Нуклеиновые кислоты.
Нуклеиновым кислотам, как и белкам принадлежит ведущая роль в обмене веществ и молекулярной организации живой субстанции. С ними связан синтез белка, рост и деление клетки, образование клеточных структур, а, следовательно, формообразование и наследственность организма.
Нуклеиновые кислоты (см. приложение № 29) это биологические полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Молекулы нуклеиновых кислот, как правило, больше молекул белков.
Структурное строение нуклеиновых кислот стало известно после величайшего открытия, сделанного в 1953 году Уотсоном и Криком.
В клетке встречаются две разновидности нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Каждая из них образована многократным повторением нуклеотидов четырех типов.
Каждый нуклеотид состоит из трех частей:
Азотистое основание.
Пятиуглеродный сахар.
Фосфат.
В нуклеотидах ДНК встречаются четыре типа азотистых основания, по названию которых даются названия нуклеотидам:
адениновое основание - встречается в аденине (А)
тиминовое основание - в тимине (Т)
цитозиновое - в цитозине (Ц)
гуаниновое - в гуанине (Г)
Эти азотистые основания обладают уникальным свойством: они способны образовывать комплиментарные связи, то есть связи строго соответствия одного основания другому. Так, например, адениновое основание может связаться только с тиминовым, а цитозиновое - с гуаниновым. Химически комплиментарные связи являются водородными.
В молекулах РНК также встречаются четыре типа азотистых оснований, но тимин заменен урацилом.
В нуклеотидах бывают две разновидности пятиуглеродного сахара: в ДНК – дезоксирибоза, в РНК - рибоза. Эти сахара совместно с фосфатами обеспечивают ковалентные связи нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты.
Таким образом, ДНК отличается от РНК по составу (см. приложение № 30).
В ДНК встречается дезоксирибоза и есть тимин. В РНК тимин заменен урацилом. а вместо дезоксирибозы встречается рибоза.
Отличия между нуклеиновыми кислотами заключаются также и в структуре молекул.
Так РНК представляют собой одинарную цепочку нуклеотидов, то ДНК образована двойной цепочкой из двух полимерных нитей спирально скрученных друг относительно друга направо. Обе нити являются комплиментарными друг другу; то есть напротив тимина одной нити находится аденин другой нити, а напротив гуанина одной нити лежит цитозин другой.
Водородные связи между комплиментарными нуклеотидами довольно слабы, но повторенные многократно по всей длине молекулы ДНК, они обеспечивают достаточно прочную связь между обеими нитями.
По ходу спирали в макромолекуле образуется два желобка - один малый расположенный между двумя полинуклеотидными цепями, другой большой представляет проем между витками. Расстояние между парами оснований по оси молекулы ДНК (см. приложение № 31) составляет 3. 4 А. В один ход спирали укладывается 10 пар нуклеотидов, соответственно протяженность одного витка равна 3,4 А. Диаметр поперечного сечения спирали равен 20 А.
Молекулы ДНК в клетках находятся в постоянной связи со специальными белками, защищающими ДНК от мутаций, а также обеспечивающими ее удвоение и другие реакции.
ДНК может существовать в одном из двух состояний:
в виде хроматина - тонких невидимых в световой микроскоп нитей.
в виде хромосом - толстых укороченных, хорошо различимых в световой микроскоп образований.
Каждая хромосома образуется в результате специальной укладки, скручивания одной из хроматиновой нити.
Все хромосомы клетки имеют утолщенные участки - теломеры и тонкие перехваты между ними - центромеры.
Превращение хроматина в хромосомы происходит только в период деления клетки. В это время хорошо заметно, что хромосомы отличаются друг от друга деталями строения: длиной, размерами теломер. Эти различающиеся внешним строением хромосомы, отличаются и более существенными свойствами: они несут в себе совершенно различные гены. Такие хромосомы, не имеющие общих генов, называются хромосомами разного сорта или негомологичными хромосомами, центромерателомеры.