Нуклеїнові кислоти - це полінуклеотіди

Виявлення ролі нуклеїнових кислот в організмі людини - одна з найважливіших робіт в біохімії. Нуклеїнових кислот належить вирішальна роль в забезпеченні специфічного біосинтезу макромолекул, в тому числі білкових тіл, які є матеріальним субстратом життєвих процесів. ДНК в силу комплементарності будови її двухцепочечной структури здатна забезпечити специфічний синтез нових молекул нуклеїнової кислоти. Матрична ДНК служить основою для синтезу інформаційної РНК, яка несе генетичну інформацію на рибосому, до місця синтезу білка.

Залежно від локалізації і функції розрізняють т-РНК - 15% РНК клітини виконують активування і перенесення амінокислот, і Адапторная функцію, яка дозволяє перевести «мову» генетичного коду (послідовність нуклеотидів) в «мову» структури білкової молекули (амінокислотна послідовність); 5% всієї РНК клітини - це і-РНК, яка є комплементарної копією генів, що кодують білки. Вона використовується як матриця на рибосомі під час збирання поліпептидного ланцюга; рибосомная РНК (р-РНК) - близько 80% всієї клітинної РНК перебуває в цитоплазмі в складі рибосом. Головна функція цієї РНК - структурна організація рибосоми - місця, де відбувається збірка поліпептидного ланцюга. У ядрі клітини виявлена ​​ще одна - гетерогенна ядерна РНК. Вона синтезується в ядрі на ДНК і являє собою молекулу-попередницю всіх типів РНК. Окремо слід згадати вірусну РНК. У деяких типів вірусів РНК грає роль берегині генетичної інформації. Проникнення такого вірусу в клітини вимагає попереднього синтезу ДНК по матриці РНК цього вірусу. Надалі вірус поводиться так само, як і вірус, що має ДНК.

Для нуклеїнових кислот характерні три рівня організації.

Первинна структура нуклеїнових кислот - порядок чергування нуклеотидних залишків в ланцюгах молекул. У первинній структурі ДНК і і-РНК є одна цікава особливість: послідовність нуклеотидних залишків в і-РНК повністю збігається з послідовністю нуклеотидних залишків (з заміною урацила на тимін відповідно) в певних ділянках ДНК. Ця обставина дуже важливо для розуміння закономірностей специфічного біосинтезу макромолекул в живій природі.

Найхарактернішою особливістю вторинної структури ДНК і РНК є їх спирализация. Уотсон і Крик в 1953 році запропонували модель вторинної структури ДНК, образно названу «подвійна спіраль». Дві полінуклеотидні ланцюга з'єднуються між собою за допомогою водневих зв'язків, що утворюються між азотистими підставами розташованих поруч ланцюгів, а також силами гідрофобної взаємодії між азотистими підставами. Підстави просторово доповнюють один одного (принцип комплементарності). Завдяки водневим зв'язкам досягається стабільність утвореною спіральної структури, причому максимум водневих зв'язків як умова максимальної стабільності виникає лише в тому випадку, якщо утворюються пари А-Т, Г-Ц. На обидві пари припадає 5 водневих зв'язків. Подвійна спіраль ДНК є регулярною структурою: крок спіралі (один виток) дорівнює 3,4 нм, в кожен виток укладається 10 пар нуклеотидів, тобто висота одного нуклеотиду дорівнює 0,34 нм. Подібно білкової молекулі, ДНК може денатурувати. Денатурація викликається нагріванням, дією чинників, що порушують водневі зв'язку, і іншими способами. ДНК, що містять більше Г-Ц пар, денатурируют при більш високій температурі, тому що ця пара утворює 3 водневі зв'язку, а пара А-Т денатурує при більш низькій температурі, тому що утворює 2 водневі зв'язку. При повільному охолодженні два ланцюги знову вступають у взаємодію, формуючи подвійну спіраль.

Третинна структура являє собою просторову укладання вторинних структур нуклеїнових кислот. У РНК вони найчастіше представлені у вигляді клубка, що містить великі спіралізують, побудовані з однієї полінуклеотидних ланцюга. Найкраще вивчена третинна структура т-РНК, так як молекула у них невелика і легше піддається вивченню. Найменше досліджена і-РНК, що пов'язано з великими розмірами молекул і нетривалістю існування їх. У формуванні третинної структури ДНК і РНК важливу роль відіграють білки. При цьому виникають великі внутрішньоклітинні частки - рибосоми. інформосоми. виняток становить невелика за розмірами т-РНК (70-80 мононуклеотидів). При вивченні виявилося, що в ядрі клітини знаходиться хроматин, точніше хроматіновие нитки, що представляють собою ланцюги намистин - нуклеосом (див. Рис. 28 уч. Біохімії стор. 57). Кожна нуклеосома складається з білків гістонів, на які і закручена молекула ДНК. У свою чергу нуклеосомної нитки скручені в спіраль, утворюючи товсті фібрили. Подібна багаторазова спирализация ДНК і становить третинну її структуру, що забезпечує щільну упаковку ДНК в ядрі клітини.

Нуклеїнові кислоти і білки називають інформаційними молекулами. так як в чергуванні їх мономерів закладений певний сенс. Послідовність нуклеотидів в ДНК визначає структуру всіх білків клітини. Ділянки ДНК, що кодують певні білки (гени), копіюються у вигляді полінуклеотидних ланцюга матричної ДНК (м-ДНК), яка потім служить матрицею для синтезу білка. Таким чином, генетична інформація, записана в ДНК (в генотипі), забезпечує утворення фенотипічних ознак клітини, тобто генотип трансформується в фенотип. Цей напрямок потоку інформації включає три типи матричних синтезів:

1) синтез ДНК - реплікацію;

2) синтез РНК - транскрипцію;

3) синтез білка - трансляцію.

Реплікація ДНК - це подвоєння ДНК. Кожна нитка подвійної спіралі виступає в ролі матриці для синтезу нового ланцюга. Отже, новоутворені двоспіральні молекули складаються з однієї «нової» і однієї «старої» ланцюга. Субстратами синтезу є дезоксинуклеозидтрифосфатов, що виконують роль будівельного матеріалу і джерел енергії. Для реплікації ДНК необхідний великий набір різноманітних ферментів і білків - реплікативний комплекс.

Синтез і-РНК - транскрипція - процес переписування генетичної інформації з матричної ДНК. Транскрипція, як і реплікація ДНК - ендоергіческій процес, пов'язаний з використанням нуклеозидтрифосфатів в якості субстратів і джерел енергії. РНК-полімераза каталізує синтез усіх типів РНК.

Синтез білка - трансляція генетичної інформації - це не переписування інформації, а перехід з нуклеотидної послідовності (четирёхбуквенний мову) до амінокислотної послідовності (двадцатібуквенний мову). В основі передачі інформації лежить біологічний код.

Отже, біологічне значення ДНК полягає в зберіганні біологічної інформації. Найбільш важливими в функціональному відношенні ділянками ДНК є структурні гени. кожен з яких відповідає за синтез одного певного білка. Послідовність з'єднання азотистих основ в гені кодує послідовність амінокислот у білку, його первинну структуру, і є унікальною для кожного білка. Зміна хоча б одного азотистого підстави на інше або зміна структури азотистого підстави призводить до утворення нового білка з новими властивостями і функціями. Це може стати причиною не тільки захворювання, але і привести до летального результату.