Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти, біополімери, що складаються з залишків фосфорної кислоти, цукрів і азотистих основ (пуринів і піримідинів). Чи мають фундаментальне біологічне значення, оскільки містять в закодованому вигляді всю генетичну інформацію будь-якого живого організму, від людини до бактерій і вірусів, що передається від одного покоління іншому.

Нуклеїнові кислоти були вперше виділені з клітин гною людини і сперми лосося швейцарським лікарем і біохіміком Ф. Мішер між 1869 і 1871. Згодом було встановлено, що існує два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова (РНК) і дезоксирибонуклеиновая (ДНК), однак їх функції довго залишалися невідомими.

В 1928 англійський бактеріолог Ф. Гріффіт виявив, що убиті патогенні пневмококи можуть змінювати генетичні властивості живих непатогенних пневмококів, перетворюючи останні на патогенні. У 1945 мікробіолог О. Евері з Рокфеллерівського інституту в Нью-Йорку зробив важливе відкриття: він показав, що здатність до генетичної трансформації обумовлена перенесенням ДНК з однієї клітини в іншу, а отже, генетичний матеріал являє собою ДНК. У 1940-1950 Дж.Бідл і Е. Тейтум з Стенфордського університету (шт. Каліфорнія) виявили, що синтез білків, зокрема ферментів, контролюється специфічними генами. У 1942 Т. Касперсон у Швеції та Ж. Браш в Бельгії відкрили, що нуклеїнових кислот особливо багато в клітинах, що активно синтезують білки. Всі ці дані наводили на думку, що генетичний матеріал - це нуклеїнова кислота і що вона якось бере участь у синтезі білків. Однак у той час багато вважали, що молекули нуклеїнових кислот, незважаючи на їх велику довжину, мають дуже просту періодично повторюється, структуру, щоб нести достатньо інформації і служити генетичним матеріалом. Але в кінці 1940-х років Е. Чаргафф в США і Дж.Уайатт в Канаді, використовуючи метод розподільної хроматографії на папері, показали, що структура ДНК не настільки проста і ця молекула може служити носієм генетичної інформації.

Структура ДНК була встановлена в 1953 М. Вілкінсом, Дж.Уотсоном і Ф. Криком в Англії. Це фундаментальне відкриття дозволило зрозуміти, як відбувається подвоєння (реплікація) нуклеїнових кислот. Невдовзі після цього американські дослідники А. Даунс та Дж.Гамов припустили, що структура білків якимось чином закодована в нуклеїнових кислотах, а до 1965 ця гіпотеза була підтверджена багатьма дослідниками: Ф. Криком в Англії, М. Ніренбергом та С. Очоа в США, Х. Кораном в Індії. Всі ці відкриття, результат сторічного вивчення нуклеїнових кислот, зробили справжню революцію в біології. Вони дозволили пояснити феномен життя в рамках взаємодії між атомами і молекулами.

Типи і поширення. Як ми вже говорили, є два типи нуклеїнових кислот: ДНК і РНК. ДНК присутня в ядрах всіх рослинних і тварин клітин, де вона знаходиться в комплексі з білками і є складовою частиною хромосом. У особин кожного конкретного виду утримання ядерної ДНК звичайно однаково у всіх клітинах, крім гамет (яйцеклітин і сперматозоїдів), де ДНК вдвічі менше. Таким чином, кількість клітинної ДНК видоспецифічність. ДНК знайдена і поза ядра: в мітохондріях ( «енергетичних станціях» клітин) і в хлоропластах (частки, де в рослинних клітинах йде фотосинтез). Ці субклітинні частки мають деякої генетичної автономією.

Бактерії і ціанобактерії (синьо-зелені водорості) містять замість хромосом одну або дві великі молекули ДНК, пов'язані з невеликою кількістю білка, і часто -- молекули ДНК меншого розміру, так звані плазміди. Плазміди несуть корисну генетичну інформацію, наприклад містять гени стійкості до антибіотиків, але для життя самої клітини вони неістотні.

Деякий кількість РНК присутня в клітинному ядрі, основна ж її маса знаходиться в цитоплазмі - рідкому вмісті клітини. Б більшу її частину складає рибосомна РНК (рРНК). Рибосома - це дрібні тільця, на яких йде синтез білка. Невелика кількість РНК представлено транспортної РНК (тРНК), яка також бере участь у білковому синтезі. Однак обидва ці класу РНК не несуть інформацію про структуру білків - така інформація міститься в матричної, або інформаційної, РНК (мРНК), на частку якої припадає лише невелика частина сумарної клітинної РНК.

Генетичний матеріал вірусів представлений або ДНК, або РНК, але ніколи обома одночасно.

Загальні властивості

Молекули нуклеїнових кислот містять безліч негативно заряджених фосфатних груп і утворюють комплекси з іонами металів; їх калієва і натрієва солі добре розчинні у воді. Концентровані розчини нуклеїнових кислот дуже в'язкі і злегка опалесцентну, а в твердому вигляді ці речовини білі. Нуклеїнові кислоти сильно поглинають ультрафіолетове світло, і ця властивість лежить в основі визначення їх концентрації. З цим же властивістю пов'язаний і мутагенний ефект ультрафіолетового світла.

Довгі молекули ДНК крихкі і легко ламаються, наприклад при продавлюванні розчину через шприц. Тому робота з високомолекулярними ДНК вимагає особливої обережності.

Хімічна структура. Нуклеїнові кислоти