Вся библиотека >>>

Содержание книги >>>

 

Медицинская литература

Популярная медицинская энциклопедия


Раздел: Медицина 



 

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ

 

 

— сложные высокомолекулярные соединения, имеющиеся во всех клетках живых организмов и являющиеся материальными носителями наследственной информации. Нуклеиновые кислоты играют ведущую роль не только в хранении, но и в передаче наследственной информации потомкам и реализации ее в ходе индивидуального развития каждого организма. Н. к. были открыты в середине 60-х гг. 19 в. швейцарским ученым Ф. Мишером. Обрабатывая клетки гноя ферментом желудочного сока — пепсином, Ф. Ми-шер обнаружил, что пепсин переваривает не все содержимое клеток, в ядрах клеток оставалось неразрушенным какое-то неизвестное Еещество. Продолжив эти эксперименты па другом объекте, Ф. Мишер окончательно убедился в том, что открыл новое вещество, отличающееся от известных до этого веществ биологического происхождения (белков, углеводов, жиров и др.) своим химическим строением. Это вещество Ф. Мишер назвал нуклеином, исходя из того, что он обнаружил его в ядрах клеток (ядро — по-латыни нуклеус). Однако в связи с недостаточным уровнем развития лабораторной техники установить точное химическое строение нуклеина Ф. Мишер не смог. Накопив достаточное количество нуклеина, Ф. Мишер смог лишь обнаружить, что в его составе важную роль играет какая-то неизвестная и очень сложная по строению кислота. Лишь позже било установлено, что нуклеин Ф. Мишера состоял из соединения белка с особыми исключительно сложными для структурного анализа кислотами, к-рым и было дано название «нуклеиновые кислоты». Другой составной частью нуклеина были молекулы белков, так что нуклеин представлял собой химическое вещество, называ"емое сейчас нуклеопро-теином или хроматином (см. Хромосомы).

Лишь к концу 30-х гг. 20 в. был уточнен химический состав Н. к., а также установлено, что^ имеется два типа Н. к.—дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) и что они входят в состав клеток всех без исключения живых существ на Земле. Однако детали строения Н. к. оставались неясными вплоть до середины 50-х гг. 20 в. К этому времени, по словам известного амер. ученого Д. Уот-сона, установившего вместе с англ. уче-пыч О. Криком основные принципы строения ДНК, «относительно ДНК, в отличие от белков, имелось очень мало точно установленных данных. Ею занимались считанные химики, и за исключением того факта, что нуклеиновые кислоты представляют собой очень большие молекулы, построенные из более мелких строительных блоков — нуклео-тидов, об их химии не было известно ничего такого, за что мог бы ухватиться генетик. Более того, химики-органики, работавшие с ДНК, почти никогда не интересовались  генетикой.

Сложным был и путь к пониманию роли Н. к. в жизни клеток. Вскоре пос-~е открытия Ф. Мишером нуклеина :лологи обнаружили, что в ядрах клеDE имеются особые морфологические гтруктуры, отчетливо видимые под микроскопом во время деления клеток и названные хромосомами. Хромосомы закономерно распределялись по дочерним клеткам в процессе деления глеток. В первом десятилетии 20 в. были высказаны предположения, что именно хромосомы являются носителями наследственности, однако сделать дальнейший шаг — связать наследст-зенность с Н. к., находящимися в хромосомах, никто не смог вплоть до 40— 50-х гг. 20 в. (см. Генетика). Более того, с течением времени роль Н. к. стали даже преуменьшать. В конце 19 в. нек-рые ученые высказывали на этот счет вполне разумные предположения. Напр., известные биологи братья Оскар и Рихард Гертвиги писали о возможной роли Н. к. в передаче наследственных признаков; в 1897 г. в статье «Нуклеины» «Энциклопедического словаря» Брокгауза и Эфрона указывалось: «Распространение нуклеина огромное: везде, где есть клеточные ядра, там есть п нуклеин... нуклеину приписывается выдающееся значение в развитии и размножении клеток». Позже эти правильные взгляды были забыты. Мысль ученых вплоть до 50-х гг. 20 в. была скована успехами в изучении структуры и свойств белковых молекул, а Н. к. отводилась второстепенная роль. В распространении убеждения о том, что преимущественная роль в наследственности принадлежит белкам, решающее значение сыграло то, что выдающийся советский ученый Н. К. Кольцов, предсказавший механизм передачи наследственных признаков через специфическое строение полимерных макромолекул, ошибочно считал, что роль этих «наследственных молекул»  принадлежит  белкам.

