватывали ДНК.

Достаточно долгое время считалось, что организм способен самостоятельно синтезировать необходимое количество нуклеиновые кислоты. Новые научные данные свидетельствуют о том, что это не совсем корректно. В ряде случаев, при интенсивном росте, стрессе, ограниченном питании потребности организма могут значительно превосходить возможности синтеза нуклеиновых кислот. В этом случае иммунитет человека снижается. Расстройства нуклеинового обмена являются одной из причин индукции патологических процессов вообще и иммунопатологических в частности.

Борьба за иммунитет стала первым, но не единственным направлением по использованию нуклеиновых кислот в клинической практике. Было установлено, что они являются важным компонентом интегрального иммунологического гомеостаза организма. Расстройства нуклеинового обмена являются одной из причин индукции патологических процессов вообще и иммунопатологических в частности. То есть, можно сказать, что

нуклеиновые кислоты обладают «многозадачностью».

Наиболее чувствительны к дефициту нуклеиновых кислот быстро делящиеся клетки — эпителий, клетки кишечника, печени и лимфоидная ткань, отвечающая за иммунитет и детоксикацию. Процессы деления клетки со временем сопровождаются постепенным укорачиванием ее ДНК, что приводит к разрушению клетки и возникновению патологических процессов во всем организме. Именно укорачивание ДНК лежит в основе теории старения. А поступающие в организм фрагменты нуклеиновых кислот (ДНК) способствуют замедлению уменьшения структуры ДНК. Это позволяет предотвратить либо замедлить патологические процессы. Происходит обновление старых и восстановление поврежденных клеток, качественно повышаются регенеративные способности тканей. Результат сказывается на состоянии внутренних органов и систем, их функционирование.

Существует несколько типов препаратов на основе нуклеиновых кислот: препараты микробного происхождения, препараты животного происхождения, синтетические препараты.

Натуральный комплекс «Артемия Голд» — это источник нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) и дополнительный источник йода из икры (яиц) рачка артемия (Artemia sp.).

Бесспорно, что организм является саморегулирующей системой. Однако в каждой системе может произойти сбой. Именно в этот момент важно, чтобы организм получил именно те вещества, которые смогут компенсировать потери и наладить работу системы. По мнению исследователей из НИИ эпидемиологии и микробиологии СО РАМН этими веществами могут быть препараты нуклеиновых кислот различного происхождения, которые являются перспективными терапевтическими и иммуномодулирующими агентами.

Литература:

— Агаджанян Н. А., Баевский Р. М., Берсенева А. П. Проблемы адаптации и учение о здоровье. — М.: Изд-во РУДН, 2006. — 284 с.

— Аппель Б., Бенеке Б.И. Бененсон Я. Нуклеиновые кислоты. От А до Я. – Москва: Изд-во: Бином. Лаборатория знаний, 2013

— Бенджамин С. Фрэнк. Лечения старения и дегенеративных заболеваний нуклеиновой кислотой. — Нью-Йорк, Психологическая библиотека, 1974 г.

— Коровина Н.А., Захарова И.Н., Малова Н.Е., Лыкина Е.В. Роль нуклеотидов в питании ребенка первого года жизни. Педиатрия. 2004, — Т.83. — № 5, С.65-68.

— Мамонова Л.Г. Значение нуклеотидов в питании детей раннего возраста. Вопросы современной педиатрии. 2007, 6 (6), С.113-116.

— Тутельян В.А., Суханов Б.Н., Австриевских А.Н., Позняковский В.М. Биологически активные добавки в питании человека (оценка качества и безопасности, эффективность, характеристика, применение в профилактической и клинической медицине). – Томск: Изд-во НТЛ, 1999. – 296 с.

— Федянина Л.Н., Беседнова Н.Н., Эпштейн Л.М., Каленик Т.К., Блинов Ю.Г. Лекарственные препараты и биологически активные добавки к пище на основе нуклеиновых кислот различного происхождения. – Владивосток: Тихоокеанский медицинский журнал, 2007, №4. – С. 9-12.

— Carver J.D. // Acta Paediatr.Suppl. – 1999. — Vol.88, № 430. – P. 83-88

— Quan R., Uauy R. Nucleotides and gastrointestinal development// Sem.Pediatr. Gastroenterol. Nutr. – 1991 — №2. – P.3-11.

— Carver J.D., Dietary nucleotides and hepatic system effects // J.Nutr. – 1994. — №124. – P. 144-148

— Carver J.D., Walker W.A. The role nucleotides in human nutrition. // S. Nutr. Biochem. – 1995. — №6. P.58-72.

Нуклеиновые кислоты, жидкие кристаллы и секреты наноконструирования

Слова «нанотехнология», «наночастицы», «наноматериалы» в последнее время звучат все чаще, и это неудивительно.

Слова «нанотехнология», «наночастицы», «наноматериалы» в последнее время звучат все чаще, и это неудивительно. Манипуляции в масштабе отдельных атомов и молекул, где единицами измерения служат нанометры, то есть величины, составляющие 10-9 м (одну миллионную часть миллиметра), позволяют создавать новые структурированные материалы с уникальными свойствами. «Кирпичика ми» для создания наноконструкций могут служить не только атомы неорганических элементов, но и молекулы биологической природы, например нуклеиновые кислоты. Пионерские работы в этой области ведутся в Институте молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта Российской академии наук.

Ю. Евдокимов (справа) и Н. Зиман (слева) четверть века назад, во время работы в Университете штата Нью-Йорк, г. Олбани (США).

Схемы склеивания фрагментов ДНК.

Крестообразная структура ДНК встречается и в природе, например у плазмиды Col E1.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Структура жидкого кристалла.

Холестерический кристалл.

Текстура «отпечатков пальцев», характерная для холестерического жидкого кристалла ДНК.

Молекулы ДНК в водно-солевом растворе.

Наномостики из дауномицина и меди, выстраивающиеся между двумя соседними молекулами ДНК, сшивают частицы жидкокристаллической дисперсии.

Антрациклины.

Наномостики между молекулами ДНК создают жесткую трехмерную структуру. Она уникальна, т.к. сохраняет оптические свойства холестерика, но не является «жидкой». Это новый тип наноматериала, свойства которого можно регулировать в зависимости от запросов.

Нынешнее бурное развитие нанотехнологических исследований напоминает бум в области информационных технологий в 70-80-х годах или в области биотехнологии в 80-90-х годах прошлого века. И это вполне понятно, учитывая, что нанотехнологии обеспечивают высокий потенциал экономического роста, от которого зависят качество жизни населения, технологическая и оборонная безопасность, ресурсо- и энергосбережение. Сейчас практически во всех развитых странах действуют национальные программы в области нанотехнологии. Они имеют долговременный характер, а их финансирование осуществляется за счет средств, выделяемых как из государственных источников, так и из других фондов. В частности, опубликованы данные, что в США на исследования в рамках проекта «Национальная нанотехнологическая инициатива», одобренного еще пять лет назад, в 2004 году был выделен 1 миллиард (!) долларов. По всему миру за прошедший год на научные работы по нанотехнологиям затрачено 3,6 миллиарда долларов.

Как обстоят дела в России? В октябре 2004 года меня пригласили выступить в Государственной думе на слушаниях, которые проходили под руководством академика Ж. И. Алферова и были посвящены выработке основных направлений нанотехнологии, важных для нашей страны. У меня сложилось впечатление, что все участники слушаний, несмотря на принадлежность к разным ведомствам, заинтересованы в создании национальной программы в этой области. Но вопрос о том, когда благие намерения воплотятся в реальные дела, остался открытым.

Привлекательность нанотехнологий для науки, промышленности и медицины состоит, прежде всего, в том, что они позволяют манипулировать с веществом на уровне отдельных атомов и молекул, с их помощью создают материалы с уникальной структурой — углеродные нанотрубки, тончайшие полупроводниковые покрытия, особо прочные нанокомпози ты. Исходным «сырьем» для производства нанопродукции могут выступать не только углерод, кремний, металлы, но и «строительные блоки» биологической природы.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ «КИРПИЧИКИ» ДЛЯ НАНОКОНСТРУКТОРА

В процессе эволюции биологические молекулы приобрели свойства, которые делают их весьма привлекательными для применения в нанотехнологии. Во-первых, следует отметить химическое многообразие биологических «кирпичиков» (аминокислот, липидов, нуклеотидов). Во-вторых, они склонны к спонтанному образованию сложных пространственных структур. В-третьих, регулируемая сборка «строительных блоков» может идти различными путями, что открывает возможность создания самых разных наноконструкций.

Иерархия самособирающихся биологических структур начинается с мономеров, то есть нуклеотидов и нуклеозидов, аминокислот, липидов. Они образуют полимеры, такие, как ДНК, РНК, белки, полисахариды. Полимеры организуются в ансамбли (мембраны, органеллы). Затем формируются клетки, органы и целые организмы.

Читайте в любое время

Нуклеиновые кислоты мономерные единицы — Справочник химика 21

Полисахариды, наряду с белками и нуклеиновыми кислотами, являются необходимыми компонентами любой живой клетки. Если в области изучения биосинтеза и биологических функций нуклеиновых кислот и белка достигнуты в последнее время значительные успехи, молекулярная биология полисахаридов остается по существу белым пятном. Между тем многие проблемы иммунохимии, межклеточных взаимодействий, оплодотворения, клеточной дифференцировки, по-видимому, не могут быть удовлетворительно разрешены без понимания факторов, определяющих биологическую специфичность полисахаридов. Важным звеном, необходимым при обсуждении этих факторов, являются сведения о макромолекулярной структуре полисахаридов и других углеводсодержащих биополимеров. Между тем это направление исследований, к сожалению, развивается пока крайне слабо. Следует отметить, что изучение макромолекулярной структуры полисахаридов принципиально сложнее, чем в случае белков и нуклеиновых кислот. Это связано с огромным разнообразием возможных типов связей между мономерными единицами и существованием разветвлений, что ставит качественно новые задачи при определе- [c.635]
Мононуклеотидами называют монофосфорные эфиры нуклеозидов они являются теми мономерными единицами, из которых непосредственно состоит полимерная цепь нуклеиновых кислот. Мононуклеотиды входят также в качестве непременной структурной единицы во все нуклеотидные коферменты. [c.215]

Таким образом, синтез нуклеиновых кислот, мономерными единицами которых являются мононуклеотиды, будет определяться скоростью синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов синтез последних в свою очередь зависит от наличия всех составляющих из трех компонентов. Источником рибозы и дезоксирибозы служат продукты превращения глюкозы в пентозофосфатном цикле. Пока не получены доказательства существенной роли пищевых пентоз в синтезе нуклеиновых кислот. Фосфорная кислота также не является лимитирующим фактором, поскольку она поступает в достаточном количестве с пищей. Следовательно, биосинтез нуклеиновых кислот начинается с синтеза азотистых оснований (точнее, мономерных молекул —мононуклеотидов). [c.470]

В живых клетках синтезируется множество макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов), которые играют роль структурных компонентов, биокатализаторов, гормонов, рецепторов или хранилищ генетической информации. Эти макромолекулы представляют собой биополимеры, построенные из мономерных единиц, или строительных блоков, в нуклеиновых кислотах мономерными единицами служат нуклеотиды, в сложных полисахаридах—сахара и их производные, в белках— Ь-а-аминокислоты. [c.21]

Нуклеиновые кислоты — это природные высокомолекулярные соединения, полинуклеотиды, которые играют огромную роль в хранении и передаче наследственной информации. Молекулярная масса нуклеиновых кислот может меняться от 100 тыс. до 100 млн. Мономерной единицей нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. [c.404]

Известно, что структурными единицами нуклеиновых кислот являются мономерные молекулы — мононуклеотиды. Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Это продукты полимеризации мононуклеотидов, число и последовательность расположения которых в цепях ДНК и РНК определяются в строгом соответствии с программой, заложенной в молекуле матрицы (см. главу 14). Мононуклеотиды легко образуются при гидролизе ДНК и РНК в присутствии нуклеаз, состоят из трех специфических компонентов азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. В этой триаде мононуклеотида углевод занимает среднее положение. Соединения азотистого (любого) основания и углевода (рибозы или дезоксирибозы), получившие название нуклеозидов, легко образуются из мононуклеотида при гидролитическом отщеплении фосфорной кислоты в присутствии щелочи или при участии специфических ферментов — нуклеотидаз. [c.102]

При более мягком гидролизе нуклеиновых кислот образуется смесь веществ, называемых нуклеотидами. В состав нуклеотида входят одна молекула пиримидирювого или пуринового основания, одна молекула пентозы и молекула фосфорной кислоты. Таким образом, нуклеотиды являются мономерными единицами нуклеиновых кислот. От нуклеотида можно отщепить фосфорную кислоту и получить нуклеозид, состоящий из пуринового (или пиримидинового) основания и пентозы. [c.348]

Часто энергетическими ресурсами служат биополимеры, находящиеся в окружающей среде (полисахариды, белки, нуклеиновые кислоты), а также липиды. Прежде чем быть использованными, биополимеры должны быть гидролизованы до составляющих их мономерных единиц. Этот этап весьма важен по следующим причинам. Белки и нуклеиновые кислоты отличаются исключительным разнообразием. Количество видов белков исчисляется тысячами, после гидролиза же образуется только 20 аминокислот. Все разнообразие нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) после гидролиза сводится к 5 видам нуклеотидов. Таким образом, расщепление полимеров до мономерных единиц резко сокращает набор химических молекул, которые могут быть использованы организмом. [c.92]

В предьщущих главах бьши рассмотрены структура и роль нуклеиновых кислот как генетического материала, матричные механизмы биосинтеза нуклеиновых кислот и их участие в биосинтезе белка. Настоящая глава посвящена в основном биохимическим механизмам обмена мономерных единиц нуклеиновых кислот — мононуклеотидов, а именно рассмотрены распад и биосинтез пуриновых и пиримидиновых рибо- и дезоксирибонуклеотидов, регуляторные механизмы этих процессов. В этой главе также представлен материал [c.422]

Выяснение последовательности, в которой нуклеотидные единицы расположены вдоль полинуклеотидной цени,— одна из наиболее важных проблем биохимии нуклеиновых кислот. Однако существенных успехов в данной области нока еще не сделано. Это объясняется отчасти небольшим числом различных мономерных единиц, с которыми приходится иметь дело, отчасти трудностью получения гомогенных образцов РНК. В настоящее время наиболее подходящим материалом для такого рода исследований [c.51]

Однако, прежде чем говорить о распространении или о структурных и функциональных особенностях отдельных полисахаридов, следует, вероятно, сказать несколько слов об общем состоянии структурных исследований в этой области. В последние годы здесь достигнуты большие успехи. Ежегодно удается выделить 10—20 новых полисахаридов. Определение последовательности моносахаридов в полисахаридах в некоторых отношениях легче, а в некоторых — труднее, чем определение последовательности мономеров в полипептидах или нуклеиновых кислотах. Легче оно главным образом потому, что полисахариды обычно построены из относительно небольшого числа повторяющихся единиц и каждый мономер повторяется на протяжении всей молекулы регулярным образом. В противоположность этому индивидуальные аминокислоты или нуклеотиды, по-видимому, распределены беспорядочно или почти беспорядочно в молекулах соответствующих полимерных соединений. Если полисахарид строго регулярен, то определения структуры повторяющейся единицы и молекулярного веса полимера достаточно для установления его полной первичной структуры. Однако в большинстве случаев встречаются некоторые особенности (например, наличие в молекуле точек разветвления), которые в значительной степени усложняют задачу. Главным осложняющим фактором в химии полисахаридов является наличие нескольких типов связей между остатками моносахаридов. В отличие от белков, в которых все аминокислотные остатки связаны пептидными связями, и от нуклеиновых кислот, в которых нуклеотиды всегда соединены между собой 3, 5 -фосфодиэфирными связями, молекулы полисахаридов могут содержать различные связи а-(1 2), р-(1 3), а-(1 4) и т. д. Что касается числа типов мономерных единиц в отдельных полисахаридах, то в этом последние более сходны с нуклеиновыми кислотами, чем с белками в пределах одной молекулы полисахарида редко встречается более четырех типов мономеров. Стоит отметить как общее правило, что установить последовательность мономеров в полимере, содержащем малое число типов мономерных звеньев,. гораздо труднее при большом числе типов эта задача решается проще. [c.265]

Мононуклеотиды — монофосфорные эфиры нуклеозидов, состоят из гетероциклических оснований, моносахаридов и остатков фосфорной кислоты и являются 1) мономерными звеньями, из которых состоят полимерные цепи нуклеиновых кислот 2) структурными единицами нуклеотидных коферментов [c.615]

Однако правильное понимание основного принципа построения нуклеиновых кислот и способа соединения мономерных единиц между собой (см. формулу V) было достигнуто уже в начале пятидесятых годов, когда исследователи имели в своем распоряжении весьма деградированные препараты нуклеиновых кислот. [c.41]

Нуклеиновые кислоты отличаются от других биополимеров относительно малым разнообразием мономерных единиц, входящих в их состав. Принято разделять мономерные единицы нуклеиновых кислот на основные компоненты и редкие (минорные) компоненты. Под основными компонентами нуклеиновых кислот понимают мономерные единицы, имеющие универсальное распространение и входящие в состав полимеров в значительных количествах (не менее 5%). Содержание редких компонентов заметно меньше (как правило, не более 2%) они встречаются далеко не во всех нуклеиновых кислотах. Обычно редкие компоненты можно рассматривать как производные основных компонентов, образующиеся из них при довольно простых химических реакциях (таких, как алкилирование, гидрирование и т. д.). [c.49]

Наиболее важным для химиков следствием существования вторичной и третичной структур полимерных молекул нуклеиновых кислот является различие реакционной способности оснований в двухспиральных и односпиральных молекулах и участках молекул, а также различие реакционной способности оснований в виде мономерных единиц и в составе полинуклеотидных цепей. [c.300]

Объединение различных мономерных единиц — нуклеотидов — с образованием нуклеиновой кислоты показано на фиг. 124. Образование нуклеиновых кислот, так же как и образование нуклеотидов, сопровождается лишь выделением воды. Остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида соединяется со спиртовой группой соседнего нуклеотида, образуя фосфоэфирную связь или мостик между двумя нуклеотидами. При этом отщепляется молекула воды. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не образуется полимер, состоящий из сотен нуклеотидов. [c.420]

НгО, катализатор Нуклеотиды (мономерные единицы нуклеиновых кислот) НаО, катализатор [c.421]

В животных и растительных организмах содержится громадное число РНК и ДНК, которые различаются последовательностью чередования нуклеотидов. Число возможных комбинаций этих мономерных единиц бесконечно велико даже для относительно низкомолекулярных нуклеиновых кислот. [c.445]

