Нуклеин қышқылдарының құрылымы. Пуринді және пиримидинді негіздер сипаттамасы. Комплементарлық принципі. ДНҚ құрылымы

Нуклеин қышқылдары — тірі организмдегі тұқым қуалайтын ақпараттарды сақтай отырып, оны келесі ұрпақтарға жеткізетін күрделі құрылысты молекула.ХХ ғасырдың 30—40-жылдары организм өсіп-өнгенде өзінде бар қасиеттерін келесі ұрпақтарға жеткізудегі нуклеин қышқылдарының рөлі ғылыми тұрғыдан толықтай дәлелденді.1868 жылы швед биохимигі Ф.Мишер клетка ядросының құрамынан қышқылдық қасиеті бар затты бөліп алған. Оны алғаш рет ядродан тапқандықтан (латынша “нуклеус”— ядро) нуклеин қышқылы деп атады. 1951 жылы американдық биохимик Э.Чаргафф ДНҚ молекуласының құрамына 4 нуклеотид кіретіндігін тапты. Қос оралмалы ДНҚ сақинасы Екі нуклеотид — аденин мен гуанин (екі сақиналы) пуриндік негізге, тимин мен цитозин (бір сақиналы) пиримидиндік негізге жатады. Э.Чаргафф аденинніңсаны тиминмен бірдей: А=Т, ал гуаниннің саны цитозиннің санына Г=Ц сәйкес екенін анықтады. 1950 жылы ағылшын биофизигі М.Уилкинс ДНҚ-ның кристалдық талшықтарының рентгенграммасын алды.Р.Франклин ДНҚ молекуласының рентгенграммалық суретін бірінші түсірген ғалымдардың бірі болды. Ол рентгенграмманың көмегімен көмірсулы фосфатты тұлғаның (сүйеніш) шиыршықтың сыртқы жағында, ал азотты негіздер ішкі жағында орналасатындығын және шиыршықтың бір оралымында он нуклеотид болатынын анықтады.ДНҚ-ның құрамын анықтауда Р.Франклин ашқан деректердің маңызы өте зор болды. Алайда, ДНҚ молекуласының қанша жіпшеден тұратыны және қалай байланысқаны анықталмады. Бұны 1953 жылы американдық биохимик Дж. Уотсон мен ағылшын биофизигі әрі генетигі Ф.Крик анықтады. Олар рентген құрылымдық әдісті пайдаланып ДНҚ молекуласының құрамын ашты.Рентген құрылымдық зерттеулер ДНҚ молекуласының ұзын полипептидтік тізбек екенін дәлелдеді. Ол тізбектер қосарлана бұралып, қос оралым  түзеді. Екі тізбектің  азотты негіздері оралымның ішінде қалып, олар өзара бір-бірімен сутектік байланыс түзеді. Ал көмірсу мен  фосфат топтары оралымды сырттап қалады. Демек, әр тізбектің азоттық негіздері коваленттік байланыс арқылы бірін-бірі толықтырып тұратын комплементарлық принципке сай байланысады. Яғни, аденин мен тимин екі сутектік, ал гуанин мен цитозин үш сутектік байланыс арқылы қосылатыны анықталды.Нуклеин қышқылдарының азоттық негіздері, рибоза мен дезоксирибоза қосылып нуклеозид түзеді. Құрамына азотты негіз, рибоза немесе дезоксирибоза және фосфор қышқылының қалдығы кіретін қосылыс нуклеотид деп аталады.Нуклеотидтер — нуклеин қышқылының мономерлері, олар екі топқа бөлінеді: пуриндік — аденин мен гуанин және пиримидиндік — тимин, урацил және цитозин. Әрбір нуклеотидтер молекуласының құрылыстары бойынша бір-бірінен айқын ажыратылады. Нуклеотидтің молекуласы азотты негізден, дезоксирибозадан және фосфор қышқылының қалдығынан тұрады.

1.1. Нуклеин қышқылдарының құрамы мен құрылысы

Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзілед.Олар нуклеин қышқылдары полимер  тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (монометрлері). Ал нуклеотидтерді одан әрі гидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді.

Яғни, нуклеин қышқылдарының құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді.

