Нуклеиновые  кислоты  —  это  высокомолекулярные  органические  соединения.  Впервые  они  были  обнаружены  в  ядрах  клеток, отсюда  и  получили  соответствующее  название  (нуклеус  —  ядро).

Значение нуклеиновых кислот в клетке очень велико. Они хранят и передают  наследственную информацию.  Существует два типа нукеиновых  кислот: дезоксирибонуклеиновая  (ДНК)  и  рибонуклеиновая  (РНК).  ДНК  образуется  и  содержится  преимущественно  в ядре  клетки,  РНК,  возникая  в  ядре,  выполняет  свои  функции  в цитоплазме  и  ядре.  Нуклеиновые кислоты — это полимеры,  построенные  из  огромного  числа  мономерных  единиц,  называемых нуклеотидами. 

Каждый  нуклеотид  —  химическое  соединение,  состоящее  из  азотистого  основания,  пятиуглеродного  сахара  (пентозы) и остатка фосфорной кислоты.

Последний и определяет принадлежность нуклеиновых к классу кислот. Два типа нуклеиновых кислот выделяют,  исходя  из разных видов пентозы,  присутствующей  в  нуклеотиде:  рибонуклеиновые  кислоты  (РНК)  содержат  рибозу,  а  дезоксирибонуклеиновые  (ДНК)  —  дезоксирибозу.  В обоих типах  нуклеиновых кислот содержатся  азотистые основания четырех разных видов: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и  тимин  (Т),  а в  РНК  вместо тимина  —  урацил.

Молекула ДНК  состоит  из двух  полинуклеотидных  цепей,  свитых  вместе  вокруг  одной  продольной  оси,  в  результате  чего  образуется  двойная спираль.  Две  цепи ДНК соединены  в одну молекулу азотистыми  основаниями.  При  этом  аденин  соединяется  только с тимином, а гуанин — с цитозином.  В связи с этим последовательность  нуклеотидов  в одной  цепочке жестко определяет их последовательность в другой.  Строгое соответствие  нуклеотидов друг другу в  парных  цепочках молекулы ДНК получило название  комплементарное.  В полинуклеотидной цепочке соседние нуклеотиды связаны  между  собой  через  сахар  (дезоксирибозу)  и  остаток  фосфорной кислоты. В молекуле ДНК последовательно соединены многие тысячи нуклеотидов,  молекулярная  масса этого соединения достигает десятков и сотен миллионов.

Роль ДНК заключается в хранении,  воспроизведении  и  передаче  из  поколения  в  поколение  наследственной информации. ДНК несет в себе закодированную информацию о последовательности аминокислот в белках, синтезируемых клеткой. Клетка обладает необходимым механизмом синтеза ДНК.

Процесс самоудвоения,  или  репликации  (редупликации,  ауторепликации), идет поэтапно: сначала под действием специального фермента  разрываются  водородные  связи  между  азотистыми  основаниями,  затем  в  результате  этого  исходная  двойная  цепочка  молекулы  ДНК  постепенно  распадается  на две  одинарные.  Одна  нить ДНК  отходит  от  другой,  затем  каждая  из  них  синтезирует  новую путем  присоединения  свободных  комплементарных  нуклеотидов, находящихся в цитоплазме  (аденин к тимину,  гуанин к цитозину).

Так восстанавливается двойная цепь ДНК — точная копия «материнской»  молекулы ДНК.  Но теперь таких двойных  молекул уже  две.  Поэтому  синтез  ДНК  и  получил  название  репликации (удвоения): каждая молекула ДНК как бы сама себя удваивает.  Иными  словами,  каждая  нить  ДНК  служит  матрицей,  а  ее  удвоениеназывается матричным синтезом.  В живых клетках в результате удвоения  новые  молекулы ДНК имеют ту же структуру,  что и первоначальные:  одна  нить  была  исходной,  а  вторая  собрана  заново.  В связи с этим в дочерних клетках сохраняется та же  наследственная

информация.В этом заключается  глубокий биологический смысл, потому что  нарушение  структуры ДНК сделало  бы  невозможными сохранение  и  передачу  по  наследству  генетической  информации, обеспечивающей  развитие  присущих  организму  признаков.

Молекулярная структура РНК близка к таковой ДНК.  Но  РНК в отличие от ДНК в большинстве случаев бывает одноцепочечной.

В состав  молекулы  РНК входят также 4 типа нуклеотидов,  но один из  них  иной,  чем  в ДНК:  вместо  тимина  в  РНК  содержится  урацил.  Кроме того,  во всех нуклеотидах молекулы  РНК находится не дезоксирибоза, а рибоза.  Молекулы  РНК не столь велики,  как молекулы ДНК. Существует несколько форм РНК. Названия их связаны  с  выполняемыми  функциями  или расположением  в  клетке. 

Молекулы рРНК относительно невелики и состоят из 3 — 5 тыс. нуклеотидов.

Информационные  (иРНК),  или  матричные  (мРНК),  РНК  переносят информацию о последовательности нуклеотидов в ДНК, хранящуюся  в ядре,  к месту синтеза белка.  Размер  этих  РНК зависит от длины участка ДНК, на котором они были синтезированы.  Молекулы  мРНК могут  состоять  из  300 — 30 000  нуклеотидов.

Молекулы  транспортных  РНК  (тРНК)  самые  короткие  и  состоят из 76 — 85 нуклеотидов. Транспортные РНК доставляют аминокислоты  к  месту  синтеза  белка,  причем  каждая  аминокислота имеет свою тРНК.  Все  виды  РНК синтезируются  в ядре клетки по тому  же  принципу  комплементарности  на  одной  из  цепей  ДНК.

Значение РНК состоит в том, что они обеспечивают синтез в клетке специфических для  нее белков.

Аденозинтрифосфат  (АТФ)  входит  в  состав  любой  клетки,  где выполняет одну из важнейших функций — накопителя энергии. Это    нуклеотид,  состоящий  из  азотистого  основания  аденина,  сахара рибозы  и  трех остатков  фосфорной  кислоты.  Неустойчивые химические связи,  которыми  соединены  молекулы  фосфорной  кислоты в АТФ, очень богаты энергией (макроэргические связи). При разрыве этих связей энергия высвобождается и используется в живой клетке,  обеспечивая  процессы  жизнедеятельности  и  синтеза  органических  веществ.  Отрыв  одной  молекулы  фосфорной  кислоты  сопровождается выделением около 40 кДж энергии.  При  этом АТФ переходит  в аденозиндифосфат  (АДФ),  а  при  дальнейшем  отщеплении остатка фосфорной  кислоты от АДФ образуется аденозинмонофосфат  (АМФ)  (рис.  1.4).  Следовательно,  АТФ  —  главное  макроэргическое  соединение  клетки,  используемое  для  осуществления  различных  процессов,  на  которые  затрачивается  энергия.

Контрольные вопросы

1. Какие химические элементы входят в состав клетки?

2. Какие неорганические вещества входят в состав клетки?

3. В чем заключается значение воды для жизнедеятельности клетки?

4. Какие органические вещества входят в состав клетки?

5. Назовите функции белков.

6. Чем отличается строение молекул ДНК и РНК?

  ДНК