ЧАСТЬ И
ОБЩАЯ ХИМИЯ
ОРГАНИЧЕСКАЯ
ХИМИЯ
АМИНОКИСЛОТЫ И БЕЛКИ
Нуклеиновые кислоты
Понятие и разновидности нуклеиновых кислот
Нуклеиновые
кислоты - важнейшие соединения, обуславливающие возможность существования и развития
всех живых существ. Они играют основную роль в сохранении и реализации
генетической информации. Нуклеиновые кислоты были открыты в середине 60-х годов
XIX века швейцарским ученым Ф. Мішером. Изучая состав некоторых клеток, он
изобрел неизвестное вещество биологического происхождения, которая существенно отличалась
от известных на то время белков, жиров и углеводов. Он назвал это вещество
нуклеїном, поскольку обнаружил его в ядрах клеток: от греческого слова писіеоз -
ядро. Химический состав нуклеиновых кислот было окончательно установлено только
в конце 30-х годов XX века, а их строение установили значительно позже ученые
Дж. Уотсон и О. Крик, за что в 1953 году они были награждены Нобелевской
премией.
Различают
два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК), которые сохраняют
генетическую информацию, и рибонуклеїнові кислоты (РНК), которые принимают участие в
процессах передачи генетической информации и биосинтеза белка в клетке. Основная
различие их химического состава заключается в том, что в молекулах ДНК содержатся
остатки углевода дезоксирибози, а в молекулах РНК - рібози, что и
отражается в их названиях.
Нуклеиновые
кислоты представляют собой природные високомолекулярні. соединения, гораздо более сложные,
чем белки и полисахариды. Молекулярная масса нуклеиновых кислот колеблется от
100 тысяч до 60 миллиардов. Молекулы ДНК - крупнейшие молекулы среди всех
известных, их длина может достигать нескольких сантиметров, то есть в 10 миллионов
раз больше, чем размеры обычных молекул. В клетках они многократно
скрученные, чтобы занимать относительно небольшой объем, но если разложить в длину
молекулы ДНК одной клетки человека, они составили бы цепь длиной
несколько метров.
Это
свидетельствует о большую сложность строения молекул нуклеиновых кислот, но основной
принцип их строения оказался довольно простым. Цепи нуклеїновий кислот
состоят из звеньев, которые постоянно повторяются,- нуклеотидов, специфическое
повторение которых и обусловливает запись наследственной информации. Порядок, в котором
расположены нуклеотиды, уникальный для каждого живого существа, как уникальная
наследственная информация любого организма.
Состав и строение
нуклеиновых кислот
Нуклеотиды
- это мономеры, из которых состоят нуклеиновые кислоты. Они также имеют довольно
сложное строение. Каждый нуклеотид состоит из соединенных остатков трех
молекул: нітрогеновмісної основания, углевода и ортофосфатной кислоты:
В
молекулах ДНК встречаются четыре основных типа нітрогеновмісних оснований: аденин,
гуанин, цитозин и тимин. В состав РНК вместо тимина входит близка ему по
строением основание - урацил:
К
состав каждого нуклеотида входит остаток углевода: в молекулах ДНК содержатся
остатки дезоксирибози С5Н10О4, а в молекулах
РНК другого углевода - рибози С5Н10О5:
Вместе
с ортофосфатною кислотой углевод и нітрогеновмісна основа образуют нуклеотид.
Например, нуклеотид, образованный рибозою и цитозином имеет следующий вид:
Нуклеотиды,
объединяясь друг с другом, образуют полінуклеотидний цепь. Молекула РНК
состоит из одного такого цепи, а в подавляющем большинстве случаев молекула
ДНК построена из двух полинуклеотидных цепей:
Эти
цепи соединяются между собой водородными связями по строгим правилам: тимин
с одной цепи соединяется только с аденіном с противоположной цепи, а
цитозин - только с гуанином. Соединившись, два полинуклеотидных цепи
сворачиваются в спираль, таким образом, молекула ДНК представляет собой двойную
спираль.
В
клетках живых существ молекулы ДНК соединяются с особыми, так называемыми
ядерными белками, многократно сворачиваются и образуют хромосомы:
Значение
нуклеиновых кислот
В
живых организмах содержится множество различных белков, каждый из них выполняет
специализированную для него функцию. При этом функциональные возможности и
специализация того или иного белка определяется его строением, в частности
расположением в их молекулах аминокислот. Информация о амінокислотну
последовательность каждого белка, который синтезируется в организме, закодирована именно в
молекуле ДНК.
Нуклеиновые
кислоты - основные «действующие лица» синтеза белковых молекул. Все, что необходимо
клетке для жизни, запрограммировано в отрезках молекулы ДНК - генах. Но сами
гены белок не синтезируют. Закодированная в них информация реализуется молекулами
СНК. Прежде всего из гена снимается «черчение»: на молекуле ДНК синтезируется
молекула информационной РНК. Подобно тому, как в типографии печатают книги, на
молекуле информационной РНК, как на матрице, синтезируется молекула определенного белка,
а отдельные аминокислоты для его синтеза поставляются так называемой транспортной
СНК.
Иногда
молекулы ДНК повреждаются различными мутагенами. К ним относятся некоторые
вещества, включая никотин и большинство компонентов табачного дыма, и
электромагнитное излучения: радиоактивное, ультрафиолетовое и рентгеновское.
Под действием мутагенов разрушается молекула ДНК или модифицируются некоторые
нитрогеносодержащие основы - происходят мутации. Как следствие, информация, закодированная
в ДНК, меняется и в клетке может прекратиться синтез определенного белка или синтезируется
несколько модифицированный белок, который неправильно выполняет свои функции. Подобные изменения
в большинстве случаев приводят к фатальным изменениям в организме: развитие раковых
опухолей, различные тяжелые заболевания, а также рождения детей, больных
генетические заболевания, которые вылечить невозможно: серповидная анемия, синдром
Дауна и т.д.
Следовательно,
нуклеиновые кислоты незаменимы для жизни, размножения и существования любой
живого существа: от микроскопического вируса до огромного животного.