Структура и физико-химические свойства нуклеиновых кислот

Молекулярная масса нуклеиновых кислот может достигать более миллиона атомных единиц. Состав нуклеиновых кислот относительно сложен. Структурной единицей нуклеиновых кислот является мононуклеотид. Из всех функций выполняемых мононуклеотидами в клетке наиболее важная заключается в том, что они служат строительными блоками, то есть предшествуют синтезу нуклеиновых кислот. Тем самым они участвует в молекулярных механизмах, с помощью которых генетическая информация хранится, реплицируется (распознавание) и транскрибируется (переписывается). Мононуклеотид представляет собой сложное соединение, состоящее из азотного основания, углевода (рибоза, дезоксирибоза) и остатка фосфорной кислоты. Нуклеотид без остатка фосфорной кислоты носит название нуклеозид. Азотные основания представляют собой соединения производных пурина и пиримидина. К пуриновым основаниям относятся аденин, гуанин. К пиримидиновым основаниям относятся цитозин, урацил, тимин.

Биохимическими доказательствами генетической функции ДНК является то, что:

1) Содержание ДНК в клетке организма строго постоянно и не зависит от условий внеклеточной среды.

2) Содержание ДНК в клетке повышается с возрастаем сложности клетки, и, следовательно, с возрастанием генетической информации в клетке.

3) ДНК, содержащаяся в вирусах бактерий (бактериофаги) и вирусах животных, имеющие лишь несколько генов, содержат очень мало ДНК.

Последовательность расположения нуклеотидов в молекуле ДНК или РНК определяет первичную структуру нуклеиновой кислоты. ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух антипараллельных полинуклеотидных цепей. Спирали правозакрученные, имеют общую ось и ориентированы в противоположных направлениях. Вторичная структура спирали возникает за счёт того, что вокруг одной нити нуклеиновой кислоты обвивается другая нить нуклеиновой кислоты, таким образом, что две нуклеотидные цепи могут быть разделены только в результате раскручивания. Пуриновые и пиримидиновые основания обращены внутрь двойной спирали и расположены стопками, причем плоскости оснований параллельны друг другу и перпендикулярны длиной оси спирали. Каждое основание первой цепи спарено с лежащим в той же плоскости основанием другой цепи. На каждый полный виток двойной спирали приходится 10 нуклеотидных пар. Одна нить ДНК по расположению азотистых оснований всегда комплементарна (дополнительна) другой. Впервые такое строение ДНК доказали два американских ученых Уотсон и Крик. За это открытие они получили нобелевскую премию. ДНК, имея двух цепочечную спиралевидную структуру, обладает большой молекулярной массой. В состав нуклеотида ДНК входит углевод – дезоксирибоза. Способность ДНК к авторепродукции и способность быть носителем наследственной информации, связана с особенностью ее строения. Порядок расположения азотистых оснований в первой цепи ДНК определят порядок в другой цепи. Именно на этом основано свойство ДНК, объясняющее ее способность к самовоспроизведению (авторепродукция). Авторепродукция молекулы ДНК происходит под действием фермента – полимеразы. При этом комплементирующие цепи молекулы ДНК раскручиваются и расходятся. Затем каждая из них начинает синтезировать новую цепь. Происходит точное воспроизведение материнской молекулы. При делении клетки удвоение молекулы ДНК происходит таким образом, что новая молекула имеет ту же структуру, что и материнская. Этим объясняется передача наследственной информации из поколения в поколение. Рибонуклеиновые кислоты имеют обычно одну нить и относительно не высокую молекулярную массу. РНК выполняет различные функции. Основная биологическая функция РНК связана преимущественно с синтезом белка, то есть с реализацией наследственной информации. Именно РНК является посредником между ДНК и строящейся клеткой белковой молекулы. Существует разновидность РНК – это тРНК (транспортная). Она содержит в цитоплазме клетки аминокислоты и переносит их к месту синтеза белка на рибосомы. Каждой аминокислоте соответствует своя транспортная РНК. Аминокислота переносится к месту синтеза белка в виде аминоациладенитатов. Существует иРНК (информационная), которая переносит информацию с ДНК к месту синтеза белка, то есть на рибосомы клетки. Существует рРНК (рибосомальная), которая непосредственно участвует в синтезе белка. Нуклеиновые кислоты часто встречаются в виде комплексов с белком. Эти комплексы могут называться нуклеопротеиды.