 

Лишь после открытия двойной спирали ДНК в 1953 г. и установления роли Н. к. в передаче наследственности наступила пора бурного расцвета исследовании Н. к. В удивительно короткие сроки (менее чем за два десятилетия) было полностью установлено строение обоих типов молекул Н. к. (ДНК, РНК) и доказано, что именно в них сосредоточены материальные структуры наследственности — гены (см. Ген), выяснена точная рель каждого из видов Н. к. в передаче наследственных свойств и управлении жизнедеятельностью клеток и организмов (см. Молекулярная генетика), осуществлен сначала искусственный синтез молекул ДНК и РНК вне клеток организмов, а затем разработаны методы искусственного синтеза отдельных частей этих молекул — генов. В настоящее время разрабатываются способы внедрения в живые клетки чужеродных участков ДНК с целью исправления наследственных дефектов (см. Инженерия генетическая).

Наконец, следует указать на то, что в последние годы препараты Н. к. начали использовать и непосредственно для целей лечения больных, страдающих нек-рыми тяжелыми формами нарушений кроветворения и рядом других болезней. Установлено, напр., что препараты Н. к. обладают способностью стимулировать деятельность костного мозга, способствуют коррекции нарушений фосфорного обмена, приводящих к рахиту. Т. о., изучение Н. к. исключительно важно не только для понимания центральных моментов в жизни клеток и организмов, а именно способности сохранять неизменными свойства в ряду поколений, роли в делении клеток, управлении всеми биохимическими реакциями в организмах, способности целесообразно отвечать на раздражения, вызываемые внешней по отношению к организму средой и т. п.; оно создает возможности и для практического использования их в медицине. Н. к.— самые большие молекулы в клетках живых организмов и представляют собой линейные полимеры огромного молекулярного веса. В клетках они многократно скручены (или, как говорят, спирализованы) и образуют компактные структуры, что позволяет им занимать относительно небольшой объем, но если бы разложить в длину молекулы ДНК только одной клетки человека, то они составили бы цепи длиной в несколько метров. Конечно, уже это говорит о большой сложности строения молекул Н. к. Тем не менее основной принцип их строения оказался довольно простым. Цепи Н. к. составлены из чередующихся звеньев — ну-клеотидов, специфическое чередование к-рых и определяет запись наследственной информации в клетках. Каждые три последовательно расположенных нуклеотида кодируют какую-то одну аминокислоту (см. Генетический код), а порядок следования нуклеотидов в цепях ДНК каждого организма уникален, как уникальна наследственная информация  любого  вида  организмов.

Нуклеотиды, в свою очередь, также имеют довольно сложное строение и составлены из трех соединенных друг с другом молекул: азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной к-ты. Названия нуклеотидам дают по имени азотистого основания,   входящего в их состав.

В ДНК встречаются 4 основных типа азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В состав РНК вместо тимина входит другое, близкое ему по строению основание — урацил (У). Другим отличием ДНК от РНК является то, что нуклеотиды, входящие в состав ДНК, содержат пятичленный сахар — дезоксири-бозу, а в РНК имеется другой углевод — рибоза.

В клетках всех высших организмов имеется ядро, отграниченное от цитоплазмы особой оболочкой. Поэтому эти организмы получили название эука-риотов (от греч. эу — собственно, и карио — ядро). Именно в ядре содержится подавляющая часть ДНК клетки.. При этом ядерная ДНК эука-риотов соединена с особыми, так наз. ядерными, белками и образует так наз. нуклеопротеидные нити. Эти нити, многократно скручиваясь, формируют хромосомы. Кроме того, в клетка:: высших организмов — эукарио-тов — ДНК обнаружена в составе ряда внутриклеточных образований.

В подавляющем большинстве случаев молекула ДНК построена из двух поли-нуклеотидных цепей (1), скрученных друг с другом. Эти цепи соединяются между собой по строго определенным правилам: тимин соединяется с адештном и только с аденином, ци-тозин — с гуанином и т. д.

Строго определенные правила сочетания оснований в пары (так наз. комплементарность тимина аденину и ци-тозина гуанину) стали понятными после изучения размеров двойной спирали ДНК (2). Оказалось, что диаметр двойной спирали по всей ее длине постоянен. Постоянство этого размера спирали может быть обеспечено лишь при единственном сочетании оснований в паре. Только в том случае, когда тимин соединен с аденином и цитозин с гуанином, получаются пары оснований одинаковой  длины  ( 3).

