Нуклеїнові кислоти як носії генетичної інформації. Будова і структура ДНК і РНК. Модель ДНК Уотсона - Кріка. Генетичний код та його властивості. Докази триплетності коду

ДНК була відкрита Іоганном Фрідріхом Мішером у 1869 році. Спочатку нова речовина отримала назву нуклеїн, а пізніше, коли Мішер визначив, що ця речовина володіє кислотними властивостями, речовина отримала назву нуклеїнова кислота. Біологічна функція нововідкритої речовини була неясна, і довгий час ДНК вважалася запасником фосфору в організмі. Більш того, навіть на початку 20 століття багато біологів вважали, що ДНК не має ніякого відношення до передачі інформації, оскільки будова молекули, на їхню думку, була дуже одноманітною і не могла містити закодовану інформацію.

Поступово було доведено, що саме ДНК, а не білки, як вважалося раніше, є носієм генетичної інформації. Одними з перших вирішальних доказів стали експерименти О. Евері, Коліна Мак-Леода і Маклін Мак-Карті (1944 рік) з трансформації бактерій. Їм вдалося показати, що за так звану трансформацію (придбання хвороботворних властивостей нешкідливою культурою у результаті додавання до неї мертвих хвороботворних бактерій) відповідає виділена з пневмококів ДНК. Експеримент американських учених Алфреда Хершу і Марти Чейз (1952 рік) з міченими радіоактивними ізотопами білками і ДНК бактеріофагів показали, що в заражену клітину передається тільки нуклеїнова кислота фага, а нове покоління фага містить такі ж білки і нуклеїнову кислоту, як і початковий фаг.

До 50-х років 20 століття точна будова ДНК, як і спосіб передачі спадкової інформації, залишалася невідомою. Хоч і було напевно відомо, що ДНК складається з кількох ланцюжків, що у свою чергу складаються з нуклеотидів, ніхто не знав точно, скільки цих ланцюжків і як вони сполучені.

Структура подвійної спіралі ДНК була запропонована Френсісом Кріком і Джеймсом Ватсоном у 1953 році на основі рентгеноструктурних даних, отриманих Морісом Вілкінсом і Розаліндою Франклін, і «правил Чаргаффа», згідно з якими в кожній молекулі ДНК дотримуються строгі співвідношення, що зв'язують між собою кількість азотистих основ різних типів. Пізніше запропонована Ватсоном і Кріком модель будови ДНК була доведена, а їхня робота відмічена Нобелівською премією з фізіології і медицини 1962 року. Серед одержувачів не було Розалінди Франклін, що померла на той час, оскільки премія не присуджується посмертно.

Усі живі організми є носіями двох типів нуклеїнових кислот (НК): рибонуклеїнових (РНК) і дезоксирибонуклеїнової (ДНК). Нуклеїнові кислоти належать до макромолекулярних сполук, розмір молекул яких коливається в широких межах. Так, молекулярна маса транспортних РНК (тРНК) складає близько 2, 5 · 10⁴, тоді як молекулярна маса ДНК досягає колосальних величин — 10⁶–10⁹. Біологічна роль нуклеїнових кислот полягає у збереженні, реплікації, рекомбінації та передачі генетичної інформації.

Атоми вуглецю пентози мають цифрові позначення зі штрихом, щоб можна було відрізнити їх від вуглецевих атомів, що входять до складу пуринових чи піримідинових гетероциклів. Сполуки, що складаються із залишків тієї чи іншої азотистої основи, пентозного (рибозного чи дезоксирибозного) компонента і фосфорної кислоти, називаються нуклеотидами. Вони є мономерними одиницями олігонуклеотидів і полінуклеотидних структур НК. Відщеплення від нуклеотида фосфорної кислоти супроводжується утворенням відповідного нуклеозида. Продукти фосфорилювання нуклеозидів, зокрема нуклеозидтрифосфати, використовуються під час біосинтезу ДНК і РНК. Нуклеозиди і нуклеотиди одержують назви за азотистими основами, що входять до їх складу. Якщо вуглеводний компонент нуклеозиду представлений дезоксирибозою, то перед назвою відповідного нуклеотида ставиться префікс дезокси, наприклад дезоксигуанозин-5-трифосфат (д-ГТФ). Дані за номенклатурою нуклеотидів, нуклеозидів і азотистих основ представлені в табл.

Існують нуклеотиди, що мають циклічну будову. Це насамперед циклічні аденозинмонофосфати (цАМФ чи сАМР), гуанозинмонофосфати (цГМФ чи сGМР) і цитозинмонофосфати (цЦМФ чи сСМР). Циклічні АМФ і ГМФ утворюються з відповідних нуклеозидтрифосфатів під дією ферментів аденілатциклази і гуанілатциклази. Біологічне значення цАМФ полягає в його контролі за активністю ферментів (вторинний медіатор); роль первинного регулятора виконує адреналін, що активує аденілатциклазу. Механізм дії цГМФ і цАМФ подібний, однак при дії на той самий фермент цГМФ чинить протилежний ефект, тобто є інгібітором ферментів. Даних про біологічну активність цЦМФ поки що замало.