Молекулярные основы наследственности

2.1. ДНК – молекула наследственности

Способность ДНК к самовоспроизведению обусловлена особенностями ее химической структуры. Молекула ДНК построена из трех компонентов: сахара, представленного дезоксирибозой, фосфатных групп и 4 типов азотистых оснований — цитозина (Ц), тимина (Т), которые еще называют пуринами, аденина (А) и гуанина (Г). Это — пиримидины.

В 1953 г. Уотсон и Крик опубликовали свою историческую статью о физической структуре ДНК. Согласно модели Уотсона и Крика, молекула ДНК представляет собой двойную спираль. Каждая спираль обвивается вокруг другой спирали вдоль общей оси. Цепи этой спирали образуют дезоксирибоза и фосфатные группы. Через определенные промежутки к каждой цепи крепится азотистое основание, обращенное внутрь спирали. Два основания каждой цепи, расположенные на одном и том же уровне, соединяются между собой. Самое замечательное в молекуле ДНК это то, что каждое азотистое основание может соединиться (или спариваться) только с другим строго определенным и комплементарным ему основанием, а именно аденин с тимином, а гуанин с цитозином. Это свойство нуклеотидов комплементарно спариваться обеспечивает основу для точного воспроизведения последовательности нуклеотидов каждой цепи ДНК, или конвариантной редупликации. Нуклеотидные цепи ДНК полярны. Полярность определяется тем, как соединяются между собой сахара (дезоксирибозы). Фосфатная группа, присоединенная к С5 (5'-углерод) одного сахара, соединяется с гидроксильной группой в положении СЗ (З'-углерод) следующего сахара с помощью фосфодиэфирной связи. В результате концевой нуклеотид на одном конце цепи имеет свободную 5'-, а на другом — свободную 3'-группу. Последовательность нуклеотидных оснований принято записывать в направлении от 5'- к З'-концу. Две нити ДНК антипараллельны друг другу, так как идут в противоположных направлениях и 5'-концу одной цепи соответствует З'-конец другой цепи и наоборот.

Элементарной единицей ДНК является нуклеотид, в состав которого входит одна дезоксирибоза, одна фосфатная группа и одно азотистое основание. Дезоксирибоза и фосфатная группа в каждой цепи ДНК связаны между собой сильной фосфодиэфирной связью, а азотистые основания — слабой водородной связью. Энергетически значительно проще разорвать связь между азотистыми основаниями, чем между фосфатными остатками и дезоксирибозой в цепях ДНК.