Нуклеїнові кислоти: будова і функції. Біологічна роль нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти здійснюють зберігання й передачу генетичної інформації, яку ми успадковуємо від своїх предків. Якщо у вас є діти, ваша генетична інформація в їх геномі буде рекомбинирована і об’єднана з генетичною інформацією вашого партнера. Ваш власний геном дублюється всякий раз, коли кожна з клітин ділиться. Крім того, нуклеїнові кислоти містять певні сегменти, звані генами, які відповідають за синтез всіх протеїнів у клітинах. Властивості генів контролюють біологічні характеристики вашого організму.

Загальні відомості

Розрізняють два класи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеиновую кислоту (більш відому як ДНК) і рибонуклеиновую кислоту (більш відому як РНК).

ДНК являє собою нитевидную ланцюг генів, яка необхідна для росту, розвитку, життєдіяльності і розмноження всіх відомих живих організмів і більшості вірусів.

Зміни в ДНК багатоклітинних організмів призведе до змін у наступних поколінь.

ДНК – це біогенетичну субстрат, виявлений у всіх існуючих живих істот, від найпростіших живих організмів до високоорганізованих ссавців.

Багато вірусні частки (віріони містять в ядрі РНК в якості генетичного матеріалу. Проте треба згадати, що віруси лежать на межі живої і неживої природи, так як без клітинного апарату господаря вони залишаються неактивними.

Історична довідка

У 1869 році Фрідріх Мішер виділив ядра з лейкоцитів і виявив, що вони містять багате фосфором речовина, яке він назвав нуклеином.

Герман Фішер у 1880-х роках виявив пуринові і пиримидиновые заснування в нуклеїнових кислотах.

У 1884 році Р. Гертвиг припустив, що нуклеины відповідальні за передачу спадкових ознак.

У 1899 році Ріхард Альтман ввів термін «кислота ядра».

І вже пізніше, у 40-х роках 20-го століття, вчені Касперссон і Браше виявили зв’язок між нуклеїновими кислотами з синтезом білка.

Нуклеотиди

Полінуклеотиди будуються з безлічі нуклеотидів – мономерів, з’єднаних разом в ланцюжки.

У будову нуклеїнових кислот виділяють нуклеотиди, кожен з яких має в складі:

  • Азотисту основу.
  • Пентозный цукор.
  • Фосфатну групу.

Кожний нуклеотид містить азотовмісна ароматична основа, прикріплене до пентозному (пятиуглеродному) сахариду, який, у свою чергу, приєднаний до залишку фосфорної кислоти. Такі мономери, з’єднуючись один з одним, утворюють полімерні ланцюжки. Вони з’єднані ковалентными водневими зв’язками, що виникають між фосфорним залишком однієї і пентозным цукром іншого ланцюжка. Дані зв’язки називаються фосфодиэфирными. Фосфодиэфирные зв’язку формують фосфатно-вуглеводний каркас (скелет) як ДНК, так і РНК.

Дезоксирибонуклеотид

Розглянемо властивості нуклеїнових кислот, що знаходяться в ядрі. ДНК формує хромосомний апарат ядра наших клітин. ДНК містить «програмні інструкції» для нормального функціонування клітини. Коли клітина відтворює собі подібну, ці інструкції передаються новій клітці в ході мітозу. ДНК має вигляд дволанцюжкової макромолекули, скрученої в подвійну спіралевидну нитка.

У складі нуклеїнової кислоти присутній фосфат-дезоксирибозный сахаридный скелет і чотири азотистих підстави: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц) і тимін (Т). У дволанцюжкової спіралі аденін утворює пару з тиміном (А-Т), гуанін – з цитозином (Ц).

У 1953 році Джеймс Д. Уотсон і Френсіс Г. К. Крик запропонували тривимірну структуру ДНК, засновану на рентгенівських кристалографічних даних з низьким дозволом. Вони також посилалися на висновки біолога Ервіна Чаргаффа про те, що в ДНК кількість тиміну еквівалентно кількості аденіну, а кількість гуаніна еквівалентно кількості цитозина. Уотсон і Крик, що заслужили Нобелівську премію в 1962 році за свій внесок у науку, висунули постулат про те, що дві нитки полінуклеотидів утворюють подвійну спіраль. Нитки, хоча вони і ідентичні, але закручуються в протилежних напрямках. Фосфат-вуглецеві ланцюжка розташовані на зовнішній стороні спіралі, а підстави лежать всередині, де вони зв’язуються з підставами на іншому ланцюжку через ковалентні зв’язки.

