Нуклеїнові кислоти та їх роль в клітині

Нуклеїнові кислоти – це високомолекулярні органічні сполуки. Вперше вони були виявлені в ядрах клітин, звідси і отримали відповідну назву (нуклеус – ядро). Значення нуклеїнових кислот у клітині дуже велике. Вони зберігають і ередают спадкову інформацію. Існує два типи нук-еінов кислот: дезоксирибонуклеїнова (ДНК) і рібонуклеі-овая (РНК). ДНК утворюється і міститься переважно в ядрі клітини, РНК, виникаючи в ядрі, виконує свої функції в цитоплазмі і ядрі. Нуклеїнові кислоти – це полімери, побудовані з величезного числа мономерних одиниць, званих нуклеотидами. Кожний нуклеотид – хімічна сполука, що складається з азотистої основи, пятиуглеродного цукру (пен-този) і залишку фосфорної кислоти (рис. 1.1). Останній і визначає приналежність нуклеїнових до класу кислот. Два типи нуклеїнових кислот виділяють, виходячи з різних видів пентози, присутньої в нуклеотиде: РНК (РНК) містять рибозу, а дезоксирибонуклеїнової (ДНК) – дезоксирибозу. В обох типах нуклеїнових кислот містяться азотисті основи чотирьох різних видів: аденін (А), гуанін (Г), цитозин (Ц) і тимін (Т), а в РНК замість тиміну – урацил. Молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, звитих разом навколо однієї поздовжньої осі, в результаті чого утворюється подвійна спіраль. Дві ланцюга ДНК з’єднані в одну молекулу азотистими підставами. При цьому аденін з’єднується тільки з тиміном, а гуанін – з цитозином (рис. 1.2). У зв’язку з цим послідовність нуклеотидів в одному ланцюжку жорстко визначає їх послідовність в іншій. Строга відповідність нуклеотидів один одному в парних ланцюжках молекули ДНК отримало назву комплементарное ™. У полинуклеотидной ланцюжку сусідні нуклеотиди пов’язані між собою через цукор (дезоксирибозу) і залишок фосфорної кислоти. У молекулі ДНК послідовно з’єднані багато тисяч нуклеотидів, молекулярна маса цього з’єднання досягає десятків і сотень мільйонів. Роль ДНК полягає в зберіганні, відтворенні та передачі з покоління в покоління спадкової інформації. ДНК несе в собі закодовану інформацію про послідовність амінокислот у білках, синтезованих клітиною. Клітка володіє необхідним механізмом синтезу ДНК. Процес самоудвоения, або реплікації (редуплікації, аутореп-лікації), відбувається поетапно: спочатку під дією спеціального ферменту розриваються водневі зв’язки між азотистими підставами, потім в результаті цього вихідна подвійна ланцюжок молекули ДНК поступово розпадається на дві одинарні. Одна нитка ДНК відходить від іншої, потім кожна з них синтезує нову шляхом приєднання вільних комплементарних нуклеотидів, що знаходяться в цитоплазмі (аденін ктіміну, гуанін до цитозин). Так відновлюється подвійний ланцюг ДНК – точна копія «материнської» молекули ДНК (рис. 1.3). Але тепер таких подвійних молекул вже дві. Тому синтез ДНК і отримав назву реплікації (подвоєння): кожна молекула ДНК як би сама себе подвоює. Іншими словами, кожна нитка ДНК служить матрицею, а її подвоєння називається матричним синтезом. У живих клітинах в результаті подвоєння нові молекули ДНК мають тугіше структуру, що і початкові: одна нитка була вихідною, а друга зібрана заново. У зв’язку з цим в дочірніх клітинах зберігається та ж спадкова інформація. У цьому полягає глибокий біологічний сенс, тому що порушення структури ДНК зробило б неможливими збереження і передачу у спадок генетичної інформації, що забезпечує розвиток притаманних організму ознак.

Молекулярна структура РНК близька до такої ДНК. Але РНК на відміну від ДНК в більшості випадків буває одноцепочечной. До складу молекули РНК входять також 4 типи нуклеотидів, але один з них інший, ніж в ДНК: замість тиміну в РНК міститься урацил. Крім того, у всіх нуклеотидах молекули РНК знаходиться не дезоксирибоза, а рибоза. Молекули РНК не настільки великі, як молекули ДНК. Існує кілька форм РНК. Назви їх пов’язані з виконуваними функціями або розташований у клітці. У рибосомах міститься рибосомальная РНК (рРНК). Молекули рРНК відносно невеликі і складаються з 3 – 5 тис. Нуклеотидів. Інформаційні (іРНК), або матричні (мРНК), РНК переносять інформацію про послідовності нуклеотидів в ДНК, що зберігається в ядрі, до місця синтезу білка. Розмір цих РНК залежить від довжини ділянки ДНК, на якому вони були синтезовані. Молекули мРНК можуть складатися з 300- 30 ТОВ нуклеотидів.

Молекули транспортних РНК (тРНК) найкоротші і складаються з 76- 85 нуклеотидів. Транспортні РНК доставляють амінокислоти до місця синтезу білка, причому кожна амінокислота має свою тРНК. Всі види РНК синтезуються в ядрі клітини за тим же принципом комплементарное ™ на одній з ланцюгів ДНК. Значення РНК полягає в тому, що вони забезпечують синтез в клітці специфічних для неї білків.

Аденозжтріфосфат (АТФ) входить до складу будь-якої клітини, де виконує одну з найважливіших функцій – накопичувача енергії. Це нуклеотид, що складається з азотистої основи аденіну, цукру рибози і трьох залишків фосфорної кислоти. Нестійкі хімічні зв’язки, якими сполучені молекули фосфорної кислоти в АТФ, дуже багаті енергією (макроергічні зв’язку). При розриві цих зв’язків енергія вивільняється і використовується в живій клітині, забезпечуючи процеси життєдіяльності і синтезу органічних речовин. Відрив однієї молекули фосфорної кислоти супроводжується виділенням близько 40 кДж енергії. При цьому АТФ переходить в аденозиндифосфат (АДФ), а при подальшому отщеплении залишку фосфорної кислоти від АДФ утворюється аденозінмонофос-фат (АМФ) (рис. 1.4). Отже, АТФ – головне макроергів-чеський з’єднання клітини, що використовується для здійснення різних процесів, на які витрачається енергія.

Посилання на основну публікацію