Нуклеїнові кислоти
Біологічне значення нуклеїнових кислот дуже велике. Вони відіграють центральну роль синтезі білків клітини. Будь-яка клітина виникає внаслідок поділу материнської клітини. При цьому дочірні клітини успадковують властивості та ознаки материнської. Властивості і ознаки клітини визначаються головним чином її білками. ДНК і РНК, як це буде показано далі, забезпечують синтез білків тієї ж структури і того ж складу, що є у материнської клітини.
ДНК. За своєю структурою ДНК представляє своєрідну, не схожу на жодну відому в хімії сполуку. На малюнку 69 видно, що молекула ДНК складається із двох спірально закручених один навколо одного ланцюгів. Ширина такої подвійної спіралі ДНК всього близько 20 А, проте довжина її виключно велика. Вона може досягти кількох десятків і навіть сотень мікрометрів. Щоб оцінити цю величину, врахуємо, що довжина найбільшої білкової молекули (у розгорнутому стані) вбирається у 0,1 мкм. Таким чином, довжина молекули ДНК у сотні і тисячі разів більша за найбільшу білкову молекулу. Молекулярна вага ДНК гігантськи велика: вона становить десятки і навіть сотні мільйонів. Ці цифри належать до подвійної спіралі. На кожен ланцюг припадає половина ваги.
З хімічної сторони кожен ланцюг ДНК - полімер, мономерами якого є звані нуклеотиди. Для того щоб уявити, що таке нуклеотид, з якої видно, що нуклеотид є продуктом хімічної сполуки трьох різних речовин: азотистої основи, простого вуглеводу (пентози) та фосфорної кислоти.
До складу ДНК входять чотири різні типи нуклеотидів. Вони різняться між собою лише структурою азотистого підстави, решта їх молекул у всіх нуклеотидів однакова. Нуклеотиди томуназивають по азотистому підставі, що в них міститься. Вуглевод, що міститься у всіх нуклеотидах ДНК, називається дезоксирибозою.
Зчеплення нуклеотидів між собою, коли вони з'єднуються в ланцюг ДНК, відбувається через фосфорну кислоту та дезоксирибозу. За рахунок гідроксилу фосфорної кислоти одного нуклеотиду та гідроксилу дезоксирибози сусіднього нуклеотиду виділяється молекула води та залишки нуклеотидів з'єднуються міцним ковалентним зв'язком. З двох нуклеотидів виходить динуклеотид, із трьох нуклеотидів - тринуклеотид, з багатьох - полінуклеотид. Кожен ланцюг ДНК і являє собою полінуклеотид, тобто довгий ланцюг, в якому в строго визначеному і для кожної ДНК завжди постійно слідують нуклеотиди. Достатньо переставити хоча б один нуклеотид - і виникне нова структура з новими властивостями. Зробимо нескладний підрахунок. Молекулярна маса одного нуклеотиду в середньому дорівнює 330. Молекулярну масу одного ланцюга ДНК приймемо рівною 10 "млн. Звідси випливає, що такий ланцюг складається з 30 000 нуклеотидів. Хоча в будові ДНК беруть участь всього 4 нуклеотиди, але при такому величезному кожну ланцюг ДНК, неважко уявити, яке гігантське число ізомерів ДНК може існувати.
Познайомимося тепер, як розташовані один щодо одного ланцюга ДНК, коли утворюється спіраль, і які сили утримують ланцюги між собою.
На малюнку 72 зображено невелику ділянку подвійної спіралі ДНК. Азотисті основи одного ланцюга розташовуються точно проти азотистих основ іншого. Зверніть увагу: в розташуванні протилежних нуклеотидів немає нічого випадкового: проти одного ланцюга виявляється завжди Т на інший ланцюга, а проти Г тільки Ц на інший. Жодних інших варіантів не буває. Пояснюється це тим, що в А і Т, як і в Г і Ц, краюмолекул азотистих основ відповідають одна одній геометрично (як дві половинки розбитого скла), тому вони можуть тісно зблизитися одна з одною та утворити між собою водневі зв'язки. При цьому між Г і Ц утворюються 3 водневі зв'язки, а між А і Т тільки 2. Зв'язок Г-Ц, таким чином, більш міцна, ніж А-Т. Зрозуміло тепер, чому каже, що у парі А-Т, а також у парі Г-Ц один нуклеотид доповнює інший. Слово «доповнення» латинською мовою – «комплемент». Тому прийнято говорити, що Г є комплементарним нуклеотидом до Ц, а Ц - комплементарним до Г; А - комплементарний до Т, і навпаки, Т комплементарний до А. Якщо на якійсь ділянці ланцюга ДНК слідують один за одним нуклеотиди: А, Г, Г, Ц, Т, А, Ц, Ц, то на ділянці, що протилежить, інший ланцюга виявляться комплементарні до них нуклеотиди: Т, Ц, Ц, Р, А, Т, Р, Р. Отже, якщо відомий порядок проходження нуклеотидів в одному ланцюгу, то за принципом комплементарності відразу ж з'ясовується порядок проходження нуклеотидів в іншому ланцюгу.
Слабкі зв'язки, повторені багаторазово, дають міцне з'єднання. Подвійна спіраль ДНК, "прошита" численними "слабкими" водневими зв'язками, утворює структуру, з одного боку, досить стійку, а з іншого боку, рухливу: вона легко розкручується і легко відновлює свою двотяжку структуру. Майже вся ДНК міститься у ядрі клітини. Зміст ДНК у ядрах відрізняється сталістю. У ядрі будь-якої клітини людини (крім статевих) міститься 6,6X10 -12 г ДНК, в ядрах статевих клітин ДНК рівно вдвічі менше - 3.3x10 -12 г.