§ 36. Нуклеиновые кислоты — биополимеры

Определения и обозначения

Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых служат нуклеотиды. Они хранят наследственную информацию, помогают передавать её при делении клеток и участвуют в её реализации. Благодаря этому сведения о признаках организма могут использоваться клеткой.

Нуклеотид — структурное звено нуклеиновой кислоты, состоящее из остатка фосфорной кислоты, пентозы и азотистого основания. Пентоза — сахар с пятью атомами углерода. По составу этих частей различают нуклеотиды ДНК и РНК.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — нуклеиновая кислота, содержащая сахар дезоксирибозу и основания аденин, гуанин, цитозин и тимин. Последовательность оснований в ДНК служит записью наследственной информации. Обозначения оснований: А, Г, Ц и Т.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) — нуклеиновая кислота, содержащая рибозу и основания аденин, гуанин, цитозин и урацил. РНК помогает клетке использовать информацию ДНК, например при синтезе белка. Её основания обозначают А, Г, Ц и У.

Как это устроено

Нуклеотиды различаются, если в них входят разные пентозы или азотистые основания. Поэтому нуклеотид с рибозой и урацилом относится к РНК, а нуклеотид с дезоксирибозой и тимином — к ДНК. Остаток фосфорной кислоты также входит в каждый нуклеотид, но именно сахар и основание помогают различать их виды.

В цепи нуклеотиды соединяются так, что остатки сахара и фосфорной кислоты образуют сахарофосфатный остов. Основания прикреплены к этому остову и располагаются вдоль цепи. Такой способ соединения позволяет собрать длинную молекулу, а порядок оснований в ней несёт информацию.

Молекула ДНК обычно состоит из двух цепей, закрученных в двойную спираль. Напротив аденина одной цепи располагается тимин другой, а напротив гуанина — цитозин; такое соответствие называют комплементарностью. Пары А—Т и Г—Ц возникают потому, что основания подходят друг к другу по строению. Поэтому последовательность одной цепи задаёт последовательность второй.

В РНК вместо дезоксирибозы содержится рибоза, а вместо тимина — урацил. Обычно молекула РНК состоит из одной цепи, поэтому её строение не совпадает с двойной спиралью ДНК. Различия в составе позволяют отличать молекулы и связаны с их ролью в клетке.

ДНК хранит наследственную информацию, а разные виды РНК участвуют в её реализации. При синтезе белка клетка использует информацию, записанную в ДНК, а РНК помогает передать её и включить в работу. Таким образом, ДНК выступает хранилищем, а РНК участвует в использовании содержащихся там сведений.

Сравнение ДНК и РНК

Сначала сравните пентозу и основания: они позволяют быстро отличить ДНК от РНК. Затем проверьте число цепей и основную роль каждой молекулы. В таблице указаны типичные особенности, поэтому слово «обычно» важно для описания строения.

Разбор задач

Задача 1. Укажите, из каких частей состоит нуклеотид, содержащий рибозу и урацил. По рибозе и урацилу можно распознать признаки РНК, но эти два компонента не составляют весь нуклеотид. Нужно вспомнить его общую схему строения.

1. Назовите пентозу из условия: это рибоза.
2. Определите указанное основание: это урацил.
3. Добавьте третью обязательную часть нуклеотида — остаток фосфорной кислоты.

Ответ: остаток фосфорной кислоты, рибоза и урацил.

Задача 2. Для фрагмента одной цепи ДНК А–Г–Т–Ц запишите последовательность комплементарной цепи. Каждому основанию нужно подобрать пару, не меняя порядок позиций. Для этого используйте правила А—Т и Г—Ц.

1. Напротив А поставьте Т.
2. Напротив Г поставьте Ц, напротив Т — А.
3. Напротив Ц поставьте Г и запишите полученную цепь в том же направлении расположения оснований.

Ответ: Т–Ц–А–Г.

Задача 3. В одной цепи ДНК дана последовательность Ц–А–Г–Т–Т. Запишите вторую цепь и определите общее число нуклеотидов в двуцепочечном фрагменте. Сначала найдите пары для каждого основания, а затем посчитайте нуклеотиды в обеих цепях, а не только в исходной.

1. Напротив Ц поставьте Г, напротив А — Т.
2. Напротив Г поставьте Ц, а напротив каждого Т — А.
3. Вторая цепь: Г–Т–Ц–А–А. В каждой цепи по пять нуклеотидов, поэтому сложите 5 и 5.

Ответ: Г–Т–Ц–А–А; всего 10 нуклеотидов.

Типичные ошибки

Ошибка — считать нуклеотид и азотистое основание одним и тем же. Так путают, потому что название основания часто используют при описании последовательности цепи, но оно обозначает лишь одну часть мономера. Проверка простая: перечислите три части — остаток фосфорной кислоты, пентозу и основание.

Ошибка — приписывать ДНК рибозу или урацил, а РНК — дезоксирибозу или тимин. Это происходит, когда признаки двух кислот запоминают вперемешку. Проверьте себя по парам: ДНК — дезоксирибоза и тимин, РНК — рибоза и урацил.

Ошибка — неверно записывать комплементарные пары, например соединять А с Ц. Часто это случается при построении второй цепи, если пары не выучены заранее. Для самопроверки используйте только две пары ДНК: А—Т и Г—Ц, а затем убедитесь, что каждому основанию соответствует одно основание напротив.

Ошибка — утверждать, что все молекулы РНК выполняют одну и ту же функцию. Такое обобщение возникает из-за того, что в учебном описании РНК часто связывают с синтезом белка в целом. Проверяйте формулировку: разные виды РНК участвуют в разных этапах реализации наследственной информации.

Связь с другими темами

Для понимания темы полезны знания о строении углеводов и о различии между рибозой и дезоксирибозой. Также нужно представлять, что азотистое основание — одна из частей нуклеотида. Эти сведения помогают сравнивать состав ДНК и РНК.

Связь с темой белков проявляется в том, что нуклеиновые кислоты участвуют в передаче и использовании информации, необходимой для синтеза белка. ДНК хранит сведения, а РНК помогает клетке реализовать их. Поэтому строение нуклеиновых кислот важно для понимания образования белков.

Эта тема пригодится при изучении наследственности, генетического кода и биосинтеза белка. Комплементарность помогает понять копирование информации, а последовательности оснований — её запись. Позже эти идеи связывают с передачей признаков и работой клетки.

Что запомнить

• Нуклеиновые кислоты — биополимеры, построенные из нуклеотидов.
• Каждый нуклеотид включает остаток фосфорной кислоты, пентозу и азотистое основание.
• В ДНК содержатся дезоксирибоза и тимин, в РНК — рибоза и урацил.
• ДНК обычно состоит из двух цепей, соединённых комплементарными парами оснований.
• В ДНК аденин образует пару с тимином, гуанин — с цитозином.
• ДНК хранит наследственную информацию, а РНК участвует в её реализации.