Нуклеиновые кислоты. 4

Нуклеїнові  кислоти

 

БУДОВА  І ВЛАСТИВОСТІ НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

Нуклеїнові кислоти  відіграють головну роль в передачі спадкових ознак (генетичній інформації) і управлінні процесом біосинтезу білка.

Історія їх вивчення починається з виділення швейцарським хіміком Ф. Мішером (1869) з ядер клітин лейкоцитів речовини кислотного характеру у вигляді комплексу із білками, названого їм нуклеїном (від лат. nucleus — ядро). Термін «нуклеїнові кислоти» запропонований А. Коселем в 1889 р. До кінця 19 століття нуклеїнові кислоти були отримані Р. Альтманом (1899) у вільному від білка стані з тваринних тканин і дріжджів, а в 1936 р. А.Н. Белозерським із співр. — з рослинного матеріалу.

Нуклеїнові  кислоти є складними високомолекулярними сполуками з молекулярною масою яка змінюється в межах від 25 тис. до 120 млн., полімерні ланцюги яких побудовані з мономерних одиниць — нуклеотидів (у зв'язку з чим нуклеїнові кислоти називають полінуклеотидами).

Нуклеїнові кислоти діляться на рибонуклеїнові, що містять D-рибозу (РНК), і дезоксирибонуклеїнові, що містять 2-дезокси-D-рибозу (ДНК).

Особливо характерний  для нуклеїнових кислот вміст  Р (8—10%) і N (15—16%). Нуклеїнові кислоти  також містять С, Н і О. Крім того, у складі ДНК відкритий кремній в кількості 0,26-0,31%, тому припускають, що він в нуклеїнових кислотах є ізоформним до фосфору і здатний включатися в полінуклеотидну послідовність.

 

Структурні  елементи нуклеотидів

Серед структурних  елементів нуклеїнових кислот знайдені:

• піримідинові основи
• пуринові основи
• вуглеводи
• фосфорна кислота.

 

Азотисті основи.

Азотистими основами називають гетероциклічні сполуки піримідинового і пуринового рядів, що входять до складу нуклеїнових кислот. В якості замісників в гетероциклічному ядрі вони містять:

• або оксогрупу (урацил, тимін),
• або аміногрупу (аденін),
• або одночасно обидві ці групи (цитозин, гуанін).

 

Нуклеїнові кислоти  містять по дві пуринові і по дві  піримідинові основи; відмінність тільки в піримідинових основах: у ДНК  міститься тимін, а в РНК - урацил.

• до складу ДНК входять: аденін, тимін, гуанін, цитозин.
• до складу РНК входять: аденін, урацил, гуанін, цитозин.

Основу структури пуринових  і піримідинових основ складають  дві ароматичні гетероциклічні сполуки - піримідин і пурин:

 

 

 

 

 

 

 

Молекула пурину складається  з двох конденсованих кілець: піримідину і імідазолу.

У складі нуклеїнових кислот зустрічаються  три головні піримідинові основи: цитозін, урацил і тимін.

 

 

 

 

 

 

 

Дві пурінові основи нуклеїнових кислот, що постійно зустрічаються в гідролізаті, мають наступну будову:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Однією з важливих властивостей вільних азотистих основ (що містять оксигрупи) є можливість їх існування в двох таутомерних формах, зокрема енольній (лактимній) і кетонній (лактамній) формах, залежно від значення рН середовища: при рН 7,0 вони представлені в лактамній формі, при зниженні величини рН - в лактимній формі. Таутомерні перетворення можна представити на прикладі урацилу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

У складі природних нуклеїнових кислот все  оксипохідні пуринів (крім аденіну) і піримідинів знаходяться в  кетонній (лактамній) формі.

 

Крім головних піримідинових основ, у складі нуклеїнових кислот відкриті мінорні піримідинові основи, 5-метил- і 5-оксиметилцитозин, дигідроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротова кислота, 5-карбоксиурацил, 4-тіоурацил та ін. Тільки для трнк список мінорних основ наближається до 50. На долю мінорних основ приходиться до 10% всіх нуклеотідов трнк, що має важливе фізіологічне значення (захист молекули РНК від дії гідролітичних ферментів – рибонуклеаз).

 

 

 

 

 

 

 

 

До мінорних нуклеотидів пуринового ряду, таких, що є у складі ДНК і РНК, відносять N⁶-метиладенін, N²-метилгуанін, ксантин, гіпоксантин, 7-метилгуанін та ін.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вуглеводи.