Если молекула не стереорегулярна, как, например, глобулярный белок, то конформационный анализ помогает найти полезные закономерности во взаимодействии соседних мономерных единиц. Далее, молекулы нуклеиновых кислот — ДНК и РНК, а также фибриллярных белков, хотя, строго говоря, и не являются стереорегулярными, представляют собой последовательности весьма близких по геометрии мономерных звеньев и потому в первом приближении могут рассматриваться как стереорегулярные макромолекулы. [c.316]

Таким образом, мономерной единицей нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. В зависимости от природы пентозы, входящей [c.393]

Соединения, содержащие азотистое основание, углеводный компонент и остаток фосфорной кислоты, химически представляющие собой фосфорнокислые эфиры нуклеозидов, называются нуклеотидами. Нуклеотид — основная мономерная единица, из которой складывается сложная полимерная цепь нуклеиновой кислоты, состоящей из сотен и тысяч нуклеотидов. [c.52]

В связи с той ролью, которую играют в процессах жизнедеятельности белки и нуклеиновые кислоты, представляет несомненный интерес изучение взаимосвязей, существующих между этими классами природных соединений, а также исследование тех взаимопревращений, которые могут объединять мономерные единицы и низкомолекулярные компоненты этих важнейших биополимеров. [c.340]

Выяснение структуры ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) — одного из двух существующих типов нуклеиновых кислот — открыло новую эпоху в биологии, так как позволило, наконец, понять, каким образом живые организмы хранят информацию, необходимую для регулирования их жизнедеятельности и каким образом передают эту информацию своему потомству. Выше (см. рис. 3.4) мы уже отметили, что нуклеиновые кислоты состоят из мономерных единиц, называемых нуклеотидами. Из нуклеотидов строятся чрезвычайно длинные молекулы — полинуклеотиды. Чтобы понять структуру полинуклеотидов, необходимо, следовательно, сначала ознакомиться с тем, как построены нуклеотиды. [c.140]

В заключение отметим, что для изучения тепловых эффектов процессов денатурации белков и нуклеиновых кислот и взаимодействия этих биополимеров с ионами металлов и гидроксония в последнее время щироко и успешно применяется микрокалори-метрия. Тепловые эффекты этих процессов довольно малы. Так, теплота денатурации (т. е. перехода спираль—клубок) ДНК составляет около 4,0 ккал на моль мономерных единиц. Поскольку исследования обычно проводятся при концентрациях биополимеров порядка 10 М (в расчете на мономерные единицы), а объемы составляют 1—2 мл, измеряемые теплоты крайне малы (де- [c.47]

Для начала, чтобы легче-было ориентироваться, ознакомимся бегло с природой, функцией и местами локализации основных классов нуклеиновых кислот внутри клеток. ДНК-это чрезвычайно длинные полимерные цепи, состоящие из многих тысяч соединенных друг с другом мономерных единиц — дезоксириб ону-клеотидов четырех разных типов, образующих характерные для каждого организма специфические последовательности. Молекулы ДНК обычно состоят из двух цепей. Хромосома прокариотических клеток представляет собой одну очень длинную двухцепочечную молекулу ДНК, собранную в компактное ядерное образование-нуклеоид. Напомним, что у прокариот генетический материал не окружен мембраной (разд. 2.4). [c.853]

Анализ вопроса этот автор начинает с рассмотрения возможных путей образования высокомолекулярных последовательностей — носителей информации . Роль последовательностей могут выполнять, например, остатки аминокислот, соединенные в полипептидные цепи. И белки и нуклеиновые кислоты — носители кода самоорганизация и эволюция должна начаться на уровне са-мовоспроизводящегося кода. Обсуждая вопрос о процессах сборки и распада поли.меров, протекающих в ящике конечного объема, через стенки которого могут втекать и вытекать мономерные единицы (высоко- и низкоэнергетические), Эйген приходит к выводу, что при oт yт твии самоинструктирования ожидаемое значение числа цепей с любой данной последовательностью практически равно нулю. Необходимо придать динамические свойства носителям информации , а в теории отбора должен фигурировать параметр, выражающий селективное преимущество через молекулярные свойства. [c.383]

Во-вторых, для живой клетки такое огромное разнообразие возможных структур, включающих считанные единицы мономерных остатков, означает гигантские информационные возможности, совершенно несопоставимые по мощности с возможностями такого классического информационного материала, как последовательность нуклеотидных звеньев в нуклеиновых кислотах. Вспомним трехбуквенный генетический код позволяет построить из четырех основных природных нуклеотидов всего 64 слова , тогда как из восьми гексоз (а разнообразие природных моносахаридов гораздо больше) уже можно составить 1 645 056 трисахаридных слов . [c.25]

Исключительная важность этого вопроса для решения биологических проблем очевидна, так как именно последовательность связи отдельных мономерных единиц в любом биогенном полимере и определяет его специфичность. Такие определяющие жизнедеятельность процессы, как передача наследственных признаков и биосинтез белка, естественно, це ликом основаны на высокой сяецифичности нуклеиновых кислот, а стало быть без установления тонкой структуры индивидуальных ДНК и РНК, т. е. без установления в них последовательности мономерных единиц, не могут быть должным образом решены и эти проблемы естествознания. Для установления последовательности мономерных единиц [c.251]

АМР является только одной из ручек , к которым природа прикрепляет фосфатные группы, образуя ди- и трифосфатные производные. Подобно АМР, другие ручки также являются нуклеотидами, мономерными единицами нуклеиновых кислот. Таким образом, один фермент, нуждающийся в полифосфате как источнике энергии, избирает АТР, а другой — СТР или GTP. Следует добавить, что нуклеотидные ручки несут не только фосфатные группы, а представлены и в других кофер-ментах, например в СоА, NAD+, NADP+ и FAD. К тому же они часто являются переносчиками различных небольших органических молекул. В этом случае последние становятся активными метаболитами, такими, как уридиндифосфатглюкоза (UDP-глюкоза или UDPG), участвующая в метаболизме сахаров (гл. 11, разд. Д, 1,6), и цитидиндифосфатхолин, промежуточное соединение в синтезе фосфолипидов [уравнение (11-26)]. [c.189]

Взаимодействие малых молекул с биологическими макромолекулами и модельными соединениями также интенсивно изучается в термодинамике растворов. В монографической и периодической литературе достаточно подробно представлены такие аспекты данной проблемы, как кислотно-основные равновесия в белках, связывание гемоглобином и миоглобином газообразных лигандов (кислород, монооксид углерода), взаимодействие катионов с белками и нуклеиновыми кислотами. Многие из низкомолекулярных полярных неэлектролитов являются компонентами биологических жидкостей или подобны мономерным единицам биомакромолекул. [c.5]

Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярна соединения, молекулярная масса которых колеблется в пре- ах от 25 тыс. до 1 млн. Их полимерные цепи построены > мономерных единиц — нуклеотидов, в связи с чем нуклеино-ие кислоты называют полинуклеотидами. Особенность нуклеоти-зв состоит в том, что обычно неделимое мономерное звено апример, аминокислотный остаток в белках) в данном случае редставляет собой трехкомпонентное образование, включающее тероциклическое основание, углеводный остаток и фосфатную )уппу. [c.431]

В организации и функционировании живой материи ж ключительно важную роль играют нековалентные взаимодействия. Роль их в формировании клеток и клеточных органелл, в выполнении белками и нуклеиновыми кислотами их наиболее тонких функций неизмеримо важнее и многограннее, чем в поведении низкомолекулярных соединений в растворе и твердой фазе и обычных высокомолекулярных соединений, построенных из регулярно чередующихся однотипных мономерных единиц. [c.68]

Если мономерной единицей нуклеиновых кислот считать нуклеотидное звено, то для описания его конформации следует учитывать возможность вращений вокруг шести связей (рис. 186). Кроме того, иадо принимать во внимание положение основания относительно углеводной части, которое определяется вращением вокруг N-гликoзиднoй связи, и конформационные изменения фу-ранозиого цикла. Все это делает конформационный анализ нуклеиновых кислот весьма сложным. [c.330]

Правило 2), как и аналогичное правило в случае полипептидной цепи, означает, что свободная энергия последовательности связанных мономерных единиц пропорциональна числу связанных единиц без учета влияния концов последовательности. которое учитывается правилами 3) и 4) и определяет кооперативность системы. Величина АН, определяющая температурную зависимость константы равновесия 5, включает в себя выигрыши энергии при замене водородных связей нуклеотид — растворитель на водородные связи нуклеотид— нуклеотид и растворитель — растворитель (ср. 23. стр. 299) и при укладывании пары связанных оснований над предыдущей парой за счет энергии их взаимодействия. С другой стороны, эта величина включает в себя проигрыш энергии за счет увеличения энергии отталкивания отрица-те 1ьг1ых Зарядов фосфатных групп ) при уменьшении расстояний между ними в результате скручивания цепей в двойную спираль. Величина Д5 включает в себя уменьшение энтропии при потере конформационных степеней свободы в паре связываемых мономерных единиц. Как показывает опыт, для всех нуклеиновых кислот з 1ачения АН и отрицательны. Отметим, что, поскольку молекулы нуклеиновых кислот практически всегда заряжены, то изменение состояния растворителя при переходе спираль — клубок (ср. 22) должно включать в себя изменение свободной энергии противоионов. В результате, константа равновесия для перехода спираль — клубок в нуклеиновых кислотах оказывается зависящей от ионной силы раствора. [c.359]

Таким образом мономерной единицей нуклеиновых кислот являются нуклеотиды. В зависимости от природы пентозы, входящей в состав нуклеотида, эти вещества разделяются на дезоксирибону-клеотиды и рибонуклеотиды. [c.433]

При более мягком гидролизе нуклеиновых кислот образуется смесь веществ, называемых нуклеотидами. В состав нуклеотида входит одна молекула пиримидинового или пуринового основания, одна молекула пентозы и молекула фосфорной кислоты. Таким образом, нуклеотиды являются мономерными единицами нуклеиновьк кислот. От нуклеотида можно отщепить фосфорную кислоту и получить нуклеозид, состоящий из пиримидинового (или пуринового) основания и пентозы. В зависимости от природы пентозы, входящей в состав нуклеозида, они разделяются на две группы [c.411]

Нуклеиновые кислоты представляют собой полимерные соединения, которые различными способами могут быть расщеплены на люнонуклеотиды. Для удобства полимеры мононуклеотидов будут называться олигонуклеотидами, когда число мономерных единиц в молекуле составляет от 2 до 7 (приблизительно), и полинуклеотидами, когда это число превышает 7 . Как и в случае многих макромолекул, понятие дюлекула становится довольно неопределенным при очень больших молекулярных весах вследствие процессов агрегации и дезагрегации, которые могут происходить с большей или меньшей легкостью. И снова для удобства молекулами следует называть только структуры, образованные целиком ковалентными связями макромолекула — это очень большая одиночная молекула (которая, кроме ковалентных связей, может содержать вторичные внутримолекулярные связи) агрегаты должны быть описаны отдельно и люгут быть определены, когда это известно, как ди-, три- или полимолекулярные, указывая число молекул или тяжей, образующих комплекс. [c.363]

Открытие Уотсона и Крика касается только двухтяжевых ну-клеиновых кислот. Вместе с тем в некоторых фагах были найдены однотяжевые ДНК, что следует хотя бы из того факта, что в этих макромолекулах содержание аденина не равно содержанию тими-на, а содержание гуанина — содержанию цитозина [1]. Существование РНК в однотяжевой форме общеизвестно [2]. Особый интерес представляет проблема конформаций тРНК— однотяжевых полинуклеотидов, состоящих из 75—85 мономерных единиц и играющих важнейшую роль в механизме синтеза белка на рибосоме [3]. Следовательно, вопрос о конформациях однотяжевых полинуклеотидов важен не только для понимания строения и функции обычных нуклеиновых кислот, но имеет и самостоятельное значение. [c.400]

Рассматривая мономерные единицы или нуклеотидные фрагменты, содержащие не более одного основания, мы люгли ограничиться учетом только атод -атом потенциалов. При переходе к олигомерам и полимерам важно принять во внимание большую роль гидрофобных, точнее, сольватофобных взаимодействий. Действительно, нативные нуклеиновые кислоты, в которых основания расположены стопкообразно, существуют только в водных растворах в определенном интервале текшератур в органических растворителях или при повышении те пературы они денатурируют. [c.411]

ДНК и РНК нуклеиновые кислоты: строение и функции

Нуклеиновые кислоты: строение и функции

Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).

Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение, воспроизведение и реализацию генетической (наследственной) информации.

Эта информация отражена (закодирована) в виде нуклеотидных последовательностей. В частности, последовательность нуклеотидов отражает первичную структуру белков (см. ниже).

Соответствие между аминокислотами и кодирующими их нуклеотидными последовательностями называется генетическим кодом.

Единицей генетического кода ДНК и РНК является триплет – последовательность из трех нуклеотидов.

Нуклеиновые кислоты – это химически активные вещества. Они образуют разнообразные соединения с белками – нуклеопротеиды, или нуклеопротеины.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – это нуклеиновая кислота, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды.

ДНК является первичным носителем наследственной информации.

Это означает, что вся информация о структуре, функционировании и развитии отдельных клеток и целостного организма записана в виде нуклеотидных последовательностей ДНК.

Нуклеиновые кислоты были открыты Мишером в 1868 г. Однако лишь в 1924 г. Фёльген доказал, что ДНК является обязательным компонентом хромосом.

В 1944 г. Эвери, Мак-Леод и Мак-Карти установили, что ДНК играет решающую роль в хранении, передаче и реализации наследственной информации.

Существует несколько типов ДНК: А, В, Z, Т–формы. Из них в клетках обычно встречается В–форма – двойная правозакрученная спираль, которая состоит из двух нитей (или цепей), связанных между собой водородными связями.

Каждая нить представлена чередующимися остатками дезоксирибозы и фосфорной кислоты, причем, к дезоксирибозе ковалентно присоединяется азотистое основание.

При этом азотистые основания двух нитей ДНК направлены друг к другу и за счет образования водородных связей образуют комплементарные пары: А=Т (две водородных связи) и Г≡Ц (три водородных связи).

Поэтому нуклеотидные последовательности этих цепей однозначно соответствуют друг другу.

Длина витка двойной спирали равна 3,4 нм, расстояние между смежными парами азотистых оснований 0,34 нм, диаметр двойной спирали 1,8 нм.

В эукариотических клетках ДНК существует в виде нуклеопротеиновых комплексов, в состав которых входят белки-гистоны.

Длина ДНК измеряется числом нуклеотидных пар (сокращ. – пн, или b).

Длина одной молекулы ДНК колеблется от нескольких тысяч пн (сокращ. – тпн, или Kb) до нескольких миллионов пн (мпн, или Mb).

Размер генома (минимальная суммарная длина ДНК) у разных биологических видов различна:

Биологические виды	Размер генома (мпн, Mb)	Число генов
Вирусы
вирус Эпштейна–Барра	0,172282
Прокариоты
микоплазма Mycoplasma genitalium	0,580070
кишечная палочка Escherichia coli (MG1655)	4,639221
Эукариоты
дрожжи Saccharomyces	~ 12,1
нематода Caenorhabditis	~ 95,5
мушка Drosophila	~ 180,0
человек Homo sapiens	~ 3200,0	свыше 20 тыс.
арабидопсис Arabidopsis	~ 117,0
пшеница Triticum	~ 16000,0	около 30 тыс.

Репликация (самоудвоение) ДНК

Репликация (самоудвоение) ДНК – это один из важнейших биологических процессов, обеспечивающих воспроизведение генетической информации.

В результате репликации одной молекулы ДНК образуется две новые молекулы, которые являются точной копией исходной молекулы – матрицы.

Каждая новая молекула состоит из двух цепей – одной из родительских и одной из сестринских. Такой механизм репликации ДНК называется полуконсервативным.

Реакции, в которых одна молекула гетерополимера служит матрицей (формой) для синтеза другой молекулы гетерополимера с комплементарной структурой, называются реакциями матричного типа. Если в ходе реакции образуются молекулы того же вещества, которое служит матрицей, то реакция называется автокаталитической.

Если же в ходе реакции на матрице одного вещества образуются молекулы другого вещества, то такая реакция называется гетерокаталитической. Таким образом, репликация ДНК (то есть синтез ДНК на матрице ДНК) являетсяавтокаталитической реакцией матричного синтеза.

К реакциям матричного типа относятся, в первую очередь, репликация ДНК (синтез ДНК на матрице ДНК), транскрипция ДНК (синтез РНК на матрице ДНК) и трансляция РНК (синтез белков на матрице РНК).

Однако существуют и другие реакции матричного типа, например, синтез РНК на матрице РНК и синтез ДНК на матрице РНК. Два последних типа реакций наблюдаются при заражении клетки определенными вирусами. Синтез ДНК на матрице РНК (обратная транскрипция) широко используется в генной инженерии.

Все матричные процессы состоят из трех этапов: инициации (начала), элонгации (продолжения) и терминации (окончания).

Репликация ДНК – это сложный процесс, в котором принимает участие несколько десятков ферментов. К важнейшим из них относятся ДНК-полимеразы (несколько типов), праймазы, топоизомеразы, лигазы и другие.

Главная проблема при репликации ДНК заключается в том, что в разных цепях одной молекулы остатки фосфорной кислоты направлены в разные стороны, но наращивание цепей может происходить только с того конца, который заканчивается группой ОН.

Поэтому в реплицируемом участке, который называется вилкой репликации, процесс репликации протекает на разных цепях по-разному. На одной из цепей, которая называется ведущей, происходит непрерывный синтез ДНК на матрице ДНК. На другой цепи, которая называется запаздывающей, вначале происходит связывание праймера – специфического фрагмента РНК.

Праймер служит затравкой для синтеза фрагмента ДНК, который называется фрагментом Оказаки. В дальнейшем праймер удаляется, а фрагменты Оказаки сшиваются между собой в единую нить фермента ДНК–лигазы. Репликация ДНК сопровождается репарацией – исправлением ошибок, неизбежно возникающих при репликации. Существует множество механизмов репарации.

Рибонуклеиновая кислота (РНК)

Рибонуклеиновая кислота (РНК) – это нуклеиновая кислота, мономерами которой являются рибонуклеотиды.

В пределах одной молекулы РНК имеется несколько участков, которые комплементарны друг другу. Между такими комплементарными участками образуются водородные связи.

В результате в одной молекуле РНК чередуются двуспиральные и односпиральные структуры, и общая конформация молекулы напоминает клеверный лист на черешке.

Азотистые основания, входящие в состав РНК, способны образовывать водородные связи с комплементарными основаниями и ДНК, и РНК.

При этом азотистые основания образуют пары А=У, А=Т и Г≡Ц. Благодаря этому возможна передача информации от ДНК к РНК, от РНК к ДНК и от РНК к белкам.

