дезоксирибонуклеиновые кислоты

дезоксирибонуклеи́новые кислоты

(ДНК), природные соединения, присутствующие во всех живых клетках и выполняющие роль генетического материала; тип нуклеиновых кислот. В 1953 г., когда Д. Уотсон и Ф. Крик предложили пространственную модель молекулы ДНК и объяснили, как эта молекула выполняет свои функции, в биологии завершился длительный период разгадывания, а затем и исследования природы «вещества наследственности». Оказалось, что гены – это участки молекулы ДНК.

ДНК представляет собой полимерную молекулу, образованную двумя полинуклеотидными цепями. Последовательность мономерных звеньев – нуклеотидов (мононуклеотидов), соединённых в цепи, это первичная структура ДНК. Каждая цепь состоит из множества нуклеотидов (у разных организмов примерно от 2·10³ до 10⁸ и более), относящимся к 4 типам. Неспецифические (одинаковые у всех) компоненты нуклеотидов – углевод дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты, специфические – 4 различных азотистых основания: аденин, гуанин, тимин и цитозин (обозначаются буквами рус. или лат. алфавита – А, Г, Т, Ц или A, G, T, C). Между собой нуклеотиды соединены фосфодиэфирными связями, протянутыми от 51 -углеродного атома одной дезоксирибозы к 31 -углеродному атому другой. К этим углеводно-фосфатным цепям присоединены азотистые основания. Две полинуклеотидные цепи закручены вправо вокруг общей воображаемой оси и образуют вторичную структуру ДНК – двойную спираль. При этом цепи расположены одна относительно другой «антипараллельно»: 51 – конец одной цепи лежит против 31 – конца другой. Азотистые основания обеих цепей обращены вовнутрь спирали, так что их плоскости перпендикулярны оси молекулы. При этом между основаниями разных цепей образуются специфичные водородные связи: аденин спаривается только с тимином, а гуанин с цитозином, т.е. основания, образующие пары, комплементарны (взаимно соответствуют друг другу). Поэтому в любой молекуле ДНК количество А равно количеству Т, а количество Г равно количеству Ц. Таким образом, комплементарные взаимодействия между основаниями обеспечивают сцепление двух цепей, а модель молекулы ДНК напоминает винтовую лестницу. Размер одного витка (шага спирали) у такой «лестницы» – 3,4 нм, число «ступенек» на полный виток – 10, расстояние между «ступеньками» – 0,34 нм; диаметр «лестницы» – 2 нм.

В клетках прокариот кольцевая молекула ДНК представляет одну хромосому (нуклеотид). У кишечной палочки она состоит из 3,2·10⁶ нуклеотидных пар и имеет длину ок. 1 мм. У эукариот ДНК вместе с различными белками образует хроматин, который в определённые периоды клеточного цикла спирализуется в хромосомы (суперспираль – третичная структура ДНК). Считается, что каждая эукариотическая хромосома содержит единственную непрерывную молекулу ДНК. У некоторых вирусов и у всех эукариот ДНК имеет линейную форму, у бактерий, пластид и митохондрий – кольцевую. У человека, собаки, лошади количество ДНК всего в 1000 раз больше, чем у кишечной палочки.

ДНК заключает в себе всю наследственную информацию клеток и организмов. В процессе репликации ДНК воспроизводится и передаёт информацию дочерним клеткам и организмам. Реализация наследственной информации ДНК (записанной в её генетическом коде) происходит в два этапа – при транскрипции и трансляции. Как вещество, ответственное за точную передачу признаков и свойств в поколениях каждого биологического вида, ДНК обладает высокой стабильностью и высокой точностью воспроизведения (специальные ферменты системы репарации исправляют большинство случайных ошибок и нарушений в структуре ДНК). Как вещество, ответственное за возникновение у организмов новых признаков и обеспечение наследственной изменчивости, ДНК способна к наследуемым изменениям – мутациям. Сочетание этих двух свойств – уникальное качество молекулы ДНК.

См. такжеГенетика, Генная инженерия, Молекулярная биология, Наследственность.