Вуглеводна складова нуклеїнових кислот представлена двома  моносахаридами правого ряду: D-рибозою і 2-дезокси-D-рибозою.

У складі нуклеїнових кислот обидва моносахариди знаходяться в β-D-рибофуранозній формі:

 

 

 

 

 

 

 

Недавно з'ясовано, що рибоза і дезоксирибоза не є  єдиними вуглеводами, що входять  до складу нуклеїнових кислот: у  ряді фагових ДНК і ДНК деяких видів ракових клітин знайдена глюкоза, яка з'єднується глікозидним зв'язком з 5-оксиметилцитозином.

 

Нуклеозиди.

Нуклеозидами є N- або С-глікозидні похідні піримідинових або пуринових основ, складаються лише з залишків азотистої основи та пентози.

D-рибоза і  2-дезокси-D-рибоза до складу природних  нуклеозидів входять у фуранозній формі (атоми вуглецю в них нумерують цифрою зі штрихом). Природні нуклеозиди завжди є β-аномерами.

Залежно від  природи вуглеводного залишку розрізняють  рибонуклеозиди і дезоксирибонуклеозиди. Назви нуклеозидів будуються як для глікозидів, наприклад β-аденінрибофуранозид і тому подібне. Проте частіше використовують назви, що утворюються від тривіальної назви відповідної азотистої основи з суфіксами -идин у піримідинових і -озин у пуринових нуклеозидах.

Цитозин + Рибоза –> Цитидин

Цитозин + Дезоксирибоза  –> Дезоксицитидин

Аденін + Рибоза –> Аденозин

Аденін + Дезоксирибоза  –> Дезоксиаденозин

Виключенням є  назва тимідин (а не дезокситимідин), що використовується для дезоксирибозиду тиміну, що входить до складу ДНК. У тих окремих випадках, коли тимін зустрічається в РНК, відповідний нуклеозид називається риботимідином.

N-глікозидний зв'язок в нуклеозидах здійснюється між аномерним атомом вуглецю С-1 рибози (або дезоксирибози) і атомом азоту N-1 піримідинової і N-9 пуринової основи.

Будучи N-глікозидами, нуклеозиди стійкі до гідролізу в слаболужному середовищі, але розщеплюються на азотисті основи та пентози під час кислотного гідролізу лише при нагріванні. Пуринові нуклеозиди гідролізуються легко, піримідинові важче.

 

Нуклеотиди.

Нуклеотидами  називаються фосфати нуклеозидів. Фосфорна кислота зазвичай етерифікує спиртовий гідроксил при п’ятому (С-5') або третьому (С-3') атомі вуглецю у залишку рибози (рибонуклеотиди) або дезоксирибози (дезоксирибонуклеотиди).

Для з’єднанні  трьох компонентів в молекулі нуклеотиду використовуються складноефірний і N-глікозидний зв'язки. Нуклеотиди можна розглядати, з одного боку, як ефіри нуклеозидів (фосфати), з іншої — як кислоти (у зв'язку з наявністю залишку фосфорної кислоти).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для нуклеотидів  використовують два види назв (таблиця. 13.1). Одна включає найменування нуклеозиду з вказанням положення в ньому  фосфатного залишку (наприклад, аденозин-3'-фосфат, уридин-5'-фосфат), інша будується з додаванням суфікса -ова кислота до назви залишку піримідинової (наприклад, 5'-уридилова кислота) або пуринової (наприклад, 3'-аденілова кислота) основ. Наявність дезоксирибози наголошується приставкою «дезокси».

 

Таблиця 13.1. Найважливіші нуклеотиди, що входять до складу нуклеїнових кислот

 

Назва нуклеотидів		Скорочені назви
як фосфатів	як кислот
Аденозин-5'-фосфат	5'-Аденілова кислота	AMФ
Гуанозин-5'-фосфат	5'-Гуанілова кислота	ГMФ
Цитидин-5'-фосфат	5'-Цитидилова  кислота	ЦМФ
Уридин-5'-фосфат	5'-Уридилова  кислота	УMФ
Дезоксиаденозин-5'-фосфат	5'-Дезоксиаденілова кислота	дAMФ
Дезоксигуанозин-5'-фосфат	5'-Дезоксигуанілова кислота	дГMФ
Дезоксицитидин-5'-фосфат	5'-Дезоксицитидилова кислота	дЦMФ
Тимідин-5'-фосфат	5'-Тимідилова  кислота	дTMФ

 

Залежно від кількості  залишків фосфорної кислоти, що приєднуються до нуклеозиду бувають моно-, ди- та трифосфати.

