| |
 |
Углеродные цепочки
Пурины и пиримидины
Кроме фосфатных групп и сахаров, в нуклеиновых кислотах были обнаружены также соединения атомов, сгруппированных вокруг азотсодержащих колец. Этот факт установил Коссель в своих экспериментах, начиная с 1880-х годов (позже он будет работать с протаминами). Все выделенные азотсодержащие соединения оказались выстроенными вокруг одной из двух кольцевых систем - пуринового кольца или пиримидинового кольца. Оба этих кольца мы уже приводили в данной книге на рис. 15. Поэтому азотсодержащие соединения, выделенные из нуклеиновой кислоты, объединяют в две группы - пуринов и пиримидинов. (1)
(1) Эмиль Фишер, который позже установит строение пептидов, достаточно много открыл в области химии пуринов. За это и за свою работу по сахарам он удостоился в 1902 году Нобелевской премии в области химии.
Из нуклеиновых кислот в больших количествах были выделены два пурина и три пиримидина. Пурины - это аденин и гуанин, а пиримидины - цитозин, тимин и урацил. Все пять веществ представлены на рис. 41, как в полном, так и в "ломаном" отображении.
Рис. 41. Пурины и пиримидины.
аденин, гуанин, тимин, урацил и цитозин
[стр. 113]
Три из этих пяти соединений - аденин, гуанин и цитозин - присутствуют как в ДНК, так и в РНК. Тимин встречается только в ДНК, а урацил - только в РНК. Между собой эти два последних пиримидина различаются не очень - единственную разницу составляет тот факт, что у тимина есть метиловая группа, а у урацила - нет. Таким образом, в "ломаном" отображении на молекуле тимина будет иметься черточка, а на молекуле урацила - нет. Что касается генетического кода, то, забегая немного вперед, можно сказать, что тимин ДНК - это аналог урацила в РНК.
И еще по поводу формул: в некоторых органических соединениях атом водорода может достаточно свободно перемещаться, связываясь то с одним, то с другим атомом. Такое случается при наличии двойных связей, и переключение атома водорода подразумевает также и переключение двойных связей.
Так, например, в урациле атомы водорода гидроксильных групп с легкостью переключаются на ближайшие атомы азота в кольце. На самом деле, они даже более склонны крепиться к атомам азота, чем к своим гидроксильным группам. Такое поведение атома водорода называется таутомерией. Формула таутомерного урацила приведена на рис. 42. Если сравнить его с рис. 41, где нарисована стандартная формула урацила, то видно, что единственной разницей, по крайней мере, в "ломаном" отображении, будет изменение расположения двойных связей.
Сам феномен таутомерии нас в дальнейшем интересовать не будет. Единственная причина, по которой мы о нем вообще упоминаем - это тот факт, что время от времени нам надо будет нарисовать формулу какого-нибудь вещества вроде урацила в той или иной его таутомерной разновидности. Если бы сейчас мы об этом не упомянули, вас могла бы сбить с толку неожиданная разница в распределении двойных связей от формулы к формуле.
В крайне небольшом количестве образцов нуклеиновой кислоты была обнаружена пара мелких пиримидинов, представляющих собой видоизмененный цитозин. Мы не будем обращать на это внимания, поскольку в отношении генетического кода все они ведут себя так же, как цитозин. Так что в дальнейшем нам понадобится знать только те два пурина и три пиримидина, которые были здесь перечислены.
Складываем воедино
Итак, теперь перед нами полный список. Фосфатная группа, рибоза, дезоксирибоза, два пурина и три пиримидина - вот и все составляющие нуклеиновой кислоты. Вот наши восемь "слов", по аналогии с двадцатью двумя "словами", составляющими белок.
Это обескураживает - казалось бы, вещества, несущие генетический код, должны быть как минимум не менее сложными, чем белки. На самом же деле все еще проще. Из этих восьми "слов" в ДНК не используется рибоза и урацил, а в РНК - дезоксирибоза и тимин. Так что каждая из двух разновидностей нуклеиновой кислоты состоит только из шести "слов".
Но что удерживает эти "слова" вместе? Левен, первый, кто выделил из нуклеиновых кислот рибозу и дезоксирибозу, разрешил и эту проблему. Он разложил нуклеиновую кислоту на крупные части, каждая из которых содержала по несколько базовых соединений. Продолжая изучение этих крупных частей, он выяснил их строение.
В начале 1950-х годов английских химик сэр Александр Тодд сумел синтезировать вещества, описанные в формулах Левена, и обнаружил, что они действительно обладают свойствами веществ, полученных из нуклеиновой кислоты. Таким образом было получено окончательное подтверждение предположений Левена, которые только после этого были безоговорочно приняты всеми биохимиками. (1)
(1) За свои работы в этом направлении Тодд получил в 1957 году Нобелевскую премию в области химии.
Левен установил, что в рибозной или дезоксирибозной составляющей каждой молекулы нуклеиновой кислоты имеется фосфатная группа с одной стороны и пурин или пиримидин - с другой. Эти соединения получили название нуклеотиды.
