Какие свойства полинуклеотидов играли

Нуклеиновые кислоты РНК (слева) и ДНК (справа).

Нуклеи́новая кислота (от лат. nucleus — ядро) — высокомолекулярное органическое соединение, биополимер (полинуклеотид), образованный остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.

История исследования[править | править код]

В 1847 из экстракта мышц быка было выделено[1] вещество, которое получило название «инозиновая кислота». Это соединение стало первым изученным нуклеотидом. В течение последующих десятилетий были установлены детали его химического строения. В частности, было показано, что инозиновая кислота является рибозид-5′-фосфатом, и содержит N-гликозидную связь.
В 1868 году швейцарским химиком Фридрихом Мишером при изучении некоторых биологических субстанций было открыто неизвестное ранее вещество. Вещество содержало фосфор и не разлагалось под действием протеолитических ферментов. Также оно обладало выраженными кислотными свойствами. Вещество было названо «нуклеином». Соединению была приписана брутто-формула C29H49N9O22P3.
Уилсон обратил внимание на практическую идентичность химического состава «нуклеина» и открытого незадолго до этого «хроматина» — главного компонента хромосом[2]. Было выдвинуто предположение об особой роли «нуклеина» в передаче наследственной информации.
В 1889 г Рихард Альтман ввел термин «нуклеиновая кислота», а также разработал удобный способ получения нуклеиновых кислот, не содержащих белковых примесей.
Левин и Жакоб, изучая продукты щелочного гидролиза нуклеиновых кислот, выделили их основные составляющие — нуклеотиды и нуклеозиды, а также предложили структурные формулы, верно описывающие их химические свойства.
В 1921 году Левин выдвинул гипотезу «тетрануклеотидной структуры ДНК»[3], оказавшуюся впоследствии ошибочной[4].
В 1935 году Клейн и Танхаузер с помощью фермента фосфатазы провели мягкое фрагментирование ДНК, в результате чего были получены в кристаллическом состоянии четыре ДНК-образующих нуклеотида[5]. Это открыло новые возможности для установления структуры этих соединений.
В 1940-е годы научная группа в Кембридже под руководством Александера Тодда проводит широкие синтетические исследования в области химии нуклеотидов и нуклеозидов. В результате их работы были установлены все детали химического строения и стереохимии нуклеотидов. За цикл работ в этой области Александер Тодд был награждён Нобелевской премией в области химии в 1957 году.
В 1951 году Чаргаффом была установлена закономерность содержания в нуклеиновых кислотах нуклеотидов разных типов, получившая впоследствии название Правило Чаргаффа.
В 1953 году Уотсоном и Криком установлена вторичная структура ДНК, двойная спираль[6].

Способы выделения[править | править код]

Гелеобразный осадок нуклеиновой кислоты

Описаны многочисленные методики выделения нуклеиновых кислот из природных источников. Основными требованиями, предъявляемыми к методу выделения, являются эффективное отделение нуклеиновых кислот от белков, а также минимальная степень фрагментации полученных препаратов. Классический метод выделения ДНК был описан в 1952 году и используется в настоящее время без значительных изменений[7]. Клеточные стенки исследуемого биологического материала разрушаются одним из стандартных методов, а затем обрабатываются анионным детергентом. При этом белки выпадают в осадок, а нуклеиновые кислоты остаются в водном растворе. ДНК может быть осаждена в виде геля осторожным добавлением этанола к её солевому раствору. Концентрацию полученной нуклеиновой кислоты, а также наличие примесей (белки, фенол) обычно определяют спектрофотометрически по поглощению на А260 нм.

Нуклеиновые кислоты легко деградируют под действием особого класса ферментов — нуклеаз. В связи с этим при их выделении важно обработать лабораторное оборудование и материалы соответствующими ингибиторами. Так, например, при выделении РНК широко используется такой ингибитор рибонуклеаз как DEPC.

Физические свойства[править | править код]

Нуклеиновые кислоты хорошо растворимы в воде, практически нерастворимы в органических растворителях. Очень чувствительны к действию температуры и критическим значениям уровня pH. Молекулы ДНК с высокой молекулярной массой, выделенные из природных источников, способны фрагментироваться под действием механических сил, например, при перемешивании раствора. Нуклеиновые кислоты фрагментируются ферментами — нуклеазами.

Строение[править | править код]

Фрагмент полимерной цепочки ДНК

Полимерные формы нуклеиновых кислот называют полинуклеотидами.