Нуклеозиди можна виділити з нуклеїнових кислот після їх хімічного або ферментативного  гідролізу. РНК при кип’ятінні з  водним піридином, розбавленим розчином аміаку, розщеплюються до рибонуклеозидів. З ДНК при ферментативному гідролізі (фосфодіестераза та фосфомоноестераза зміїної отрути) утворюються дезоксирибонуклеозиди.

При кислотному гідролізі  нуклеозиди розщеплюються до гетероциклічної основи та пентози.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Склад, властивості та види нуклеїнових кислот.

 

Існує два типи нуклеїнових кислот, що відрізняються  за складом, будовою і функціями. Відповідно до характеру вуглеводного компоненту одна з них називається дезоксирибонуклеїновою кислотою (ДНК), інша — рибонуклеїновою кислотою (РНК).

ДНК і РНК  відрізняються також і за якісним  складом піримідинових основ: для  першої характерна наявність тиміну, для другої — урацилу. Особливо значні відмінності у мінорних пуринових і піримідинових основах ДНК і РНК: остання містить набагато багатший (більше 50) їх набір.

Склад, властивості  та види ДНК

В організмі ДНК у  першу чергу виконує функцію  носія генетичної інформації. ДНК переважно зосереджена в ядрі, а в мітохондріях і хлоропластах міститься тільки невеликий відсоток клітинної ДНК. В клітинах ДНК упаковано у вигляді компактних структур – хромосом.

ДНК має велику молекулярну  масу – від 1 × 10⁶ до 10…100 × 10⁹. Молекулярні маси вірусних і фагових ДНК вимірюються десятками і сотнями мільйонів дальтон. Молекулярна маса ДНК еукаріот значно вища. Про це свідчить молекулярна маса ДНК, виділеної з найбільшої хромосоми плодової мушки, — дрозофіли. Вся ДНК хромосоми представлена однією молекулою з Мr=40×10⁹.

Вміст ДНК в  клітинах організму певного виду відрізняється незвичайною постійністю, тоді як міжвидові відмінності за цим показником досить великі.

Кількість ДНК в клітині вимірюється  пікограмами (10^–12 г), змінюється від 0,01 пг у кишкової палички до декількох пікограмів в гаплоїдних клітинах вищих організмів.

Розчини ДНК мають  високу в’язкість, високу оптичну активність (обертають площину поляризації  світла).

ДНК здатна до денатурації, яка полягає у розриві водневих і вандерваальсових зв’язків, в  деспіралізації та розходженні полінуклеотидних ланцюгів. Денатурацію викликають кислоти, луги, спирти, висока температура.

Завдяки наявності великої  кількості залишків фосфорної кислоти  нуклеїнові кислоти мають яскраво  виражену кислотність: легко взаємодіють  з іонами металів (кальцій, магній) та з лужними білками (гістонами).

Залежно від місця локалізації ДНК  в клітині розрізняють:

• ядерну ДНК,
• мітохондріальну ДНК,
• хлоропластну ДНК,
• центріольну ДНК,
• епісомальну ДНК.

 

Склад, властивості  та види РНК

Якщо, ДНК міститься в основному в ядрах клітин, то РНК переважно знаходяться в рибосомах, а також протоплазмі клітин. Основна роль РНК полягає в безпосередній участі в біосинтезі білка.

Відомо три види клітинних  РНК: транспортна (тРНК), матрична (мРНК) і рибосомна (рРНК). Вони розрізняються  за місцем розташування в клітині, складом  і розмірами, а також функціями.

На відміну  від ДНК, молекули РНК відрізняються за вмістом у клітині, будовою, складом, функціями і локалізацією. Вміст її в різних клітинах залежить від умов існування клітин (в клітині, що швидко росте, де інтенсивно іде синтез білка, РНК більше). На долю РНК приходиться 5 - 10 % від загальної маси клітини. Основна маса РНК міститься у цитоплазмі (90 %), решта – в ядрі та інших органелах клітини.

Що стосується вмісту і локалізації РНК в  клітках, то воно не відрізняється ні одноманітністю, ні стабільністю:

• у клітинах, де йде інтенсивний біосинтез білків, вміст РНК у декілька разів перевищує вміст ДНК (наприклад, в печінці щура РНК в 4 рази більше, ніж ДНК)
• там, де синтез білка невеликий, співвідношення ДНК і РНК може бути зворотним (наприклад, в легенях щура РНК в 2 рази менше, ніж ДНК).