Рибонуклеиновая кислота (РНК): функции

В клетках обнаруживается три основных типа РНК, выполняющих различные функции:

Информационная, или матричная РНК (иРНК, или мРНК). Составляет 5% клеточной РНК. Служит для передачи генетической информации от ДНК на рибосомы при биосинтезе белка. В эукариотических клетках иРНК (мРНК) стабилизирована с помощью специфических белков. Это делает возможным продолжение биосинтеза белка даже в том случае, если ядро неактивно.
Рибосомная, или рибосомальная РНК (рРНК). Составляет 85% клеточной РНК. Входит в состав рибосом, определяет форму большой и малой рибосомных субъединиц, обеспечивает контакт рибосомы с другими типами РНК.
Транспортная РНК (тРНК). Составляет 10% клеточной РНК. Транспортирует аминокислоты к соответствующему участку иРНК в рибосомах. Каждый тип тРНК транспортирует определенную аминокислоту.

В клетках имеются и другие типы РНК, выполняющие вспомогательные функции.

Все типы РНК образуется в результате реакций матричного синтеза. В большинстве случаев матрицей служит одна из цепей ДНК.

Таким образом, синтез РНК на матрице ДНК является гетерокаталитической реакцией матричного типа.

Этот процесс называется транскрипцией и контролируется определенными ферментами – РНК–полимеразами (транскриптазами).

Биологическая роль нуклеиновых кислот

Название «нуклеиновые кислоты» происходит от латинского слова «нуклеус», т. е. ядро: они впервые были обнаружены в клеточных ядрах. Биологическое значение нуклеиновых кислот очень велико.

Они играют центральную роль в хранении и передаче наследственных свойств клетки, поэтому их часто называют веществами наследственности.

Известно, что любая клетка возникает в результате деления материнской клетки. При этом дочерние клетки наследуют свойства материнской.

Свойства же клетки определяются главным образом ее белками. Нуклеиновые кислоты обеспечивают в клетке синтез белков, точно таких же, как в материнской клетке.

Существуют два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

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.

Рисунок 74. Схема строения ДНК (двойная спираль).

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.

Рисунок 75.Четыре нуклеотида, из которых построены все ДНК живой природы. Рисунок 76. Соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь.

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.

Рисунок 77. Участок двойной спирали ДНК.

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.

Удвоение ДНК

Принцип комплементарности, лежащий в основе структуры ДНК, позволяет понять, как синтезируются новые молекулы ДНК незадолго перед делением клетки.

Этот синтез обусловлен замечательной способностью молекулы ДНК к удвоению и определяет передачу наследственных свойств от материнской клетки к дочерним.

Рисунок 78. Схема удвоения ДНК.

Как происходит удвоение ДНК, показано на рисунке 78. Двойная спираль ДНК под влиянием фермента начинает с одного конца раскручиваться, и на каждой цепи из находящихся в окружающей среде свободных нуклеотидов собирается новая цепь. Сборка новой цепи идет в точном соответствии с принципом комплементарности.

Против каждого А встает Т, против Г — Ц и т. д. В результате вместо одной молекулы ДНК возникают две молекулы такого же точно нуклеотидного состава, как и первоначальная. Одна цепь в каждой вновь образовавшейся молекуле ДНК происходит из первоначальной молекулы, а другая синтезируется вновь.

Рибонуклеиновые кислоты (РНК)

Структуры РНК сходны со структурами ДНК. РНК, как и ДНК, полинуклеотиды, но, в отличие от ДНК, молекула РНК одноцепочечная.

Как и в ДНК, структура РНК создается чередованием четырех типов нуклеотидов, но состав нуклеотидов РНК несколько отличается от нуклеотидов ДНК, т. е. углевод в РНК не дезоксирибоза, а рибоза, отсюда и название РНК — рибонуклеиновая кислота.

Кроме того, в РНК вместо азотистого основания тимина входит другое, близкое по строению основание, называемое урацилом (У).

В клетке имеется несколько видов РНК- Все они участвуют в синтезе белка.

Первый вид — транспортные РНК (т-РНК). Это самые маленькие по размерам РНК. Они связывают аминокислоты и транспортируют их к месту синтеза белка.
Второй вид — информационные РНК (и-РНК). По размерам они раз в 10 больше т-РНК. Их функция состоит в переносе информации о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка.
Третий вид — рибосомные РНК (р-РНК). Они имеют наибольшие размеры молекулы и входят в состав рибосом.

Основы цитологии

Клеточная теория
Строение и функции оболочки клетки
Цитоплазма и ее органоиды: эндоплазматическая сеть, митохондрии и пластиды
Аппарат Гольджи, лизосомы и другие органоиды цитоплазмы.

Клеточные включения

Клеточное ядро
Прокариотические клетки
Неклеточные формы жизни — вирусы
Химический состав клетки. Неорганические вещества
Органические вещества клетки.

Белки, их строение

Свойства и функции белков
Углеводы. Липиды
Нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК
Обмен веществ клетки. Аденозинтрифосфорная кислота — АТФ
Энергетический обмен в клетке. Синтез АТФ
Пластический обмен. Биосинтез белков. Синтез и-РНК
Синтез полипептидной цепи на рибосоме
Особенности пластического и энергетического обменов растительной клетки

В зависимости от того, какой моносахарид содержится в структурном звене полинуклеотида — рибоза или 2-дезоксирибоза, различают

рибонуклеиновые кислоты (РНК) и
дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК).

В главную (сахарофосфатную) цепь РНК входят остатки рибозы, а в ДНК 2-дезоксирибозы.

Нуклеотидные звенья макромолекул ДНК могут содержать аденин, гуанин, цитозин и тимин.

Состав РНК отличается тем, что вместо тимина присутствует урацил.

Молекулярная масса ДНК достигает десятков миллионов а.е.м.

Строение и функции нуклеиновых кислот АТФ

Это самые длинные из известных макромолекул. Значительно меньше молекулярная масса РНК (от нескольких сотен до десятков тысяч).

ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК в рибосомах и протоплазме клеток.

При описании строения нуклеиновых кислот учитывают различные уровни организации макромолекул: первичную и вторичную структуру.

Первичная структура нуклеиновых кислот это нуклеотидный состав и определенная последовательность нуклеотидных звеньев в полимерной цепи.

Например:

В сокращённом однобуквенном обозначении эта структура записывается как …– А – Г – Ц –…

Под вторичной структурой нуклеиновых кислот понимают пространственно упорядоченные формы полинуклеотидных цепей.

Вторичная структура ДНК

Вторичная структура ДНК представляет собой две параллельные неразветвленные полинуклеотидные цепи, закрученные вокруг общей оси в двойную спираль.

Такая пространственная структура удерживается множеством водородных связей, образуемых азотистыми основаниями, направленными внутрь спирали.

Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum — дополнение).

Образование водородных связей между комплементарными парами оснований обусловлено их пространственным соответствием. Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию:

Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им разместиться в структуре двойной спирали. Таким образом,

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

Комплементарность оснований определяет комплементарность цепей в молекулах ДНК.

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

Способность ДНК не только хранить, но и использовать генетическую информацию определяется следующими ее свойствами:

Вторичная структура РНК

В отличие от ДНК, молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго определенной пространственной формы (вторичная структура РНК зависит от их биологических функций).

Основная роль РНК непосредственное участие в биосинтезе белка. Известны три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке, составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в образовании белковых макромолекул:

информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и осуществляется синтез белка;
транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа «узнают» по соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты должны участвовать в синтезе белка;
рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения, считывая информацию с информационной (матричной) РНК.

Виды нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации.

Они были открыты в 1869 г.швейцарским биохимиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, сперматозоидов лосося. Впоследствии нуклеиновые кислоты обнаружили во всех растительных и животных клетках, вирусах, бактериях и грибах.

В природе существует два вида нуклеиновых кислот — дезок-сирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК— рибозу.

В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах.

РНК входит в состав рибосом; молекулы РНК содержатся также в цитоплазме, матриксе пластид и митохондрий.

Нуклеотиды — структурные компоненты нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотиды —сложные вещества.

В состав каждого нуклео-тида входит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.

Существует пять основных азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин и цитозин.

Первые два являются пуриновыми; их молекулы состоят из двух колец, первое содержит пять членов, второе — шесть. Следующие три являются пиримидинами и имеют одно пятичленное кольцо.

Вот как выглядит, например, формула тимидилового нуклеотида(тимидин):

Названия нуклеотидов происходят от названия соответствующих азотистых оснований; и те и другие обозначаются заглавными буквами: аденин — аденилат (А), гуанин — гуанилат (Г), цитозин — цитидилат (Ц), тимин — тимидилат (Т), урацил — уридилат (У).

Количество нуклеотидов в молекуле нуклеиновых кислот бывает разным — от 80 в молекулах транспортных РНК до нескольких сотен миллионов у ДНК.

Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных, спирально закрученных относительно друг друга цепочек.

В состав нуклеотидов молекулы ДНК входят четыре вида азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитоцин.

В полинук-леотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З’-гидроксильной группой пентозы другого.

Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З’-углеродом одного пентоз-ного цикла и 5-углеродом следующего. Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками (рис. 1.2).

Хотя в состав ДНК входит четыре типа нуклеотидов, благодаря различной последовательности их расположения в длинной цепочке достигается огромное разнообразие этих молекул.

Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали наподобие винтовой лестницы и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между адени-ном и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи).

Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными.

Рис 1.2. Фрагмент молекулы ДНК (между А—Т— две водородные связи; между Г—Ц — три водородные связи).

Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплемен-тарностью, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы (репликации, т.е. удвоения).

Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены (антипа-раллелъностъ). Так, если для одной цепи мы выбираем направление от З’-конца к 5′-концу, то вторая цепь с таким направлением будет ориентирована противоположно первой — от 5-конца к З’-концу, иначе говоря, «голова» одной цепи соединяется с «хвостом» другой и наоборот.

Уилкинсом и Р. Франклин. За разработку двухспиральной модели молекулы ДНК Уот-сон, Крик и Уилкинс были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии.

ДНК — самые крупные биологические молекулы. Их длина составляет от 0,25 (у некоторых бактерий) до 40 мм (у человека). Это значительно больше самой крупной молекулы белка, которая в развернутом виде достигает длины не более 100—200 нм.

Масса молекулы ДНК составляет 6×10-12 г.

Диаметр молекулы ДНК 2 нм, шаг спирали 3,4 нм; каждый виток спирали содержит 10 пар нуклеотидов. Спиральная структура поддерживается многочисленными водородными связями, возникающими между комплементарными азотистыми основаниями, и гидрофобными взаимодействиями. Молекулы ДНК эука-риотических организмов линейны.

У прокариот ДНК, напротив, замкнута в кольцо и не имеет ни 3-, ни 5-концов.

При изменении условий ДНК, подобно белкам, может под-. вергаться денатурации, которая называется плавлением. При постепенном возврате к нормальным условиям ДНК ренатурирует.

Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация обо всех белках данного организма, о том, какие белки, в какой последовательности и в каком количестве будут синтезироваться.

Последовательность аминокислот в белках записана в ДНК так называемым генетическим (триплетным) кодом.

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты

Виды нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Они были открыты в 1869 г. швейцарским биохимиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, сперматозоидов лосося. Впоследствии нуклеиновые кислоты обнаружили во всех растительных и животных клетках, вирусах, бактериях и грибах.

В природе существует два вида нуклеиновых кислот — дезок-сирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК— рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме.

ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК входит в состав рибосом; молекулы РНК содержатся также в цитоплазме, матриксе пластид и митохондрий.

Нуклеотиды —сложные вещества. В состав каждого нуклео-тида входит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.

Существует пять основных азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин и цитозин. Первые два являются пуриновыми; их молекулы состоят из двух колец, первое содержит пять членов, второе — шесть. Следующие три являются пиримидинами и имеют одно пятичленное кольцо.

Вот как выглядит, например, формула тимидилового нуклеотида(тимидин):

ДНК. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных, спирально закрученных относительно друг друга цепочек.

В состав нуклеотидов молекулы ДНК входят четыре вида азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитоцин. В полинук-леотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями, которые образуются между фосфатной группой одного нуклеотида и З’-гидроксильной группой пентозы другого. Такие связи называются фосфодиэфирными. Фосфатная группа образует мостик между З’-углеродом одного пентоз-ного цикла и 5-углеродом следующего. Остов цепей ДНК образован, таким образом, сахарофосфатными остатками (рис. 1.2).

Рис 1.2. Фрагмент молекулы ДНК (между А—Т— две водородные связи; между Г—Ц — три водородные связи).

В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа». Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называется комплемен-тарностью, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы (репликации, т. е. удвоения).

Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены (антипа-раллелъностъ). Так, если для одной цепи мы выбираем направление от З’-конца к 5′-концу, то вторая цепь с таким направлением будет ориентирована противоположно первой — от 5-конца к З’-концу, иначе говоря, «голова» одной цепи соединяется с «хвостом» другой и наоборот.

Впервые модель молекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком на основе данных Э. Чаргаффа о соотношении пуриновых и пиримидиновых оснований молекул ДНК и результатов рентге-но-структурного анализа, полученных М. Уилкинсом и Р. Франклин. За разработку двухспиральной модели молекулы ДНК Уот-сон, Крик и Уилкинс были удостоены в 1962 г. Нобелевской премии.

Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация обо всех белках данного организма, о том, какие белки, в какой последовательности и в каком количестве будут синтезироваться. Последовательность аминокислот в белках записана в ДНК так называемым генетическим (триплетным) кодом.

Основным свойством ДНК является ее способность к репликации.

Репликация — это процесс самоудвоения молекул ДНК, происходящий под контролем ферментов. Репликация осуществляется перед каждым делением ядра. Начинается она с того, что спираль ДНК временно раскручивается под действием фермента ДНК-полимеразы. На каждой из цепей, образовавшихся после разрыва водородных связей, по принципу комплементарности синтезируется дочерняя цепь ДНК. Материалом для синтеза служат свободные нуклеотиды, которые есть в ядре (рис. 1.3).

Рис. 1.3.. Схема репликации ДНК

Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи (поэтому процесс удвоения молекул ДНК относится к реакциям матричного синтеза). В результате получается две молекулы ДНК, у каждой из которых ‘ одна цепь остается от родительской молекулы (половина), а другая — вновь синтезированная. Причем одна новая цепь синтезируются сплошной, а вторая — сначала в виде коротких фрагментов, которые затем сшиваются в длинную цепь специальным ферментом—ДНК-лигазой. В результате репликации две новые молекулы ДНК представляют собой точную копию исходной молекулы.

Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской клетки к дочерним, что и происходит при делении соматических клеток.

РНК. Строение молекул РНК во многом сходно со строением молекул ДНК. Однако имеется и ряд существенных отличий. В молекуле РНК вместо дезоксирибозы в состав нуклеотидов входит рибоза, вместо тимидилового нуклеотида (Т) — уридило-вый (У). Главное отличие от ДНК состоит в том, что молекула РНК представляет собой одну цепь. Однако ее нуклеотиды способны образовывать водородные связи между собой (например, в молекулах тРНК, рРНК), но в этом случае речь идет о внутри-цепочечном соединении комплементарных нуклеотидов. Цепочки РНК значительно короче ДНК.

В клетке существует несколько видов РНК, которые различаются по величине молекул, структуре, расположению в клетке и функциям:

Информационная (матричная) РНК(иРНК). Этот вид наиболее разнороден по размерам и структуре. иРНК представляет собой незамкнутую полинуклеотидную цепь. Она синтезируется в ядре при участии фермента РНК-полимеразы, комплементарна участку ДНК, на котором происходит ее синтез. Несмотря на относительно низкое содержание (3—5% РНК клетки), она выполняет важнейшую функцию в клетке: служит в качестве матрицы для синтеза белков, передавая информацию об их структуре с молекул ДНК. Каждь|й белок клетки кодируется специфической иРНК, поэтому число их типов в клетке соответствует числу видов белков.
Рибосомная РНК (рРНК). Это одноцепочечные нуклеиновые кислоты, образующие в комплексе с белками рибосомы — орга-неллы, на которых происходит синтез белка. Рибосомные РНК синтезируются в ядре. Информация об их структуре закодирована в участках ДНК, которые расположены в области вторичной перетяжки хромосом. Рибосомные РНК составляют 80% всей РНК клетки, поскольку в клетке имеется огромное количество рибосом. Рибосомные РНК обладают сложной вторичной и третичной структурой, образуя петли на комплементарных участках, что приводит к самоорганизации этих молекул в сложное по форме тело. В состав рибосом входит три типа рРНК у прокариот и четыре типа рРНК у эукариот. 3. Транспортная (трансферная) РНК(тРНК). Молекула тРНК состоит в среднем из 80 нуклеотидов. Содержание тРНК в клетке — около 15% всей РНК. Функция тРНК — перенос аминокислот к месту синтеза белка. Число различных типов тРНК в клетке невелико (20—60). Все они имеют сходную пространственную организацию. Благодаря внутрицепочечкым водо-родным связям молекула тРНК приобретает характерную вторичную структуру, называемую клеверным листам. Трехмерная же модель тРНК выглядит несколько иначе. В тРНК выделяют четыре петли: акцепторную (служит местом присоединения аминокислоты), антикодоновую (узнает кодон в иРНК в процессе трансляции) и две боковые.

