Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

роботи Кріка і його лабораторії показали, що генетичний код засновується на трійках основ, що не перекриваються, кодонах, що пізніше дозволило Гару Ґобінду Хорані, Роберту Голлі і Маршаллу Ніренбергу розшифрувати генетичний код[7]. Ці відкриття позначають початок молекулярної біології.  

Структура молекули

Нуклеотиди

 

 

 

 

 

Аденін

Гуанін

Тимін

Цитозин

Аденозинмонофосфат

Структуры структури гетероциклічних основ і аденозинмонофосфату (AMP)

Дезоксирибонуклеїнова кислота є біополімером (поліаніоном), мономерами якого є нуклеотиди[8][9]. Кожен нуклеотид складається із залишку фосфорної кислоти, приєднаного по 5'-положенню до цукру дезоксирибози, до якого також через глікозидний зв'язок (C—N) по 1'-положенню приєднана одна з чотирьох азотистих основ. Саме наявність характерного цукру і складає одну з головних відмінностей між ДНК і РНК, зафіксовану в назвах цих нуклеїнових кислот (до складу РНК входить цукор рибоза)[10]. Приклад нуклеотиду — аденозинмонофосфат — де основа, приєднана до фосфату і рибози, це аденін, показаний на малюнку.

Виходячи із структури молекул, основи, що входять до складу нуклеотидів, розділяють на дві групи: пуринові (аденін [A] і гуанін [G]), утворені сполученими п'яти- і шестичленним гетероциклами і піримідинові (цитозин [C] і тимін [T]) — утворені одним шестичленним гетероциклом[11].

Як виняток, наприклад, у бактеріофага PBS1, в ДНК зустрічається п'ятий тип основ — урацил (U), піримідинова основа, що зазвичай входить до складу РНК замість тиміну і відрізняється від тиміну відсутністю метильної групи на кільці[12]. Слід зазначити, що тимін і урацил не так строго приурочені до ДНК і РНК відповідно, як це вважалося раніше. Так, після синтезу деяких молекул РНК значне число урацилів у цих молекулах метилюєтся за допомогою спеціальних ферментів, перетворюючись на тимін. Це відбувається в транспортних і рибосомних РНК[13].  

Подвійна спіраль

Структура фрагменту ДНК

Основи розташовані горизонтально між двома спіральними ланцюжками. Збільшена версія[14]

Полімер ДНК має досить складну структуру. Нуклеотиди ковалентно сполучені між собою в довгі полінуклеотидні ланцюжки. Ці ланцюжки в переважній більшості випадків (окрім деяких вірусів, що мають одноланцюжковий ДНК-геном), у свою чергу, попарно об'єднуються за допомогою водневих зв'язків у структуру, що отримала назву подвійної спіралі[3][10]. Фосфатні групи формують фосфодіефірні зв'язки між третім і п'ятим атомами вуглецю сусідніх молекул дезоксирибози, в результаті взаємодії між 3-гідроксильною (3 —ОН) групою однієї молекули дезоксирибози і 5-фосфатною групою (5 —РО3) іншої. Асиметричні кінці ланцюжка ДНК називаються 3' (три-прайм) і 5' (п'ять-прайм). Полярність ланцюжка грає важливу роль при синтезі ДНК (подовження ланцюжка можливе тільки шляхом приєднання нових нуклеотидів до вільного 3' кінцю).

Як вже було сказано вище, у переважної більшості живих організмів ДНК складається не з одного, а з двох полінуклеотидних ланцюжків. Ці два довгі ланцюжки закручені один навколо іншого у вигляді подвійної спіралі, що стабілізується водневими зв'язками, які утворюються між повернутими один до одного азотистими основами ланцюжків, що входять до неї. У природі ця спіраль, зазвичай, правозакручена. Напрями від 3' кінця до 5' кінця в двох ланцюжках, з яких складається молекула ДНК, протилежні (ланцюжки «антипаралельні» один одному).

Ширина подвійної спіралі в її найбільш поширеній B-формі

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14