2.2. Структура нуклеїнових кислот

Матеріальними носіями спадковості як у прокаріотів, так і в еукаріотів є нуклеїнові кислоти. Ще в 1872р. Ф.Мішер повідомив, що виявив у ядрах клітин речовину яка має кислотні властивості, і яку він назвав нуклеїном (nucleus-ядро). Виходячи з даних, накопичених на той час про цю речовину Р.Альтман у 1889р. запропонував її назвати нуклеїновою кислотою. Подальшими дослідженнями було з’ясовано, що нуклеїнова кислота як правило міститься в ядрах клітин усіх видів організмів.

Нуклеїнова кислота-біологічний полімер, що забезпечує збереження та передачу спадкової інформації.

Існує два типи нуклеїнових кислот-дезоксирибонуклеїнова кислота (ДНК) і рибонуклеїнова кислота (РНК). ДНК міститься майже виключно в ядрі, а РНК-і в ядрі, і в цитоплазмі.

ДНК. Хімічна організація ДНК дуже своєрідна, вона не схожа на жодну відому в хімії сполуку. Кожна молекула ДНК є полімер, а його мономерами-нуклеотиди, які складаються з трьох елементів: 1) азотистої основи; 2) пентозного цукру; 3) залишку фосфорної кислоти.

Нуклеотиди різняться тільки за структурою першого компонента, тобто за азотистою основою. Азотисті основи-гетероциклічні сполуки, їх кільця складаються з атомів вуглецю і азоту (рис.2.4). До складу нуклеїнових кислот входять два типи азотистих основ: пурини (загальноприйняте позначення R)-аденін (A) і гуанін (Г); піримідини (Y )-тимін (Т) і цитозин (Ц). Загальне позначення всіх основ-N.

Розшифрування структури молекули ДНК було виконано американським вірусологом Дж. Уотсоном та англійським фізіком Ф.Кріком (1953р.), що допомогло їм створити молекулярну модель цього складного полімеру та виявити деякі закономірності:

1)ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених в правий бік і навколо загальної осі в подвійну спіраль;

2)на кожний крок подвійної спіралі припадає 10 азотистих основ, а сам крок становить 0,34 нм. Фосфатні групи знаходяться зовні спіралі, а основи-всередині;

3) ланцюги ДНК утворені послідовністю нуклеотидів, з'єднаних фосфодіефірними зв'язками і об'єднують між собою 2 дезоксирибози;

4)азотисті основи протилежних ланцюгів утворюють водневі зв'язки за принципом комплементарності: аденін завжди зв'язується з тиміном (двома водневими зв'язками), а гуанін-з цитозином (трьома водневими зв'язками), тобто утворюються комплементарні пари А-Т і Г-Ц. Комплементарність-відповідність основ у протилежних ланцюгах ДНК;

5) ланцюги молекули ДНК є антипаралельні. Фосфодіефірні зв'язки в одному з ланцюгів спрямовані від атома вуглецю в 5'- положенні у дезоксирибозі одного нуклеотиду до атома вуглецю в 3'-положенні іншого нуклеотиду. В комплементарному ланцюгу ці зв'язки спрямовані від 3'-до 5'-вуглецю (рис.2.5).

Слід відмітити, що у окремих бактеріофагів ДНК має один ланцюг. Проте, коли вона проникає в бактеріальні клітини, то стає двохланцюговою, як і всі інші ДНК. Молекули ДНК мітохондрій, хлоропластів, хромосом і плазмід бактерій, а також багатьох вірусів мають кільцеву форму, майже вільні від білків і надспіралізовані.

Американський біохімік Е.Чаргафф (родом із Чернівців, Україна) у 1950 році встановив, що в молекулі ДНК кількість аденіну дорівнює кількості тиміну, а кількість гуаніну-кількості цитозину: А=Т і Г=Ц-правило Чаргаффа. Звідси, А+Г=Т+Ц, тобто (А+Т)+(Г+Ц)=100%.

Залежно від того, до якої групи тварин або рослин належить вид, він має нуклеотидний склад ДНК, виражений коефіцієнтом специфічності (табл..1).

Отже, якщо ми знаємо порядок розміщення нуклеотидів у одному ланцюгу, то за принципом комплементарності відразу ж з'ясовується і порядок послідовності нуклеотидів у другому ланцюгу.