Что такое нуклеиновые кислоты?

Обзор

Нуклеиновые кислоты являются длинными цепями нуклеотидов, соединенных фосфодитерными связями. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, и рибонуклеиновая кислота, или РНК. Нуклеотиды как в ДНК, так и в РНК состоят из сахара, азотной основы и фосфатной молекулы.

Нуклеиновые кислоты являются генетическим материалом клетки

Наследственный материал клетки состоит из нуклеиновых кислот, которые позволяют живым организмам передавать генетическую информацию из поколения в поколение. Существует два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). ДНК и РНК очень незначительно отличаются по своему химическому составу, но играют совершенно разные биологические роли.

Нуклеиновые кислоты являются полимерами нуклеотидов

Химически нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами – цепями нуклеотидов. Нуклеотид состоит из трех компонентов: пентозного сахара, азотной базы и фосфатной группы. Сахар и основание вместе образуют нуклеозид. Таким образом, нуклеотид иногда называют нуклеозидным монофосфатом. Каждый из трех компонентов нуклеотида играет ключевую роль в общей сборке нуклеиновых кислот.

Как следует из названия, пентозный сахар имеет пять атомов углерода, которые помечены 1^o,2^o,3^o,4^oи 5^o. Пентозный сахар в РНК – рибоза, что означает, что 2^o углерод несет группу гидроксила. Сахар в ДНК – дезоксирибоза, то есть 2^o углерода прилагается к атому водорода. Сахар прикрепляется к азотной основе на 1^o углероде и молекуле фосфата при 5^{o углероде.}

Нуклеотиды связаны вместе фосфодиестерными связями

Молекула фосфата, прикрепленная к углероду 5^{o одного} нуклеотида, может образовывать ковалентную связь с^3-о гидроксиловой группой другого нуклеотида, связывая два нуклеотида вместе. Эта ковалентная связь называется фосфодитерной связью. Фосфатная связь между нуклеотидами создает чередующиеся сахар и фосфатный хребет в цепочке полинуклеотидов. Связывание^5-о конца одного нуклеотида с 3^{o концом} другого придает направленность цепочке полинуклеотидов, которая играет ключевую роль в репликации ДНК и синтезе РНК. На одном конце цепочки полинуклеотида, а именно 3^{o конце,} сахар имеет свободный 3^{o гидроксильную группу. На другом конце, 5o конце, сахар имеет свободную 5o фосфатную группу.}

Пиримидины и пурины являются двумя основными классами азотных оснований

Основания азота являются молекулами, содержащими одно или два кольца, состоящих из атомов углерода и азота. Эти молекулы называются “основания”, потому что они являются химически основными, и могут связываться с ионами водорода. Существует два класса азотных оснований: пиримидины и пурины. Пиримидины имеют кольцевую структуру с шестью членами, в то время как пурины состоят из кольцевой структуры с шестью членами, присоединённой кольцевой структуре с пятью членами. Пиримидины включают цитозин (C), тимин (T) и uracil (U). Пурины включают аденин (A) и гуанин (G).

Цитозин, аденин и гуанин присутствуют как в ДНК, так и в РНК. Тем не менее, тимин специфичен для ДНК, и урацил находится только в РНК. Пурины и пиримидины могут образовывать водородные связи друг с другом по определенной схеме, основываясь на наличии дополнительных химических групп, которые аналогичны кусочкам головоломки. В нормальных клеточных условиях аденин образует водородные связи с тимином (в ДНК) или урацилом (в РНК), в то время как гуанин образует водородные связи с цитозином. Это дополнительное базовое спаривание имеет решающее значение для структуры и функции ДНК.

Структура ДНК и РНК

ДНК принимает двойную гелиалогическую структуру внутри клетки. Двойная спираль состоит из двух полинуклеотидных цепей, которые вьются вокруг по спирали. Две цепи находятся в противоположных ориентациях, или являются “антипараллельными” друг к другу, то есть 5^o конец одной нити близок к 3^o концу другой. Две нити дополнительно связаны друг с другом (например, через цитозин с гуанином).

В двойной спирали ДНК, сахаро-фосфатный “позвоночник” присутствует на внешней стороне, в то время как водородные основы находятся на внутренней стороне. РНК в своей основе – одноцепочечная молекула. Единая нить РНК может образовывать локализованные вторичные структуры через внутренние дополнительные базовые соединения. Различные типы РНК вторичных структур имеют различные функции внутри клетки.