Хімія підготовка до ЗНО та ДПА
Комплексне видання

ЧАСТИНА І

ЗАГАЛЬНА ХІМІЯ

ОРГАНІЧНА ХІМІЯ

АМІНОКИСЛОТИ Й БІЛКИ

Нуклеїнові кислоти

Поняття і різновиди нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти — найважливіші сполуки, що обумовлюють можливість існування і розвитку всіх живих істот. Вони відіграють основну роль у збереженні і реалізації генетичної інформації. Нуклеїнові кислоти були відкриті в середині 60-х років XIX століття швейцарським ученим Ф. Мішером. Вивчаючи склад деяких клітин, він винайшов невідому речовину біологічного походження, яка істотно відрізнялася від відомих на той час білків, жирів і вуглеводів. Він назвав цю речовину нуклеїном, оскільки виявив його в ядрах клітин: від грецького слова писіеоз — ядро. Хімічний склад нуклеїнових кислот було остаточно встановлено тільки наприкінці 30-х років XX століття, а їх будову встановили значно пізніше вчені Дж. Вотсон і О. Крік, за що в 1953 році їх було нагороджено Нобелівською премією.

Розрізняють два типи нуклеїнових кислот: дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК), які зберігають генетичну інформацію, і рибонуклеїнові кислоти (РНК), які беруть участь в процесах передачі генетичної інформації і біосинтезу білка в клітині. Основна відмінність їх хімічного складу полягає в тому, що в молекулах ДНК містяться залишки вуглеводу дезоксирибози, а в молекулах РНК — рібози, що і відображується у їхніх назвах.

Нуклеїнові кислоти являють собою природні високомолекулярні. сполуки, набагато складніші, ніж білки та полісахариди. Молекулярна маса нуклеїнових кислот коливається від 100 тисяч до 60 мільярдів. Молекули ДНК — найбільші молекули серед всіх відомих, їх довжина може досягати декількох сантиметрів, тобто у 10 мільйонів разів більше за розміри звичайних молекул. В клітинах вони багатократно скручені, щоб займати відносно невеликий об’єм, але якщо розкласти в довжину молекули ДНК тільки однієї клітини людини, вони склали б ланцюг завдовжки декілька метрів.

Це свідчить про велику складність будови молекул нуклеїнових кислот, але основний принцип їхньої будови виявився доволі простим. Ланцюги нуклеїновий кислот складаються з ланок, що постійно повторюються,— нуклеотидів, специфічне повторення яких і обумовлює запис спадкової інформації. Порядок, в якому розташовані нуклеотиди, унікальний для кожної живої істоти, як унікальна спадкова інформація будь-якого організму.

Склад і будова нуклеїнових кислот

Нуклеотиди — це мономери, з яких складаються нуклеїнові кислоти. Вони також мають доволі складну будову. Кожний нуклеотид складається зі з’єднаних залишків трьох молекул: нітрогеновмісної основи, вуглеводу і ортофосфатної кислоти:

В молекулах ДНК трапляються чотири основні типи нітрогеновмісних основ: аденін, гуанін, цитозин і тимін. До складу РНК замість тиміну входить близька йому за будовою основа — урацил:

До складу кожного нуклеотиду входить залишок вуглеводу: в молекулах ДНК містяться залишки дезоксирибози С₅Н₁₀О₄, а в молекулах РНК іншого вуглеводу — рибози С₅Н₁₀О₅:

Разом з ортофосфатною кислотою вуглевод і нітрогеновмісна основа утворюють нуклеотид. Наприклад, нуклеотид, утворений рибозою і цитозином має наступний вигляд:

Нуклеотиди, об’єднуючись один з одним, утворюють полінуклеотидний ланцюг. Молекула РНК складається з одного такого ланцюга, а в переважній більшості випадків молекула ДНК побудована з двох полінуклеотидних ланцюгів:

Ці ланцюги з’єднуються між собою водневими зв’язками за суворими правилами: тимін з одного ланцюга з’єднується тільки з аденіном з протилежного ланцюга, а цитозин — тільки з гуаніном. З’єднавшись, два полінуклеотидних ланцюги згортаються в спіраль, отже, таким чином, молекула ДНК являє собою подвійну спіраль.

В клітинах живих істот молекули ДНК сполучаються з особливими, так званими ядерними білками, багаторазово згортаються і утворюють хромосоми:

Значення нуклеїнових кислот

В живих організмах міститься безліч різних білків, кожний з них виконує спеціалізовану для нього функцію. При цьому функціональні можливості і спеціалізація того чи іншого білка визначається його будовою, зокрема розташуванням в їхніх молекулах амінокислот. Інформація про амінокислотну послідовність кожного білка, що синтезується в організмі, закодована саме в молекулі ДНК.

Нуклеїнові кислоти — основні «дійові особи» синтезу білкових молекул. Все, що необхідно клітині для життя, запрограмовано у відрізках молекули ДНК — генах. Але самі гени білок не синтезують. Закодована в них інформація реалізується молекулами РНК. Насамперед з гена знімається «креслення»: на молекулі ДНК синтезується молекула інформаційної РНК. Подібно до того, як у друкарні друкують книжки, на молекулі інформаційної РНК, як на матриці, синтезується молекула певного білка, а окремі амінокислоти для його синтезу постачаються так званою транспортною РНК.

Іноді молекули ДНК пошкоджуються різними мутагенами. До них відносяться деякі речовини, зокрема нікотин і більшість компонентів тютюнового диму, та електромагнітне випромінювання: радіоактивне, ультрафіолетове та рентгенівське. Під дією мутагенів руйнується молекула ДНК або модифікуються деякі нітрогеновмісні основи — відбуваються мутації. Як наслідок, інформація, закодована в ДНК, змінюється і в клітині може припинитися синтез певного білка або синтезується дещо модифікований білок, який неправильно виконує свої функції. Подібні зміни в більшості випадків приводять до фатальних змін в організмі: розвиток ракових пухлин, різноманітні тяжкі захворювання, а також народження дітей, хворих на генетичні захворювання, які вилікувати неможливо: серпоподібна анемія, синдром Дауна тощо.

Отже, нуклеїнові кислоти незамінні для життя, розмноження та існування будь-якої живої істоти: від мікроскопічного віруса до величезної тварини.