За функціональним значенням і молекулярною масою, так само як і за локалізацією в  клітині, РНК ділять на наступні види:

 

1. Інформаційні, або матричні, РНК (мРНК) мають молекулярні маси, що змінюються в широких межах (від 300 тис. до 4 млн.). Складає 2…6 % від загальної кількості РНК.

Виникаючи у формі високомолекулярних попередників в ядрі клітини або  на ДНК інших субклітинних часток, мРНК (у вигляді рибонуклеопротеїнів) переміщаються до рибосом; у складі останніх вони виконують матричну функцію в процесі збірки поліпептидних ланцюгів, тобто зчитує інформацію з ДНК і переносить її у рибосоми, де відбувається синтез білка.

Довжина ланцюга м-РНК залежить від довжини поліпептидного ланцюга білка, що синтезується, наприклад для поліпептиду, з 100 залишків амінокислот потрібно 300 нуклеотидів.

2. Транспортні РНК (тРНК) відрізняються порівняно невисокою молекулярною масою – 17000—35000 (75-90 нуклеотидів). На частку транспортних РНК (тРНК) припадає близко 15 % клітинної РНК.

Виконують функцію кодування і перенесення активованих амінокислот в рибосомальний апарат клітини в процесі біосинтезу білків. Кожній амінокислоті відповідає специфічна тРНК.

До складу тРНК, крім аденілової, гуанілової, цитидилової і уридилової кислот, у незначних кількостях входять  мінорні нуклеотиди (до 10%). Наявність мінорних основ робить молекулу РНК стійкою до дії нуклеаз (ферментів, що руйнують складно-ефірний зв’язок між нуклеотидами).

Всі молекули тРНК можна зобразити у вигляді  двовимірного «листка конюшини», де значна кількість основ парні.

Транспортна РНК має акцепторне стебло – найдовшу спіралізовану структуру в молекулі РНК, до якого приєднується відповідна амінокислота.

Нуклеотидні ланцюги, які не беруть участі в утворенні  водневих зв'язків, утворюють п'ять  характерних структурних елементів (петлеподібні структури, які не мають спарених нуклеотидів):

1) 3’-кінець, що складається з чотирьох залишків, три останніх з яких у більшості випадків є ЦЦА. Карбоксильна група відповідної амінокислоти зв'язується 3’-гідроксидною групою кінцевого аденозинового залишку за допомогою аміноацил-тРНК-синтетази;

2) ТYС-петля складається а семи нуклеотидних залишків, послідовність яких завжди 5’-ТYЦЦ-3’;

3) сильно варіююча (за розміром і складом) додаткова петля;

4) антикодонова петля, що містить сім залишків, включаючи комплементарну кодону послідовність, містить триплет нуклеотидів (антикодон), який є комплементарним кодону мРНК;

5) D-петля, що складається з 8–12 залишків, декілька з яких – дигідроуридинові.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ділянки тРНК, які  не беруть участі у зв'язуванні амінокислоти і у виконанні кодуючої функції, використовуються для зв'язування тРНК з:

• рибосомою (ТYС-петля),
• специфічною аміноацил-тРНК-синтетазою (D-петля).

Модифіковані  основи, які не беруть участі в утворенні  водневих зв'язків, відіграють деяку  роль у створенні необхідної конформації  тРНК.

 

3. Рибосомальні РНК (рРНК) характеризуються в основному великими молекулярними массами:

• 1,1×10⁶ — 1,7×10⁶ – в РНК 50—60S субчастин рибосом,
• 550 тис. — 700тис. – в РНК 30—40S субчастин рибосом,
• ~ 50 тис. в РНК 5,8S субчастин рибосом,
• 40 тис. – в РНК 5S субчастин рибосом;

локалізовані  в рибосомах, є їх структурною основою і виконують в них різні функції.

Близько 80 % всієї РНК клітин припадає на рибосомну РНК. У складі рибосом рРНК знаходиться у комплексі з білками.

 

4. Вірусні  РНК відрізняються різноманітними і високими молекулярними масами, що знаходяться в основному в межах декількох мільйонів дальтон. Вони є складовими частинами вірусних і фагових рибонуклеопротеїнів, несуть всю інформацію, необхідну для розмноження вірусу в клітинах господаря.

 

 

 

СТРУКТУРА НУКЛЕЇНОВИХ  КИСЛОТ

 

Первинна  структура нуклеїнових кислот.

Характерні для  кожного виду нуклеїнових кислот мононуклеотиди, об'єднуючись в кількості  декількох сотень, а інколи і тисяч  в єдину молекулу, утворюють величезні полінуклеотидні ланцюги.