Источник : Н.А. Лемеза Л.В.Камлюк Н.Д. Лисов «Пособие по биологии для поступающих в ВУЗы»

Кислоты нуклеиновые

Нуклеиновые кислоты, как и белки, участвуют во всех живых организмах в передаче наследственных признаков, а также в синтезе белков.[ …]

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ — класс природных органических макромолекул, участвующих в хранении, передаче генетической информации и синтезе на ее основе видоспецифичных белков.[ …]

Нуклеиновые кислоты являются органическими соединениями, содержащими углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Различают дезоксирибонуклеиновую и рибонуклеиновую кислоты (ДНК и РНК). Важнейшая биологическая роль нуклеиновых кислот заключается в том, что они являются хранителями генетической информации (см. главу X).[ …]

Нуклеиновые кислоты были обнаружены в ядрах клеток в 1869 г. швейцарским физиологом Фридрихом Мишером. Это открытие является настолько важным, что оно заслуживает приведения здесь цитаты из работы Ф. Мишера, в которой он описывал свои опыты, а именно: «Обрабатывая клетки гноя слабыми щелочными растворами, я получил в результате нейтрализации раствора осадок, который не растворялся ни в воде, ни в уксусной кислоте, ни в разведенной соляной кислоте, ни в обычном солевом растворе и который не мог принадлежать ни к одному из белков, известных в настоящее время». Обнаруженное вещество Ф. Мишер назвал «нуклеином». Как считают, он не мог знать, что открыл ДНК и что оказался в начале исследований ДНК. Но, определяя заслуги Ф. Мишера в качестве первооткрывателя нуклеиновых кислот, нельзя не отметить, что первое предположение о роли нуклеиновых кислот в качестве генетического материала было сформулировано в 1914 г. доцентом Петербургского университета А. Щепотьевым.[ …]

Нуклеиновые кислоты называют кислотами по той причине, что их фосфатные группы освобождают в растворах ионы водорода.[ …]

Ни нуклеиновые кислоты, ни белки в отдельности не являются субстратами жизни. В настоящее время считают, что субстратом жизни являются нуклеопротеиды. Они входят в состав ядра и цитоплазмы клеток животных и растений. Из них построены хроматин (хромосомы) и рибосомы. Они обнаружены на протяжении всего органического мира — от вирусов до человека. Можно сказать, что нет живых систем, не содержащих нуклеопротеидов. Однако важно подчеркнуть, что нуклеопротеиды являются субстратом жизЯи лишь тогда, когда они находятся в клетке, функционируют и взаимодействуют там. Вне клеток (после выделения из клеток) они являются обычными химическими соединениями. Следовательно, жизнь есть, главным образом, функция взаимодействия нуклеиновых кислот и белков, а живым является то, что содержит само-воспроизводящую молекулярную систему в виде механизма воспроизводства нуклеиновых кислот и белков.[ …]

Строение нуклеиновых кислот. Участие их в синтезе клеточных белков. Синтез белков лежит в основе построения новых клеточных структур. Организмы синтезируют свои собственные белки, отличающиеся от белков других видов характером чередования аминокислот. Первичная структура белков определяет многие их биохимические особенности. Изменение чередования аминокислот в молекулах ферментов в некоторых, случаях приводит к потере свойств катализатора. Для ответа на этот вопрос была выдвинута теория матриц. Согласно этой теории, в клетках имеется нечто подобное типографским матрицам или штампам, каждый из которых «штампует» белок определенного вида или точнее белок со строго определенным порядком расположения аминокислот в его поли-пептидной цепи. Роль матриц выполняют нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты имеются во всех без исключения клетках. Различают две группы нуклеиновых кислот—дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). ДНК содержится главным образом в клеточном ядре, РНК — в ядре и цитоплазме.[ …]

Итак, функции нуклеиновых кислот в микробной клетке дифференцированы. Даже ДНК клетки не все принадлежат к ГНК. Не говоря о том, что у вирусов роль ГНК выполняют двухцепочечные РНК и одноцепочечные ДНК и РНК. Двухцепочные ДНК по своим свойствам и структуре принадлежат к соединениям более устойчивым и консервативным, поэтому отобраны эволюцией для хранения наследственной информации. Клетка как бы экономит ДНК, привлекая для выполнения различных функций более подвижные, динамичные нуклеиновые кислоты — РНК.[ …]

Исследование обмена нуклеиновых кислот очень важно для агрохимии, так как фосфор удобрений используется в растениях для синтеза нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты, так же как и белки, находятся в организме в динамическом состоянии, они подвержены постоянным процессам распада и ресинтеза. Особенно подвижной является фосфорная группа их молекулы, вступающая в процессы обмена с минеральным и органически связанным фосфором внутриклеточной среды.[ …]

Фосфор в виде фосфорной кислоты входит в состав важнейших органических соединений, нуклеиновых кислот и фосфолипидов. В отличие от азота и серы фосфор встречается в бактериальных клетках только в окисленном состоянии (Р2О5). Фосфор вступает в связи с углеродом только через кислород или азот. Эти связи образуются с затратой энергии. Поэтому органические соединения фосфора являются аккумуляторами энергии в микробных клетках. Фосфор входит в состав ферментов, используется микроорганизмами в виде солей ортофос-форной кислоты.[ …]

Связь белковых молекул и нуклеиновых кислот привела к возникновению генетического кода. Последний представляет собой такую организацию молекул ДНК, в которой последовательность нуклеотидов стала служить информацией для построения конкретной последовательности аминокислот в белках.[ …]

При сравнении эффективности удерживания нуклеиновых кислот необходимо отметить, что РНК концентрируется в камере под действием постоянного электрического поля лучше, чем ДНК- Так, при концентрации исходного раствора 37 мкг/мл и проточности 0,9 мл/мин РНК полностью удерживается в камере уже при 125 В/см (рис. 40, кривая 4) извлечь же из раствора ДНК при этих условиях удается лишь при напряженности поля 200—225 В/см (рис. 40, кривая 5).[ …]

К органическим веществам относятся белки, нуклеиновые кислоты, углеводы и липоиды. Белки (носители жизни) содержатся в протоплазме, ядре и ферментах в виде простых белков — протеинов и сложных белков протеидов. Ядерные белки являются соединением белков с нуклеиновыми кислотами и называются опротеи-дами.[ …]

В качестве субстрата жизни внимание привлекают нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и белки. Нуклеиновые кислоты — это сложные химические соединения, содержащие углерод, кислород, водород, азот и фосфор. ДНК является генетическим материалом клеток, определяет химическую специфичность генов. Под контролем ДНК идет синтез белков, в котором участвуют РНК.[ …]

Рибоза и дезоксирибоза в сочетании с основаниями нуклеиновых кислот (аденин, гуанин, цитозин, тимин) образовывали нуклеозиды, а последние, в свою очередь, в сочетании с фосфатами — нуклеотиды — простейшие составляющие нуклеиновых кислот.[ …]

Тем самым в водной среде образовывались основные компоненты нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). В частности, из циановодорода (нитрила), которым, как считают, была обогащена первичная атмосфера, могли возникнуть по крайней мере два из четырех оснований нуклеиновых кислот: аденин и гуанин. Например, эмпирическую формулу молекулы аденина (СвН э) можно представить в виде пяти объединенных молекул циановодорода.[ …]

Материалом, из которого состоят гены, является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а материалом, обеспечивающим декодирование генетической информации, являются РНК. У отдельных вирусов первичным генетическим материалом является рибонуклеиновая кислота (РНК). Таким образом, нуклеиновые кислоты являются хранителями (носителями) и переносчиками генетической информации.[ …]

Нуклеопротеиды клеточных ядер состоят из протамина и гистона, соединенных с нуклеиновой кислотой. Нуклеиновая кислота является ’сложным соединением, состоящим из мононуклеотидов. Мононуклеотид при гидролизе распадается на фосфорную кислоту, углевод-пентозу (а-рибозу или дезоксирибозу) и пуриновые или пиримидиновые основания.[ …]

ВИРУСЫ — мельчайшие неклеточные частицы — вироспоры, представляющие собой наборы нуклеиновых кислот (ДНК или РНК), заключенные в белковую оболочку. Размер В. от 20 до 3000 нм1 и более. Размножаются только в клетках растений или животных, часто вызывая опасные заболевания (оспа, ящур, грипп, паротит, полиомиелит и т. д.) животных и человека, а также бактерий.[ …]

Нуклеопротеиды состоят из белка и нуклеиновых кислот. Поскольку нуклеиновые кислоты вначале выделялись из растительных и животных клеток, содержащих ядра (nucleus — ядро), предполагалось, что они находятся только в ядрах. Позже с помощью цитохимических методов нуклеиновые кислоты были выявлены, кроме хромосом, в митохондриях, рибосомах, в независимых генетических элементах — плазмидах и гиалоплазме.[ …]

Ультрафиолетовое излучение в этой области особенно вредно. Оно активно воздействует на нуклеиновые кислоты и белки, умерщвляет живые клетки, обладает выраженным бактерицидным действием.[ …]

Следующий этап химической эволюции — полимеризация «малых” молекул в более крупные, т. е. образование собственно нуклеиновых кислот и белков.[ …]

Под влиянием ионизирующего излучения в клетках организма могут наблюдаться такие патологические процессы, как разрывы молекул нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), хромосомные нарушения, изменения нормального процесса деления клетки, а иногда и гибель клетки.[ …]

Как известно, наследственная информация организмов концентрируется в половых клетках в особых образованиях — хромосомах в виде нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). Молекулы этих кислот или их отдельные участки и называют генами. Совокупность всех генов,- определяющих наследственные признаки, является генотипом, а совокупность всех особей, хранящих и передающих по наследству эту информацию потомкам, представляет собой генетический фонд, или генофонд.[ …]

Шведский ученый Пер-Оке Альбертсон предложил использовать для разделения бактерий, вирусов, фрагментов клеток, мембран, ядер, белков, нуклеиновых кислот и любых других частиц биологического происхождения двухфазные водные растворы полимеров — полиэтиленгликоля, декстрана и их производных [2, 279, 280]. Фракционирование в двухфазной водной системе основывается на избирательном распределении частиц между этими фазами, аналогичном распределению растворимых веществ. Метод Альбертсона получил широкое распространение и используется во многих биохимических и микробиологических лабораториях, так как позволяет в «мягких» условиях, без нарушения структурной целостности и изменения нативных свойств осуществлять выделение и очистку лабильных биологических объектов, а также дать определенную информацию о их строении. Реализация этого метода в промышленном масштабе, например, для выделения вирусов или получения чистых ферментов, не встречает, по мнению автора, принципиальных трудностей, однако в очистке воды он не может быть использован. Очевидно, и любая другая модификация экстракции жидкость — жидкость неприменима при микробной очистке промышленных сточных вод и, конечно, такой метод совершенно непригоден для водоподготовки.[ …]

Молекулярный уровень организации, составляющий предмет молекулярной биологии, предполагает изучение строения белков, их функций, роль нуклеиновых кислот в хранении и реализации генетической информации, процессов синтеза биологически важных соединений. На молекулярном уровне организации ведутся основные исследования по биотехнологии и генной инженерии, поскольку многие свойства организма определяются именно этим уровнем.[ …]

УФ лучи с длиной волны 0,24 — 0,28 мкм особенно сильно оказывают летальное и мутагенное действие, так как этот спектр совпадает со спектром поглощения нуклеиновых кислот (ДНК и РНК). При поглощении квантов УФ диапазона происходят химические изменения ДНК за счет образования димеров, которые препятствуют нормальному удвоению ДНК в процессе деления клетки. Это приводит к гибели клетки или изменению ее наследственных свойств, т. е. образованию мутаций.[ …]

В отличие от живого различают понятие «мертвое», под которым понимают совокупность некогда существовавших организмов, утративших механизм синтеза нуклеиновых кислот и белков, т. е. способность к молекулярному воспроизведению. Например, «мертвым» является известняк, образованный из остатков живших когда-то организмов.[ …]

Объединяясь, макромолекулы разных типов образуют надмолекулярные структуры, примерами которых являются нуклеопроте-иды, представляющие собой комплексы нуклеиновых кислот и белков, липопротеиды (комплексы липидов и белков), рибосомы (комплексы нуклеиновых кислот и белков). В этих структурах комплексы связаны нековалентно, однако нековалентное связывание весьма специфично. Биологическим макромолекулам присущи непрерывные превращения, которые обеспечиваются химическими реакциями, катализируемыми ферментами. В этих реакциях ферменты превращают субстрат в продукт реакции в течение исключительно короткого времени, которое может составлять несколько Миллисекунд или даже микросекунд. Так, например, время раскручивания двухцепочечной спирали ДНК перед ее репликацией составляет всего лишь несколько микросекунд.[ …]

Состав веществ тела животных, растений и микроорганизмов в принципе отличается мало. Белки всех живых клеток состоят из 20 главных аминокислот. Важнейшие компоненты тела — нуклеиновые кислоты — построены по одному принципу и из одинаковых для всех живых существ составных частей. Различия между типами и видами клеток состоят в деталях строения — в последовательности и взаиморасположении видоспецифичных макромолекул или протоплазменных структур и частных особенностях обмена веществ.[ …]

Возникновение механизма воспроизведения себе подобных и наследования свойств предыдущих поколений было наиболее важным этапом в происхождении жизни. Это стало возможным благодаря образованию сложных комплексов нуклеиновых кислот и белков. Нуклеиновые кислоты, способные к самовоспроизведению, стали контролировать синтез белков, определяя в них порядок аминокислот. А белки — ферменты осуществляли процесс создания новых копий нуклеиновых кислот. Как результат возникло важнейшее свойство, характерное для жизни, — способность к воспроизведению подобных себе молекул.[ …]

Предполагают, что мир РНК связывает «пребиотический мир» с ДНК. Известны экспериментальные данные, свидетельствующие о том, что олигонуклеотиды РНК обеспечивают синтез комплементарных цепей так называемой пептидной нуклеиновой кислоты (ПНК), в которой вместо фосфодиэфирных скелетных связей скелетом является амид.[ …]

Целостность (непрерывность) и дискретность (прерывность). Жизнь целостна и в то же время дискретна как в плане структуры, так и функции. Например, субстрат жизни целостен, т. к. представлен нуклеопротеидами, но в то же время дискретен, т. к. состоит из нуклеиновой кислоты и белка. Нуклеиновые кислоты и белки являются целостными соединениями, однако тоже дискретны, состоя из нуклеотидов и аминокислот (соответственно). Репликация молекул ДНК является непрерывным процессом, однако она дискретна в пространстве и во времени, т. к. в ней принимают участие различные генетические структуры и ферменты. Процесс передачи наследственной информации тоже является непрерывным, но он дискретен, т. к. состоит из транскрипции и трансляции, которые из-за ряда различий между собой определяют прерывность реализации наследственной информации в пространстве и во времени. Митоз клеток также непрерывен и одновременно прерывен. Любой организм представляет собой целостную систему, но состоит из дискретных единиц — клеток, тканей, органов, систем органов. Органический мир также целостен, поскольку существование одних организмов зависит от других, но в то же время он дискретен, состоя из отдельных организмов.[ …]

Автотрофы, используя солнечную энергию (фотосинтетики) или энергию химических связей (хемосинтетики) из диоксида углерода, воды и необходимых минеральных компонентов, синтезируют основные классы органических веществ: углеводы, жиры (липиды), белки, нуклеиновые кислоты и т. п. Каждое из этих веществ имеет свое значение для жизнедеятельности организмов.[ …]

Хиральность или хиральная чистота — свойство объекта (индивидуальных молекул и их соединений) быть несовместимыми со своим отображением в идеально плоском зеркале. Так, белки живого построены только из «левых» (левовращающих — поляризующих свет влево) аминокислот, а нуклеиновые кислоты состоят исключительно из «правых» (правовращающих — поляризующих свет вправо) сахаров и так далее.[ …]

В хронических опытах у животных в течение затравки практически не изменялись следующие показатели их состояния (некоторые из них определяли не для всех веществ) : содержание в крови гемоглобина, эритроцитов, общего белка в сыворотке крови, активность каталазы, холинэстеразы, щелочной фосфатазы, количество нуклеиновых кислот, мочевины, кальция в крови, условнорефлекторная деятельность. В некоторых случаях при максимальных концентрациях ПАВ незначительно изменялись в крови уровень лейкоцитов, фосфолипидов в сыворотке крови, соотношение фракций сывороточных белков крови, активность трансаминаз, величина относительной массы органов. Определенные нарушения выявлены в содержании холестерина в сыворотке крови, ретенции бромсульфалеина в печени, содержании аскорбиновой кислоты в органах, артериальном давлении крови, патоморфологической картине внутренних органов.[ …]

Содержимое бактериальной клетки без клеточной оболочки получило название протопласта. Протопласт состоит из цитоплазмы, покрытой мембраной. Разработан метод освобождения протопласта грамположительных бактерий посредством обработки клеток ферментом лизоцимом. Оболочки клеток при этом растворяются, а протопласты сохраняются живыми, способными к росту, делению, синтезу протеинов и нуклеиновых кислот [363]. Цитоплазма представляет собой водянистую или слегка вязкую массу — сложную композицию белков, жиров, углеводов и многочисленных других органических соединений, минеральных веществ и воды. Цитоплазма не гомогенная коллоидная жидкость, она содержит множество субми-кроскопических мембранных структур, выявленных электронной микроскопией. В цитоплазматических белках найдено 20 различных аминокислот, обусловливающих различные евойства белков. Например, аминокислота тирозин имеет спиртовые группы (ОН) в боковой цепи и этим обусловливает гидрофильность цитоплазмы. Липоиды, наоборот, обусловливают гидрофобность цитоплазмы.[ …]

Физикохимическая специфика этого уровня заключается в том, что в состав живого входит большое количество химических элементов, но основной элементарный состав живого представлен углеродом, кислородом, водородом, азотом. Из групп атомов образуются молекулы, а из последних формируются сложные химические соединения, различающиеся по строению и функциям. Большинство этих соединений в клетках представлено нуклеиновыми кислотами и белками, макромолекулы которых являются полимерами, синтезированными в результате образования мономеров, и соединения последних в определенном порядке. Кроме того, мономеры макромолекул в пределах одного и того же соединения имеют одинаковые химические группировки и соединены с помощью химических связей между атомами их неспецифических частей (участков).[ …]

Живая материя (живые организмы) состоит из множества органических соединений, которые представляют собой соединения углерода в виде крупных молекул (биологических макромолекул). Будучи просты по строению, биологические макромолекулы являются строительными блоками, из которых построены все современные организмы. Специфика организмов любого вида определяется набором присущих только им белков, которые в сочетании с нуклеиновыми кислотами в виде нуклеопротеидов выполняют роль субстрата жизни. Более простые молекулы, из которых состоят макромолекулы, выполняют в клетках несколько функций. Например, аминокислоты служат не только строительными блоками белков, но и являются предшественниками многих гормонов животных, алкалоидов и пигментов растений, а также других макромолекул, тогда как нуклеотиды, являющиеся строительными блоками нуклеиновых кислот, могут служить коферментами и переносчиками энергии.[ …]

На восстановительную вторичную атмосферу воздействовали большие потоки энергии , коротковолновое ультрафиолетовое излучение, ионизирующее излучение Солнца (сейчас экранируется озоновым слоем), электрические разряды (грозы, коронцые разряды), местные источники тепла вулканического происхождения. В этих условиях мог идти активный химический синтез, при котором из газов вторичной атмосферы через такие промежуточные продукты, как синильная кислота, этилен, этан, формальдегид и мочевина, образовались сначала мономеры, а затем и полимеры. Ввиду того, что окисление не происходило, водоемы обогащались такими соединениями, как аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания, сахара, карбоновые кислоты, липиды. Образовался «первичный бульон». Происходили процессы осаждения, разделения и адсорбции, а на поверхностях минералов (глина, горячая лава)—дальнейшие синтетические процессы (рис.2.11). Это подтверждается результатами анализа древних земных химических ископаемых и их сравнением с внеземным органическим веществом (метеориты), а также многочисленными модельными экспериментами, показавшими, что в смеси газов, воспроизводящей атмосферу, при достаточном притоке энергии действительно происходят процессы синтеза органических веществ. Среди продуктов этого синтеза найдены основные биологически важные соединения, в том числе 14 аминокислот, пурины и пиримидины, сахара, АМФ, АДФ, АТФ, жирные кислоты и порфирины. Удалось создать и модели абиотического образования биополимеров, например, полипептидов с длинной цепью — протеиноидов, имеющих форму шариков диаметром около 1 мкм (микросфер). Здесь можно усмотреть намеки на такой сложный процесс, как абиотическое образование нуклеиновых кислот, на их примитивную абиотическую репликацию, происходящую без участия ДНК-полимеразы.[ …]

