Строение и функции нуклеиновых кислот

К нуклеиновым кислотам (от лат. nucleus - ядро) относятся ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота), которые состоят из нуклеотидов. Молекула нуклеотида состоит из трех частей: углевода (рибоза или дезоксирибоза), фосфорной кислоты и азотистого основания (аденин, тимин, цитозин, гуанин, урацил). В обоих типах нуклеиновых кислот содержится основания четырех разных видов: ДНК – А, Т, Г, Ц; РНК – А, Т, У, Ц. ДНК и РНК отвечают за хранение и передачу наследственной информации живых организмов.

РНК представляет собой одноцепочечную молекулу. ДНК имеет структуру двойной спирали: нуклеотиды соединяются в цепь посредством ковалентных связей, а две цепи объединяются в одну молекулу ДНК по всей длине водородными связями строго между парами А-Т и Г-Ц. Такие пары называют комплементарными, а принцип формирования молекулы ДНК – принципом комплементарности.

Молекулы ДНК содержаться в хромосомах ядра эукариотической клетки живых организмов (у человека 46 хромосом), в прокариотных клетках, во многих вирусах, в органеллах клетки (хлоропластах, митохондриях).

Число нуклеотидных пар в организме человека ~ 3-3,5 млрд. ДНК – материальный носитель наследственной информации, которая кодируется последовательностью расположения нуклеотидов в цепи. Три рядом расположенных нуклеотида (триплет) кодируют одну аминокислоту в молекуле белка. От набора белков зависят свойства клеток и индивидуальные признаки организмов. Определенное сочетание нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК образуют генетический код. Он един для всего живого на Земле, что говорит о биохимическом единстве жизни, то есть вероятном происхождении всех живых существ от единого предка.

Ген – это единица наследственного материала, занимает участок молекулы ДНК, определяющий структуру одной молекулы белка. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом организма, называется геном, а совокупность всех генов организма – генотип. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК, следовательно, в генотипе, приводит к наследственным изменениям в организме – мутациям.

Для молекулы ДНК характерно свойство удвоения – репликация – образование двух одинаковых двойных спиралей, каждая из которых идентична исходной молекуле. В начале репликации две исходные цепи начинают раскручиваться и отделяться друг от друга. Затем по принципу комплементарности к двум исходным цепям достраиваются новые, и образуются две идентичные двойные спирали. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации и передачу ее по наследству от поколения к поколению.

Кодирование генетической информации и репликация молекул ДНК – это два важнейших взаимосвязанных процесса, составляющих основу развития и воспроизведения живых организмов.

Генная инженерия – новая отрасль молекулярной биологии и генетики, основная задача которой конструирование новых, не существующих в природе сочетаний генов. Это дает возможность выведения новых сортов культурных растений и пород животных, создания лекарственных препаратов и т.п.

В 1985 г. в геноме человека обнаружены особые сверхизменчивые участки, которые настолько индивидуальны, что позволяют составить «портрет» ДНК человека и провести идентификацию личности практически безошибочно, что находит применение в криминалистике, при установлении отцовства, материнства и родства, а также при паспортизации.