Нуклеиновые кислоты: строение и функции. Биологическая роль нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты: строение и функции. Биологическая роль нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты осуществляют хранение и передачу генетической информации, которую мы наследуем от своих предков. Если у вас есть дети, ваша генетическая информация в их геноме будет рекомбинирована и объединена с генетической информацией вашего партнера. Ваш собственный геном дублируется всякий раз, когда каждая из клеток делится. Кроме того, нуклеиновые кислоты содержат определенные сегменты, называемые генами, которые отвечают за синтез всех протеинов в клетках. Свойства генов контролируют биологические характеристики вашего организма.

Общие сведения

Различают два класса нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновую кислоту (более известную как ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (более известную как РНК).

ДНК представляет собой нитевидную цепь генов, которая необходима для роста, развития, жизнедеятельности и размножения всех известных живых организмов и большинства вирусов.

Передача наследственных данных

Изменения в ДНК многоклеточных организмов приведет к изменениям у последующих поколений.

ДНК - это биогенетический субстрат, обнаруженный во всех существующих живых существ, от простейших живых организмов до высокоорганизованных млекопитающих.

Многие вирусные частицы (вирионы) содержат в ядре РНК в качестве генетического материала. Однако нужно упомянуть, что вирусы лежат на границе живой и неживой природы, так как без клеточного аппарата хозяина они остаются неактивными.


Историческая справка

В 1869 году Фридрих Мишер выделил ядра из лейкоцитов и обнаружил, что они содержат богатое фосфором вещество, которое он назвал нуклеином.

Герман Фишер в 1880-х годах обнаружил пуриновые и пиримидиновые основания в нуклеиновых кислотах.

В 1884 году Р. Гертвиг предположил, что нуклеины ответственны за передачу наследственных признаков.

В 1899 году Рихард Альтман ввел термин «кислота ядра».

И уже позднее, в 40-х годах 20-го века, ученые Касперссон и Браше обнаружили связь между нуклеиновыми кислотами с синтезом белка.

Нуклеотиды

Химическая структура нуклеотидов

Полинуклеотиды строятся из множества нуклеотидов - мономеров, соединенных вместе в цепочки.

В строении нуклеиновых кислот выделяют нуклеотиды, каждый из которых имеет в составе:

  • Азотистое основание.
  • Пентозный сахар.
  • Фосфатную группу.

Каждый нуклеотид содержит азотсодержащее ароматическое основание, прикрепленное к пентозному (пятиуглеродному) сахариду, который, в свою очередь, присоединен к остатку фосфорной кислоты. Такие мономеры, соединяясь друг с другом, образуют полимерные цепочки. Они соединены ковалентными водородными связями, возникающими между фосфорным остатком одной и пентозным сахаром другой цепочки. Данные связи называются фосфодиэфирными. Фосфодиэфирные связи формируют фосфатно-углеводный каркас (скелет) как ДНК, так и РНК.

Дезоксирибонуклеотид

Структура ДНК, от хромосомы до азотистых оснований

Рассмотрим свойства нуклеиновых кислот, находящихся в ядре. ДНК формирует хромосомный аппарат ядра наших клеток. ДНК содержит «программные инструкции» для нормального функционирования клетки. Когда клетка воспроизводит себе подобную, эти инструкции передаются новой клетке в ходе митоза. ДНК имеет вид двухцепочечной макромолекулы, скрученной в двойную спиралевидную нить.

В составе нуклеиновой кислоты присутствует фосфат-дезоксирибозный сахаридный скелет и четыре азотистых основания: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В двухцепочечной спирали аденин образует пару с тимином (А-Т), гуанин - с цитозином (Г-Ц).

В 1953 году Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Х.К. Крик предложили трехмерную структуру ДНК, основанную на рентгеновских кристаллографических данных с низким разрешением. Они также ссылались на выводы биолога Эрвина Чаргаффа о том, что в ДНК количество тимина эквивалентно количеству аденина, а количество гуанина эквивалентно количеству цитозина. Уотсон и Крик, заслужившие Нобелевскую премию в 1962 году за свой вклад в науку, выдвинули постулат о том, что две нити полинуклеотидов образуют двойную спираль. Нити, хотя они и идентичны, но закручиваются в противоположных направлениях. Фосфат-углеродистые цепочки расположены на внешней стороне спирали, а основания лежат внутри, где они связываются с основаниями на другой цепочке через ковалентные связи.

Рибонуклеотиды

Молекула РНК существует как одноцепочечная спиралевидная нить. В структуре РНК присутствует фосфат-рибозный углеводный скелет и нитратные основания: аденин, гуанин, цитозин и урацил (У). Когда РНК в ходя транскрипции создается на матрице ДНК, гуанин формирует пару с цитозином (Г-Ц) и аденин с урацилом (А-У).

Химическая структура РНК

Фрагменты РНК используются для воспроизведения белков внутри всех живых клеток, что обеспечивает непрерывный их рост и деление.