Рибонуклеотиды

Молекула РНК існує як одноланцюжкова спіралеподібна нитка. В структурі РНК присутній фосфат-рибозный вуглеводний скелет і нітратні підстави: аденін, гуанін, цитозин і урацил (У). Коли РНК у ходячи транскрипції створюється на матриці ДНК, гуанін формує пару з цитозином (Ц) і аденін з урацилом (А-В).

Фрагменти РНК використовуються для відтворення білків усередині всіх живих клітин, що забезпечує безперервний їх зростання і ділення.

Існують дві основні функції нуклеїнових кислот. По-перше, вони допомагають ДНК, служачи посередниками, передаючи необхідну спадкову інформацію незліченній кількості рибосом в нашому тілі. Інша основна функція РНК полягає в доставці правильної амінокислоти, необхідної кожній рибосомі для створення нового білка. Виділяють кілька різних класів РНК.

Інформаційна РНК (иРНК, або мРНК – матрична) являє собою копію базової послідовності ділянки ДНК, одержану в результаті транскрипції. Інформаційна РНК служить посередником між ДНК і рибосомами – органеллами клітин, які приймають амінокислоти від транспортної РНК, і використовують їх для побудови поліпептидного ланцюга.

Транспортна РНК (тРНК) активує зчитування спадкових даних з матричної РНК, в результаті чого запускається процес трансляції рибонуклеїнової кислоти – синтез білка. Вона також переносить потрібні амінокислоти до місць, де синтезується білок.

Рибосомальная РНК (рРНК) є основним будівельним матеріалом рибосом. Вона пов’язує матричний рибонуклеотид у визначеному місці, де можливо вважати його інформацію, тим самим запускаючи процес трансляції.

МикроРНК – це невеликі молекули РНК, які виконують роль регуляторів багатьох генів.

Функції нуклеїнових кислот надзвичайно важливі для життя в цілому і для кожної клітини зокрема. Майже всі функції, які виконує клітка, регулюються білками, синтезованими з допомогою РНК і ДНК. Ферменти, білкові продукти, каталізують всі життєво важливі процеси: дихання, травлення, всі види обміну речовин.

Відмінності між будовою нуклеїнових кислот

ДезоскирибонуклеотидРибонуклеотид
ФункціяДовгострокове зберігання і передача спадкових данихПеретворення інформації, що зберігається в ДНК, білки; транспорт амінокислот. Сховище спадкових даних деяких вірусів.
МоносахаридДезоксирибозаРибоза
СтруктураДвухцепочечная спіралеподібна формаОдноланцюжкова спіралеподібна форма
Нітратні підставиТ, Ц, О, РУ, Ц, Р, А

Відмінні властивості основ нуклеїнових кислот

Аденін і гуанін за своїми властивостями є пуринами. Це означає, що їх молекулярна структура включає два конденсованих бензольних кільця. Цитозин і тимін, в свою чергу, відносяться до пиримидинам, і мають одне бензольное кільце. РНК-мономери будують свої ланцюжки використовуючи адениновые, гуаниновые і цитозиновые підстави, а замість тиміну вони приєднують урацил (У). Кожне з піримідинових та пуринових підстав мають свою унікальну структуру і властивості, власний набір функціональних груп, зчеплених з бензольным кільцем.

У молекулярній біології прийняті спеціальні однобуквені скорочення для позначення азотистих підстав: А, Т, Г, Ц, або У.

Пентозный цукор

На додаток до різного набору азотистих основ ДНК – і РНК-мономери відрізняються входять до складу пентозным цукром. Пятиатомный вуглевод у ДНК – дезоксирибоза, тоді як РНК – рибоза. Вони майже ідентичні за будовою, лише з однією різницею: рибоза приєднує гідроксильну групу, а у дезоксирибозы вона заміщена атомом водню.

Висновки

В еволюції біологічних видів і безперервності життя роль нуклеїнових кислот неможливо переоцінити. Як невід’ємна частина всіх ядер живих клітин, вони відповідальні за активацію всіх процесів життєдіяльності, що протікають у клітинах.