Существуют 4 уровня структурной организации нуклеиновых кислот: первичная, вторичная, третичная и четвертичная. Первичная структура представляет собой цепочки из нуклеотидов, соединяющихся через остаток фосфорной кислоты (фосфодиэфирная связь). Вторичная структура — это две цепи нуклеиновых кислот соединённые водородными связями. Стоит отметить, что цепи соединяются по типу «голова-хвост» (3′ к 5′), по принципу комплементарности (азотистые основания находятся внутри этой структуры). Третичная структура, или же спираль, образуется за счет радикалов азотистых оснований (образуются водородные дополнительные связи, которые и сворачивают эту структуру, тем самым обуславливая её прочность). И наконец 4 структура — это комплексы гистонов и нитей хроматина.

Поскольку в нуклеотидах существует только два типа гетероциклических молекул, рибоза и дезоксирибоза, то и имеется лишь два вида нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК).

Мономерные формы также встречаются в клетках и играют важную роль в процессах передачи сигналов или запасании энергии. Наиболее известный мономер РНК — АТФ, аденозинтрифосфорная кислота, важнейший аккумулятор энергии в клетке.

ДНК и РНК[править | править код]

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота). Сахар — дезоксирибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые — тимин (T) и цитозин (C). ДНК часто состоит из двух полинуклеотидных цепей, направленных антипараллельно.

РНК (рибонуклеиновая кислота). Сахар — рибоза, азотистые основания: пуриновые — гуанин (G), аденин (A), пиримидиновые урацил (U) и цитозин (C). Структура полинуклеотидной цепочки аналогична таковой в ДНК. Из-за особенностей рибозы молекулы РНК часто имеют различные вторичные и третичные структуры, образуя комплементарные участки между разными цепями.

Типы РНК[править | править код]

Ма́тричная рибонуклеи́новая кислота́ (мРНК, синоним — информацио́нная РНК, иРНК) — РНК, содержащая информацию о первичной структуре (аминокислотной последовательности) белков[8]. мРНК синтезируется на основе ДНК в ходе транскрипции, после чего, в свою очередь, используется в ходе трансляции как матрица для синтеза белков. Тем самым мРНК играет важную роль в «проявлении» (экспрессии) генов.

Рибосо́мные рибонуклеи́новые кисло́ты (рРНК) — несколько молекул РНК, составляющих основу рибосомы. Основной функцией рРНК является осуществление процесса трансляции — считывания информации с мРНК при помощи адапторных молекул тРНК и катализ образования пептидных связей между присоединёнными к тРНК аминокислотами.

Структура транспортной РНК

Транспортная РНК, тРНК — рибонуклеиновая кислота, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту синтеза белка. Имеет типичную длину от 73 до 93 нуклеотидов и размеры около 5 нм. тРНК также принимают непосредственное участие в наращивании полипептидной цепи, присоединяясь — будучи в комплексе с аминокислотой — к кодону мРНК и обеспечивая необходимую для образования новой пептидной связи конформацию комплекса.

Для каждой аминокислоты существует своя тРНК.

тРНК является одноцепочечной РНК, однако в функциональной форме имеет конформацию «клеверного листа». Аминокислота ковалентно присоединяется к 3′-концу молекулы с помощью специфичного для каждого типа тРНК фермента аминоацил-тРНК-синтетазы.
На участке C находится антикодон, соответствующий аминокислоте.

Некодирующие РНК (non-coding RNA, ncRNA) — это молекулы РНК, которые не транслируются в белки. Ранее использовавшийся синоним, малые РНК (smRNA, small RNA), в настоящее время не используется, так как некоторые некодирующие РНК могут быть очень большими, например, Xist.

Последовательность ДНК, на которой транскрибируются некодирующие РНК, часто называют РНК-геном.

Некодирующие РНК включают в себя молекулы РНК, которые выполняют очень важные функции в клетке — транспортные РНК (тРНК), рибосомные РНК (рРНК), такие малые РНК, как малые ядрышковые РНК (snoRNA), микроРНК, siRNA, piRNA, а также длинные некодирующие РНК — Xist, Evf, Air, CTN, PINK, TUG1.

Последние транскриптомные технологии (секвенирование РНК) и методы ДНК-микрочипов предполагают наличие более 30000 длинных некодирующих РНК (англ. long ncRNA). Примерно такое же количество малых регуляторных РНК содержится в геноме мыши.

