ДНК и РНКНуклеиновые (лат. nucleus ядро) кислоты были открыты в 1868 г. швейцарским биохимиком Ф. Мишером при исследовании ядер лейкоцитов человека. Их биологическое значение огромно. В нуклеиновых кислотах хранится наследственная информация всего организма. Они необходимы как для поддержания жизни существ, так и для ее воспроизведения. Существуют два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибо-нуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК).

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК); Основное количество ДНК хранится в клеточных ядрах. Митохондрии и хлоропласты содержат небольшие кольцевые молекулы ДНК, несущие информацию о строении этих органоидов. Пространственная структура ДНК была выявлена в 1953 г. английским физиком Ф. Криком и американским биологом Дж. Уотсоном, работавшими в области молекулярной биологии.

ДНК состоит из двух параллельных молекулярных нитей, скрученных в двойную правую спираль. Ширина спирали всего 2 нм при длине более 100 000 нм. Соединяясь со специальными белками — гистонами, двойная спираль ДНК навивается на гистон, образуя сложную пространственную структуру – суперспираль. Молекула ДНК при этом укорачивается, утолщается и становится хорошо различимой в световой микроскоп. Эту суперспираль, упакованную сложным образом, и называют хромосомой. Упаковка ДНК в ядре очень плотная, 46 хромосом человека общей длиной ДНК 1,8 м (6x109 пар нуклеотидов) содержатся в ядре диаметром 6х10-6 м.

Каждая нить ДНК – полимер, мономером которого являются нуклеотиды. Полимерная цепочка может содержать до 100 млн. нуклеотидов. В состав нуклеотида входит одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц) или гуанин (Г), а также моносахарид
дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. Четыре вида нуклеотидов различаются только азотистыми основаниями.
В полинуклеотидной цепи ДНК молекулы дезоксирибозы связаны прочными ковалентными связями с остатками фосфорной кислоты соседних нуклеотидов. Две нити ДНК связываются друг с другом посредством водородных связей между азотистыми основаниями. В соответствии со строением молекул азотистых оснований наблюдается следующая закономерность: А связывается только с Т, а Г – только с Ц. Такой порядок соединения энергетически выгоден, поскольку обеспечивает наибольшее количество водородных связей и параллельность нитей ДНК (поскольку направления считывания противоположны, нити называют антипараллельными). Нуклеотиды как бы дополняют друг друга, образуя так называемые комплементарные пары А-Т и Г-Ц (<лат. complementum средство пополнения).

Если известен порядок следования нуклеотидов в одной нити ДНК, то по принципу комплементарности можно установить порядок нуклеотидов в другой нити. На каждый виток спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Комплементарность цепочек ДНК позволяет молекуле удваиваться (реплицироваться) в две абсолютно идентичные дочерние молекулы.

Фермент ДНК-полимераза легко разрушает слабые водородные связи между витками спирали ДНК и, раскручивая молекулу, удваивает ее по принципу комплементарности. Над репликацией каждой ДНК работает сразу несколько полимераз. В спирали ДНК миллионы витков, для разъединения дочерних макромолекул специальные ферменты «разрезают» ДНК на фрагменты и после раскручивания снова «сшивают».

Установив структуру ДНК, Ф. Крик и Дж. Уотсон предположили, что наследственная информация закодирована последовательностью нуклеотидов, в которой каждому гену соответствует своя нуклеотидная цепочка. Особенности строения ДНК озадачивали многих ученых. Один из открывателей двойной спирали ДНК нобелевский лауреат Ф. Крик заявил, что «нет никакой вероятности самопроизвольного возникновения жизни из химических элементов Земли». Чудесные свойства ДНК побуждают нас задуматься о Творце.

Рибонуклеиновая кислота (РНК). Молекулы РНК большинства организмов представляют собой одиночную нить нуклеотидов, схожую по строению с отдельной нитью ДНК. Только вместо дезоксирибозы РНК включает другой моносахарид – рибозу (отсюда и название), а вместо тимина – урацил.

Репликация (удвоение) ДНК происходит по принципу комплементарности. Процесс удвоения составляет молекулярную основу Размножения всех организмов
Некоторые вирусы (реовирусы) для хранения информации используют двухцепочечную РНК, устроенную подобно ДНК. В этих вирусах РНК выполняет функции хромосом. Наследственную информацию, хранящуюся в ДНК, реализуют именно РНК. Их молекулы синтезируются на соответствующих участках одной из нитей ДНК по принципу комплементарности. РНК переносят информацию о строении белков от хромосом к месту синтеза и непосредственно участвуют в сборке белков.

Общая масса РНК в клетках превышает количество ДНК и варьируется в зависимости от стадии жизненного цикла клетки. Заметно большее количество РНК содержат клетки, интенсивно синтезирующие белки. Различают три типа РНК:

Информационные РНК (иРНК) содержат информацию о первичной структуре синтезируемых клеткой белков и переносят ее из ядра в цитоплазму к рибосомам, синтезирующим белки из аминокислот. Поскольку иРНК служат матрицей для синтеза белков, их еще называют матричными. Это самые большие РНК, они могут включать до 30 тыс. нуклеотидов.

Рибосомальные РНК (рРНК) определяют устройство и функционирование рибосом. Эти РНК не слишком велики, они содержат 3-5 тыс. нуклеотидов, но их очень много: рРНК составляют существенную часть рибосомы. На их долю приходится 90% общего количества РНК.

Транспортные РНК (тРНК) самые маленькие, в их состав входит всего около 80 нуклеотидов. Основная часть тРНК находится в цитоплазме, где они и выполняют свою функцию: связывать и доставлять аминокислоты к рибосомам в процессе синтеза белков.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+