В составе РНК все нуклеотиды, конечно же, содержат, разумеется, рибозную группу, а кроме нее - одно из четырех соединений: аденин, гуанин, цитозин или урацил. Таким образом, могут иметься четыре различных нуклеотида: адениловая кислота, гуаниловая кислота, цитидиловая кислота, и уридиловая кислота. И опять же - кислотные свойства каждой из них придает именно присутствие фосфатной группы, а из названия каждого нуклеотида ясно следует, какой именно пурин или пиримидин в нем присутствует.
Поскольку эти нуклеотиды играют крайне важную роль в генетическом коде, на рис. 43 я привожу формулы всех четырех, но только в "ломаном" виде.
Нуклеотиды ДНК отличаются наличием дезоксирибозы вместо рибозы. Поэтому мы имеем в этом случае дезоксиадениловую кислоту, дезоксигуаниловую кислоту и дезоксицитидиловую кислоту. Дезоксиуридиловой кислоты в ДНК не бывает - поскольку вместо урацила в ней присутствует тимин, то и кислота получается дезокситимидиловая, как показано на рис. 44. Она отличается от уридиловой кислоты, как видите, отсутствием гидроксильной группы в сахаре. Дезоксиадениловая кислота отличается от адениловой тем же самым, как и дезоксигуаниловая от гуаниловой, а дезоксицитидиловая - от цитидиловой.
Все эти различия в нуклеотидах крайне важны для биохимии организма. Существуют нуклеотиды, подобные представленным на рис. 43, но имеющие по две или даже три объединенных фосфатных группы вместо одной. Эти соединения являются ключевыми в обеспечении хранения и высвобождения энергии; самым известным из них является аденозинтрифосфорная кислота, обычно обозначаемая сокращением АТФ. Молекула ее похожа на молекулу адениловой кислоты, но в отличие от нее, в АТФ, как явствует из названия, имеются три фосфатные группы, а не одна.
Существуют также нуклеотидоподобные соединения, имеющие совместное действие с некоторыми ферментами, и именуемые поэтому коферментами. В них рибозу иногда сменяет глюкоза или другие углеводы, а вместо пуринов или пиримидинов тоже могут иметься другие азотсодержащие кольца.
Однако, нас будут волновать только нуклеотиды нуклеиновой кислоты, а их в одной молекуле может содержаться только четыре разновидности.
Рис. 45. Полинуклеотидная цепочка.
[стр. 119]
Теперь мы можем задаться вопросом о том, каким же образом нуклеотиды собираются воедино для формирования нуклеиновой кислоты. Ответ на этот вопрос тоже был сформулирован Левеном и подтвержден Тоддом.
Ключ к разгадке - фосфатная группа. В отдельных нуклеотидах, как правило, имеется первичный фосфат с одной связью, но вместо него может быть и вторичный фосфат, вторая валентность которого занята вторым нуклеотидом. Таким образом, с помощью вторичных фосфатов, можно связать целое множество нуклеотидов - на рис. 45 приведена в качестве примера подобная группа уридиловых кислот.
Представленные на рис. 45 объединенные нуклеотиды составляют полинуклеотидную цепочку. Если полинуклеотид состоит из рибозных нуклеотидов (как на рис. 45), то у каждой сахарной группы в цепочке имеется торчащая в сторону гидроксильная группа. Ее обозначают, как отходящее от каждого сахарного кольца -О.
В тех полинуклеотидах, которые состоят из дезоксирибозных нуклеотидов, такой свободной гидроксильной группы нет. (Сравните рисунки 44 и 43). Следовательно, РНК состоит из полинуклеотидной цепочки, у сахарной составляющей которой имеется гидроксильная группа, а ДНК - из полинуклеотидной цепочки, где сахар лишен гидроксильных групп.
Полинуклеотидная цепочка определенным образом похожа на полипептидную цепочку белков. Полипептидная цепочка состоит из "полиглициновой основы", которая тянется по всей длине молекулы, объединяя ее, и от которой во все стороны отходят различные радикалы, создающие необходимое разнообразие белковых молекул. То же самое можно сказать и о полинуклеотидной структуре, имеющей "сахаро-фосфатную основу", тянущуюся по всей длине молекулы, и отходящие от нее различные пурины и пиримидины. Схема сравнения приводится на рис. 46.
Молекулы белка различаются только радикалами, а молекулы нуклеиновой кислоты - только пуринами и пиримидинами.
Но, скажете вы, к полиглициновой основе могут крепиться двадцать два различных радикала, а к сахаро-фосфатной основе - только четыре различных элемента, пурина или пиримидина.
Как же может нуклеиновая кислота, имея всего четыре "слова" в своем кодирующем "языке", нести достаточно информации, чтобы на ее основе можно было построить молекулу, "язык" которой будет обладать двадцатью двумя "словами"?
Всему свое время - до этого вопроса мы тоже обязательно дойдем, и найдем на него ответ, но лишь после того, как рассмотрим поближе саму молекулу нуклеиновой кислоты.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21
| |
| |
|
|
|