Таким чином, за своєю хімічною будовою нуклеїнові кислоти є полірибонуклеотидами (РНК) і полідезоксирибонуклеотидами (ДНК).

Оскільки молекулярна  маса нуклеїнових кислот коливається  в широких межах, встановити первинну структуру всіх відомих РНК і  особливо ДНК вельми складно.

Проте у всіх полінуклеотидних ланцюгах нуклеотидні залишки зв'язуються через фосфатну групу. Фосфатна група утворює два складноефирних зв'язки: 3-м вуглецевим атомом (С-3') рибози (або дезоксирибози) попереднього нуклеотидного залишку і з 5-м вуглецевим атомом (С-5') рибози (або дезоксирибози) наступного, утворюючи таким чином 3',5'-фосфодіефірний зв'язок:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Первинна структура нуклеїнових кислот визначається послідовністю (порядком чергування) мононуклеотидів, зв'язаних 3',5'-фосфодіефірним зв'язком в полінуклеотидний ланцюг.

Якщо уявно завершити  структуру зображених вище фрагментів ДНК і РНК кінцевими нуклеотидами, то при 5'-вуглецевому атомі залишку  дезоксирибози у випадку ДНК (або  рибози у випадку РНК) виявиться  залишок фосфорної кислоти, а  на протилежному кінці ланцюга біля 3'-вуглецевого атому залишку дезоксирибози (або рибози) — гідроксильна група.

Ці нуклеотидні  залишки утворюють 5'- і 3'-кінці молекул  ДНК і РНК. Перший, тобто 5'-кінцевий (з вільною 5'-ОН-групою), нуклеотид прийнято вважати початком молекули нуклеїнової кислоти, а другий, тобто 3'-кінцевий (з вільною 3'-ОН-групою), нуклеотид — її кінцем.

Залежно від  молекулярної маси нуклеїнової кислоти  коефіцієнт поліконденсації, тобто  число нуклеотидних ланок, зв'язаних в єдиний полінуклеотидний ланцюг, варіює в широких межах. Якщо прийняти середню молекулярну масу нуклеотидного залишку рівною 330, то для молекул ДНК коефіцієнт поліконденсації виразиться десятками і сотнями тисяч ланок, а для РНК — всього лише десятками, сотнями і в деяких випадках — тисячами ланок.

Назва полінуклеотиду утворюється з назв нуклеозидів із зазначенням типу зв’язку. Назву полінуклеотиду найчастіше починають з 5’-кінця. Приклад назви тринуклеотидів, що містять рибозу (R – ОН) або дезоксирибозу (R – Н) наведено нижче:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Встановлення  нуклеотидного складу, як правило, здійснюють шляхом дослідження продуктів гідролітичного розщеплення нуклеїнових кислот.

ДНК і РНК  розрізняються поведінкою в умовах лужного і кислотного гідролізу. ДНК стійка до гідролізу в лужному середовищі. РНК легко гидролизуются в м'яких умовах в лужному середовищі до нуклеотидів, які у свою чергу здатні в лужному середовищі відщеплювати залишок фосфорної кислоти з утворенням нуклеозидів. Нуклеозиди в кислому середовищі гидролизуются до гетероциклічних основ і вуглеводів.

Хімічний гідроліз ДНК майже не використовують із-за ускладнення його побічними процесами. Застосовують ферментативний гідроліз під дією нуклеаз. Такі ферменти проявляють специфічність по відношенню до різних типів нуклеїнових кислот.

 

 

 

Вторинна структура нуклеїнових кислот

 

Вторинна  структура ДНК.

Під вторинною  структурою розуміють просторову організацію  полінуклеотидного ланцюга. У 1953 р. Дж. Уотсон і Ф. Крік описали вторинну структуру ДНК у вигляді подвійної спіралі (рис. 67, Б). Вона характерна для більшості молекул ДНК (в даний час відомі і інші просторові форми ДНК), лише ДНК деяких фагів одноланцюгові.

Згідно моделі Уотсона-Крика молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, правозакручених навколо загальної осі з утворенням подвійної спіралі, що має діаметр 1,8 … 2,0 нм.

Два полінуклеотидні ланцюги антипаралельні один до одного, тобто напрями утворення фосфодиефірних зв'язків в них протилежні: у одному ланцюзі 5'–>3', в іншому — 3'–>5'.

