Вы помните, что все живые существа способны сохранять наследственную информацию и передавать ее потомству при размножении. Эту функцию выполняют нуклеиновые кислоты. Некоторые виды нуклеиновых кислот участвуют в реализации наследственной информации.

• Нуклеиновые кислоты - сложные высокомолекулярные биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. В составе одной молекулы нуклеиновой кислоты может находиться от 200 до 200 млн нуклеотидов. Вначале нуклеиновые кислоты обнаружили в ядре клеток, откуда и происходит название этих соединений (от лат. нуклеус - ядро). Но позже эти вещества нашли и в других частях клетки.

Молекула нуклеотида состоит из трех частей: остатков азотистого основания, пятиуглеродного моносахарида (пентозы) и фосфорной кислоты (рис. 11.1). В зависимости от вида пентозы в составе нуклеотида различают два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). В состав ДНК входит остаток дезоксирибозы, а РНК - рибозы.

Рис. 11.1. Строение нуклеотида: 1 - остаток фосфорной кислоты; 2 - азотистое основание; 3 - моносахарид (пентоза)

В молекулах ДНК и РНК содержатся остатки различных азотистых оснований. В молекуле ДНК - остатки аденина (сокращенно обозначается буквой А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и тимина (Т); в молекуле РНК - аденина (А), гуанина (Г), цитозина (Ц) и урацила (У). Обратите внимание: три типа азотистых оснований для молекул ДНК и РНК общие (нуклеотиды с аденином, гуанином и цитозином), зато тимин содержится лишь в молекулах ДНК, тогда как урацил - только в молекулах РНК (рис. 11.2).

Как и молекулам белков, молекулам нуклеиновых кислот присущи различные уровни пространственной организации (конформации).

• Типы РНК. Молекулы РНК клеток прокариот и эукариот состоят из одной цепи. Существуют три основных типа РНК, которые отличаются местом расположения в клетке, размерами и функциями.

Информационная, или матричная, РНК (иРНК, или мРНК) представляет собой копию определенного участка молекулы ДНК. Такая молекула переносит наследственную информацию от ДНК к месту синтеза полипептидной цепи, а также непосредственно участвует в ее сборке.

Рис. 11.2. Схема строения нуклеиновой кислоты

Рис. 11.3. Строение тPHK: 1-4 - участки соединения нуклеотидов с помощью водородных связей; 5 - участок, к которому присоединяется аминокислота; 6 - антикодон

Транспортная РНК (тРНК) имеет наименьшие размеры среди всех РНК (состоит из 70-90 нуклеотидов). Она присоединяет аминокислоты и транспортирует их к месту синтеза белковых молекул. Там молекула тРНК «узнает» соответствующий участок иРНК. Этот участок состоит из трех нуклеотидов и кодирует одну из аминокислот. Так определяется порядок расположения аминокислотных остатков в молекуле синтезирующегося белка.

Каждую из аминокислот транспортирует к месту синтеза белка определенная тРНК. В перемещении комплекса «молекула тРНК - остаток аминокислоты» участвуют микротрубочки и микронити цитоплазмы.

Транспортная РНК может иметь вторичную структуру (напоминает лист клевера). Такое строение объясняют тем, что в определенных участках молекулы тРНК (4-7 последовательных звеньев) между соответствующими нуклеотидами возникают водородные связи. Около верхушки «листа» находятся три нуклеотида, или триплет, который по генетическому коду отвечает определенной аминокислоте. Этот триплет называют антикодон. Около основы молекулы тРНК имеется участок, к которому с помощью ковалентной связи присоединяется соответствующая аминокислота (рис. 11.3).

Молекула тРНК может образовывать и более сложную конформацию (третичную), напоминающую латинскую букву «L» или славянскую «Г» (рис. 11.4).

Рибосомальная РНК (рРНК) входит в состав особых органелл клетки - рибосом. Вместе с белками она выполняет структурную функцию, обеспечивая определенное пространственное расположение иРНК и тРНК во время биосинтеза белковой молекулы. В клетках эукариот рРНК синтезируется в ядрышке.

Рис. 11.4. Г - образная конформация тРНК: 1 - место присоединения аминокислоты; 2 - антикодон

• Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) по своему составу является нуклеотидом. Молекула АТФ состоит из остатков азотистого основания (аденина), пентозы (рибозы) и трех остатков фосфорной кислоты (рис. 11.5). АТФ имеет необычные для других органических соединений химические связи и свойства. Это две высокоэнергетические (макроэргические) химические связи между последовательно расположенными остатками фосфорной кислоты, в которых запасено значительное количество энергии. Если при участии соответствующего фермента отщепляется один остаток фосфорной кислоты, то АТФ превращается в аденозиндифосфорную кислоту (АДФ), при этом освобождается около 40 кДж энергии.

Рис. 11.5. Молекула АТФ: 1 - аденозин; 2 - трифосфат

В зависимости от условий внутренней среды клетки количество энергии, которая выделяется при отщеплении одного остатка фосфорной кислоты, может варьировать от 33 до 50 кДж/моль глюкозы.