Циклични нуклеотиди
Цикличните нуклеотиди са нуклеотиди, които образуват химическа връзка между два въглеродни атома на рибозата. Цикличните нуклеотиди с връзка между C3 'и C5' въглеродните атоми на рибозата са от биологично значение. Най-изследвани са производни на аденозин и гуанозин - цикличен AMP (cAMP) и цикличен GMP (cGMP).
Основните функции на цикличните нуклеотиди са предаването и усилването на молекулярния сигнал под действието на различни биологично активни съединения (хормони, цитокини и др.); cAMP, като вторичен пратеник, регулира различни клетъчни функции чрез активиране или инхибиране на специфични клетъчни протеини. Чрез промяна на активността на протеините. cAMP регулира експресията на специфични гени. cGMP участва в преобразуването на визуалните сигнали при животните.
Лекция 11 структура, свойства, биологична роля на нуклеиновите киселини
Нуклеиновите киселини са биологични полимери. Мономерни единици на ДНК и РНК са нуклеотиди - фосфорни естери на нуклеозидите. В природата има два вида нуклеинови киселини: ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) и РНК (рибонуклеинова киселина).
Мономерните остатъци в нуклеиновите киселини са свързани чрез фосфодиестерни връзки. И в ДНК, и в РНК тази връзка се осъществява само благодарение на 3′-OH групата на един нуклеотиден остатък и 5′-OH групата на другата (фиг. 11.1). Тази междунуклеотидна връзка се нарича 3 ', 5'-фосфодиестер.
ДНК и РНК веригите имат определена полярност или посока, тъй като всички междунуклеотидни фосфодиестерни връзки са ориентирани по веригата по същия начин. Поради полярността, всяка полинуклеотидна верига има 5 'край и 3' край. Поради наличието на 2'-OH група в рибозата, междунуклеотидните връзки в РНК са много по-лабилни, отколкото в ДНК; те лесно се хидролизират в присъствието на алкали.
Фигура: 11.1. Фосфодиестерна връзка в ДНК молекула
В момента са разработени и успешно прилагани методи за определяне на нуклеотидната последователност на ДНК и РНК. Оригиналната ДНК молекула е предварително фрагментирана с помощта на рестрикционни ензими. В този случай се извършва независимо разцепване на ДНК от два или повече рестрикционни ензима, в резултат на което се образуват припокриващи се фрагменти. Това позволява след определяне на нуклеотидната последователност на съответните фрагменти да се възстанови първичната структура на цялата ДНК.
Има два принципно различни подхода за определяне на първичната структура на ДНК. Първият се основава на химични реакции, при които се използват директно фрагменти от пречистена ДНК; във втория случай се използват ДНК копия на пречистени сегменти, получени чрез ензим. И двата метода са напълно автоматизирани. При секвениране на ДНК по метода на F. Sanger се въвеждат флуоресцентни етикети и се използват флуоресцентни агенти с различни спектрални характеристики за всеки от четирите анализирани нуклеотида, което позволява сканиране на гелове с различни дължини на вълната и предаване на информация директно на компютър.
Методът на A. Maxam и W. Gilbert използва химично секвениране, основано на химическа модификация на пуринови и пиримидинови основи с последващо разцепване на модифицирани нуклеотиди от полимерната верига и анализ на получените продукти чрез гел електрофореза. Радиоактивен етикет се въвежда в 5'-края на анализираната ДНК област, като се използва ензимът полинуклеотид киназа от фаг g-32P (ARF). Веднага след етикетирането едноверижните фрагменти се секвенират и двуверижните фрагменти се разделят на отделни вериги чрез денатурация. След това анализираната проба се разделя на четири порции, всяка от които се обработва специално, което води до разцепване на определен тип нуклеотиди. В този случай се използва диметил сулфат, който метилира пуринови основи (аденин в N3 позиция и гуанин в N7 позиция), както и хидразин, който разцепва и модифицира пиримидиновите основи. Освен това, като се използва обработка с пиперидин и хидролиза при различни стойности на рН, се извършва разцепването на някои модифицирани основи, придружено от разкъсване на съседни фосфодиестерни връзки. По този начин за всяка от четирите анализирани проби се получава набор от малки по размер ДНК фрагменти, някои от които носят радиоактивен етикет. Всички тези фрагменти са разделени чрез електрофореза, което ви позволява да разделите фрагменти, които се различават по дължина, с един нуклеотид. Получените електрофоретограми се разработват с помощта на рентгенов филм. В резултат се откриват само радиоактивни фрагменти, чрез които се определя нуклеотидната последователност на анализираната ДНК.
И така, първичната структура на нуклеиновите киселини е редът на редуване на нуклеотидни остатъци в полинуклеотидната верига.
Дифракционните модели на рентгеновите лъчи на ДНК влакна показват, че ДНК молекулата има спираловидна структура и съдържа повече от една полинуклеотидна верига. Киселинно-алкалното титруване показва, че структурата му е стабилизирана от водородни връзки.
Въз основа на тези данни J. Watson и F. Crick предлагат триизмерен модел на ДНК (фиг. 11.2). Според техния модел ДНК е правилна спирала с дясна ръка, образувана от две полинуклеотидни вериги, усукани една спрямо друга и около въображаема ос. Полинуклеотидните вериги са антипаралелни, т.е. ако единият от тях е ориентиран в посока 3 ′ - 5 ′, то другият - в посока 5 ′ - 3 ′. Следователно, на всеки от краищата на ДНК молекулата има 5'-края на едната верига и 3'-края на другата верига.