Строение ДНК. Молекулы ДНК в клетках эукариот содержатся в ядре, пластидах и митохондриях, а прокариот - в особых участках цитоплазмы. Расшифровка структуры ДНК имеет свою историю. 1950 американский ученый украинского
происхождения Эрвин Чаргафф (1905-2002) и его коллеги обнаружили определенные закономерности количественного содержания нитратных оснований в молекуле ДНК:
во-первых, количество нуклеотидов, содержащие аденин в любой молекуле ДНК, равно числу нуклеотидов, содержащие тимин (А = Т), а число нуклеотидов с гуанином - числу нуклеотидов с цитозином (Г = Ц);
во-вторых, сумма нуклеотидов с аденин и гуанин равна сумме нуклеотидов с тимином и цитозином (А + Г = Т + Ц). Как вы же знаете, это открытие способствовало установлению в 50-х годах ХХ ст. пространственной структуры молекулы ДНК (рис. 12.1).
Молекула ДНК состоит из двух цепей нуклеотидов, которые сообщаются между собой посредством водородных связей. Эти связи возникают между двумя нуклео-тидамы, которые как бы дополняют друг друга по размерам. Установлено, что остаток аденина (А) нуклеотида одной цепи молекулы ДНК всегда сочетается с остатком тимина (Т) нуклеотида другой цепи (между ними возникает два водородные связи), а гуанина (Г) - с цитозином (Ц) (между ними возникает три водородные связи).
Четкое соответствие нуклеотидов в двух цепях ДНК называется комплементар-ность (от лат. Комплементум - дополнение). При этом две цепи нуклеотидов обвивают друг друга, создавая закрученную вправо спираль диаметром примерно 2 нм [1 нм (нанометр) равен 1 • 10-6 мм]. Так возникает вторичная структура молекулы ДНК, тогда как первичная-это определенная последовательность остатков нуклео-тидив, расположенных в виде двойной цепи. При этом отдельные нуклеотиды соединяются между собой в цепочку за счет особой разновидности прочных ковалентных связей, которые возникают между остатки углеводов одного нуклео-тиду и остатком ортофосфатнои кислоты другое.
Молекулы ДНК в клетке составляют компактные структуры. Например, длина ДНК самой хромосомы человека равна 8 см, но она скручена таким образом, что помещается в хромосоме длиной 5 мкм. Это происходит благодаря тому, что двухцепная спираль ДНК подвергается дальнейшего пространственного уплотнения, формируя третичную структуру - супер-спираль. Такое строение характерно для ДНК хромосом эукариот и обусловлена взаимодействием между ДНК и ядерными белками. В ядерной зоне клеток прокариот молекула ДНК имеет кольцевую строение.
Итак, запомните: в клетках прокариот и эукариот молекулы ДНК всегда состоят из двух цепей.
• Свойства ДНК. Так же как и молекулы белков, молекулы ДНК способны к денатурации и ренатурации, а также деструкции. При определенных условиях (действие кислот, щелочей, высокой температуры и т.п.) водородные связи между комплементарными нитратными основами различных цепей молекулы ДНК разрываются. При этом молекула ДНК полностью или частично распадается на отдельные цепи и соответственно теряет свою биологическую активность. После прекращения действия негативных факторов структура молекулы может восстанавливаться благодаря возобновлению водородных связей между комплементарными ну-клеотидамы.
Важное свойство молекул ДНК - их способность к самоподвоенния. Это явление еще называют репликацией. Оно основывается на принципе комплементарности: последовательность нуклеотидов во вновь цепи определяется их расположением в цепи материнской молекулы ДНК. При этом цепь материнской молекулы ДНК служит матрицей.
Репликация ДНК - напивконсервативний процесс, есть две дочерние молекулы ДНК содержат по одному цепи, унаследованном от материнской молекулы, и по одному - синтезированном заново (рис. 12.2). Благодаря этому дочерние молекулы ДНК является точной копией материнской. Это явление обеспечивает точную передачу наследственной информации от материнской молекулы ДНК дочерним.