Существуют две основные функции нуклеиновых кислот. Во-первых, они помогают ДНК, служа посредниками, передающими необходимую наследственную информацию бесчисленному количеству рибосом в нашем теле. Другая основная функция РНК заключается в доставке правильной аминокислоты, необходимой каждой рибосоме для создания нового белка. Выделяют несколько различных классов РНК.

Информационная РНК (иРНК, или мРНК - матричная) представляет собой копию базовой последовательности участка ДНК, полученную в результате транскрипции. Информационная РНК служит посредником между ДНК и рибосомами - органеллами клеток, которые принимают аминокислоты от транспортной РНК, и используют их для построения полипептидной цепи.

Транспортная РНК (тРНК) активирует считывание наследственных данных с матричной РНК, в результате чего запускается процесс трансляции рибонуклеиновой кислоты - синтез белка. Она также переносит нужные аминокислоты к местам, где синтезируется белок.

Рибосомальная РНК (рРНК) является основным строительным материалом рибосом. Она связывает матричный рибонуклеотид в определенном месте, где возможно считать его информацию, тем самым запуская процесс трансляции.

МикроРНК - это небольшие молекулы РНК, выполняющие роль регуляторов многих генов.

Структура РНК

Функции нуклеиновых кислот чрезвычайно важны для жизни в целом и для каждой клетки в частности. Почти все функции, которые выполняет клетка, регулируются белками, синтезированными с помощью РНК и ДНК. Ферменты, белковые продукты, катализируют все жизненно важные процессы: дыхание, пищеварение, все виды обмена веществ.

Различия между строением нуклеиновых кислот

Основные отличия РНК и ДНК
Дезоскирибонуклеотид Рибонуклеотид
Функция Долгосрочное хранение и передача наследственных данных Преобразование информации, хранящейся в ДНК, в белки; транспорт аминокислот. Хранилище наследственных данных некоторых вирусов.
Моносахарид Дезоксирибоза Рибоза
Структура Двухцепочечная спиралевидная форма Одноцепочечная спиралевидная форма
Нитратные основания Т, Ц, А, Г У, Ц, Г, А

Отличительные свойства оснований нуклеиновых кислот

Аденин и гуанин по своим свойствам являются пуринами. Это значит, что их молекулярная структура включает два конденсированных бензольных кольца. Цитозин и тимин, в свою очередь, относятся к пиримидинам, и имеют одно бензольное кольцо. РНК-мономеры строят свои цепочки используя адениновые, гуаниновые и цитозиновые основания, а вместо тимина они присоединяют урацил (У). Каждое из пиримидиновых и пуриновых оснований имеют свою уникальную структуру и свойства, собственный набор функциональных групп, сцепленных с бензольным кольцом.

В молекулярной биологии приняты специальные однобуквенные сокращения для обозначения азотистых оснований: А, Т, Г, Ц, или У.

Пентозный сахар

В дополнение к различному набору азотистых оснований, ДНК- и РНК-мономеры отличаются входящим в состав пентозным сахаром. Пятиатомный углевод в ДНК - дезоксирибоза, тогда как в РНК - рибоза. Они почти идентичны по строению, лишь с одной разницей: рибоза присоединяет гидроксильную группу, а у дезоксирибозы она замещена атомом водорода.

Выводы

ДНК как часть ядерного аппарата живых клеток

В эволюции биологических видов и непрерывности жизни роль нуклеиновых кислот невозможно переоценить. Как неотъемлемая часть всех ядер живых клеток, они ответственны за активацию всех процессов жизнедеятельности, протекающих в клетках.

Узнаем как ие функции в клетке выполняют нуклеиновые кислоты? ...
Нуклеиновые кислоты играют важную роль в клетке, обеспечивая ее жизнедеятельность и размножение. Эти свойства дают возможность назвать их вторыми по важности биологическими молекулами после белков. Многие исследователи даже выносят ДНК и РНК на ...
далее
Нуклеотид - что это? Отвечаем на вопрос. Состав, строение, число и ...
Нуклеотиды – это мономерные единицы, образующие более сложные соединения – нуклеиновые кислоты, без которых невозможна передача генетической информации, ее хранение и воспроизведение. Свободные нуклеотиды являются главными компонентами, участвующими ...
далее
РНК и ДНК. РНК - что это? Отвечаем на вопрос. РНК: строение, функции, ...
Сегодняшние дни — это время потрясающих перемен, огромного прогресса, когда люди получают ответы на все новые и новые вопросы. Так во второй половине двадцатого столетия удалось проникнуть в тайны природы через изучение нуклеиновых кислот РНК и ДНК. ...
далее
Есть ли отличие ДНК от РНК?
Вопрос процесса осуществления передачи наследственной информации и биосинтеза белка издавна интересовал ученых. Только с возникновением молекулярной биологии и генетики многие тайны удалось открыть. В нашей статье мы рассмотрим особенности строения ...
далее
Сходство ДНК и РНК. Краткая характеристика ДНК и РНК: различие, ...
Чтобы понять, в чем заключаются сходства ДНК и РНК, нужно разобрать строение и функции каждой нуклеиновый кислоты. В статье простым языком описаны основные принципы строения этих сложных молекул и их роль в жизни клетки и организма в целом.
далее

Материалы по теме: