Нуклеиновые кислоты

Полимерные молекулы, состоящие из нуклеотидов, называются нуклеиновыми кислотами. Они образуют ДНК и РНК и несут наследственную информацию. Подробнее о структуре нуклеиновых кислот мы поговорим в этой статье.

Строение мономера

Структурной единицей нуклеиновых кислот является нуклеотид. Это мономер, образованный остатками:

• азотистые основания (пиримидиновые или пуриновые);
• моносахарид;
• фосфорная кислота.

Моносахарид является основанием нуклеотида. В зависимости от содержащегося в нем моносахарида различают два типа нуклеиновых кислот:

• дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – содержит дезоксирибозу (С5Н10О4);
• рибонуклеиновая кислота (РНК) – содержит рибозу (C5H10O5).

Нуклеотиды различаются по азотистым основаниям. Всего известно пять типов: аденин, гуанин (производные пурина), тимин, цитозин, урацил (производные пиримидина). РНК содержит нуклеотиды с аденином, гуанином, цитозином и урацилом. В ДНК урацил заменен на аналогичный тимин.

Остатки фосфорной кислоты H2PO3- присоединены к моносахариду через эфирно-кислородную связь. По количеству остатков фосфора различают монофосфатные, дифосфатные и трифосфатные нуклеотиды.

Рис. 1. Строение нуклеотидов ДНК и РНК.

Остаток фосфорной кислоты присоединен к третьему или пятому атому углерода моносахарида, а остаток азотистого основания присоединен к первому атому углерода.

Строение цепочки

Нуклеотиды, содержащие различные типы азотистых оснований, выстраиваются в длинную полимерную цепь, называемую полинуклеотидом. Для того чтобы эта гигантская цепочка поместилась в ядре клетки, ее туго закручивают. Различают четыре уровня структурной организации или упаковки кислот:

• первичные — нуклеотиды, соединенные остатками фосфорной кислоты;
• вторичная – две цепи, соединенные водородными связями по принципу комплементарности;
• третичная — спираль, образованная за счет радикалов азотистых оснований;
• четвертичные — гистоны (класс белков) и нити хроматина (комплекс ДНК, РНК, белков).

Примером третичной структуры является ДНК. Это самая большая молекула, которая может состоять из миллионов нуклеотидов. Мономеры образуют две цепи, связанные по принципу комплементарности и закрученные в спираль. Наиболее сложной упаковкой является четвертичная структурная организация, при которой ДНК переплетается с РНК и белками, образуя хроматин. Это вязкое вещество, содержащееся в ядре и образующее хромосомы при делении клеток.

Рис. 2. Уровни структурной организации ДНК.

Принцип комплементарности заключается в способности одних азотистых оснований образовывать водородные связи с другими азотистыми основаниями. Аденин всегда образует связь только с тимином (в ДНК) или урацилом (в РНК), а гуанин — с цитозином.

Рис. 3. Принцип дополнительности.

Общее описание

Нуклеиновые кислоты хорошо растворимы в воде, но практически нерастворимы в органических растворителях. ДНК образует в воде белое слизистое вещество. Цепочки нуклеотидов легко фрагментируются при механическом воздействии или под воздействием температуры. Например, ДНК в растворе распадается на две нити при нагревании до 60°С или под действием щелочей. При остывании раствора цепи вновь соединяются по принципу дополнительности.

Определенные последовательности нуклеотидов образуют гены, определяющие свойства организма посредством синтеза белка.

Нуклеиновые кислоты были впервые выделены из ядер лейкоцитов в 1868 году химиком Фридрихом Мишером. Вещество, не разлагавшееся под действием ферментов, содержало фосфор и обладало выраженными кислотными свойствами. Соединению была присвоена формула C29H49N9O22P3.