Биогенные элементы — химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и необходимые им для жизнедеятельности (их около 20). Важнейшими являются кислород (составляет около 70% массы живых организмов), углерод (18%), водород (10%), азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий и др. Эти элементы присутствуют в клетках всех видов организмов. Водород, углерод, кислород, фосфор, азот входят в состав органи ческих соединений в живом веществе, представленных углеводами, липидами (жироподобными веществами), белками и нуклеиновыми кислотами (табл. 3).[ …]

Важнейшим рубежом в развитии биологии в XX в. стали 40-50-е годы, когда в биологию хлынули идеи и методы физики и химии, а в качестве объектов стали использовать микроорганизмы. В 1944 г. была открыта генетическая роль ДНК, в 1953 г. выяснена ее структура, а в 1961 г. был расшифрован генетический код. С открытием генетической роли ДНК и механизмов синтеза белков из генетики и биохимии произошло вычленение молекулярной биологии и молекулярной генетики, которые в совокупности часто называют физико-химической биологией. Основным предметом изучения молекулярной биологии и генетики стали структура и функции нуклеиновых кислот и белков. Возникновение этих наук означало гигантский шаг в изучении явлений жизни на молекулярном уровне живой материи.[ …]

Живой организм — целая биологическая система, состоящая из взаимозависимых и соподчиненных элементов, взаимоотношения которых и особенности строения определены их функционированием как целого. Главные отличия живых организмов — способность к саморегуляции (сохранению строения, состава и свойств) и способность к самовоспроизведению (многократному повторению своих характеристик в поколениях). По определению акад. М. В. Волькенштейна «Живые тела, существующие на Земле, представляют собой открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, построенные из биополимеров — белков и нуклеиновых кислот».[ …]

Микроорганизмы, невидимые под микроскопом, называются ультрамикробами. Из этой группы ультра-микроскопических форм наиболее важное значение в практической деятельности человека имеют бактериофаги — фильтрующиеся вирусы и невидимые формы бактерий. Наблюдать ультрамикробы удалось только в электронный микроскоп, дающий увеличение до 45 000 раз. Вирусы (рис. 85) представляют собой частицы, состоящие из белковых веществ и нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК ). Они не обладают обычной клеточной структурой. К неклеточной форме жизни относятся также бактериофаги (рис. 86), представляющие собой удлиненные образования с утолщенным концом .[ …]

Поскольку все экологические системы имеют в своем составе живое и без него теряют свою специфику, необходимо уяснить закономерности фукнционирования этого живого — самые общие и затем частные. Первым в этом ряду, вероятно, следует поставить закон хиральной чистоты Л. Пастера: живое вещество состоит из хирально чистых структур. Вещества небиогенного происхождения хирально симметричны — «левых» и «правых» молекул в них поровну.[ …]

Белки мембран представляют собой ферменты. Липидные компоненты мембран представлены в основном фосфолипидами— Ы-фосфатидилглицерином и фосфатидилэтаноламином. Кроме того, в мембранах содержатся липо-аминокислоты. Особенностью бактериальных липидов по сравне-нению с липидами других организмов является отсутствие стероидов. Количество насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в липидах разных бактерий различно. Общее содержание липидов в мембранах достигает 30%. В мембранах бактерий выявлены каротиноиды, хиноны, гликолипиды, полисахариды и даже нуклеиновые кислоты.[ …]

Бактериальные ДНК — это высокополимерные соединения, состоящие из большого числа нуклеотидов — полинуклеотиды с молекулярным весом около 4 млн. Молекула ДНК представляет собой цепь нуклеотидов, где расположение их имеет определенную последовательность. В последовательности расположения азотистых оснований закодирована генетическая информация каждого вида. Нарушение этой последовательности возможно при естественных мутациях или же под влиянием мутагенных факторов. При этом микроорганизм приобретает или утрачивает какое-либо свойство. У него наследственно изменяются признаки, т. е. появляется новая форма микроорганизма. У всех микроорганизмов — прокариотов и эукариотов — носителями генетической информации являются нуклеиновые кислоты — ДНК и РНК. Лишь некоторые вирусы представляют собой исключение: у них ДНК отсутствует, а наследственная информация записана или отражена только в РНК.[ …]

Нуклеиновые кислоты — Добрая пчелка

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — это биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению. Нуклеиновые кислоты есть в ядрах клеток всех растительных и животных организмов, что определило их название (лат. Nucleus-ядро). Нуклеиновые кислоты растений имеют тот же принцип строения, что и нуклеиновые кислоты животных организмов. ДНК состоит из нуклеотидов: пуриновых или пиримидиновых оснований (аденина, гуанина, цитозина, тимина), углеводных компонентов (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. РНК состоит из тех же оснований с различием лишь в то, что у РНК вместо тимина присутствует урацил.

Нуклеиновые кислоты участвуют в хранении генетической информации (ДНК) и переносе информации при синтезе белков (РНК). В основе различных дисфункций организма и многих болезней лежат изменения структуры клеток и тканей, которые обусловлены нарушением синтеза белка. Поскольку информация о синтезе белков реализуется от ДНК и РНК, расстройства нуклеинового обмена и дефицит нуклеиновых кислот являются одной из причин появления патологических процессов. Особенно чувствительны к недостатку нуклеотидов ткани, имеющие высокую скорость обновления (костный мозг, иммунная система, слизистые оболочки).

Информация о способности нуклеиновых кислот повышать общую сопротивляемость организма впервые появились в 1892 г. Нуклеиновую кислоту использовали для лечения тяжелых заболеваний с конца XIX века. Задолго до открытия антибиотиков препараты нуклеиновой кислоты с успехом применяли при инфекционных заболеваниях опасных для жизни, таких как холера, сибирская язва, стафилококковая и стрептококковая инфекция, дифтерия и др.

В настоящее время установлено, что нуклеиновые кислоты — один из важных компонентов интегрального и иммунологического гомеостаза организма. Доказаны также следующие свойства нуклеиновых кислот: радиозащитное, иммуномодулирующие (стимуляция устойчивости организма к различным инфекциям), способность улучшать клеточный состав крови, повышение содержание гемоглобина, понижение возбудимости нервной системы, увеличение мышечной силы. Значимость нуклеиновых кислот в жизнедеятельности человека подчеркивает факт торможения иммунитета у лиц, исключающих их из питания даже при сохранении его достаточной калорийности.

Полученные с пищей нуклеиновые кислоты, подвергаются перевариванию в кишечнике с помощью фермента нуклеазы и распадаются до своих составляющих: пуриновых оснований, углеводного компонента и фосфорного остатка. Эти простые вещества всасываются в кровь и клетки тканей синтезируют из них нуклеотиды, а затем уже свои нуклеиновые кислоты.

нуклеиновых кислот | Биология для неосновных I

Что вы научитесь делать: обсуждать нуклеиновые кислоты и роль, которую они играют в ДНК и РНК

В организме человека есть два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Эти молекулы содержат набор инструкций для наших клеток: они определяют, кем и чем мы являемся. Но что составляет нашу ДНК?

Рисунок 1. Найдите различия между ДНК и РНК

В результате мы узнаем о компонентах ДНК и РНК и кратко познакомимся с их работой.

Результаты обучения

Опишите основную структуру нуклеиновых кислот
Сравнить и сопоставить структуру ДНК и РНК

Структура нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты являются ключевыми макромолекулами в непрерывной жизни. Они несут генетический план клетки и несут инструкции для функционирования клетки.

Рис. 2. Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и фосфатной группы.

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК — это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих.

Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка. Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника РНК для связи с остальной частью клетки. Другие типы РНК также участвуют в синтезе белка и его регуляции.

ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотиды. Нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида, ДНК или РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного (пятиуглеродного) сахара и фосфатной группы (рис. 2). Каждое азотистое основание в нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к фосфатной группе. Нуклеотиды соединяются фосфодиэфирными связями с образованием полинуклеотида.

Двухспиральная структура ДНК

Рисунок 3.Модель двойной спирали показывает ДНК как две параллельные нити переплетающихся молекул. (кредит: Джером Уокер, Деннис Мытс)

ДНК

имеет двойную спиральную структуру (рис. 3). Он состоит из двух цепей или полимеров нуклеотидов. Нити образованы ковалентными связями между фосфатными и сахарными группами соседних нуклеотидов.

Две нити связаны друг с другом в своих основаниях водородными связями, и нити наматываются друг на друга по своей длине, отсюда и описание «двойной спирали», что означает двойную спираль.

Чередующиеся сахарные и фосфатные группы лежат на внешней стороне каждой цепи, образуя основу ДНК. Азотистые основания сложены внутри, как ступени лестницы, и эти основания соединяются в пару; пары связаны друг с другом водородными связями. Основания спариваются таким образом, чтобы расстояние между скелетами двух цепей было одинаковым по всей длине молекулы.

ДНК и РНК

Хотя ДНК и РНК похожи, у них есть очень четкие различия.В таблице 1 приведены характеристики ДНК и РНК.

Таблица 1. Особенности ДНК и РНК
	ДНК	РНК
Функция	Несет генетическую информацию	Участвует в синтезе белка
Расположение	Остается в ядре	Покидает ядро
Конструкция	ДНК представляет собой двухцепочечную «лестницу»: сахарно-фосфатный остов с базовыми ступенями.	Обычно одножильный
Сахар	Дезоксирибоза	Рибоза
Пиримидины	Цитозин, тимин	Цитозин, урацил
Пурины	Аденин, гуанин	Аденин, гуанин

Следует упомянуть еще одно отличие. Есть только один тип ДНК. ДНК — это наследуемая информация, которая передается каждому поколению клеток; его нити можно «расстегнуть» с небольшим количеством энергии, когда ДНК необходимо реплицировать, и ДНК транскрибируется в РНК.Существует множество типов РНК: Информационная РНК — это временная молекула, которая переносит информацию, необходимую для создания белка, из ядра (где остается ДНК) в цитоплазму, где находятся рибосомы. Другие виды РНК включают рибосомную РНК (рРНК), транспортную РНК (тРНК), малую ядерную РНК (мяРНК) и микроРНК.

Несмотря на то, что РНК является одноцепочечной, большинство типов РНК демонстрируют обширное внутримолекулярное спаривание оснований между комплементарными последовательностями, создавая предсказуемую трехмерную структуру, необходимую для их функции.

Как вы узнаете позже, поток информации в организме осуществляется от ДНК к РНК и белку. ДНК определяет структуру мРНК в процессе, известном как транскрипция, а РНК определяет структуру белка в процессе, известном как трансляция. Это известно как центральная догма жизни, которая верна для всех организмов; однако исключения из правил случаются в связи с вирусными инфекциями.

Вкратце: ДНК и РНК

Нуклеиновые кислоты — это молекулы, состоящие из нуклеотидов, которые направляют клеточную деятельность, такую как деление клеток и синтез белка.Каждый нуклеотид состоит из пентозного сахара, азотистого основания и фосфатной группы. Есть два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. ДНК несет генетический план клетки и передается от родителей к потомству (в виде хромосом). Он имеет двойную спиральную структуру, в которой две нити, идущие в противоположных направлениях, соединены водородными связями и дополняют друг друга. РНК является одноцепочечной и состоит из пентозного сахара (рибозы), азотистого основания и фосфатной группы.РНК участвует в синтезе белка и его регуляции. Информационная РНК (мРНК) копируется из ДНК, экспортируется из ядра в цитоплазму и содержит информацию для построения белков. Рибосомная РНК (рРНК) является частью рибосом в месте синтеза белка, тогда как транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоту в место синтеза белка. микроРНК регулирует использование мРНК для синтеза белка.

Проверьте свое понимание

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе.В этом коротком тесте , а не засчитывается для вашей оценки в классе, и вы можете пересдавать его неограниченное количество раз.

Используйте этот тест, чтобы проверить свое понимание и решить, следует ли (1) изучить предыдущий раздел дальше или (2) перейти к следующему разделу.

Нуклеиновая кислота Фон

Строительные блоки нуклеиновой кислоты

Все нуклеиновые кислоты состоят из трех структурных компонентов: сахара, фосфата и азотистого основания (структура, содержащая азот

).Эти мономеры называются нуклеотидами. В ДНК и РНК сахар представляет собой рибозу (следовательно, все вместе они могут обозначаться как рибо, нуклеиновые кислоты), который представляет собой 5-углеродный сахар, который образует форму пятиугольника (пентоза).

Сахара пронумерованы от наиболее функционально функционализированного углерода (таким образом, углерод связан как с кислородом, так и с азотистым основанием в приведенном выше примере ДНК), начиная с 1, где эти атомы углерода обозначаются как 1 ‘(один штрих), 2’ ( два простых) и т. д.

Азотистые основания различаются.ДНК и РНК имеют три общих основания: аденин (A), гуанин (G) и цитозин (C). Четвертое основание в ДНК — тимин (T), а четвертое основание в РНК — урацил (U). Гуанин и аденин — это пурины (названные из-за их структуры с двойным кольцом), а цитозин, тимин и урацил — это пиримадины (из-за их структуры с одним кольцом).

Полимеры нуклеиновых кислот

В ДНК и РНК фосфат связывается с кислородом, присоединенным к 5’-углеродному атому, также известному как 5 ’гидроксил (-ОН) в нуклеотиде. Чтобы сформировать полимер ДНК или РНК, 5 ’фосфат входящего мономера образует связь с 3’ гидроксилом предыдущего нуклеотида с образованием сахарофосфатного остова (см. Крайний левый или правый угол диаграммы справа).Это реакции синтеза дегидратации, подобные тем, которые проводят для получения белковых полимеров из мономеров аминокислот или полимеров крахмала из мономеров сахара.

ДНК

существует в виде двух цепей, выровненных антипараллельно друг другу и связанных множеством водородных связей между основаниями на противоположных цепях. Именно эти высокоспецифические межмолекулярные взаимодействия позволяют ДНК «читать» и «писать» на основе дополнительных взаимодействий. Таким образом, технически одна «молекула ДНК» состоит из двух отдельных молекул, связанных только межмолекулярными силами.Пары G-C имеют три водородные связи, в то время как пары A-T / U имеют только две. Следовательно, известно, что богатые G / C участки ДНК особенно стабильны (см. Выше).

РНК

часто просто определяют как одноцепочечную, без сомнения относительно судьбы всех потенциальных сайтов водородных связей вдоль оснований цепи. Фактически, РНК часто складывается, образуя трехмерные структуры, похожие на белки, но редко такие сложные. Наиболее знакомым примером этого является структура тРНК (справа), где характерная форма клеверного листа сформирована водородными связями между основаниями внутри одной и той же молекулы тРНК.Когда РНК не наматывается на себя, она часто связана с другими белками, так что эти потенциальные сайты водородных связей не подвергаются воздействию.

ДНК может плавиться

Точно так же, как тающая вода включает ослабление водородных связей между молекулами воды для создания менее жесткой структуры, разрыв водородных связей между двумя нитями ДНК также называется плавлением. Этот процесс может происходить физическими средствами (с использованием белков и РНК-машин) или за счет повышения температуры. В этих ситуациях ДНК всегда находится в растворе, поэтому она не меняет того, что наблюдается в макроскопическом масштабе, но действия на молекулярном уровне согласованы (например, разрыв водородных связей в ДНК или воде).Процесс связывания нитей ДНК посредством соответствующих взаимодействий водородных связей называется отжигом (а не замораживанием, что было бы аналогично плавлению для истинных фазовых изменений).

Фактически, использование температуры для контроля структуры ДНК является ключевым моментом разработки полимеразной цепной реакции (ПЦР), получившей Нобелевскую премию. ПЦР — это механизм для точного и эффективного создания множества копий одной области ДНК. Этот процесс можно использовать для создания достаточного количества ДНК для визуализации в геле ДНК невооруженным глазом менее чем за 3 часа! Эта технология часто используется для генетического скрининга, тестов на отцовство и судебно-медицинской экспертизы ДНК, а также для других приложений в лаборатории.

ДНК в наших продуктах

Как упоминалось выше, ДНК присутствует почти во всех клетках (заметным исключением здесь являются красные кровяные тельца). Фактически, люди часто очищают ДНК фруктов, получая видимое количество вязкого белого вещества (ДНК) всего из одной клубники! Обычная процедура включает формирование множества ионных взаимодействий между ионизируемыми участками вдоль ДНК и ионами солей в растворах с последующим осаждением с использованием холодного изопропилового спирта.

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

нуклеиновых кислот — биология видео от Brightstorm

Нуклеиновые кислоты представляют собой длинные цепи мономеров (нуклеотидов), которые функционируют как запасные молекулы в клетке.Нуклеотиды состоят из сахара, фосфатной группы и азотистого основания. АТФ, ДНК и РНК все являются примерами нуклеиновых кислот .

Нуклеиновые кислоты — один из четырех основных видов органических молекул. Теперь они используются, как многие из вас знают, для хранения генетической информации, и это знаменитые ДНК и РНК, независимо от того, хранит ли ДНК генетическую информацию в течение длительного времени внутри ядра одной из ваших клеток или для передачи этой генетической информации из клетки, из ядро, выходящее на рибосомы и имеющее форму информационной РНК.

Многие люди не задумываются о том, что на самом деле нуклеиновые кислоты используются как средство передачи или добавления энергии, и это молекула, известная как АТФ. И это вопрос с подвохом, и многие действительно хитрые учителя биологии, такие как я, иногда любят проникать туда, потому что люди забывают, что АТФ на самом деле является разновидностью нуклеиновой кислоты, нуклеотидом. И это приводит к тому, что такое мономеры нуклеиновых кислот? Эти мономеры — это нуклеотиды. Строительные блоки, которые используются для создания более длинных полимеров нуклеиновых кислот.Основная структура нуклеотида состоит в том, что в основе его лежит пятиуглеродный сахар, который иногда называют пентозным сахаром, -оза означает углевод, а пент означает пять. На одном конце нашего пентозного сахара у нас будет фосфатная группа, и это дает сильный отрицательный заряд таким молекулам, как ДНК и РНК. С другой стороны, у вас будет то, что отличает один нуклеотид от другого, и это основание, в котором есть элемент азот, потому что эта молекула имеет, или это основание содержит немного азота.Его часто называют азотистым основанием.

