Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты были открыты Мишером в ядрах лейкоцитов в 1868 г. Но только в 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик предложили двухцепочечную модель строения молекулы ДНК.

В природе существуют два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).

Молекула ДНК представляет собой две спирально закрученные одна около другой цепи. Каждая цепь ДНК – полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Нуклеотид состоит из азотистогооснования, углевода (дезоксирибозы) и остатка фосфорной кислоты. Во всех нуклеотидах углевод и фосфорная кислота одинаковые. Нуклеотиды отличаются только по азотистым основаниям. В составДНК всех живых организмов входят только четыре вида нуклеотидов: адениловый, содержащий азотистое основание аденин, гуаниловый – гуанин; тимидиловый – тимин; цитидиловый – цитозин. Азотистые основания подразделяют на пуриновые (аденин, гуанин), и пиримидиновые (тимин и цитозин).

Две цепи ДНК соединяются слабыми водородными связями между азотистыми основаниями по принципу комплементарности: аденин комплементарен тимину, гуанин – цитозину. Количество содержащих тимин азотистых оснований равно числу азотистых оснований, которые содержат аденин. И, соответственно, гуанин = цитозин. Эта закономерность называется правилом Чаргаффа. Между аденином и тимином образуется 2 водородные связи, а между гуанином и цитозином – 3.

В эукариотической клетке основная масса ДНК находится в ядре клетки, где она связана с белками и образует хроматин. Собственную кольцевую ДНК имеют митохондрии и пластиды. Кольцевая молекула ДНК прокариот носит название – нуклеоид.

Самоудвоение (репликация, редупликация) ДНК происходит перед делением клетки в синтетический период интерфазы. С помощью фермента ДНК-полимеразы разрываются слабые водородные связи между двумя цепями ДНК, а затем к каждой, уже отдельной, цепочке достраиваются по принципу комплементарности нуклеотиды (А–Т, Г–Ц), при этом образуются уже две двухцепочечные молекулы ДНК. Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для построения новой комплементарной цепи. Репликация ДНК обеспечивает высочайшую точность воспроизведения генетической информации в поколениях клеток и организмов в целом. Иногда могут произойти ошибки в репликации ДНК, они приводят к генным мутациям.

Функции ДНК в клетке:

1) хранение наследственной информации, записанной в виде последовательности нуклеотидов;

2) передача наследственной информации из ядра в цитоплазму; для этого, при транскрипции, иРНК снимает копию с ДНК и переносит информацию к рибосомам – месту синтеза белка;

3) воспроизводство наследственной информации при редупликации ДНК и передача наследственной информации от материнской клетки к дочерним клеткам.

Молекула РНК – полимер, ее мономерами также являются нуклеотиды (адениловый, гуаниловый, цитидиловый и урациловый с пиримидиновым азотистым основанием урацил). В отличие от ДНК, РНК – это:

1) одноцепочечная молекула;

2) вместо углевода дезоксирибозы в РНК входит рибоза;

3) вместо азотистого основания тимин, которое содержат нуклеотиды ДНК, в РНК входит пиримидиновое основание урацил;

4) РНК состоит из меньшего количества нуклеотидов, чем ДНК.

В клетке различают три вида РНК, все они образуются в ядре клетки, а выполняют свои функции в цитоплазме:

иРНК (информационная), или мРНК (матричная) – переносит информацию о структуре белка от ДНК к рибосомам и непосредственно участвует в сборке молекулы полипептида на рибосомах. На долю иРНК приходится примерно 5% от общего содержания РНК клетки.

тРНК (транспортная) – присоединяет и переносит аминокислоты к рибосомам. Ее молекула содержит около 80 нуклеотидов. Существует около 60 различных тРНК, различающихся по последовательности нуклеотидов. Из общего количества РНК клетки на долю тРНК приходится 15%.

рРНК (рибосомальная) – входит в состав рибосом. На долю рРНК приходится около 80 % от общего количества РНК клетки. У эукариот р РНК образуется в особых структурах ядра – ядрышках.

АТФ

Важную роль в жизни клетки играют АТФ и АДФ. Они обеспечивают энергией все протекающие в организме процессы. АТФ и АДФ – это нуклеотиды, которые содержат азотистое основание аденин, пятиуглеродный сахар – рибозу и три остатка фосфорной кислоты в АТФ; и два остатка фосфорной кислоты в АДФ. Остатки фосфорной кислоты соединены между собой макроэргическими связями. В процессе гидролиза (присоединения воды) АТФ расщепляется под действием ферментов до АДФ, при этом выделяется 40 кДж энергии.

АТФ + Н₂О → АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж

Образуется АТФ в результате бескислородного и кислородного этапов энергетического обмена, путем присоединения к молекуле АДФ остатка фосфорной кислоты.

АДФ + Н₃РО₄ + 40 кДж → АТФ + Н₂О