Пуринові і  піримідинові основи направлені всередину  спіралі. Між пуриновою основою  одного ланцюга і піримідиновою  основою іншого ланцюга виникають  водневі зв'язки. Ці основи утворюють комплементарні пари.

Водневі зв'язки утворюються між аміногрупою однієї основи і карбонільної групою іншої >NH^...O=C<, а також між амідним і імідним атомами азоту >NH...N .

Наприклад, між аденіном і тиміном утворюються два водневі зв'язки і ці гетероциклічні основи складають комплементарну пару. Це означає, що аденіну в одному ланцюзі відповідатиме тимін в іншому ланцюзі. Іншу пару комплементарних основ складають гуанін і цитозин, між якими виникають три водневі зв'язки (рис. 66).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Водневі зв'язки між  комплементарними основами — один з видів взаємодій, що стабілізують подвійну спіраль. Два ланцюги ДНК, створюючи подвійну спіраль, не ідентичні, але комплементарні між собою. Це означає, що первинна структура, тобто, нуклеотидна послідовність, одного ланцюга зумовлює первинну структуру другого ланцюга.

 

 

Правила Чаргафа.

Аналіз нуклеотидного  складу ДНК і РНК (співвідношень  пуринових і пиримидинових основ) дозволив Е. Чаргафу у 1950 р. сформулювати ряд правил:

1. В ДНК молярна сума Г і А (пуринові основи) дорівнює молярній сумі Ц і Т (піримідинові основи). Ця закономірність не властива РНК, де відношення пуринових і піримідинових основ змінюється в широких межах.

А + Г = Ц + Т або

2. У молекулах ДНК число залишків А завжди дорівнює числу залишків Т. В такому ж відношенні знаходяться Г і Ц. У молекулах РНК цього немає, хоча у багатьох випадках молярні співвідношення основ близькі (тут мається на увазі, що Т і У в молекулах ДНК і РНК рівноцінні).

А = Т та Г = Ц, відповідно

; .

3. Відношення суми молярних концентрацій Г і Ц до суми молярних концентрацій А і Т в ДНК і А і У в РНК в обох видів нуклеїнових кислот сильно варіює. Особливо широкі кордони мінливості цього показника в ДНК.

4. Кількість основ, що містять аміногрупу в положеннях 4 піримідинового та 6 пуринового ядер, дорівнює кількості основ, що містять у цих же положеннях оксогрупу. Це означає, що кількість аденіну та цитозину рівна кількості гуаніну та тиміну:

А + Ц = Г + Т або

Правила Чаргаффа на РНК не поширюються, оскільки РНК  містить велику кількість мінорних основ.

 

Дві перші  закономірності в будові ДНК і РНК пов'язують з особливостями їх вторинної структури. У створенні вторинної структури полінуклеотидного ланцюга виняткове значення мають водневі зв'язки, що виникають між парами основ: А і Т (у РНК — А і В) і Г і Ц (у обох видах нуклеїнових кислот). Основи, створюючи пари, в яких вони поєднуються водневими зв'язками, називаються комплементарними.

Характер водневих зв'язків між комплементарними основами показаний на рис. 66. З одного боку, водневі зв'язки замикаються між  аміногрупами і кетогрупами, що займають певне положення в молекулах  пуринових і піримідинових основ.

У цьому і  полягає комплементарність, тобто доповнюваність в хімічній будові пуринових і піримідинових основ: там, де у пуринової основи розташована аміногрупа, у піримідинової знаходиться кетогрупа, і навпаки.

З іншого боку, водневі  зв'язки утворюються за рахунок взаємодії  за атомами N і NH-групам, де вони також доповнюють один одного.

Саме тому в  ДНК число молей А дорівнює числу молей Т, а число молей  Г дорівнює числу молей Ц. Природно, що сумарний вміст пуринів і піримідинів  однаковий.

Третя закономірність в співвідношенні пуринових і піримідинових основ пов'язана із специфічністю ДНК і РНК. Тому відношення Г+Ц / А+Т(У) називається коефіцієнтом специфічності нуклеїнових кислот.

Встановлено, що ДНК має чітко виражену видову специфічність. Особливо різкі видові відмінності характерні для ДНК. виділених з мікроорганізмів. В РНК видова специфічність відношенням виражена слабкіше.

Загалом, коефіцієнт специфічності в ДНК варіює:

• від 0,45 до 2,57 у мікроорганізмів,
• від 0,58 до 0,94 у вищих рослин,
• від 0,54 до 0,81 у тварин.

У тотальної РНК коефіцієнт специфічності, як правило, вище за одиницю.