Нуклеиновые кислоты и их биологическая роль¶

Нуклеиновые кислоты — высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение, передачу и реализацию наследственной информации в живых организмах. К этому классу биополимеров относятся дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). Мономерами нуклеиновых кислот служат нуклеотиды, каждый из которых состоит из азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Термин введён в 1889 году швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером, впервые выделившим эти вещества из ядер клеток.

¶Химическое строение

Нуклеотид включает три компонента:

• Азотистое основание — пуриновое (аденин, гуанин) или пиримидиновое (цитозин, тимин, урацил).
• Пентоза — дезоксирибоза в ДНК, рибоза в РНК.
• Остаток фосфорной кислоты.

Нуклеотиды соединяются в цепь через фосфодиэфирные связи между фосфатом одного нуклеотида и гидроксильной группой сахара другого. В ДНК две цепи закручены в двойную спираль, открытую Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в 1953 году. Цепи удерживаются водородными связями между комплементарными основаниями: аденин соединяется с тимином (в РНК — с урацилом), гуанин — с цитозином. Принцип комплементарности лежит в основе точного копирования молекул.

¶Виды РНК

В отличие от ДНК, РНК обычно одноцепочечная. Основные типы:

¶Биологическая роль

Главные функции нуклеиновых кислот:

1. Хранение наследственной информации. Последовательность нуклеотидов ДНК кодирует структуру всех белков организма и служит матрицей для их воспроизведения.
2. Передача признаков потомству. При делении клетки ДНК удваивается (репликация), что обеспечивает преемственность генетической информации.
3. Реализация наследственной информации. В процессе транскрипции на матрице ДНК синтезируется РНК, а при трансляции на рибосомах строится молекула белка. Эта последовательность составляет центральную догму молекулярной биологии: ДНК → РНК → белок.
4. Регуляция обмена веществ. Нуклеиновые кислоты управляют синтезом ферментов и тем самым влияют на все процессы жизнедеятельности.
5. Энергетическая и коферментная функция. Производные нуклеотидов (АТФ, НАД, ФАД) участвуют в переносе энергии и окислительно-восстановительных реакциях.

¶Значение и применение

Изучение нуклеиновых кислот стало основой молекулярной биологии и генетики. На знании их структуры базируются методы анализа ДНК, генетическая дактилоскопия, диагностика наследственных заболеваний, биотехнология и генная инженерия. Синтез рекомбинантных молекул ДНК позволяет получать инсулин, вакцины и другие препараты. В 2020-х годах технологии на основе матричной РНК нашли применение при разработке вакцин.

Нарушения структуры нуклеиновых кислот лежат в основе многих патологий — от точечных мутаций до хромосомных перестроек, что делает их объектом медицинских и биологических исследований.