Если вы посмотрите на ДНК, ДНК использует одно из четырех возможных азотистых оснований. Это тимин, часто сокращенно Т, цитозин, часто сокращенно, вы получили это С, аденин, который имеет два кольца в своем азотистом основании, сокращенно А, и гуанин, другое из двух окруженных азотистых оснований. РНК очень похожа. Он будет использовать гуанин, аденин и цитозин. Единственное различие в основаниях между РНК и ДНК состоит в том, что они содержат урацил вместо тимина.

Теперь давайте посмотрим, как вы соединяете эти нуклеотиды вместе.И происходит то, что фосфат одного нуклеотида здесь присоединяется к сахару следующего нуклеотида, образуя длинную цепь нуклеотидов ДНК или нуклеотидов РНК, вроде как в маленькой конголине. ДНК очень известна своей структурой, известной как двойная спираль, и это потому, что ДНК вы получите одну нить здесь, а другую — там. Теперь обратите внимание, как здесь эта прядь, фосфат направлен вверх, а здесь — вниз. Это называется антипараллельным, когда две нити движутся или выровнены в противоположных направлениях.Эти маленькие пунктирные линии здесь — это вещи, называемые водородными связями, и они то, что удерживает эту нить здесь и эту нить там. Итак, вы обычно рисуете ДНК в форме лестницы, как это, вроде как, это похоже на лестницу, хорошо. Но вы знаете, что ДНК образует двойную спираль, спираль — это форма пробкового винта. Теперь мы называем это двойной спиралью, потому что есть одна две нити, и они так скручиваются в этой форме. Итак, это структура нуклеиновых кислот. Опять же, по отдельности это всего лишь две длинные цепи нуклеотидов, соединенных вместе, но когда они свернуты, они образуют красивую долговременную стабильную структуру, известную как двойная спираль.

Область применения критериев

| Исследование нуклеиновых кислот

NAR обеспечивает быструю публикацию статей по физическим, химическим, биохимическим и биологическим аспектам нуклеиновых кислот и белков, участвующих в метаболизме и / или взаимодействиях нуклеиновых кислот. Все рукописи должны представлять некоторые новые разработки и отвечать общим критериям оригинальности, своевременности, значимости и научного совершенства.

NAR опубликован в Интернете и в печати.Документы о методах, базах данных и веб-сервере доступны только в Интернете.

Журнал публикует следующие виды статей:

Стандартные статьи
Методы
Критические обзоры и перспективы
Статьи базы данных
Статьи веб-сервера

Стандартные бумаги

Стандартные статьи публикуются как в печати, так и в Интернете по следующим тематическим категориям:

Химическая биология и химия нуклеиновых кислот
Вычислительная биология
Ресурсы данных и анализ
Регуляция генов, хроматин и эпигенетика
Целостность, восстановление и репликация генома
Геномика
Молекулярная биология
Ферменты нуклеиновых кислот
РНК и РНК-структурные комплексы 902 902 Структурно-белковые комплексы 902 Биология и биоинженерия

Методические работы

Nucleic Acids Research публикует рукописи «МЕТОДЫ», в которых подробно описываются самые оригинальные и полезные методологические разработки в основных предметных областях NAR .МЕТОДЫ подсчитываются для цитирования ISI и Medline, доступны для поиска по всем сервисам, включая PubMed и общую страницу поиска NAR , и индексируются в Коллекциях методов NAR под различными подзаголовками. Запросы относительно представления документов МЕТОДОВ приветствуются и могут быть направлены д-ру Алану Р. Киммелю ([email protected]) и / или д-ру Георгу Шакиль ([email protected]), или, если они главным образом вычислительные (см. ниже), доктору М. Мадану Бабу ([email protected]).

Статьи

METHODS подготовлены в том же формате, что и стандартные исследовательские работы, и подчиняются тем же критериям обзора и требованиям в отношении доступности исследовательских материалов, вычислительных исполняемых файлов и / или исходных кодов.Статьи, посвященные вычислениям и другим методам, должны быть представлены для широкого круга читателей, и биологи должны легко понять их значение.

Документы

МЕТОДОВ должны сообщать о новых методах, значительных достижениях в существующих методах и / или демонстрировать новую полезность или преимущества для расширенной, а не для специализированной аудитории. Представленные рукописи МЕТОДОВ должны быть первым отчетом о полезности и применении. Представленные материалы не будут рассматриваться, если метод уже был применен и опубликован, даже если технические детали не были полностью проработаны ранее.Кроме того, мы не приветствуем отправку материалов, предназначенных для дальнейшей оценки утверждений, сделанных в предыдущей публикации методов.

Полезность нового метода должна быть ясна с самого начала, а преимущество существующих методов должно быть продемонстрировано на сравнительном уровне и / или доказано, что эффективность в масштабе всего генома должна быть подтверждена экспериментальными, а не смоделированными данными. Мы поощряем сосредоточение внимания на быстро развивающихся технологиях в таких областях, как редактирование генома, секвенирование отдельных клеток, модификации РНК, анализ окружающей среды / микробиома / метагенома, комплексы нуклеиновой кислоты / белка, эпигенетика, нанотехнологии и фазовая конденсация (например,грамм. ядерные и РНК-гранулы). Однако простые расширенные или оптимизированные приложения существующих технологий (например, диагностические приложения установленных методов, обнаружение мутаций / патогенов без сравнительного улучшения количественной оценки / чувствительности, вычислительные методы, которые служат альтернативными инструментами в зрелых областях без демонстрации значительного сравнительного преимущества) или методологии, которые Комбинации / расширения хорошо зарекомендовавших себя методов или сравнительные исследования опубликованных процедур без существенных новых выводов не приветствуются.Методы, которые включают этапы на основе нуклеиновых кислот, но которые в первую очередь полезны для областей, выходящих за рамки NAR , обычно не подходят (например, молекулярная патология, мониторинг опухолей, биотехнология растений или животных, а также технология биомаркеров или сенсоров).

Вычислительные методы:

NAR также публикует МЕТОДЫ, которые обеспечивают механистическое понимание биологических процессов на основе глубокого анализа высокопроизводительных данных о нуклеиновых кислотах. Для этого мы поощряем новые вычислительные методы, которые включают существенные инновации на алгоритмическом уровне.Исследования с использованием стандартных подходов (например, машинного обучения), но без таких инноваций, как правило, не подходят, даже если результаты требуют хорошей предсказательной силы. Для сравнительного анализа следует оптимизировать альтернативные параметры программы, а не просто полагаться на предварительные установки по умолчанию; аналогично, базы данных, выбранные для сравнительного тестирования, должны иметь широкий охват. Валидации не должны ограничиваться смоделированными наборами данных или реконструкциями, но требовать сравнительного анализа с использованием фактических экспериментальных данных; действительно, моделирование в целом следует свести к минимуму.При выборе и использовании обучающих данных необходимо проявлять особую осторожность и документировать. Ошибки в производительности, которые могут возникнуть, когда наборы данных для обучения и тестирования функционально идентичны, особенно во время сравнительного тестирования с необученными программами, должны быть устранены напрямую.

Результаты следует интерпретировать в контексте биологической значимости, а не просто показывать улучшение статистических параметров или технических характеристик. В большинстве случаев предсказательные выводы должны подтверждаться экспериментальными данными; очень поощряется сотрудничество между биоинформатическими и исследовательскими группами.Наконец, пожалуйста, поймите, что вычислительные рукописи в NAR предназначены для биологов как пользователей и должны быть полностью понятны неспециалистам.

Обновления и расширения опубликованных программ обычно не подходят. Вычислительные «конвейеры», в которых применяются существующие инструменты или документы, описывающие комбинации стандартных вычислительных приложений, также не приветствуются. Для некоторых из них вместо этого могут быть рассмотрены проблемы с базой данных или веб-сервером; пожалуйста, свяжитесь напрямую с редактором базы данных Dr.Дэниел Ригден ([email protected]) или редактор веб-сервера доктор Доминик Зелоу ([email protected]).

НАР рассматривает документы МЕТОДЫ в двух форматах:

NAR Methods : Эти рукописи подробно описывают методологические разработки высочайшего уровня оригинальности и полезности для широких исследований сообщества ЯДЕРНЫХ КИСЛОТ и рассматриваются в первую очередь с этой целью. Эти рукописи не предназначены для сообщения важных новых экспериментальных или механистических выводов.Их включение не запрещено, но данных должно быть достаточно для подтверждения таких выводов.
Новый метод в стандартной исследовательской статье : Исследовательские статьи, которые включают инновационные методологии, должны быть представлены как стандартные, с указанием, что включен новый метод. Хотя метод оценивается в соответствии с указанными выше критериями, его относительная новизна обычно не влияет на решение о публикации. Принятые рукописи в этой категории перечислены в Оглавлении в рамках стандартной предметной категории и дополнительно помечены обозначением новых методов + M.Они также перечислены в коллекции методов NAR .

Альтернативные методы подачи заявок:

Мы признаем, что многие превосходные методологические исследования нуклеиновых кислот могут не соответствовать руководству NAR МЕТОДЫ для обеспечения максимальной оригинальности и глобальной применимости. Сюда могут входить сравнительные исследования опубликованных процедур, расширенные / адаптированные исследования конкретных классов организмов, биоинформатические подходы, которые полагаются в первую очередь на смоделированные данные или без глобальной экспериментальной поддержки, и / или диагностические приложения; другие конкретные примеры перечислены ниже.В таких случаях, когда содержание представленной рукописи считается несоответствующим, независимо от экспериментального качества, NAR METHODS может предложить авторам прямую передачу представленной рукописи для рассмотрения в соответствующем журнале Oxford University Press Collection; Также приветствуется прямая подача в эти журналы.

NAR Геномика и биоинформатика: NAR признает возрастающее значение геномного / генетического анализа. Рукописи, не подпадающие под правила NAR METHODS (e.грамм. терапевтическое секвенирование, медицинская диагностика, информационные технологии) можно направить по адресу NAR «Геномика и биоинформатика» (NARGAB), с которым можно ознакомиться в Общих инструкциях, а с редакцией можно связаться по адресу [email protected]; Предварительные запросы научного характера также можно направлять главному редактору, доктору Седрику Нотредейму: [email protected].

NAR Cancer: NAR Cancer публикует оригинальные исследования, обзоры и сводные статьи на стыке исследований нуклеиновых кислот и рака, включая вычислительную биологию и ресурсы данных, определение и восстановление повреждений ДНК, регуляцию генов и хроматин, геномику, методы, терапия на основе нуклеиновых кислот и структурная биология.Посетите NAR Cancer и с редакцией можно связаться по адресу [email protected]; Предварительные запросы научного характера также можно направлять главному редактору д-ру Уильяму С. Дайнану: [email protected].

Synthetic Biology: NAR МЕТОДЫ будут рассматривать новые векторы и сборки только в том случае, если они основаны на принципиально новых принципах. Однако сложная векторная инженерия, хотя и технически не нова, может иметь огромное значение.Соответствующие рукописи могут быть направлены в отдел синтетической биологии (главный редактор Жан Пекко), а в редакцию можно связаться по адресу [email protected].

Biology Methods and Protocols : NAR METHODS не рассматривает рукописи, которые описывают лабораторные протоколы сами по себе, хотя и являются новыми. Тем не менее, бывают ситуации, когда пошаговая специфика значительно улучшает воспроизводимость экспериментов. Для этого соответствующие рукописи протоколов могут быть направлены в журнал Biology Methods and Protocols (главный редактор Анджей Стасяк), который фокусируется на широких биологических методах.Этот журнал можно просмотреть на сайте Biology Methods & Protocols, а с редакцией можно связаться по адресу [email protected]. Авторам публикаций NAR METHODS также предлагается представить подробную версию протокола в Biology Methods and Protocols.

Критические обзоры и перспективы

Этот раздел посвящен обзорам, имеющим отношение к основной области интересов журнала — функциям ДНК / РНК, а также структуре и взаимодействиям белков, участвующих во взаимодействиях нуклеиновых кислот.Типичные критические обзоры и перспективы занимают около 15 печатных страниц с ~ 4-10 отображаемыми элементами и ~ 100-150 ссылками, но также приветствуются более короткие и целенаправленные статьи. Статьи должны привлекать разнообразную аудиторию специалистов и неспециалистов и содержать критический анализ, синтез идей и новые идеи. Авторы «Критических обзоров» и «Перспективы» должны иметь солидный послужной список публикаций в области, охватываемой статьей, и их опыт должен отражаться в критическом обсуждении сильных и слабых сторон текущих экспериментальных методов и результатов, а также в обсуждении стратегий оценки строгости публикуемых материалов. исследовать.Споры в области и будущих направлениях должны быть разрешены. Предлагая сбалансированную точку зрения, авторы могут свободно высказывать свое мнение как эксперты. Потенциальным авторам настоятельно рекомендуется изучить образцовые обзорные статьи (Пример 1, Пример 2, Пример 3), чтобы получить представление о формате, стиле и научных целях для критического обзора и перспективы NAR .

Статьи, которые некритически каталогизируют работы или не извлекают выгоду из опыта в определенной предметной области, не подходят.

Хотя многие критические обзоры и перспективы проводятся по приглашению, журнал также приветствует незапрошенные предложения. В случае незапрошенных вкладов предварительный запрос следует направить доктору Хелле Ульриху ([email protected]) и Дэвиду Кори ([email protected]).

Статьи базы данных

В январе каждого года журнал посвящает биологическим базам данных специальный онлайн-выпуск. Чтобы статья была рассмотрена, предварительный запрос должен быть отправлен доктору Даниэлю Ригдену до 1 июля предыдущего года (электронная почта: nardatabase @ gmail.com). Инструкции по отправке специальных выпусков Базы данных. Статьи доступны только в Интернете, но распечатанные копии выпуска Базы данных доступны для покупки.