Нуклеин қышқылдары — құрамында фосфоры бар биополимерлер. Табиғатта өте көп тараған. Молекулалары нуклеотидтерден тұрады, бір нуклеотидтіқ 5'-фосфор арасындағы эфирлік байланысы мен келесі нуклеотидтің углевод қалдығының 3'-гидроксилі арасы эфир байланысымен нуклеин қышқылдары углеводты-фосфатты қаққасын калайды. Нуклеин қышқылдары жоғарғы полимерлі тізбектері ондаған нуклеотидтің қалдықтарынан тұрады. Нуклеин қышқылдары құрамына кіретін мономерлерінің (дезокси- немесе рибонуклеотидтер) түріне қарай ДНҚ жәңе РНҚ деп бөлінеді. Нуклеин қышқылдары тірі клетка ядросының маңызды құрам бөлігі. Нуклеин қышқылдары (НҚ) рибонуклеин қышқылы (РНҚ) және дезоксирибонуклеин қышқылы (ДНҚ) болып екі үлкен түрге бөлінеді. Тірі организмнің құрамына нуклеин қышқылдарының екі түрі де кіреді. Нуклеин қышқылдары жоғары молекулалы гетерополимерлі қосылыстар. Нуклеин қышқылдарының толық емес гидролизі нәтижесінде нуклеотидтер түзіледі. Олар нуклеин қышқылдары полимер тізбегінде қайталанып отыратын күрделі құрылым буындары (монометрлері). Ал нуклеотидтерді одан әрігидролиздесе, ортофосфор қышқылын және пентоза мен азотты негізге айырылатын нуклеозидтерді түзеді. Яғни, нуклеин қышқылдарының  құрамына азотты негіздер (пиримидинді, пуринді), фосфор қышқылы және моносахаридтер (рибоза мен дезоксирибоза) кіреді. Нуклеин қышқылдары құрамындағы моносахаридтердің қалдығына байланысты рибонуклеин қышқылы және дезоксирибонуклеин қышқылы болып екіге бөлінеді. ДНҚ молекулалық массалары бірнеше мыңнан ондаған миллионға жетеді. ДНҚ мен РНҚ құрамының айырмашылығы — нуклеин қышқылын толық гидролиздеу арқылы анықталды. Оларды гидролиздегенде, әр түрлі заттардың қоспасы түзіледі.Нуклеин қышқылдары құрамында көмірсудың гидроксил тобы мен фосфор қышқылының арасында күрделі эфирлік байланыс түзіледі, ал азотты негіз көмірсудың жанынан жалғасады.

1.2.Нуклеин қышқылының маңызы

Нуклеин қышқылдары биологиялық  тұрғыдан маңызды рөл атқарады. Олар тірі организмдердегі генетикалық  ақпаратты сақтайтын және тасымалдайтын клетканың (жасушаның) маңызды кұрам  бөліктері болып табылады. Нуклеин қышқылдары белок биосинтезіне қатысады және тірі организмдерде тұқым қуалаушылықты сақтап, оның бір ұрпақтан екінші ұрпаққа берілуін қамтамасыз етеді. ДНҚ жасуша ядросының хромосомасында (99%), рибосомаларда және хлоропластарда, ал РНҚ ядрошықтарда, рибосомаларда, митохондрияда, пластидтер мен дитоплазмада кездеседі.Олар клетканың қай бөлігінде шоғырланса, соған  байланысты қызмет атқарады. Жоғарыда айтылғандай, ДНҚ организмдегі тұқым қуалаушылық ақпаратты сақтайтын гендердің құрылыс материалы болыптабылады. Ал РНҚ үш түрлі болғандықтан: рибосомдық (р-РНҚ); тасымалдаушы (т-РНҚ) және ақпараттық (а-РНҚ) әр түрлі қызметтер атқарады. ДНҚ мен РНҚ қызметтері 1940 жылдардан бастап анықталып, түрлі биологиялық тәжірибелер арқылы дәлелденген. Осы зерттеулер нәтижесінде молекулалық генетика ғылымы жедел дами бастады.

Соңғы жылдары ғалымдар жоғары организмдердің гендерін бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтарының организміне енгізуді іске асырды. Соңынан оларды белок синтездеуге пайдаланды. Мысалы, инсулин генін осылайша "жұмыс істеткізді". Адам инсулині ең алғаш рет Е. Соlі деген бактерияның көмегімен 1982 жылы алынды.