Примечания[править | править код]

↑ J. Liebig. ??? (неопр.) // Annalen. — 1847. — Т. 62. — С. 257.
↑ Edmund B. Wilson. An Atlas of the Fertilization and Karyokinesis of the Ovum. — N. Y.: Macmillan, 1895. — P. 4.
↑ P. A. Levene. ??? (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 1921. — Vol. 48. — P. 119.
↑ Во время выдвижения «тетрануклеотидной структуры» химики критически относились к самой возможности существования макромолекул, вследствие чего ДНК была приписана структура с низкой молекулярной массой
↑ W. Klein, S. J. Thannhauser. ??? (неопр.) // Z. physiol. Chem.. — 1935. — Т. 231. — С. 96.
↑ J. D. Watson, F. H. C. Crick. Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid (англ.) // Nature. — 1953. — Vol. 171. — P. 737—738. — doi:10.1038/171737a0.
↑ Ernest R. M. Kay, Norman S. Simmons, Alexander L. An Improved Preparation of Sodium Desoxyribonucleate (англ.) // J. Am. Chem. Soc. (англ.)русск. : journal. — 1952. — Vol. 74, no. 7. — P. 1724—1726. — doi:10.1021/ja01127a034.
↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter. Molecular Biology of the Cell. — 5. — Garland Science, 2008. — 1392 с. — ISBN 0815341059.

Литература[править | править код]

Бартон Д., Оллис У. Д. Общая органическая химия. — М.: Химия, 1986. — Т. 10. — С. 32—215. — 704 с.
Франк-Каменецкий М. Д. Самая главная молекула. — М.: Наука, 1983. — 160 с.
Аппель Б., Бенеке И., Бенсон Я., под ред. С. Мюллер. Нуклеиновые кислоты от А до Я. — М.: Бином, 2012. — 352 с. — ISBN 978-5-9963-0376-2.

Источник

Нуклеоти́ды (нуклеозидфосфаты) — группа органических соединений, представляют собой фосфорные эфиры нуклеозидов. Свободные нуклеотиды, в частности АТФ, цАМФ, АДФ, играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах, а также являются составляющими частями нуклеиновых кислот и многих коферментов.

Строение[править | править код]

Нуклеотиды являются сложными эфирами нуклеозидов и фосфорных кислот. Нуклеозиды, в свою очередь, являются N-гликозидами, содержащими гетероциклический фрагмент, связанный через атом азота с C-1 атомом остатка сахара.

В природе наиболее распространены нуклеотиды, являющиеся β-N-гликозидами пуринов или пиримидинов и пентоз — D-рибозы или D-2-дезоксирибозы. В зависимости от структуры пентозы различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, которые являются мономерами молекул сложных биологических полимеров (полинуклеотидов) — соответственно РНК или ДНК[1].

Фосфатный остаток в нуклеотидах обычно образует сложноэфирную связь с 2′-, 3′- или 5′-гидроксильными группами рибонуклеозидов, в случае 2′-дезоксинуклеозидов этерифицируются 3′- или 5′-гидроксильные группы.

Большинство нуклеотидов являются моноэфирами ортофосфорной кислоты, однако известны и диэфиры нуклеотидов, в которых этерифицированы два гидроксильных остатка — например, циклические нуклеотиды циклоаденин- и циклогуанин монофосфаты (цАМФ и цГМФ). Наряду с нуклеотидами — эфирами ортофосфорной кислоты (монофосфатами) в природе также распространены и моно- и диэфиры пирофосфорной кислоты (дифосфаты, например, аденозиндифосфат) и моноэфиры триполифосфорной кислоты (трифосфаты, например, аденозинтрифосфат).

Номенклатура[править | править код]

Буквенные коды для обозначения нуклеотидов

Код	Означает	Комплементарная пара
A	A	T в ДНК; U в РНК
C	C	G
G	G	C
T или U	T в ДНК; U в РНК	A
M	A или C	K
R	A или G	Y
W	A или T	W
S	C или G	S
Y	C или T	R
K	G или T	M
V	A или C или G	B
H	A или C или T	D
D	A или G или T	H
B	C или G или T	V
X или N	A или C или G или T (U)	любой

Соединения, состоящие из двух нуклеотидовых молекул, называются динуклеотидами, из трёх — тринуклеотидами, из небольшого числа — олигонуклеотидами, а из многих — полинуклеотидами, или нуклеиновыми кислотами.

Названия нуклеотидов представляют собой аббревиатуры в виде стандартных трёх- или четырёхбуквенных кодов.

Если аббревиатура начинается со строчной буквы «д» (англ. d), значит подразумевается дезоксирибонуклеотид; отсутствие буквы «д» означает рибонуклеотид. Если аббревиатура начинается со строчной буквы «ц» (англ. c), значит речь идёт о циклической форме нуклеотида (например, цАМФ).

