12.3.4. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты образуют самые крупные молекулы, синтезируемые живыми организмами. Они существуют в виде полимерных макромолекул, участвующих в хранении и передаче наследственной информации. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) содержит генетическую информацию о последовательнос­ти аминокислот в полипептидных цепях и определяет структуру белков; рибонуклеиновая кислота (РНК) ответственна за создание белков. В управленческой структуре на «фабрике жизни» ДНК представляет законодательную власть, а РНК — исполнитель­ную.

			Азотистое основание nh2 Pit
Фосфатная группа II НО-Р-О- ОН		1
		CH^O^I О О н н Пятиуглерод- ныи сахар

В качестве мономеров нуклеиновые кислоты содержат эле­менты аминокислот. Мономерные звенья цепи нуклеиновых кислот называются нуклеотида- ми. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: азотсодержаще­го основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и одной или нескольких фосфатных групп, соединенных ковалентными связями с пентозой, которая также ковалентно связана с од­ним из возможных азотсодер­жащих оснований (рис. 12.4). Такими основаниями являются цитонин (Ц), тимин (Т), аденин (А) и гуанин (Г). В любой моле- Рис. 12.4. Строение нуклеотида - куле ДНК образуются звенья, в мономера нуклеиновых кислот.

которых молекулы азотистых основа­ний состоят из пар Ц — ГиА — Ти образуют как бы закрученную «винто­вую лестницу со ступеньками» из пар перечисленных нуклеотйдов. Сами нуклеотиды содержат атомы кислоро­да, углерода, азота и фосфора. Пары цитонин — гуанин и аденин — тимин являются термодинамически более ста­бильными, чем другие основания, что важно для стабильности жизни. Такая структура образует знаменитую двой­ную спираль ДНК, расшифрованную американским биохимиком Дж. Уотсо- ном (р. 1928) и английским физиком Ф. Криком (р. 1916) в 1953 г. Спираль ДНК состоит из двух цепей, закручен­ных' одна вокруг другой (рис. 12.5). Рис. 12.5. Двойная спи- Расположение этих четырех типов пар раль молекулы ДНК. ^в молекуле ДНК дает указание молеку­ле РНК, как надо строить белок.

Установлено, что в живом организме эти цепи могут состо­ять из миллионов пар в ряду и свернуты в клубки, подобно белковым молекулам. Подсчитано, что число возможных вари­антов комбинаций пар огромно: из четырех звеньев количест­во вариантов составляет около 100 миллионов. Такое разнооб­разие строения молекул ДНК обеспечивает и разнообразие живых организмов. Моносахарид в виде пентозы или гексозы (6-атомный сахар) может входить в состав нуклеотида в виде (3—D-рибозы и Р—D-дезоксирибозы. Поэтому нуклеотиды, со­держащие рибозу, называются рибонуклеотидами и являются мономерными звеньями в молекуле РНК, а содержащие дез- оксирибозу, — дезоксирибонуклеотидами и образуют молеку­лы ДНК.

Пара

Нуклеотиды, полимеризуясь в молекулу нуклеиновых кислот, присоединяются друг к другу так, что фосфатная группа каждого следующего нуклеотида связана с сахаром предыдущего нукле­отида, в результате чего образуется длинная цепь, называемая сахаро-фосфатным остовом молекулы (рис. 12.6). Основания располагаются по одну сторону от этого остатка. Поскольку молекула ДНК состоит из двух цепей, ее можно сравнить также с

веревочной лестницей, где роль «вере­вок» играют сахаро-фосфатные остовы, а «перекладин» — основания, распо­ложенные перпендикулярно оси спи­рали.

Молекулы РНК бывают трех типов: матричная или информационная (мРНК), транспортная (тРНК) и рибо- сомная (рРНК). Молекула мРНК явля­ется копией (транскриптом) соот­ветствующей ДНК. Этот транскрипт служит матрицей для синтеза белка. Каждые три пары последовательных оснований мРНК (они называются ко- доном) дают один аминокислотный ос­таток. Молекулы тРНК в процессе синтеза белка переносят специфичные аминокислотные остатки к опреде­ленному участку мРНК. рРНК образует рибосому. Порядок расположения нуклеотидов в молекулах ДНК и РНК определяет порядок расположения аминокислот и их воспроизведение в первичных структурах белков. Таким обра­зом, через молекулы ДНК и РНК передается информация о на­следственных свойствах биологических структур и реализуется механизм наследственности.