Статьи о веб-сервере
В июле каждого года журнал посвящает целый онлайн-выпуск программным ресурсам в Интернете, представляющим ценность для биологического сообщества. Чтобы статья была рассмотрена, авторы должны загрузить одностраничное резюме по адресу https://nar.bihealth.de/, чтобы проверить пригодность их предлагаемой публикации не позднее 20 декабря .Специальные инструкции по отправке выпуска веб-сервера. Статьи доступны только в Интернете, но распечатанные копии выпуска веб-сервера доступны для покупки.
Критерии рассмотрения
Редакторы периодически рассматривают новые научные области, в которых журнал хотел бы привлечь больше заявок. В настоящее время к ним относятся:
Терапевтические препараты на основе нуклеиновых кислот
Терапевтические препараты на основе нуклеиновых кислот были предметом исследований и разработок более тридцати лет.В последнее время активность в этой области возросла, поскольку достижения фундаментальной и прикладной науки привели к многообещающим результатам клинических испытаний. NAR приветствует заявки во всех областях, связанных с разработкой терапии на основе нуклеиновых кислот. Отчеты должны включать строгий контроль и статистический анализ. Следует подчеркнуть развитое механистическое понимание. Будут рассматриваться исследования, описывающие клинические результаты, но только если в них рассматриваются ключевые вопросы, связанные с механизмом действия, распределением или фармакокинетикой лекарственного средства.Особенно приветствуются исследования, касающиеся клеточного поглощения, доставки и химии олигонуклеотидов.
Функциональные роли модификации РНК
Традиционно исследования механизмов и последствий модификации оснований были сосредоточены в основном на стабильных РНК, включая тРНК, рРНК и мяРНК. Они приобрели важность в последние годы благодаря достижениям в понимании роли модифицированных оснований в трансляционном декодировании и сплайсинге пре-мРНК, например. Параллельно с этим разработка более чувствительных инструментов обнаружения и применение общегеномных подходов проложили путь для исследований, направленных на понимание влияния базовой модификации на структуру, функцию и субклеточную локализацию мРНК, а также на малые и большие. некодирующие РНК.Журнал приветствует статьи, описывающие экспериментальные исследования, направленные на понимание механизмов, с помощью которых ферменты модификации РНК (белки-«писатели») выбирают свои целевые сайты, а последующие белки-считыватели распознают модифицированные молекулы РНК. Исследования, которые сообщают о результатах секвенирования популяций РНК, несущих определенную модификацию, приемлемы, только если они включают последующие эксперименты, которые обеспечивают механистическое понимание физиологической или функциональной значимости модификации.
Исследования регуляции одноклеточных генов
В то время как исследования экспрессии генов на основе популяций клеток оказались бесценными для анализа транскрипционных сетей, становится все более очевидным, что исследования отдельных клеток более точно отражают вовлеченные молекулярные события, особенно при исследовании динамики транскрипции. Поэтому мы поощряем исследования, которые измеряют экспрессию генов отдельных клеток с использованием новых (высокопроизводительных) технологий, включая секвенирование, подходы системной флуоресцентной / люминесцентной микроскопии и методологии на основе ПЦР.
Ядерная архитектура и функциональные последствия
Мы приветствуем материалы, описывающие экспериментальные и теоретические исследования, которые касаются того, каким образом архитектурная организация геномов и RNomes определяет и регулирует биологическую функцию. В свою очередь, приветствуются исследования, раскрывающие механизмы, управляющие установлением, поддержанием и динамическими перестройками ядер и нуклеопротеиновых архитектур или влияние этих архитектур на такие процессы, как стабильность генома, репарация ДНК, транскрипция или обработка, транспорт, трансляция и деградация РНК.
Мы приветствуем материалы, в которых описываются новые методы (вычислительные и экспериментальные) для решения этих вопросов в клеточном масштабе. Полностью вычислительные исследования, которые исследуют или объединяют информацию из опубликованных наборов данных, должны предоставить новые важные биологические представления об исследуемом явлении.
Нацеливание на гены и инженерия генома
Журнал поощряет создание рукописей, в которых описываются новые подходы к целенаправленной вставке, разрушению или модификации отдельных сайтов в биологических геномах.В таких статьях могут быть представлены совершенно новые стратегии создания каркасов, нацеленных на гены, или новые комбинации или слияния этих каркасов с функциональными или каталитическими доменами, которые усиливают или изменяют их функции. Также приветствуются исследования корреляции активности таких систем в живых клетках с четко измеренными генетическими результатами (рекомбинация, концевое соединение, мутагенез, нецелевые активности). Мы особенно приветствуем статьи, которые описывают новые стратегии и приложения для управления модификациями генома ex vivo или in vivo в первичных (полученных от пациента) клетках и тканях для терапевтических целей.
Не приветствуются статьи, описывающие расширение существующих подходов к нацеливанию на гены на альтернативные клеточные линии или дополнительные модельные организмы, если только основной изучаемый биологический вопрос не является очень значимым, новым и непосредственно относится к биологии или химии нуклеиновых кислот.
Молекулярные машины и сложные молекулярные сборки
Настоятельно приветствуются исследования, которые выявляют новые особенности состава, структуры или механизма молекулярных машин и собраний более высокого порядка, участвующих в биологии нуклеиновых кислот.Темы, представляющие интерес, которые могут быть исследованы с использованием экспериментальных и / или вычислительных методов, включают способы, которыми молекулярные машины и системы организованы и динамически реконструированы. Особый интерес представляют исследования, в которых используется криоЭМ визуализация молекулярных машин и сборок с высоким разрешением для решения важных механистических вопросов функционирования.
Мы приветствуем материалы, в которых описываются новые методы (вычислительные и экспериментальные) для решения этих вопросов. Исследования, которые исследуют или объединяют информацию из опубликованных наборов данных, будут рассматриваться только в том случае, если основной изучаемый биологический вопрос является очень важным, новым и имеет прямое отношение к биологии или химии нуклеиновых кислот.Такие исследования должны дать новое важное биологическое понимание исследуемого явления.
Исследование функции макромолекул отдельных молекул
Настоятельно поощряются исследования, в которых используются методы отдельных молекул (оптический и магнитный пинцет, атомно-силовая микроскопия, парный анализ FRET и т. Д.) Для изучения функции и механизма изолированных биологических макромолекул (в сочетании с ансамблевыми анализами в растворе или отдельно от них). в соответствующей биологической категории.
Конкретные критерии применяются в каждой предметной категории, как указано ниже:
Химическая биология и химия нуклеиновых кислот
NAR поощряет подачу статей, описывающих разработку, синтез, доставку и применение новых нуклеиновых кислот, белков, связывающих нуклеиновые кислоты, или их производных. Примеры таких исследований могут включать:
Новые синтезы или модификации нуклеиновых кислот или белков, связывающих нуклеиновые кислоты, которые приводят к желаемому положительному эффекту в биологическом применении.
Новые методы доставки нуклеиновых кислот или белков, связывающих нуклеиновые кислоты, которые включают новые механизмы или демонстрируют значительно улучшенную эффективность, особенно для целых организмов.
Cellular и in vivo нацелены на применение нуклеиновых кислот или их производных (таких как антисмысловые, siRNA или аптамеры) или белков, связывающих нуклеиновые кислоты, где особое внимание уделяется пониманию механизма их действия.
Конструирование или выбор нуклеиновых кислот или белков, связывающих нуклеиновые кислоты, которые приводят к новому связыванию лиганда или каталитической активности, уникальной регуляторной функции или способности селективно изменять функцию гена.Особенно приветствуются исследования, раскрывающие новые принципы биомолекулярной инженерии.
Исследования, которые способствуют (i) созданию новых материалов и устройств посредством манипуляции с отдельными олигомерами и полимерами на основе нуклеиновых кислот (например, нанотехнологии и разработка наноматериалов), (ii) геномной инженерии и / или (iii) создания новых генетических и сотовые сети или системы.
Создание новых биологических систем. Также приветствуются исследования, раскрывающие новые принципы переписывания и реконфигурации природных систем для понимания происхождения жизни.
Химический синтез новых нуклеозидов или аналогов нуклеотидов не будет рассматриваться, если нет значительного и продемонстрированного полезного применения, связанного со структурой или функцией олигонуклеотидов или нуклеиновых кислот. Статьи, описывающие молекулы, которые в первую очередь предназначены для использования в качестве датчиков in vitro, более подходят для категории «Методы».
Эксперименты, которые включают использование синтетических олигонуклеотидов любого типа, должны сообщать как их точные последовательности, так и точные химические модификации в любом месте, а также источник для получения этих реагентов и / или точные методы их создания.Эта информация может быть представлена как в основном тексте, так и в дополнительной информации.
Нокдаун эксперименты с дуплексными РНК или антисмысловыми олигонуклеотидами должны соответствовать опубликованным руководствам.
Вычислительная биология Рукописи
могут быть рассмотрены, если они относятся к одной из двух категорий:
Описание нового алгоритма, который представляет собой существенное улучшение существующей методологии и имеет прямое биологическое значение.Он должен быть отмечен эталонными наборами данных и, в идеале, подтвержден экспериментальной проверкой, где это применимо. Производительность таких алгоритмов должна сравниваться с существующими методами, и должны быть указаны соответствующие статистические данные (например, чувствительность, избирательность и т. Д.) Производительности. Следует сообщить об ограничениях метода и общих направлениях дальнейшего улучшения. Дополнительные улучшения или очевидные модификации существующих алгоритмов рассматриваться не будут.
В первую очередь описывает использование существующих вычислительных методов для получения важной новой биологической информации и понимания.Ограничения подхода и вопросы, которые могут повлиять на сделанные выводы, должны быть четко указаны. Не приветствуются чисто описательные исследования «интеллектуального анализа данных» (например, те, которые позволяют прогнозировать биомаркеры с помощью вычислений на основе наборов данных выражений заболеваний, или те, которые просто компилируют или каталогизируют микроРНК из опубликованных наборов данных, не предоставляя существенных биологических или механистических сведений).
В любом случае рукопись должна быть написана так, чтобы быть понятной для биологов. В идеале он должен сообщать информацию, относящуюся непосредственно к нуклеиновым кислотам или клеточным процессам, в которых участвуют нуклеиновые кислоты.Следует избегать широкого использования уравнений в основном тексте, а любые подробные математические данные должны быть представлены в качестве дополнительного материала.
Доступность алгоритмов и кода: Если в рукописи описаны новые программные инструменты или реализация новых алгоритмов, программное обеспечение должно быть свободно доступно пользователям на момент подачи (либо в виде исполняемых версий для нескольких распространенных платформ, либо в виде исходного кода). Доступность должна быть четко указана в статье. Авторы должны гарантировать, что программное обеспечение доступно в течение полных ДВА ГОДА после публикации, предпочтительно через ссылку для скачивания на стабильном URL-адресе.Авторам настоятельно рекомендуется сделать свой исходный код доступным по лицензии с открытым исходным кодом (см. Примеры в OpenSource).
Рукописи, описывающие вычислительные методы, которые в первую очередь ориентированы на алгоритмы многопоследовательного выравнивания белков, прогнозирование складок или структур белка или прогнозирование сайтов связывания белок-белок или сродства, не будут рассматриваться NAR (за исключением подготовленных статей специально для ежегодных специальных выпусков NAR о веб-серверах или базах данных, как описано выше)
Рукописи, описывающие результаты моделирования молекулярной динамики, будут рассматриваться только в том случае, если они предоставят новые ценные сведения по биологическим вопросам, связанным с нуклеиновыми кислотами.Теоретические результаты необходимо рассматривать в перспективе с доступными структурными и / или биологическими данными, хотя не всегда важно, чтобы они сопровождались экспериментами. Однако теоретические интерпретации или умозрительные идеи должны быть экспериментально проверены и, если они не подкреплены экспериментальными результатами, должны составлять лишь небольшую часть рукописи. Следует определить и обсудить ограничения или ограничения используемого метода моделирования или теоретического подхода. Рукописи должны быть написаны таким образом, чтобы быть понятными для как можно более широкой аудитории, и в них следует избегать жаргона и неопределенных терминов.
Ресурсы данных и анализ
Категория «Ресурсы данных и анализ» предназначена для выделения статей, в которых документируются и интерпретируются существенные объемы новых биологических данных. Для рассмотрения для публикации в NAR , эти рукописи обычно должны содержать основную информационную базу данных / набор данных / ресурс данных и предоставлять новые биологические идеи, которые могут быть получены на основе анализа набора (ов) данных. Ожидается, что важные примеры экспериментальной и / или теоретической проверки, в дополнение к самому набору данных, будут включены и описаны достаточно подробно, чтобы позволить тиражирование и дальнейшее изучение заинтересованными исследователями (например,грамм. тенденции, согласующиеся в масштабе генома с опубликованными результатами).
Ресурсы данных
должны быть доступны через веб-службы или в виде отдельных репозиториев для загрузки для локального использования.
Ресурсы данных следует сравнить с уже доступными ресурсами. Анализы и производительность должны быть сопоставлены с уже имеющимися современными методами и наборами данных. Если конкретный анализ представлен на ограниченном диапазоне примеров в качестве доказательства концепции, он должен быть дополнительно подтвержден в более крупном масштабе с использованием генома / транскриптома и т. Д.данные доступны.
Примеры таких ресурсов включают (1) коллекции полногеномного секвенирования, транскриптомных или эпигеномных данных, сопровождающих изменения в клеточной судьбе, (2) результаты основных функциональных, генетических, биохимических или фенотипических скринингов, (3) данные о последовательностях, соответствующие новым, сравнительный анализ геномов и / или транскриптомов нескольких организмов или экспериментальных образцов, например отдельные клетки, ткани, ключевые модельные организмы и т. д.) или (4) всесторонний, явно новый метаанализ существующих наборов данных.В случае анализа ранее опубликованных наборов данных исследование должно четко изложить и поддержать новые концептуальные и / или биологические идеи, вытекающие из анализа, которые можно экспериментально проверить. Можно рассмотреть возможность анализа и источников данных о болезненных состояниях, но такие исследования должны дать новое понимание механизмов, а представленные результаты должны представлять интерес и входить в рамки журнала.
Рукописи, описывающие ресурсы данных и анализы, которые являются специфическими для одной модельной системы или организма или производными от нее, должны предлагать существенное, недвусмысленное указание на их общий интерес и полезность для широкого сообщества исследователей.Ресурсы данных, которые ограничиваются подробными исследованиями узконаправленного организма, часто более подходят для журнала, специально ориентированного на приложения, использующие эту модельную систему.
Документы, предлагающие биомаркеры или набор существующих наборов данных, рассматриваться не будут.
Регуляция генов, хроматин и эпигенетика
Для рассмотрения, в статьях следует по-новому взглянуть на общеприменимые принципы или механизмы, выходящие за рамки одного гена, или представить новую информацию о механизмах, лежащих в основе регуляции генов, участвующих в синтезе, созревании или деградации нуклеиновых кислот.Результаты должны демонстрировать отношение к физиологическому или клеточному контексту, в котором происходит процесс.
Журнал особо поощряет рукописи, которые:
Определите новые структурные или динамические особенности хроматина.
Предлагает новое понимание функций элементов или факторов, которые опосредуют дальнодействующие взаимодействия, таких как инсуляторы и энхансеры.
Представлены новые механизмы, лежащие в основе функций промоторов, терминаторов, сайленсеров, РНК-полимераз, факторов транскрипции и других ДНК-связывающих белков.
Сообщает важную новую информацию о ферментах, модифицирующих гистоны и ДНК, и факторах ремоделирования хроматина.
Предлагает новое понимание механизмов, посредством которых ковалентная модификация ДНК или белков хроматина влияет на экспрессию генов.
Зондировать интерфейсы между транскрипцией, хроматином и процессингом РНК (включая посттранскрипционный процессинг и регуляцию транскрибируемых РНК).
Обеспечить механистическое понимание того, как большие или маленькие некодирующие РНК влияют на структуру и функцию хроматина и / или регуляцию генов.
Используйте одноклеточные подходы и математическое моделирование, чтобы выявить новые механизмы регуляции генов.
Документы, в которых в первую очередь сообщается о применении общегеномных подходов к анализу экспрессии или регуляции генов, должны содержать новые биологические или механистические идеи с подробным последующим исследованием; в противном случае они могут быть более подходящими для категории «Ресурсы данных и анализ».
Целостность, восстановление и репликация генома
Журнал поощряет создание рукописей, посвященных системам поддержания целостности генома.В частности, мы поощряем рукописи, которые:
Сообщите о новых механизмах распознавания повреждений ДНК и реагирования на них.
Охарактеризовать структурную биологию сенсоров повреждений ДНК и ферментов репарации.
Используйте новые экспериментальные подходы или модели.
Рукописи, касающиеся репликации ДНК, должны содержать важную новую информацию о белках, которые действуют путем прямого контакта с матрицей.
В статьях могут использоваться физические, генетические, биохимические или клеточно-биологические подходы.
Геномика
Журнал поощряет присылку рукописей:
Сообщите последовательности ДНК полных геномов, больших хромосом или обширных семейств генов, сопровождаемые биоинформатическим анализом, который проливает новый свет на основные вопросы структурного или функционального интереса. Статьи должны включать дополнительные экспериментальные данные, касающиеся геномной организации, транскрипции, обработки РНК, экспрессии, генетического наследования или другой новой биологии.Эти данные обычно соответствуют молекулярным, биохимическим или другим не менее информативным анализам, которые поддерживают функциональную аннотацию на основе последовательностей. Исключения из этого требования могут быть сделаны для анализа целых геномов или больших / динамических семейств генов, которые демонстрируют необычные особенности или предоставляют особенно новые или важные идеи, включая сравнительные исследования. Отчеты, которые просто обобщают информацию из аннотаций базы данных последовательностей ДНК или которые сосредоточены в основном на темах, выходящих за рамки основных предметных областей NAR , не приветствуются.
Сообщить о применении полногеномных подходов к анализу регуляции генов (например, секвенирование / матрица РНК и протеомные технологии, ChIP-Seq или вычислительные методы). Такие рукописи должны давать новое понимание процесса, основанного на нуклеиновых кислотах, и предоставлять экспериментальные доказательства для проверки гипотез, созданных с использованием общегеномных подходов. Исследования ChIP-seq должны выходить за рамки анализа одного фактора, связанного с ДНК / хроматином, и базовой последующей биоинформатической характеристики.Корреляционные исследования или чисто описательные отчеты о микрочипах или данных последовательностей не рассматриваются. Для категории «Ресурсы данных и анализ» больше подходят обширные новые наборы данных о последовательностях или сравнительные исследования (интеллектуальный анализ данных), которые не включают экспериментальную проверку биологической значимости.
Последовательности нуклеиновых кислот должны быть депонированы в банке данных с датой выпуска не позднее даты публикации (см. Общие правила).
Молекулярная биология
Журнал поощряет присылку рукописей, касающихся физических, химических, биохимических или биологических характеристик нуклеиновых кислот.Примеры таких бумаг:
Новые исследования процессинга и упаковки нуклеиновых кислот, которые сообщают об основных и общих свойствах, выходящих за рамки отдельных клеточных или вирусных систем;
Характеристика взаимодействий сворачивания нуклеиновой кислоты или связывания нуклеиновой кислоты, включая исследования, в которых сообщается о термодинамической и / или кинетической основе для событий сворачивания или связывания, когда существует ясный и важный вопрос или гипотеза, относящаяся к клеточным процессам;
Новые сведения о переносе нуклеиновых кислот внутри и между клетками, включая ядерный или органелларный транспорт и / или внутриклеточную модификацию нуклеиновых кислот;
Новые аспекты молекулярного распознавания последовательностей ДНК и РНК и малых молекул, где такие исследования имеют очевидную биологическую значимость.Это может включать зависимое от последовательности связывание, распознавание оснований и новые мотивы распознавания. Описания экспериментов по отбору аптамеров in vitro и полученные конструкции обычно не рассматриваются.
Ферменты нуклеиновых кислот
Журнал поощряет рукописи, в которых сообщается о подробных механистических, структурных и / или биологических исследованиях ферментов, которые действуют на субстраты и мишени нуклеиновых кислот, а также на естественные или созданные в лаборатории конструкции, состоящие из нуклеиновых кислот, которые сами могут действовать как ферменты (т.е. рибозимы и ДНКзимы). Представляющие интерес системы включают, но не ограничиваются ими, ферменты, участвующие в репликации ДНК, синтезе РНК, редактировании ДНК и РНК, трансляции, верности и репарации ДНК, транспозиции и рекомбинации, расщеплении и рестрикции ДНК.
