Биология. 11 класс

Для каждого вида живых организмов характерны свои отличительные особенности. Более того, различия существуют и между особями одного вида, поскольку каждая из них обладает уникальным сочетанием признаков. При этом каждый организм способен передавать свои признаки потомкам по наследству.

Известно, что признаки и свойства организма определяются, прежде всего, белками, которые синтезируются в его клетках. Поэтому информацию о первичной структуре белков называют наследственной или генетической. Установлено, что данная информация содержится в молекулах нуклеиновых кислот. Эти биополимеры также обеспечивают синтез белков, т. е. реализацию наследственной информации и ее передачу последующим поколениям при размножении.

Таким образом, нуклеиновые кислоты выполняют особые функции, не характерные для других химических соединений. Нуклеиновые кислоты — это биологические полимеры, обеспечивающие хранение, реализацию и передачу наследственной информации.

Нуклеиновые кислоты были открыты в 1869 г. швейцарским биологом Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов человека. От латинского слова nucleus — ядро и происходит название этих соединений. Нуклеиновые кислоты содержатся в клетках всех живых организмов, причем не только в ядре, но и в цитоплазме, в составе некоторых органоидов.

Строение нуклеотидов и образование полинуклеотидной цепи. Нуклеиновые кислоты — *нерегулярные* полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Каждый из них состоит из трех компонентов: азотистого основания, пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Центральное положение в структуре нуклеотида занимает пентоза. Азотистое основание и остаток фосфорной кислоты присоединены к ней ковалентными связями (рис. 7.1).

*Атомы углерода в составе пентозы принято обозначать цифрами с символом «штрих» — от 1' до 5', чтобы отличать их от атомов, образующих скелет азотистого основания (для их нумерации используют цифры без штрихов). Азотистое основание присоединяется к 1'-углеродному атому пентозы, а остаток фосфорной кислоты — к 5'.*

В состав нуклеотида может входить одно из пяти азотистых оснований: аденин, гуанин, цитозин, тимин или урацил. Аденин и гуанин относятся к пуриновым основаниям, *т. к. они являются производными пурина — гетероциклического соединения, молекула которого образована двумя конденсированными кольцами — пятичленным и шестичленным*. Цитозин, тимин и урацил *— производные шестичленного гетероциклического пиримидина, поэтому их* называют пиримидиновыми основаниями.

Название нуклеотида зависит от того, какое азотистое основание входит в его структуру. Так, существуют адениловые, гуаниловые, цитидиловые, тимидиловые и уридиловые нуклеотиды. Для удобства азотистые основания и соответствующие им нуклеотиды обычно записывают сокращенно: А, Г, Ц, Т, У.

Известны два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Они различаются функциями, размером и формой молекул, а также особенностями строения нуклеотидов.

Нуклеотиды ДНК содержат остаток дезоксирибозы, а нуклеотиды РНК — рибозы. Отсюда и названия — дезоксирибонуклеиновые и рибонуклеиновые кислоты. Кроме того, азотистое основание тимин (Т) может входить только в состав нуклеотидов ДНК, а урацил (У) встречается лишь в нуклеотидах РНК. Следовательно, молекулы ДНК, так же как и РНК, содержат по четыре типа нуклеотидов.

*Ковалентные связи между нуклеотидами формируются следующим образом. Гидроксильная группа, присоединенная к 3'-углеродному атому пентозы одного нуклеотида, взаимодействует с остатком фосфорной кислоты, связанным с 5'-атомом пентозы другого нуклеотида. В результате выделяется молекула воды, и нуклеотиды соединяются так называемой фосфоэфирной связью (рис. 7.2).*

*Фосфоэфирная связь также имеется внутри каждого нуклеотида: с ее помощью остаток фосфорной кислоты соединен с 5'-углеродным атомом пентозы. Поэтому можно сказать, что нуклеотиды связаны между собой при помощи фосфодиэфирных мостиков.

Соединение нуклеотидов ковалентными связями приводит к формированию линейной полинуклеотидной цепи. На одном ее конце имеется свободная 3'-ОН группа пентозы (это 3'-конец), а на другом — 5'-остаток фосфорной кислоты (5'-конец). Как к 3'-, так и к 5'-концу могут присоединяться другие нуклеотиды.*

*Короткие цепи, содержащие относительно небольшое число нуклеотидов, например 5'АТТЦГААГ3', называются олигонуклеотидами. Они находят широкое применение в молекулярной биологии, генной инженерии и медицине. Олигонуклеотиды получают либо с помощью ферментов, расщепляющих нуклеиновые кислоты, либо путем химического синтеза.

В состав молекул нуклеиновых кислот, содержащихся в клетках живых организмов, входит большое количество нуклеотидов  — от нескольких десятков до сотен миллионов. Таким образом, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Молекулы ДНК являются самыми крупными из молекул, присущих живым организмам.*