Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты являются биополимерами. Они образуются из нуклеотидов, составными элементами которых выступают азотистое основание, моносахарид и остаток фосфорной кислоты.

РНК и ДНК

Нуклеиновые кислоты классифицируют на 2 типа – ДНК и РНК. Они схожи, но имеют ряд принципиальных различий. Для большей наглядности рассмотрим их в сравнении.

Разница в названиях РНК и ДНК обусловлена входящим в их состав сахаром. В формулах этих сахаров есть небольшое отличие – отсутствие одного атома кислорода в дезоксирибозе.

РНК и ДНК также отличаются по азотистым основаниям, присутствующих в их составе. Соединения пуринового типа – аденин и гуанин присутствуют в каждой нуклеиновой кислоте. Единственным общим пиримидоновым основанием является цитозин, дополнительно в РНК входит урацил, а в ДНК – тимин.

Нуклеиновые кислоты представляют собой неразветвленные полимеры, поэтому последовательность мономеров в них удобно записывать по первым буквам азотистых оснований.

ДНК локализована в ядре и органеллах эндосимбиотического происхождения (митохондрии, пластиды). РНК дополнительно присутствует еще и в цитозоле. В самом ядре рибонуклеиновая кислота расположена в ядрышке (место синтеза рибосомальной РНК), а ДНК находится в виде хромосом.

Для нуклеиновых кислот характерно образование вторичной структуры. РНК формируют шпильки, а ДНК – двойную спираль.  Вторичная структура образуется за счет взаимодействия азотистых оснований одной, как у РНК, или разных, как у ДНК, цепей по принципу комплементарности.

При этом аденин с тимином или урацилом образуют 2 водородные связи, а гуанин с цитозином – 3. В ДНК одна цепь всегда комплементарна другой, поэтому, зная последовательность нуклеотидов в одной цепи, можно воссоздать ее в другой.

Нетрудно догадаться, что количество адениновых и тиминовых нуклеотидов в клетке одинаково. Это же правило касается количества цитозиновых и гуаниновых нуклеотидов.

Например, в геноме содержится аденин в количестве 20 % от всех азотистых оснований.

Нужно найти, количество от общего содержания других азотистых оснований:

• используя принцип комплементарности, находим количество тимина, которое соответствует количеству аденина – 20 %;
• вместе они составляют 20 + 20 = 40 % от всех азотистых оснований;
• получается, что на долю цитозина и гуанина приходится 100 % — 40 % = 60 %;
• вновь обращаемся к принципу комплементарности, согласно которому цитозин и гуанин содержатся в идентичном количестве в клетке, поэтому 60 % /2 = 30 %.

По принципу комплементарности происходит репликация и транскрипция. Под первым процессом понимают удвоение цепей ДНК. Транскрипция представляет собой синтез РНК с использованием ДНК в качестве матрицы.

Для РНК не характерен процесс репликации. Данная нуклеиновая кислота образуется посредством транскрипции, а ДНК удваивается перед каждым делением.

Функциями ДНК выступают хранение и передача наследственной информации.

Назначение РНК определяется ее типом:

• матричная (информационная) – кодирует информацию о первичной структуре белковой цепи;
• рибосомальная – входит в состав рибосом;
• транспортная – связывается с конкретной аминокислотой, обуславливает ее распознавание рибосомой.

Все они обеспечивают процесс трансляции.

АТФ

Некоторые нуклеотиды самостоятельно могут выполнять ряд важных функций. Основным из них является аденозинтрифосфат (АТФ). По формуле видно, что АТФ состоит из аденина, рибозы и 3-х остатков фосфорной кислоты.

Связи между фосфатами называются макроэргическими, так как при их разрушении выделяется большое количество энергии – 40 кДж. Чаще всего происходит расщепление связей между вторым и третьим остатками фосфорной кислоты. При этом образуется нуклеотид АТФ, являющийся универсальным источником энергии для всех химических реакций в клетке.