Нуклеінавыя кіслоты

Нуклеінавыя кіслоты (ад лац. Nucleus — ядро) — высокамалекулярныя арганічныя злучэнні, біяпалімеры (полінуклеатыды), утвораныя рэшткамі нуклеатыдаў. Нуклеінавыя кіслоты ДНК і РНК прысутнічаюць у клетках усіх жывых арганізмаў і выконваюць найважнейшыя функцыі па захоўванні, перадачы і рэалізацыі спадчыннай інфармацыі.

Гл. таксама

• Дэзаксірыбануклеінавая кіслата
• Рыбануклеінавая кіслата

Тыпы нуклеінавых кіслот

Існуюць два розных тыпу нуклеінавых кіслот — дэзаксірыбануклеінавыя кіслоты (ДНК) і рыбануклеінавыя кіслоты (РНК). ДНК уяўляе сабой генетычны матэрыял большасці арганізмаў. У пракарыятычных клетках, акрамя асноўнай храмасомнай ДНК, часта сустракаюцца нехрамасомныя ДНК — плазміды. У эўкарыятычных клетках асноўная маса ДНК размешчана ў клетачным ядры, дзе яна злучана з бялкамі ў храмасомах. Эўкарыятычныя клеткі ўтрымоўваюць ДНК таксама ў розных арганэлах (мітахондрыях, хларапластах). Што ж датычыцца РНК, то ў клетках маюцца матрычныя РНК (мРНК), рыбасомныя РНК (рРНК), транспартныя РНК (тРНК) і шэраг іншых; акрамя таго, РНК уваходзяць у склад шматлікіх вірусаў^[1].

Гісторыя вывучэння

Да сярэдзіны XIX стагоддзя было ўсталявана, што здольнасць да ўспадкоўвання прыкмет вызначаецца матэрыялам клетачнага ядра. У 1869 г. Ф. Мішэр, даследуючы хімічны склад ядраў гнойных клетак, вылучыў з іх рэчыва кіслага характару, названае ім нуклеінам. Гэта падзея расцэньваецца цяпер як адкрыццё нуклеінавых кіслот. Сам тэрмін «нуклеінавыя кіслоты» быў уведзены ў 1889 г., а ў 1891 г. нямецкі біяхімік А. Кёсэль апісаў гідроліз нуклеінавай кіслаты, і вызначыў, што яна складаецца з астаткаў цукру, фосфарнай кіслаты і чатырох гетэрацыклічных асноў, якія належаць да пурынаў і пірымідынаў. Ён жа ўпершыню паказаў на існаванне двух тыпаў нуклеінавых кіслот. Э. Чаргаф сфармуляваў правілы папарнай эквівалентнасці ўтрымання адэніну і тыміну, гуаніну і цытазіну ў ДНК.

Назапашаныя дадзеныя дазволілі сфармуляваць канцэпцыю: генетычная інфармацыя ў палімерным ланцугу ДНК заключана ў парадку чаргавання чатырох манамерных звёнаў. Вяршыняй даследаванняў будовы нуклеінавых кіслот з'явілася мадэль падвойнай спіралі ДНК, прапанаваная ў 1953 г. Дж. Уотсанам і Ф. Крыкам і якая адзначыла нараджэнне малекулярнай біялогіі.

Да пачатку 40-х гадоў былі атрыманы прамыя доказы ўдзелу нуклеінавых кіслот у перадачы генетычнай інфармацыі. У 1940 г. Дж. Бідл і Э. Тэйтам, на падставе шматлікіх эксперыментальных дадзеных па вывучэнні мутантавых штамаў хлебнай цвілі Neurospora crassa, сфармулявалі важны прынцып «адзін ген — адзін фермент». Некалькі пазней О. Эйверы, К. Маклеад і М. Макарці адназначна ўсталявалі, што перадача спадчыннай інфармацыі ад клеткі да клеткі ажыццяўляецца ДНК.

Адным з самых важных этапаў у вывучэнні функцыі нуклеінавых кіслот з'явілася расшыфроўка спосабу запісу інфармацыі ў ДНК і прынцып перадачы яе на бялковую структуру, гэта значыць фармуляванне генетычнага кода. У 1961 г. Ф. Крык і С. Бренер паказалі, што кожнай амінакіслаце ў бялку адпавядае трыплет нуклеатыдаў. Сам жа генетычны код, які складаецца з 64 кадонаў (трыплетаў нуклеатыдаў), быў расшыфраваны ў 1966 г. дзякуючы працам М. Нірэнберга, Г. Караны і С. Ачоа.

Да 1970 г. даследаванні так званай сістэмы рэстрыкцыі і мадыфікацыі, якая існуе ў пракарыятычных клетках і засцерагае ад траплення ўнутр клеткі чужароднай генетычнай інфармацыі, прывялі да вылучэння першага з ферментаў, якія здзяйсняюць рэстрыкцыю (расшчапленне). Ім апынулася эндануклеаза, якая расшчапляе ДНК па вызначанай паслядоўнасці асноў. Пасля было знойдзена каля 400 падобных ферментаў, здольных пазнаваць звыш 90 розных паслядоўнасцей у ДНК.

Такім чынам, з'явіўся метад спецыфічных расшчапленняў малекул ДНК, які склаў аснову сучаснай метадалогіі ўсталявання структуры нуклеінавых кіслот і геннай інжынерыі. Даследаванні рэстрыкцыйных эндануклеаз былі адзначаны Нобелеўскай прэміяй, прысуджанай X. Сміту, В. Арберу і Д. Натансу.

У 1972 г. П. Берг паведаміў пра злучэнне in vitro (лат. «у шкле» — у прабірцы, па-за жывым арганізмам), з дапамогай адмыслова распрацаваных прыёмаў, ДНК двух розных вірусаў: бактэрыяфага λ і SV-40. Такім чынам, быў закладзены пачатак генетычнай інжынерыі, якая неўзабаве стала выкарыстоўваць для атрымання фрагментаў ДНК рэстрыкцыйныя эндануклеазы, а для іх злучэння адкрытыя і добра ахарактарызаваныя да таго часу ферменты — ДНК-лігазы. Былі распрацаваны (Г. Боер, С. Коэн, Д. Хелінскі) сістэмы ўвядзення чужародных ДНК у розныя клеткі. Убудаванне чужой ДНК у носьбіты (вектары) ажыццяўлялася шляхам разразання іх рэстрыкцыйнымі эндануклеазамі і наступнага сшывання лігазамі.

З'явіліся магчымасці да стварэння жывых арганізмаў з зададзенымі ўласцівасцямі. Неўзабаве гэтая магчымасць рэалізавалася ў біятэхналогіі. Былі атрыманы мікробы, здольныя прадукаваць самыя разнастайныя бялкі, звычайна сінтэзаваныя эўкарыятычнымі, у тым ліку чалавечым, арганізмамі. Далейшае развіццё генетычнай інжынерыі зрабіла магчымым атрыманне раслін і жывёл з палепшанымі ўласцівасцямі^[1].

Зноскі

1. Овчинников Ю. А. Биоорганическая химия — М.: Просвещение, 1987. — 815 с.