Первая прописная буква аббревиатуры указывает на конкретное азотистое основание или группу возможных нуклеиновых оснований, вторая буква — на количество остатков фосфорной кислоты в структуре (М — моно-, Д — ди-, Т — три-), а третья прописная буква — всегда буква Ф («-фосфат»; англ. P).

Латинские и русские коды для нуклеиновых оснований:

A — А: Аденин;
G — Г: Гуанин;
C — Ц: Цитозин;
T — Т: Тимин (5-метилурацил), не встречается в РНК , занимает место урацила в ДНК;
U — У: Урацил, встречается у бактериофагов в ДНК, занимает место тимина в РНК.

Общепринятые буквенные коды для обозначения нуклеотидных оснований соответствуют номенклатуре, принятой Международным союзом теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, сокращённо — англ. IUPAC, ИЮПАК) и Международным союзом биохимии и молекулярной биологии (International Union of Biochemistry and Molecular Biology[en], сокращённо — англ. IUBMB). Если при секвенировании последовательности ДНК или РНК возникает сомнение в точности определения того или иного нуклеотида, помимо пяти основных (A, C, T, G, U), используют другие буквы латинского алфавита в зависимости от того, какие наиболее вероятные нуклеотиды могут находиться в данной позиции последовательности. Эти же дополнительные буквы используют для обозначения вырожденных (не совпадающих у разных гомологичных последовательностей) позиций, например при записи последовательности праймеров для ПЦР.

Длину секвенированных участков ДНК (гена, сайта, хромосомы) или всего генома указывают в парах нуклеотидов (пн), или парах оснований (англ. base pairs, сокращённо bp), подразумевая под этим элементарную единицу двухцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты, сложенную из двух спаренных комплементарных оснований.

Биологическая роль[править | править код]

1. Универсальный источник энергии (АТФ и его аналоги).

2. Являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке (УДФ-глюкоза)

3. Выступают в роли коферментов (ФАД, ФМН, НАД+, НАДФ+)

4. Циклические мононуклеотиды являются вторичными посредниками при действии гормонов и других сигналов (цАМФ, цГМФ).

5. Аллостерические регуляторы активности ферментов.

6. Являются мономерами в составе нуклеиновых кислот, связанные 3′-5′-фосфодиэфирными связями.

История[править | править код]

В 1955 г. Сеймур Бензер для обозначения наименьшего элемента в структуре ДНК, который может быть подвержен спонтанной или индуцированной мутации, ввёл термин мутон, а для обозначения наименьшей единицы рекомбинации — термин рекон. В настоящее время показано, что наименьшей единицей мутации является один нуклеотид (или одно азотистое основание в составе нуклеотида), а рекомбинация возможна между соседними нуклеотидами, поэтому данные термины более не употребляются и имеют лишь историческое значение.

Примечания[править | править код]

См. также[править | править код]

Ген
Кодон
Нуклеотидная последовательность
Хромосома

Ссылки[править | править код]

Нуклеотиды — статья из Большой советской энциклопедии.
Буквенные коды нуклеотидных оснований согласно номенклатуре ИЮПАК [1] и IUBMB[en] [2]
Пара нуклеотидов (base pair) в Словаре биотехнологических терминов интернет-журнала «Коммерческая биотехнология»

Источник

Современная эстетическая медицина, а особенно ее anti-age-направление, не стоит на месте: эксперты постоянно работают над созданием новых, еще более совершенных формул — эффективных и безопасных. И немудрено: одна из наиболее частых причин обращения пациентов в клиники — появление признаков старения кожи. Татьяна Коломоец, врач-дерматолог высшей категории, кандидат медицинских наук и генеральный директор компании EuroEstetGroup, сегодня рассказывает о полинуклеотидах.

Большинство моих коллег в своей практике успешно применяют проверенные временем популярные методики. Например, биоревитализация (введение препаратов на основе высокомолекулярной гиалуроновой кислоты. — Прим. ред.), биостимуляция (процедура омоложения и восстановления кожи препаратами на основе фрагментированной гиалуроновой кислоты и аминокислот. — Прим. ред.), химические пилинги, плазмолифтинг, ботулинотерапия и многие другие — все они, при правильном подходе и грамотном комплексном применении, дают отличные результаты. И среди них свое место гордо занимает еще одна методика — биорепарация, восстановление кожи препаратами на основе полинуклеотидов. Это инъекционная методика, активным компонентом которой являются биополимеры (PDRN), получаемые из молок лососевых рыб. Выбор именно этого сырья обусловлен тем, что функционально значимые показатели структуры ДНК молок рыб семейства лососевых и ДНК лейкоцитов человека очень близки.

