Функции ДНК и ее структура
В основе жизнедеятельности клеток живых организмов лежат функции биологических полимеров: нуклеиновых кислот, углеводов, белков и липидов. Биополимеры состоят из мономеров, углеводородных структур, в состав которых входят также азот, кислород, сера и фосфор.
В 19 веке было начато изучение структуры веществ, которые составляют живую клетку, но функции ДНК, белков, РНК и их структура окончательно были определены в 20 веке.
Фридрих Мишер в 1868 году выделил из ядер клеток лейкоцитов фосфорсодержащее вещество и назвал его нуклеином. Затем Рихард Альтман в 1889 году определил, что это вещество состоит из особой кислоты и белка. Тогда-то впервые и услышали о термине «нуклеиновая кислота». Однако до установления функции нуклеиновых кислот было еще далеко.
ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты - это наиболее крупные биологические полимеры, состоящие из сотни мономеров – дезоксирибонуклеотидов. В их состав, кроме сахара (дезоксирибозы), входит 4 вида нуклеотидов: аденин – А , тимидин – Т, цитозин – Ц, гуанин – Г.
Первое время ДНК считалась нуклеиновой кислотой животного происхождения, поскольку ее выделяли из тимуса животных, а РНК, выделявшуюся из проростков пшеницы - растительного. Считалось, что наконец-то было найдено биохимическое отличие клеток рас
Непосредственно строение нуклеиновых кислот начал изучать Эрвин Чаргафф, который в 1953 выяснил, что нуклеотиды, входящие в состав одноименных кислот, образуют пары со строгой закономерностью.
В связь вступают всегда одно пиримидиновое и одно пуриновое основания, Г = Ц, А = Т. То есть аденин связывается с тимидином, а гуанин – с цитозином.
Причем для функции ДНК существенно, что связь в первом случае обеспечивают 2 водородные пары, а во втором - три.
Правило Чаргаффа оказалось основанием, на котором Уотсон и Крик построили структуру двойной спирали ДНК.
В этой молекуле, как и в молекулах белков, различаются первичная, вторичная и третичная структуры.
Первичная структура – это линейная последовательность мономеров в одной цепи.
Конечно, в природе ДНК в виде одной цепочки не встречается, но здесь мы говорим именно о первичной структуре биополимера, которой определяются все его свойства.
Вторичная структура – это пространственная характеристика биополимера. В случае ДНК она представляет собой две полинуклеотидные цепи, каждая из которых закручивается в спираль вправо, а обе они одновременно закручиваются по часовой стрелке вокруг общей оси. Эти цепи удерживаются рядом силами водородных связей. Третичная структура ДНК определяется дальнейшей спирализацией молекулы.
Гигантский шаг вперед был сделан с открытием того, что функции ДНК состоят в передаче и хранении генетической информации. ДНК содержит наследственную программу о структуре белков, специфических для каждого организма. Они вместе с молекулами РНК передают наследственную информацию от организма к организму. В функции ДНК также входит и реализация генетической информации. Они участвуют в процессах транскрипции, репликации и трансляции, обеспечивая тем самым синтез разнообразных белков.