§ 31. Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти – це високомолекулярні природні сполуки, які виконують функції збереження й відтворення генетичної інформації в організмах і беруть участь у синтезі білків.

Нуклеїнові кислоти містяться в клітинах усіх живих організмів – як у вільному стані, так і в сполученні з білками.

Будова. Молекули нуклеїнових кислот, як і білків, мають ланцюгову будову. Однак, якщо білковий ланцюг містить амінокислотні залишки, то молекула нуклеїнової кислоти побудована із залишків молекул ортофосфатної кислоти, моносахаридів і нітрогеновмісних гетероциклічних сполук.

Існують два види нуклеїнових кислот: рибонуклеїнові (скорочене позначення – РНК) і дезоксирибонуклеїнові (ДНК). їхні назви походять від назв відповідних моносахаридів.

Просторова будова молекул нуклеїнових кислот певною мірою нагадує будову білків. Молекула ДНК має первинну і вторинну структури, а РНК – лише первинну, але певні її ділянки можуть закручуватися, утворюючи вторинну або третинну структури.

Відкриття просторової будови молекули ДНК було одним з визначних досягнень науки XX ст. Його здійснили в 1953 р. американський біохімік Дж. Уотсон та англійський біофізик Ф. Крік, яким за це в 1962 р. було присуджено Нобелівську премію.

Первинна структура молекули нуклеїнової кислоти – це лінійний ланцюг, побудований з великої кількості фрагментів – нуклео-тидів. Нуклеотид складається з трьох залишків: ортофосфатної кислоти, моносахариду і нуклеїнової основи. У молекулі ДНК містяться залишки молекул 4-х гетероциклічних сполук: аденіну, цитозину, гуаніну і тиміну, в молекулі РНК – також 4-х: аденіну, цитозину, гуаніну й урацилу.

Вторинна структура молекули ДНК – подвійна спіраль, утворена двома однаковими полінуклеотидними ланцюгами, скрученими навколо спільної осі (мал. 27). Повний виток спіралі містить залишки 10 пар нуклеїнових основ. Відстань між сусідніми витками становить 3,4 нм. Гетероцикли розміщені всередині спіралі, а залишки ортофосфатної кислоти і дезоксирибози – на її зовнішній поверхні. Ланцюги утримуються один біля одного за допомогою водневих зв'язків, що існують між гетероциклами. Тимін (Т) утворює водневі зв'язки лише з аденіном (А), а цитозин (С) – тільки з гуаніном (G). Тому будь-яка ДНК містить однакову кількість залишків тиміну й аденіну, а також – цитозину і гуаніну. (Такої закономірності в будові молекули РНК немає.)

Під час ділення клітини водневі зв'язки між двома ланцюгами молекули ДНК розриваються і відбувається розділення ланцюгів. Кожний з них опиняється в новоутвореній клітині, й до нього синтезується відповідний ланцюг з нуклеотидів, тобто формується нова подвійна спіраль ( див. мал.).

Спадкова інформація, властива даному біологічному виду, «записана» у молекулі ДНК певною послідовністю гетеро циклів.

ДНК безпосередньо не беруть участі в синтезі білків у клітинах; цю функцію виконують РНК. Молекули РНК синтезуються на подвійній спіралі молекул ДНК.

Фізичні властивості. ДНК і РНК добре розчиняються у воді, а при нагріванні розчинів вони осаджуються і зазнають денатурації, втрачаючи свою біологічну активність.

Мал. Вторинна структура молекули ДНК.

Хімічні властивості. Нуклеїнові кислоти здатні до гідролізу, який відбу-вається в кислому і лужному середовищах, за наявності ферментів. Кінцевими продуктами цього перетворення є відповідні гетероциклічні сполуки, вуглеводи й ортофосфатна кислота.

ДНК і РНК завдяки залишкам ортофосфатної кислоти виявляють кислотні властивості й реагують з лугами з утворенням солей.

Під дією радіації, а також деяких хімічних сполук послідовність нуклеїнових основ у молекулі ДНК порушується; виникає мутація, яка призводить до захворювання чи загибелі організму.

229. На які два класи поділяють нуклеїнові кислоти?

230. Що таке нуклеотид? Охарактеризуйте його склад.

231. Назвіть основні структурні відмінності між молекулами ДНК і РНК.

230. Масова частка Нітрогену в певному нуклеотиді становить 5,6 %. Нуклеотид містить два атоми Нітрогену. Обчисліть масову частку Фосфору в нуклеотиді.