Нуклеиновые кислоты — это природные высокомолекулярные органические биополимеры, которые обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации. К ним относятся дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).
Виды нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты — фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Они были открыты в 1869 г. швейцарским биохимиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов, сперматозоидов лосося. Впоследствии нуклеиновые кислоты обнаружили во всех растительных и животных клетках, вирусах, бактериях и грибах.
В природе существует два вида нуклеиновых кислот — дезок-сирибонуклеиновые (ДНК)и рибонуклеиновые (РНК).
Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пяти-углеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК— рибозу.
ДНК находится преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99% всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах.
Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.
Нуклеотиды —сложные вещества. В состав каждого нуклеотида входит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (рибоза или дезоксирибоза) и остаток фосфорной кислоты.
Существует пять основных азотистых оснований: аденин, гуанин, урацил, тимин и цитозин. Первые два являются пуриновыми. Следующие три являются пиримидинами.
ДНК. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных, спирально закрученных относительно друг друга цепочек.
В состав нуклеотидов молекулы ДНК входят четыре вида азотистых оснований: аденин, гуанин, тимин и цитозин. В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны между собой ковалентными связями.
Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали наподобие винтовой лестницы и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи). Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называются комплементарными.
Цепи в молекуле ДНК противоположно направлены.
Впервые модель молекулы ДНК была предложена в 1953 г. американским ученым Дж. Уотсоном и англичанином Ф. Криком.
ДНК — самые крупные биологические молекулы.
Состав ДНК
ДНК — это полимер, мономерами которого являются дезоксирибонуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из трёх компонентов:
- Азотистое основание. В ДНК входят аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т).
- Дезоксирибоза — пятиуглеродный сахар (пентоза), по имени которого и получила название кислота.
- Остаток фосфорной кислоты.
Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепь за счёт фосфодиэфирных связей между дезоксирибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого.
Строение ДНК
Молекула ДНК обычно состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль. Эта структура была предложена в 1953 году американскими учёными Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком.
Особенности строения:
- Комплементарность. Азотистые основания двух цепей соединяются по принципу комплементарности: аденин (А) образует водородные связи только с тимином (Т), а гуанин (Г) — только с цитозином (Ц). Между аденином и тимином — две водородные связи, между гуанином и цитозином — три.
- Антипараллельность. Две цепи двойной спирали имеют противоположную направленность: одна нить имеет направление от 5' к 3', другая — от 3' к 5'.
- Остов цепи образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания обоих цепей располагаются в соответствии с правилом комплементарности.
В некоторых случаях (например, у некоторых вирусов) ДНК может быть одноцепочечной.
Третичная структура ДНК эукариот формируется в результате её взаимодействия с белками. Молекула линейной ДНК упаковывается в хромосомы, где белки обеспечивают суперспирализацию и компактизацию молекулы.
Свойства ДНК
- Репликация — самовоспроизведение молекулы, которое обеспечивает точное копирование генетической информации и передачу её от поколения к поколению. Происходит перед делением клетки.
- Репарация — способность к восстановлению повреждённых участков. Ферменты находят и вырезают повреждённые участки, заменяя их правильными нуклеотидами.
- Высокая реакционная способность.
- Способность к ренатурации — при определённых условиях две разделённые комплементарные цепи могут восстановить двойную спираль.
Функции ДНК
- Хранение генетической информации. В последовательности нуклеотидов закодированы «инструкции» для построения и функционирования организма.
- Передача генов. ДНК обеспечивает передачу признаков от родителей к потомству.
- Реализация информации. ДНК служит матрицей для синтеза РНК, которая, в свою очередь, участвует в синтезе белков.
- Регуляция работы генов. Специальные участки молекулы (промоторы, энхансеры) и регуляторные белки включают или выключают гены в конкретной клетке и в определённое время.
- Контроль клеточного цикла и апоптоза. ДНК регулирует деление клеток и их гибель (апоптоз).
- Эволюционная функция. Мутации в ДНК создают генетическое разнообразие, необходимое для эволюции.
- Идентификация организма. Уникальная последовательность ДНК позволяет отличать один вид или особь от другого.
ДНК — фундаментальный носитель наследственной информации, который определяет строение, внешний вид и функционирование живых организмов.
Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация обо всех белках данного организма, о том, какие белки, в какой последовательности и в каком количестве будут синтезироваться. .
Основным свойством ДНК является ее способность к репликации.
Репликация — это процесс самоудвоения молекул ДНК, происходящий под контролем ферментов. Репликация осуществляется перед каждым делением ядра.
Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи (поэтому процесс удвоения молекул ДНК относится к реакциям матричного синтеза). В результате получается две молекулы ДНК, у каждой из которых ' одна цепь остается от родительской молекулы (половина), а другая — вновь синтезированная.
Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской клетки к дочерним, что и происходит при делении соматических клеток.
11. Нуклеиновые кислоты. ДНК; состав, строение. свойства, функции. 