Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Нуклеотиды — это сложные соединения, состоящие из трех частей: во-первых, одного из азотистых оснований; во-вторых, пятиуглеродного сахара рибозы (у рибонуклеотидов) или дезоксирибозы (у дезоксирибонуклеотидов); в-третьих, одного, двух или трех остатков фосфорной кислоты. Азотистыми основаниями являются аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц) и урацил (У). В зависимости от азотистого основания, которое входит в состав нуклеотида, его называют адениновым, гуаииновым, тиминовым, цитозиновым и урациловым.

Особое значение в организме имеет рибонуклеотид АТФ, состоящий из аденина, рибозы и трех остатков фосфорной кислоты. АТФ является «энергетической валютой клетки», т. е. в ней аккумулируется энергия, которая используется организмом для различных процессов жизнедеятельности. При расщеплении АТФ, осуществляемом с помощью фермента АТФазы (аденозинтрифосфатазы), от молекулы отщепляется один остаток фосфорной кислоты, и образуется АДФ (аденозиндифосфорная кислота). При расщеплении АДФ освобождается еще один остаток фосфорной кислоты, и образуется АМФ (аденозинмонофосфорная кислота). Эти реакции сопровождаются выделением большого количества энергии (примерно 40 кДж/моль). Связи, при разрушении которых выделяется много энергии, называются макроэргическими. В АТФ две такие связи.

Кроме мононуклеотидов в обмене веществ большое значение имеют динуклеотиды, особенно НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид) и НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), принимающие участи в окислительно-восстановительных реакциях.

Нуклеиновые кислоты (НК) назвали так потому, что впервые они были найдены в ядре (nucleus) клетки. В дальнейшем они были обнаружены еще и в митохондриях и хлоропластах, а РНК — и в цитозоле клетки. НК — гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Во всех живых клетках присутствует два вида НК — ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). Исключением являются вирусы, которые не имеют клеточного строения и в которых присутствует только одна из этих кислот (ДНКи РНК-содержащие вирусы).

ДНК образована двумя цепочками (нитями) дезоксирибонуклеотидов, закрученных спиралью (двойная спираль) и содержит четыре вида нуклеотидов — адениновый, гуанииовый, тиминовый и цигозиновый (А, Г, Т, Ц). Таким образом, каждый нуклеотид содержит одно из азотистых оснований, дезоксирибозу и остаток фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеотидов каждой из цепочек обращены внутрь спирали и соединены с нуклеотидами соседней цепочки по принципу комплементарности (дополнительности) — связи образуются только между адениновым и тиминовым (А — Т) и между гуаниновым и цитозиновым (Г— Ц) нуклеотидами разных цепочек.

Комилементарность обеспечивает одно из главных свойств ДНК — способность к редупликации (самоудвоению). Она возможна за счет того, что на каждой из цепочек ДНК, как на матрице, можно построить комплементарную ей цепочку. Такой процесс происходит со всеми молекулами ДНК перед каждым клеточным делением, позволяя сохранять и передавать генетическую информацию дочерним клеткам и обеспечивая одно из важнейших свойств живого — наследственность.

РНК отличается от ДНК тремя характеристиками. Во-первых, ее молекула состоит из одной цепочки; во-вторых, в качестве сахара в ней присутствует рибоза; в-третьих, у нее нет тиминового нуклеотида, и его заменяет урациловый (У). Существует три типа молекул РНК: информационная (иРНК), транспортная (тРНК) и рибосомная (рРНК). Все виды РНК служат для реализации в процессе жизнедеятельности наследственной информации, что проявляется в синтезе белковых молекул. Синтез белка осуществляется на рибосомах, находящихся в цитоплазме клетки. Итак, иРНК переносят информацию о строении белка от ядерной ДНК к рибосомам; тРНК способна связывать аминокислоты и транспортировать их к месту синтеза; рРНК входит в состав рибосом. НК обеспечивают все свойства живого, они играют центральную роль в хранении наследственной информации, в передаче ее в ряду поколений при размножении, а также от материнской клетки к дочерней при росте и развитии организма. Не менее важно и то, что нуклеиновые кислоты обеспечивают реализацию наследственной информации в процессе жизнедеятельности.