Нуклеиновые кислоты

ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК – в рибосомах и протоплазме. Основная роль РНК – участие в биосинтезе белка.

Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают нуклеотидную последовательность в полинуклеотидной цепи. Нуклеотидные звенья связываются через фосфатную группу. Например, структура фрагмента РНК с нуклеотидной последовательностью У-А-Ц:

Вторичная структура нуклеиновых кислот – пространственная организация полинуклеотидных цепей, т.е. определенное расположение полинуклеотидной цепи в пространстве.

В 1953 г. Уотсон и Крик описали вторичную структуру ДНК в виде двойной спирали (рис. 7). Согласно этой модели молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси. Диаметр спирали 1,8-2,0 нм. Две полинуклеотидные цепи антипараллельны, т.е. направления образования фосфодиэфирных связей у них противоположны – в одной 3’→5’, в другой 5’→3’. Остатки пуриновых и пиримидиновых оснований направлены внутрь спирали. Вторичная структура стабилизируется водородными связями между нуклеиновыми основаниями двух цепей. Каждый виток спирали содержит 10 пар оснований.

Рис. 7. Вторичная структура ДНК.

Водородные связи возникают между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым – другой. Такие пары оснований называются комплементарными. В молекуле ДНК аденину комплементарен тимин, гуанину – цитозин:

Комплементарность цепей составляет химическую основу важнейшей функции ДНК – хранения и передачи наследственной информации. Сохранность нуклеотидной последовательности является залогом безошибочной передачи генетической информации. Однако нуклеотидная последовательность ДНК под действием некоторых факторов может изменяться – происходят мутации.

Наиболее распространенный вид мутаций – замена одной пары нуклеиновых оснований на другую (А-Т на Г-Ц). Мутации могут вызывать действие излучения, химические факторы. Например, мутагенным действием обладают нитриты – соли азотистой кислоты:

Под действием азотистой кислоты происходит дезаминирование остатка аденина с образованием гипоксантина, т.е. остаток аденозина превращается в остаток инозина. Гипоксантину комплементарен не тимин, а цитозин. Таким образом, под действием химического фактора произошло нарушение первичной структуры ДНК, а значит и генетической информации, заложенной в этом фрагменте ДНК.

Генетическая информация, заложенная в ДНК, передается от родительских к дочерним клеткам путем синтеза новой спирали ДНК. При делении клеток двойная спираль ДНК раскручивается с образованием двух односпиральных цепей, являющихся матрицами для синтеза двух новых спиралей, комплементарных матричным (рис. 8).

Рис. 8. Схема удвоения цепи ДНК.
Информация, заложенная в ДНК, переписывается на матричную РНК (м-РНК) – происходит транскрипция. м-РНК становится матрицей для биосинтеза белка в цитоплазме. Каждая аминокислота кодируется трехнуклеотидной последовательностью (триплетом).

Аминокислоты для биосинтеза белка доставляются с помощью транспортной РНК.