Химический состав ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)- макромолекула, обеспечивающее хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков. С химической точки зрения ДНК- это длинная полимерная молекула, состоящая  из повторяющихся блоков нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара(десоксирибозы) и фосфатной группы.

Еще одним важным косвенным указанием на возможную структуру ДНК послужили данные Л. Полинга о строении белковых молекул. Полинг показал, что возможно несколько различных устойчивых конфигураций аминокислотной цепи в белковой молекуле. Одна из распространенных конфигураций пептидной цепи — α-спираль — представляет собой правильную винтообразную структуру. При такой структуре возможно образование водородных связей между аминокислотами, находящимися на смежных витках цепи. Полинг описал α-спиральную конфигурацию полипептидной цепи в 1950 году и высказал предположение, что и молекулы ДНК, вероятно, имеют спиральную структуру, закрепленную водородными связями. Однако наиболее ценные сведения о строении молекулы ДНК дали результаты рентгеноструктурного анализа. Рентгеновские лучи, проходя сквозь кристалл ДНК, претерпевают дифракцию, т. е. отклоняются в определенных направлениях. Степень и характер отклонения лучей зависят от структуры самих молекул. Дифракционная рентгенограмма, совершенно непонятная непосвященному, дает опытному глазу ряд косвенных указаний относительно строения молекул исследуемого вещества. Анализ дифракционных рентгенограмм ДНК привел к заключению, что азотистые основания (имеющие плоскую форму) уложены наподобие стопки тарелок. Рентгенограммы позволили выявить в структуре кристаллической ДНК три главных периода: 0,34, 2 и 3,4 нм. Существует два вида нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые (РНК), содержащие сахар рибозу, и дезоксирибонуклеиновые (ДНК), в состав которых входит дезоксирибоза. ДНК и РНК различаются не только по сахарам, но и по набору азотистых оснований, которые являются производными пурина и пиримидина. Пуриновые основания — аденин и гуанин — входят в состав как ДНК, так и РНК. Что касается пиримидиновых оснований, то цитозин содержится в нуклеиновых кислотах обоих типов, тимин — только в ДНК, урацил — только в РНК. Две полинуклеотидные цепи (или два участка одной цепи) формируют стабильную двуцепочечную структуру, если напротив нуклеотидов одной цепи располагаются строго определенные, способные к точному спариванию нуклеотиды другой цепи. В этом случае говорят, что последовательности нуклеотидов в двух цепях комплементарны (от лат. complementum — дополнение) друг другу. РНК обычно находится в виде одной цепи, ДНК — в виде двуцепочечной молекулы. При образовании нуклеотидов специальные ферменты соединяют с рибозой аденин, гуанин, цитозин и урацил, а с дезоксирибозой — аденин, гуанин, цитозин и тимин. Нуклеотиды в клетке находятся не только в составе нуклеиновых кислот, но могут быть самостоятельными соединениями с очень важными функциями. Так, нуклеотиды могут служить переносчиками энергии. Чаще всего в роли такого переносчика выступает аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) (аденозин — это аденин плюс рибоза). Производные нуклеотидов служат также переносчиками атомов водорода или отдельных химических групп. Они входят в состав многих коферментов. Такое производное аденина, как циклический аденозинмонофосфат является универсальным сигнальным соединением, регулирующим внутриклеточные процессы. ДНК и РНК отличаются не только химическим составом, но и длиной полимерной цепи. Молекулы РНК состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров, а ДНК могут состоять из миллионов и даже сотен миллионов нуклеотидов. В состав самой длинной молекулы ДНК в клетках человека входит 250 миллионов мономеров. Ее длина больше 8 см. Если мы захотим напечатать последовательность всех нуклеотидов ДНК бактерии Escherichia coli (кишечной палочки), то нам потребуется около 700 страниц. Полная последовательность нуклеотидов ДНК одной клетки человека займет более 800 тысяч страниц текста! Состав Мономерами РНК служат рибонуклеотиды, а мономерами ДНК – дезоксирибонуклеотиды. Каждый нуклеотид (рибонуклеотид или дезоксирибонуклеотид) состоит из трех частей: 1) остатка фосфорной кислоты, 2) пятиуглеродного моносахарида в циклической форме – рибозы (в случае РНК) или дезоксирибозы (в случае ДНК), 3) азотистого основания.