Полинуклеотиды — биополимеры, нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро), образованные нуклеотидными звеньями, которые, в свою очередь, состоят из азотистого основания, углеводного остатка и фосфатной группы.

Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют такие важнейшие функции, как хранение, передача и реализация наследственной информации. Речь идет о всем нам известных ДНК и РНК.

Одним из механизмов старения кожи является накопление различных повреждений в структуре молекул ДНК и РНК клетки. В их молекулах начинаются так называемые «поломки», что запускает механизмы гибели клетки. И с этого момента начинается старение. Эффект полинуклеотидов в составе специальных препаратов заключается в том, что они восстанавливают имеющиеся повреждения за счет замещения сломанных нуклеотидов в составе ДНК и РНК. Их основная функция — распознавать и восстанавливать повреждения.

Когда мы говорим о механизмах работы препаратов на основе PDRN, всегда возникает первый вопрос: если действие полинуклеотидов связано с генами, то насколько это безопасно? Для волнения нет абсолютно никаких причин. Молекулы в составе препаратов для эстетической медицины ничтожно малы (50 — 20 000 пар нуклеотидов) в сравнении с несколькими миллионами пар нуклеотидов, которые формируют ген. Поэтому они не способны передавать и модифицировать генетическую информацию. В данном случае полинуклеотиды работают как своеобразный «ремонт-агент» — восстанавливают только поврежденные нуклеотиды. Таким образом, мы можем говорить о безопасности продуктов на основе PDRN.

Активно работая с этими препаратами, я отмечаю их высокую результативность в устранении большинства признаков старения кожи. После проведения курса процедур мы имеем значительное повышение упругости, эластичности и тонуса кожи, ее видимое восстановление, регенерацию поврежденных тканей, яркий лифтинговый эффект, выравнивание тона и рельефа, снижение появления пигментных пятен и воспаления. Эти эффекты возникают практически сразу после процедуры, а при комплексном подходе — сохраняются достаточно длительное время.

За счет чего мы получаем такие результаты?

Увлажнение: полинуклеотиды увеличивают производство гиалуроновой кислоты, они легко связываются с молекулами воды, а также сами обладают гидратирующими свойствами.

Повышение эластичности и упругости достигается за счет стимуляции выработки коллагена и эластина.

Антиоксидантное действие: полинуклеотиды способны адсорбировать и нейтрализовать свободные радикалы.

Восстанавливающее действие: за счет стимуляции процессов регенерации и репарации клеток кожи. Полинуклеотиды активируют рецепторы, ответственные за образование новых кровеносных сосудов, улучшают среду восстановления поврежденных тканей, что способствует естественной регенерации.

Борьба с пигментацией: за счет снижения синтеза меланина в клетках.

Среди прочих эффектов мы отмечаем также значительное иммуномодулирующее действие, поддержание гомеостаза (саморегуляции) системы кожи человека, защиту от вредного воздействия УФ-лучей.

Благодаря всем этим свойствам полинуклеотиды могут успешно применяться при коррекции таких эстетических проблем, как провисание и дряблость кожи, морщины, нежелательная пигментация. Однако основное и самое яркое их действие — антивозрастное. Используя только препараты на основе PDRN, мы одновременно решаем целый комплекс эстетических проблем.

Однако, как показывает мой опыт, не только у пациентов, но и у многих моих коллег присутствует определенная степень недоверия к этой методике. Это связано с тем, что она не настолько «раскручена» и популяризована, как, например, препараты на основе гиалуроновой кислоты. Второй причиной я бы назвала недостаточное количество информации о механизмах работы биополимеров в коже.

В своей работе я всегда опираюсь на научные факты и стремлюсь максимально глубоко понимать все те процессы, которые мы запускаем в коже. Поэтому совместно с моими коллегами с кафедры гистологии инициировали научный эксперимент с целью наглядно показать регенераторные возможности полинуклеотидов.

Если говорить кратко: мы сравнивали показатели заживления ран у подопытных животных из 2-х групп (тех, кому в рану вводили препарат на основе PDRN, и тех, у кого процесс заживления происходил естественным путем). В этом эксперименте мы использовали препарат, содержащий в своем составе только полинуклеотиды (в концентрации 20 мг/мл). В результате мы увидели, что на фоне применения полинуклеотидов кожа восстанавливалась быстрее и активнее. Мы отметили значительное ускорение образования новых коллагеновых волокон и сосудов. В связи с этим мы можем рекомендовать препараты на основе PDRN не только для коррекции возрастных изменений, но и для восстановления кожи после хирургических вмешательств (например, в пластической хирургии).

Источник