ДНК (рис. 29) – самые крупные биополимеры, содержащие до 108–109 мономеров – дезоксирибонуклеотидов, которые содержат сахар – дезоксирибозу. В состав ДНК входит 4 типа дезоксирибонуклеотидов: аденин – А, тимидин – Т, гуанин – G, цитозин – С.
АТФ (аденозинтрифософорная кислота, аденозинтрифосфат) – нуклеотид (рис. 28), образованный аденозином и 3 остатками фосфорной кислоты. Выполняет в организмах роль универсального аккумулятора энергии. Под действием ферментов фосфатные группы отщепляются от АТФ с освобождением энергии, благодаря которой происходят мышечные сокращения, синтетические и другие процессы жизнедеятельности.
Рис. 29. Дезоксирибонуклеиновая кислота
В молекуле ДНК, состоящей из двух полинуклеотидных цепочек (рис. 30), выделяют первичную, вторичную, третичную и т.д. структуры.
Рис. 30. Двойная спираль ДНК (О.В. Петунин, 2005)
Первичная структура представляет собой линейную последовательность дезоксирибонуклеотидов в одной цепочке. В такой форме в природе ДНК не существует, но именно первичная структура (последовательность нуклеотидов) определяет все ее свойства.
Вторичная структура – две полинуклеотидовые цепочки, каждая из которых закручена в спираль вправо и обе закручены вправо вокруг одной оси. Две цепочки удерживаются рядом за счет водородных связей между азотистыми основаниями разных цепочек. Азотистые основания, образующие пары по принципу Чаргаффа (а это всегда одно пуриновое и одно пиримидиновое), называются комплементарными: А = Т; G = С. Адениновый и тимидиновый соединяются двумя водородными связями, а гуаниновый и цитозиновый – тремя.
Комплементарность (от лат. комплементум – дополнение) – пространственная взаимодополняемость молекул или их частей, приводящая к образованию водородных связей. Наиболее ярко комплементарность проявляется в строении нуклеиновых кислот, где 2 полинуклеотидные цепи в результате комплементарного взаимодействия пар пуриновых и пиримидиновых оснований (А–Т, Г–Ц) образуют двуспиральную молекулу. Комплементарность лежит в основе многих явлений, связанных с "узнаванием" на молекулярном уровне (ферментативного катализа, самосборки биологических структур, матричного синтеза полинуклеотидов, молекулярных механизмов иммунитета). Комплементарные структуры подходят друг к другу как ключ к замку.
Правило Э. Чаргаффа: в любых молекулах ДНК молярная сумма пуриновых оснований (аденин + гуанин) равна сумме пиримидиновых оснований (цитозин + тимин), т.е. молярное содержание аденина равно таковому тимина, а гуанина - цитозина. Из правила Чаргаффа следует, что нуклеотидный состав ДНК разных видов может варьировать лишь по суммам комплементарных оснований. Правила Чаргаффа было использовано при построении модели структуры ДНК.
Третичная структура ДНК и структуры более высокого порядка представляют собой дальнейшую спирализацию и суперспирализацию молекулы ДНК.
Функции ДНК:
- Молекулы ДНК хранят (содержат) наследственную информацию (программу) о структуре специфических для каждого организма белков.
- Молекулы ДНК обеспечивают передачу наследственной информации от клетки к клетке, от организма к организму.
- Молекулы ДНК участвуют в реализации генетической информации, т.е. участвуют в процессе синтеза полипептидов.