Перед делением клеток происходит удвсение (репликация) молекул ДНК. Процесс этот представляет собой сложную цепь последовательно протекающих реакций, в результате к-рых на исходных материнских молекулах ДНК синтезируются их точные дочерние копии. Рибонуклеиновые кислоты (РНК) также содержатся во всех клетках любых организмов, а у части вирусов являются . единственным типом Н. к. Рибонуклеиновые к-ты выполняют важнейшую роль, обеспечивая перенос генетической информации от ДНК к белкам. Ф. Энгельс определял -жизнь как «...способ существования белковых тел...», к-рый «.. .заключается по своему существу в постоянном обновлении их химических составных частей путем питания и выделения» (Ф. Энгельс, Анти-Дюринг, 1973, с. 350). В живых организмах содержится большое количество различных белков, каждый из к-рых выполняет специализированные функции. При этом функциональные возможности и специализированность того или иного белка определяются его строением и, в частности, тем, в какой последовательности в его молекуле расположены основные структурные единицы — аминокислоты.

Н. к.— основные «действующие лица» центрального акта жизни — синтеза белковых молекул. Все, что нужно клетке для жизни, запрограммировано в отрезках молекулы ДНК — генах, располагающихся гл. обр. в ядре клетки. Именно они являются хранителями эволюционных достижений ЖИЗНИ, зафиксированных языком генетического кода. Но сами гены не синтезируют белка. Записанная в них информация реализуется молекулами рибонуклеиновых кислот. Прежде чем строить белки, снимаются «чертежи» гена: на молекуле ДНК синтезируется молекула так наз. информационной РНК, являющаяся точной копией — зеркальным отражением соответствующего гена. Затем молекулы информационной РНК переходят  во  внеядерную часть  клетки — цитоплазму. Подобно тому как во многих периферийных типографиях не делают шрифтовой набор для печатания центральных газет, а пользуются готовыми матрицами, присланными из центра, в клетке матрицы — молекулы информационной РНК плывут из ядра в цитоплазму, доставляя «приказы» генов.  

Роль «переводчиков» с языка генетического кода на язык аминокислот выполняют молекулы РНК другого вида — так наз. транспортные. Эти маленькие по размеру и молекулярному весу молекулы обладают способностью различать нужные аминокислоты, присоединять к себе и подтаскивать, транспортировать их к рибосоме. Каждой аминокислоте соответствует своя транспортная РНК. Т. о., в клетке имеется по меньшей мере 20 видов транспортных РНК по числу аминокислот. Процесс узнавания транспортными РНК «своих» аминокислот осуществляется с помощью специальных ферментов (их тоже не менее 20 видов), управляющих прикреплением аминокислот к соответствующим   транспортным   РНК.

Молекула транспортной РНК, соединенная с аминокислотой, подплывает к рибосоме и соединяется с ней. В следующее мгновение матрица (информационная РНК) продвигается по рибосоме на расстояние, соответствующее участку, на к-ром был записан шифр присоединившейся аминокислоты, как бы чподставляя» для прочтения участок, где закодирована очередная аминокислота. Информационная РНК продвигается так до тех пор, пока вся матрица не окажется прочитанной рибосомой и молекула соответствующего белка полностью   синтезированной.

Первая транспортная аминокислота, выполнив свою задачу, покидает рибосому, освобождая место для следующей. Освободившиеся от груза аминокислот транспортные РНК уходят в цитоплазму. Там их ждут молекулы ферментов, чтобы соединить с очередными порциями аминокислот. Ведь клетке, пока она живет,   нужны  новые  и  новые  белки.

Имеется еще один вид РНК — рибо-сомные. Они составляют основную массу рибосомы. Их биологическая роль до конца не выяснена. Однако известно, что нарушение целостности молекул рибосомных РНК приводит к нарушению биологической активности рибосом

 

ОГЛАВЛЕНИЕ КНИГИ: "Популярная медицинская энциклопедия"

 

 Смотрите также:

 

 Медицинская энциклопедия  "Справочник фельдшера"  Внутренние болезни  Инфекционные болезни  "Физиология человека"  "Лекарственные препараты"  Журнал Здоровье  Твоё здоровье (Знание)   Домашний доктор  Семейная энциклопедия  Здоровая семья  Бенджамин Спок "Разговор с матерью"  Вирусы гриппа и грипп  Энциклопедия народного целительства   Домашний лечебник  Лечебник  Энциклопедия самолечения. Лечимся дома природными средствами