Химическая структура. Нуклеотиды и фосфатные связи

В зависимости от химической структуры углеводного компонента нуклеиновые кислоты делят на два типа:

1. дезоксирибонуклеиновые

2. рибонуклеиновые;

 первые содержат дезоксирибозу, а вторые — рибозу

Нуклеиновым кислотам, как и белкам, принадлежит ведущая роль в обмене веществ и молекулярной организации живой субстанции. С ними связан синтез белка, рост и деление клетки, образование клеточных структур, а, следовательно, формообразование и наследственность организма.

Нуклеиновые кислоты (см. приложение № 29) это биологические полимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Молекулы нуклеиновых кислот, как правило, больше молекул белков.

Структурное строение нуклеиновых кислот стало известно после величайшего открытия, сделанного в 1953 году Уотсоном и Криком.    

В клетке встречаются две разновидности нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Каждая из них образована многократным повторением нуклеотидов четырех типов.

 Каждый нуклеотид состоит из трех частей:

· Азотистое основание.

· Пятиуглеродный сахар.

· Фосфат.

В нуклеотидах ДНК встречаются четыре типа азотистых основания, по названию которых даются названия нуклеотидам:

· адениновое основание - встречается в аденине (А)

· тиминовое основание - в тимине (Т)

· цитозиновое - в цитозине (Ц)

· гуаниновое - в гуанине (Г)

Эти азотистые основания обладают уникальным свойством: они способны образовывать комплиментарные связи, то есть связи строго соответствия одного основания другому. Так, например, адениновое основание может связаться только с тиминовым, а цитозиновое - с гуаниновым. Химически комплиментарные связи являются водородными.

В молекулах РНК также встречаются четыре типа азотистых оснований, но тимин заменен урацилом.

В нуклеотидах бывают две разновидности пятиуглеродного сахара: в ДНК – дезоксирибоза, в РНК - рибоза. Эти сахара совместно с фосфатами обеспечивают ковалентные связи нуклеотидов в цепочке нуклеиновой кислоты.

Таким образом, ДНК отличается от РНК по составу.

В ДНК встречается дезоксирибоза и есть тимин. В РНК тимин заменен урацилом. а вместо дезоксирибозы встречается рибоза.

Отличия между нуклеиновыми кислотами заключаются также и в структуре молекул.

Так  РНК представляют собой одинарную цепочку нуклеотидов, то ДНК образована двойной цепочкой из двух полимерных нитей, спирально скрученных друг относительно друга направо. Обе нити являются комплиментарными друг другу; то есть напротив Тимина одной нити находится Аденин другой нити, а напротив Гуанина одной нити лежит Цитозин другой: Т – А Г - Ц

Водородные связи между комплиментарными нуклеотидами довольно слабы, но повторенные многократно по всей длине молекулы ДНК, они обеспечивают достаточно прочную связь между обеими нитями.

 По ходу спирали в макромолекуле образуется два желобка - один малый расположенный между двумя полинуклеотидными цепями, другой большой представляет проем между витками. Расстояние между парами оснований по оси молекулы ДНК составляет 3. 4 А. В один ход спирали укладывается 10 пар нуклеотидов, соответственно протяженность одного витка равна 3,4 А. Диаметр поперечного сечения спирали равен 20 А.

Молекулы ДНК в клетках находятся в постоянной связи со специальными белками, защищающими ДНК от мутаций, а также обеспечивающими ее удвоение и другие реакции.

ДНК может существовать в одном из двух состояний:

· в виде хроматина - тонких невидимых в световой микроскоп нитей.

· в виде хромосом - толстых укороченных, хорошо различимых в световой микроскоп образований.

Каждая хромосома образуется в результате специальной укладки, скручивания одной из хроматиновой нити.

Все хромосомы клетки имеют утолщенные участки - теломеры и тонкие перехваты между ними - центромеры.

Превращение хроматина в хромосомы происходит только в период деления клетки. В это время хорошо заметно, что хромосомы отличаются друг от друга деталями строения: длиной, размерами теломер. Различающиеся внешним строением хромосомы, отличаются и более существенными свойствами: они несут в себе совершенно различные гены. Такие хромосомы, не имеющие общих генов, называются хромосомами разного сорта или негомологичными хромосомами, центромерателомеры.