Химическая природа и состав макромолекулы
С точки зрения биохимии, молекула Acidum desoxyribonucleicum представляет собой полиэфир фосфорной кислоты и дезоксинуклеозидов. Образование длинной полимерной цепи происходит благодаря последовательной реакции конденсации дезоксинуклеотидов.
В состав каждого структурного звена макромолекулы обязательно входят три фундаментальных компонента:
- Азотистое основание (N) — определяет специфичность нуклеотида;
- Дезоксирибоза — углеводный компонент;
- Остаток фосфорной кислоты — обеспечивает формирование прочного сахарофосфатного остова.
Всего в составе природной молекулы обнаруживается ровно 4 вида нуклеотидов, комбинация которых и создает все генетическое разнообразие.
Пространственная организация двойной спирали
В отличие от белковых молекул, которые способны принимать огромное множество различных конформаций в зависимости от выполняемой функции, дезоксирибонуклеиновая кислота не обладает таким разнообразием форм. Ее единственная и строго поддерживаемая пространственная структура — это двойная спираль.
Количественные и метрические параметры этой спирали поражают воображение, особенно если рассматривать их в масштабах клетки. У человека общая длина молекул из одного ядра достигает 1 метра, при этом диаметр спирали остается неизменным и составляет всего около 2 нм. Для сравнения, у бактерии кишечной палочки (E. coli) генетический аппарат значительно скромнее, но все равно представляет собой внушительную структуру.
Принцип комплементарности цепей
Две полимерные цепочки, образующие единую двойную спираль, не идентичны, а комплементарны друг другу. Это означает, что последовательность одной цепи строго задает последовательность противоположной. Механизм взаимного узнавания цепей реализуется через формирование специфических водородных связей между азотистыми основаниями.
В спирали образуются строго определенные пары нуклеотидов:
- Дезоксиаденозин (dA) одной цепи всегда связывается с дезокситимидином (dT) другой цепи. В паре Аденин — Тимин возникают 2 водородные связи.
- Дезоксигуанозин (dG) одной цепи контактирует только с дезоксицитидином (dC). В паре Гуанин — Цитозин формируются 3 водородные связи, что делает этот участок спирали более прочным на разрыв.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие виды азотистых оснований входят в состав нуклеотидов ДНК?
В состав нуклеотидов ДНК входят пуриновые и пиримидиновые азотистые основания. Они являются производными двух гетероциклических азотсодержащих соединений:
- Пуриновые основания — Аденин и Гуанин.
- Пиримидиновые основания — Цитозин и Тимин.
Эти основания образуют пары по принципу комплементарности: Аденин связывается с Тимином, а Гуанин — с Цитозином. Чередование азотистых оснований в цепи нуклеиновых кислот создает генетический код и определяет первичную структуру всех синтезируемых белков.
Какие химические типы связи формируют сахарофосфатный остов и соединяют комплементарные цепи?
Сахарофосфатный остов формируется 3′,5′-фосфодиэфирными связями, а комплементарные цепи соединяются водородными связями.
- Фосфодиэфирная связь соединяет нуклеотиды между собой, образуя сахарофосфатный остов полинуклеотидной цепи.
- Водородная связь обеспечивает специфическое спаривание азотистых оснований двух комплементарных цепей двойной спирали.
Между аденином и тимином образуются две водородные связи, а между гуанином и цитозином — три. Очередной нуклеотид встраивается в цепь по способности образовать эти связи с нуклеотидом матричной цепи.
Чтобы не путать количество водородных связей: Аденин и Тимин (АТ) — короткие слова, между ними всего 2 связи. Гуанин и Цитозин (ГЦ) образуют 3 связи — представьте визуально, что буква «Ц» имеет три «хвостика/черточки» в своем начертании.
Вопросы с занятий и экзамена
Где именно локализована эта молекула в клетке?
В эукариотических клетках она находится в клеточном ядре, где входит в структуру хромосом, обеспечивая компактную упаковку метровой цепи.
Каким образом ДНК определяет наследственные признаки?
Специфическое чередование 4 видов нуклеотидов в цепи служит кодом, в котором зашифрована первичная структура всех синтезируемых в организме белков. Белки, в свою очередь, реализуют наследственные признаки.
Что ещё разобрать по теме
- Химический механизм реакции конденсации дезоксинуклеотидов
- Подробное строение дезоксинуклеозидов и полиэфирных связей
- Особенности упаковки метровой молекулы в хромосомы клеточного ядра
- Сравнительная характеристика геномов человека и E. coli
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Дезоксирибонуклеиновая кислота» и ещё 3 009 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 95 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 18. Важнейшие классы биоорганических соединений»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.