РНК- и РНК-белковые комплексы
Для рассмотрения, статьи должны дать новое понимание общеприменимых принципов, которые управляют метаболизмом РНК, или представить новую информацию о механизмах, лежащих в основе синтеза, созревания или деградации всех классов РНК у прокариот и эукариот.Результаты должны иметь значение, выходящее за рамки одного транскрипта или связывающего РНК белка, и включать экспериментальные данные, подтверждающие биологическую и функциональную значимость, такие как данные о мутациях.
Журнал особо поощряет рукописи, которые:
Описать новые аспекты биогенеза, клеточные роли или механизмы, лежащие в основе регуляции некодирующих РНК, включая микроРНК, малые интерферирующие РНК, piwi-ассоциированные РНК и длинные некодирующие РНК.
Обеспечивает новое понимание молекулярных детерминант периода полужизни РНК, конститутивных и регулируемых механизмов оборота, а также путей наблюдения, которые устраняют аберрантные транскрипты.
Пролить новый свет на механизмы и регуляцию конститутивного или альтернативного процессинга пре-мессенджерных РНК, включая сплайсинг, полиаденилирование и редактирование.
Сообщите о новых взглядах на структуру, сборку, активность или регуляцию рибосом, мяРНП и других стабильных рибонуклеопротеиновых частиц.
Предоставьте новую информацию о структуре и динамике РНК-ферментов (рибозимов) или РНК, которые участвуют в катализе, таких как сплайсосомные мяРНК.
Идентифицировать и разъяснить функциональную роль новых связывающих РНК белков или ферментов; Особенно приветствуются исследования, которые позволяют по-новому взглянуть на белки, которые «пишут» или «читают» модификации РНК.
Выяснить механизмы, посредством которых модификации РНК вводятся, изменяются или удаляются, описывать механистические исследования, раскрывающие роль модификаций в укладке, структуре и взаимодействиях РНК, или описывать новые методы обнаружения и анализа модификаций в последовательностях РНК и конструкции. Исследования, которые сообщают о результатах экспериментального анализа популяций РНК, несущих определенную модификацию, также приемлемы, особенно если они включают последующие эксперименты, которые обеспечивают механистическое понимание физиологической или функциональной значимости модификации.
Документы, в которых в первую очередь сообщается о применении анализа транскриптомов или других общегеномных подходов к идентификации и классификации РНК, могут быть более подходящими для категории «Ресурсы данных и анализ».
Нокдаун эксперименты с дуплексными РНК или антисмысловыми олигонуклеотидами должны соответствовать опубликованным руководствам.
Структурная биология
Журнал поощряет рукописи, которые сообщают о важных, биологически значимых структурных особенностях или принципах, определенных рентгеноструктурными исследованиями, ЯМР и / или криоэлектронной микроскопией (КриоЭМ).Отчеты о минорных вариантах или близкородственных гомологах хорошо установленных структур обычно не подходят, если не будут получены новые важные идеи. Рукописи, в которых используются подходы баз данных и биоинформатики, должны быть прочно связаны с экспериментальными наблюдениями. Статьи, которые описывают новые биофизические и структурные методы, но не содержат новых открытий, относящихся к важной биологической проблеме, больше подходят для категории «Методы».
Представленные статьи, которые описывают определение новых макромолекулярных структур (в этой или любой другой категории), должны сопровождаться дополнительными файлами для каждой структуры (которые не будут публиковаться, но будут доступны для редакторов и рецензентов) в соответствии с (i ) окончательные смоделированные координаты, (ii) экспериментальные данные (в случае структур CryoEM, файл (ы) карты, используемые для подгонки модели) и (iii) отчеты о валидации PDB.
Синтетическая биология и биоинженерия
NAR поощряет подачу документов, описывающих модификацию и / или реорганизацию генетической информации в живых клетках и организмах, преднамеренное генетическое перекодирование биологических путей и точек принятия решений для изменения биологического поведения и реакций или генерации организмов, несущих синтетические генетические цепи или кардинально измененные или синтетические геномы. Примеры таких исследований могут включать:
Разработка и использование сайт-специфической геномной инженерии.
Создание новых генетических цепей или путей в живых клетках.
Создание новых наноматериалов с участием нуклеиновых кислот (например, ДНК-оригами и т. Д.) И наномашин, основанных на нуклеиновых кислотах или действующих на них.
Использование расширенного алфавита ДНК или расширенного генетического кода (либо путем расширения алфавита ДНК для включения неестественных пар оснований, либо путем использования подходов супрессорной тРНК) для создания модификаций нуклеиновых кислот и белков, которые приводят к уникальным биологическим активностям и фенотипам в живых клетках и организмах.
Создание новых биологических частей, систем и синтетических организмов. Поощряются исследования, раскрывающие новые принципы переписывания и восстановления природных систем для понимания происхождения жизни.
Недавно разработанные или сконструированные конструкции и генетические «части» должны быть общедоступными, чаще всего путем регистрации и размещения конструкций и векторов в ADDGENE. При необходимости приветствуются дополнительные формы стандартизации, такие как использование стандарта BioBrick и его реестра стандартных биологических компонентов.
Обратите внимание, , что основной текст всех материалов в этой категории, как и все остальные, должен быть написан в манере, легко понятной неспециалистам и читателям, включая широкий спектр молекулярных и клеточных биологов. Основной текст всех представленных материалов должен быть в значительной степени, если не полностью, свободным от специального жаргона и математических выводов, которые будут понятны только специалистам, работающим непосредственно в области представления. Более подробная информация, необходимая специалистам, работающим в областях, связанных с точной направленностью рукописи, может быть предоставлена в дополнительной информации.
Какое значение имеют нуклеиновые кислоты?
Нуклеиновые кислоты жизненно важны для функционирования клеток и, следовательно, для жизни. Есть два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. Вместе они отслеживают наследственную информацию в клетке, чтобы клетка могла поддерживать себя, расти, создавать потомство и выполнять любые специализированные функции, для которых она предназначена. Таким образом, нуклеиновые кислоты контролируют информацию, которая делает каждую клетку и каждый организм тем, чем он является.
Определение
Нуклеиновые кислоты — это макромолекулы, обнаруженные в клетках.Подобно белкам и полисахаридам, другим макромолекулам, нуклеиновые кислоты представляют собой длинные молекулы, состоящие из множества похожих связанных звеньев.
Существует два класса нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Каждый состоит из четырех различных нуклеотидов — аденина, цитозина, гуанина и тимина в ДНК и аденина, цитозина, гуанина и урацила в РНК.
ДНК
ДНК — это наследственная молекула, которая хранит и передает информацию, необходимую клеткам для выживания и создания потомства.Он выполняет две функции: реплицировать себя во время деления клетки и управлять транскрипцией (созданием) РНК. Информация, которую он содержит, находится в генах, которые представляют собой участки молекулы ДНК, содержащие «код», который клетка использует для создания РНК и, в конечном итоге, белков. ДНК представляет собой двухцепочечную спираль; эта структура помогает безопасно хранить информацию, по сути сохраняя двойную копию своей информации.
РНК
РНК создается, когда клетка «считывает» гены из ДНК и делает их копию.РНК также может функционировать как наследственная молекула, постоянно храня информацию, как это делает ДНК, в вирусах. В невирусных клетках информационная РНК (мРНК) копирует информацию из ДНК и передает ее механизму клетки для создания белков — рибосомам. Рибосомы используют информацию в РНК как схемы для создания белков, а белки выполняют почти все функции клетки. Трансферная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам для синтеза белков.
Важность в науке
Нуклеиновые кислоты — единственный способ, которым клетка должна хранить информацию о своих собственных процессах и передавать эту информацию своему потомству.Когда было обнаружено, что нуклеиновые кислоты являются носителями наследственной информации, ученые смогли объяснить механизм теории эволюции Дарвина и Уоллеса и теории генетики Менделя.
Значение в болезни
Понимание того, как гены считываются клеткой и используются для создания белков, открывает огромные возможности для понимания болезни. Генетические заболевания возникают, когда ошибки вносятся в гены, несущие ДНК; эти ошибки создают дефектную РНК, которая создает дефектные белки, которые не функционируют должным образом.Рак вызывается повреждением ДНК или вмешательством в механизмы его репликации или восстановления. Понимая нуклеиновые кислоты и механизм их действия, мы можем понять, как возникают заболевания и, в конечном итоге, как их лечить.
Ферменты нуклеиновой кислоты: игра с более полной колодой
Плохая РНК. Состоит всего из четырех субъединиц и химически подобных субъединиц, удивительно, что РНК может иметь эффективные ферментативная активность. Тем не менее, начиная с открытия РНК ферменты в природе (1, 2), и продолжается разработка новых Ферменты РНК через эволюции in vitro (3, 4), сейчас Совершенно очевидно, что РНК может быть эффективным и универсальным катализатором.Репертуар химических реакций, которые могут катализироваться РНК, составляет широкий (таблица 1) и расширяющийся стабильно. Каталитические скорости более 1 секунды ⁻¹ и каталитические Сообщалось об увеличении скорости до 10 ¹³ раз (последние обзоры см. в ссылках 5 и 6).
Таблица 1
Реакции, катализируемые РНК и ДНК ферменты
Пытаясь объяснить каталитическую активность ферментов РНК, несколько авторы указали на решающую роль, которую играет металл кофакторы, чаще всего Mg ²⁺ (7–9).До недавнего времени это было считал, что все ферменты РНК — металлоферменты. Двухвалентный металл катионы помогают сложить РНК в четко определенную структуру и помогают в катализ, функционируя либо как кислота Льюиса, либо, при координации с водой, общее кислотное основание. Однако за последний год он Стало ясно, что двухвалентные металлы не являются существенными для РНК-катализа. Рибозим шпильки, например, так же активен в присутствии Mg ²⁺ в присутствии обменно-инертного металла комплексный гексамин кобальта (10–12).Это убедительно свидетельствует о том, что функциональные группы самой РНК несут ответственность за катализ.
Нуклеотидным компонентам РНК не хватает химического разнообразия, конечно по сравнению с аминокислотными компонентами белков. Просто подумайте, что могла бы сделать РНК, если бы у нее была боковая цепь имидазола, например гистидин, карбоксильная группа, такая как глутаминовая кислота, или сульфгидрильная группа как цистеин. Но РНК также должна функционировать как генетическая макромолекула, и в этом контексте его химическая однородность может быть выгодной, потому что это упрощает задачи репликации и транскрипции.Относительно для каталитической функции в РНК отсутствует общее кислотное основание с pK _— в нейтральном диапазоне, как в гистидине. На с другой стороны, pK _a N-1 аденина (обычно 3,5) или N-3 цитозина (обычно 4,2) может смещаться вверх в пределах специального локального окружающая среда (13, 14). Фосфатные группы вдоль остова РНК могут взять на себя некоторые функции карбоксилатной группы глутаминовой кислоты кислоты, а внутренние 2′-гидроксилы и концевой 2 ‘, 3’-диол РНК могут можно рассматривать как частичную замену сульфгидрила цистеина.
Если РНК следует пожалеть из-за ее отсутствия химической функциональности, то что мы можем сказать о ДНК? Те, кто знаком с РНК-катализом и РНК третичную структуру пришли к пониманию важности 2′-гидроксильная группа. Таким образом, ожидается, что ДНК, лишенная 2′-гидроксила, будет далее помешал как катализатор. Тем не менее, у ряда ферментов ДНК есть были описаны в последние годы. Возможно, у природы не было возможности или стимул для изобретения ферментов ДНК, но это было достигнуто в лаборатория через in vitro evolution (обзор см. исх.15). Диапазон химических реакций, катализируемых ДНК все еще ограничена по сравнению с РНК (Таблица 1). Однако больше ДНК ферменты уже на подходе, и в настоящее время это ДНК, а не РНК фермент, который утверждает, что является ферментом нуклеиновой кислоты с высочайшая каталитическая эффективность (16). Кроме того, есть примеры Ферменты ДНК, которым не требуется металлический кофактор для их каталитического активность (17, 18). Последний пример независимой от металлов ДНК фермент, который вместо этого использует кофактор гистидина, сообщается в этом выпуск Известий (19).
Мы привыкли к тому, что ферменты не нужно включать аминокислот; нуклеотиды могут очень хорошо действовать. Мы пришли к пониманию что кофакторы металлов, хотя и полезны, не являются необходимыми для нуклеиновой кислотный катализ, а также 2′-гидроксильная группа, которая отличает РНК из ДНК. Что еще можно выбросить за борт? Действительно ли все четыре нуклеотида необходимо? А что насчет фосфатов? Ясно, что наступит момент убывающей отдачи, за которой дальнейшее сокращение химических разнообразие несовместимо с эффективной каталитической функцией.Однако эффективность дарвиновской эволюции не должна быть недооценен. Независимо от того, работаете ли оно на природе или в лаборатории, эволюция — это мощная стратегия оптимизации, способная стимулировать даже самый слабый гетерополимер для химического реакция.
Возможно, более интересно подумать о проблеме в наоборот: как может быть химическое разнообразие нуклеиновых кислот? увеличены, чтобы увеличить их каталитический потенциал? Одна возможность будет заменить один из стандартных нуклеотидов на нуклеотид аналог, имеющий расширенный функционал.При разработке фермента РНК с активностью по образованию амидных связей, Eaton с коллегами (20) заменили уридина с 5-имидазольным производным уридина, тем самым захватывая аромат гистидина в нуклеиновой кислоте. Полученная амидсинтаза показали повышение каталитической скорости 10 ⁴ — до 10 ⁵ -кратно, в зависимости от выбора кофактора иона металла. Внутри каталитического остатка присутствуют три остатка 5-имидазолуридина. домен фермента. Их роль в катализе не установлена, но замена этих остатков немодифицированными уридинами отменила каталитическая активность.
При разработке фермента РНК, который катализирует циклоприсоединение Дильса-Альдера В результате реакции Итон и его коллеги (21) заменили уридин на 5-пиридил производное уридина, ожидая плодотворного взаимодействия между пиридиновые «боковые цепи» и поставляемый кофактор Cu ²⁺. Полученный катализатор, требующий обеих модификаций пиридина и Cu ²⁺, является первым примером фермента нуклеиновой кислоты. с активностью образования углерод-углеродных связей. Это действие не могло быть полученный при использовании четырех стандартных нуклеотидов (21).
Использование транскрипционно включенных аналогов нуклеотидов является мощный подход для увеличения функционального разнообразия нуклеиновых кислоты. Разнообразие рибонуклеотидов (22) и дезоксирибонуклеотидов (К. Шакти и К. Ф. Барбас, личное сообщение) аналоги могут быть включенным таким образом. Однако этот подход сталкивается с тремя важные ограничения. Во-первых, в контексте in vitro эволюционные эксперименты, генетические свойства нуклеотида аналог необходимо сохранить.Таким образом, аналог, несущий 5′-трифосфат, должен быть включен полимеразой, и Полученный полимер должен служить шаблоном для копирования полимеразой. Во-вторых, замена аналога должна происходить глобально. Смешанный распределение, скажем, уридинов и 5-замещенных уридинов не могло быть поддерживаются в определенных местах вдоль полимера, потому что оба по шаблону аденозина. В-третьих, не более четырех аналогов нуклеотидов. можно использовать одновременно. Даже если бы была доступна третья пара оснований, можно было бы отличить от двух других (23), полимер будет вмещать не более шести различных субъединиц по сравнению с 20 субъединиц белков.
Другой подход к увеличению функционального разнообразия нуклеиновых кислот. кислоты — посттранскрипционная модификация. Это способ, которым модифицированные основания производятся внутри трансферных, рибосомных и других биологические РНК. Посттранскрипционные модификации могут быть выполнены либо химически или ферментативно. Если модификации производятся химическим способом, тогда их сложно ограничить конкретным нуклеотидом позиция. Одно важное исключение — это модификация для конкретного сайта аналог нуклеотида, который был включен на 5′-конце in vitro -транскрибируемая РНК или в праймерной части ДНК, полученная in vitro .Если изменения внесены ферментативно, то сайт модификации может быть специфическим, так как определяется распознающими свойствами модифицирующего фермента. В модифицирующий фермент может быть отдельным ферментом белка или нуклеиновой кислоты, но также может быть нуклеиновая кислота, которая сама подвергается модификации. Последний случай иллюстрируется рибозимом группы I, который катализирует самовключение никотинамидадениндинуклеотида (NAD ⁺) или дефосфорилированный кофермент A (CoA) в определенном расположение рядом с его активным участком (24).Но если один фермент нуклеиновой кислоты (или каталитический домен) требуется для повышения функциональности другой, затем третий может потребоваться для повышения активности модифицирующий фермент и т. д. К счастью, не для каждой задачи потребуется модифицированные нуклеотиды, и возможно, что единственный модифицирующий фермент может работать на семействе катализаторов нуклеиновых кислот.
Еще один подход к увеличению химического разнообразия нуклеиновых кислот. кислотные ферменты должны обеспечивать отдельную молекулу кофактора, которая связана ферментом и используется в катализе.Этот подход потенциально далеко идущие, потому что налагает мало ограничений на химическую природу кофактора. В верхней части списка желательных кофакторов стоит аминокислота гистидин, желанная за способность действовать как обычная кислота основание при pH, близком к нейтральному. В этом выпуске журнала Proceedings , Рот и Брейкер (19) сообщают о разработке фермента ДНК, который зависит от l-гистидина из-за его способности расщеплять цель Фосфоэфир РНК. Группа имидазола кофактора гистидина появляется функционировать в качестве общей основы для облегчения депротонирования 2 ‘ гидроксил, который находится рядом с расщепленным фосфоэфиром.Фермент не требует кофактора иона двухвалентного металла, и, таким образом, механически больше похож на белковый фермент рибонуклеазу А, чем к другим РНК-расщепляющим ферментам нуклеиновых кислот (рис. 1).
Рисунок 1
Три подхода к каталитическому расщеплению Фосфоэфир РНК. ( A ) Рибонуклеаза A использует два гистидина остатки, один как общее основание (His-12), а другой как общее кислота (His-119) (25). ( B ) Ферменты нуклеиновой кислоты, такие как рибозим в форме головки молотка (26) и фермент ДНК 10–23 (16) используют Mg (OH) ⁺ в качестве общего основания.( C ) Рот и Фермент разрушающий ДНК (19) использует кофактор гистидина в качестве общей основы.
Исследование Рота и Брейкера открывает дверь к тому, что будет щедростью in vitro -развитые ферменты нуклеиновых кислот, которым помогают неметаллические кофакторы. Развивающиеся популяции молекул РНК или ДНК могут столкнуться с проблемой использования различных кофакторов, в том числе биологических и небиологические аминокислоты, пептиды, небольшие органические молекулы и даже соединения, выбранные из библиотеки потенциально полезных лиганды.
Важный урок, который следует из исследования Рота и Брейкера. касается препятствия, которое необходимо преодолеть при разработке кофактора сайт связывания в ферменте нуклеиновой кислоты. В принципе, это может быть осуществлено посредством эволюции in vitro при условии, что связанный кофактор способствует пригодности фермента. Это может быть однако трудно добиться как плотного связывания кофактора, так и высокая каталитическая эффективность, потому что эти две задачи могут противоречивые требования к предпочтительной последовательности фермента.Исследования с участием in vitro отбора аптамеров (нуклеиновых кислот которые связывают целевой лиганд) ясно дали понять, что отбор для одно только связывание обычно приводит к развитию высокоаффинного сайт связывания (см. ссылку 27). Но для катализа связанная кофактор должен быть правильно ориентирован по отношению к основанию, делает связывание с высоким сродством менее гарантированным. Гистидин-зависимая ДНК фермент Roth and Breaker имеет наблюдаемую скорость 0,2 min ⁻¹ в присутствии 100 мМ гистидина, что соответствует к увеличению каталитической скорости в ≈10 ⁶ раз.Даже в при такой высокой концентрации кофактора сайт связывания гистидина остается ненасыщенный. Вариантные формы фермента с более высоким сродством для гистидина также имеют более низкую максимальную каталитическую скорость (19).
Совместная оптимизация связывания кофакторов и кофактор-зависимых катализ — непреодолимая проблема. Одним из решений было бы увеличить количество нуклеотидов в ферменте, чтобы в нем было достаточно сложность выполнения обеих задач. Другим решением было бы выберите кофакторы, которые, как известно, легко связываются с нуклеиновыми кислотами и ожидается, что они внесут значительный вклад в катализ.Какие кофакторы окажется наиболее выгодным? Опираясь на химическую интуицию и in vitro селекционных экспериментов, должна быть возможность очертить основной набор кофакторов, которые могут быть применены к широкому круг каталитических задач. Эти кофакторы можно было найти время, но было бы предпочтительнее позволить развивающейся популяции нуклеиновых кислот, чтобы выбрать наиболее полезные кофакторы из библиотеки соединения.
Этот процесс открытия кофактора напоминает эксперимент по селекции на основе нуклеиновых кислот, который проводился на очень более грандиозных масштабов в раннюю историю жизни на Земле.Если принять понятие «мир РНК», наследственная генетическая система, основанная на геномах РНК и ферментах РНК, то нужно столкнуться с функциональные ограничения. В мире РНК люди, которые могли использовать соединения из окружающей среды в качестве каталитических кофакторов имели бы селективное преимущество. Они получили бы большее преимущество, если бы может синтезировать эти кофакторы из легкодоступных исходных материалы. По-видимому, особое преимущество имел пептид кофакторы, которые могут быть синтезированы РНК.Итак, что могло начаться поскольку увлечение аминокислотными кофакторами в конечном итоге привело к возникновению аппарат перевода и передача каталитических обязанностей от РНК к белкам.
Сноски
↵ * Кому следует обращаться с запросами на перепечатку.