Нуклеиновые кислоты (прежде всего дезоксирибонуклеиновую кислоту, ДНК) можно назвать биологическим эквивалентом компьютерной памяти, так как они хранят информацию, необходимую для нормального функционирования всего организма.

 

Нуклеиновые кислоты (прежде всего дезоксирибонуклеиновую кислоту, ДНК) можно назвать биологическим эквивалентом компьютерной памяти, так как они хранят информацию, необходимую для нормального функционирования всего организма. Генетическая информация, сконцентрированная в ДНК, управляет жизнью как самых простых организмов (бактериями, простейшими, водорослями), так и очень сложных по своему строению - например, организмом человека. Она необходима для существования даже таких простейших созданий, как вирусы или другие органические системы, не имеющих клеточного строения и находящихся на грани между живой и мёртвой материей. Впрочем, у некоторых вирусов роль ДНК выполняет схожая с ней макромолекула - рибонуклеиновая кислота (РНК). В1869 г. швейцарский химик Иоганн Фридрих Мишер выделил из ядер лейкоцитов неизвестное вещество, которое назвал нуклеином. Хотя это были очень крупные молекулы, по своим особенностям они отличалась от белков, и последующие 84 года учёные ломали голову над загадочной структурой этого вещества, которое назвали дезоксирибонуклеи-новой кислотой, или сокращённо ДНК. Лишь в 1953 г. американский биохимик Джеймс Уотсон и английский физик Фрэнсис Гарри Крик построили модель пространственной структуры этой удивительной макромолекулы: основываясь на физических и химических свойствах ДНК, они определили, что пространственная структура этой молекулы напоминает объёмную двойную спираль. По величине молекулярной массы, функциональному значению и расположению в клетке различают три вида РНК: информационные, матричные (иРНК, мРНК), транспортные (тРНК) и рибосомальные (рРНК). Механизм передачи информации, содержащейся в цепочках ДНК, иногда сравнивают по изобретательности с колесом - настолько он прост, совершенен и эффективен. Вся тайна кроется в мельчайших структурных отличиях четырёх строительных «кирпичиков» цепочки: каждый нуклеотид можно рассматривать как отдельную букву алфавита, состоящего из 4-х букв: A, G, С, Т. Последовательность расположения нуклеотидов, или последовательность оснований ДНК, представляет суть передачи генетической информации, которая осуществляется в несколько этапов. Прежде всего, должна произойти репликация, или процесс удвоения молекулы ДНК, во время которого спирали ДНК разделяются на две нити, каждая из которых служит матрицей (образцом) для создания точно такой же копии. Из этого следует, что каждая из двух возникающих молекул ДНК состоит из одной старой нити и одной новой, синтезированной - такой механизм называют гомологической репликацией. Биосинтез белков, чей состав закодирован последовательностью оснований ДНК, происходит в два этапа. Сначала в процессе транскрипции (от латинского слова transcriptio - переписывание) на цепи (матрице) ДНК происходит синтез РНК, ускоренный специальными ферментами (полимеразами ДНК). Трансляция (от латинского слова translatio -передача) информации осуществляется в рибосомах. В этом процессе активно участвует рРНК, ускоряя присоединение аминокислот к синтезируемой полипептидной цепочке, а основой трансляции является тРНК, несущая на своём «хвосте» один из аминокислотных остатков. Первым всегда является метионин, и, соответственно, первое пептидное соединение в процессе трансляции находится между метионином и следующей аминокислотой. Когда трансляция завершается, стартовая частица метионина отсоединяется; новая молекула белка принимает ту или иную структурную форму, и таким образом становится готовой для выполнения заданной функции. Элементарную единицу наследственности, отвечающую за появление какого-нибудь признака, учёные назвали геном, а ДНК - хранилищем генов; в зависимости от сложности организма меняется и количество генов. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма, называется геномом. Геном простейших организмов состоит из нескольких сот или нескольких тысяч генов, геном человека - уже несколько десятков тысяч. Гены находятся в хромосомах - специфических структурах клеточного ядра, форма и размер которых для данного вида (кариотип) всегда одинаков (например, кариотип человека состоит из 46 хромосом, объединённых в 23 пары). Хромосомы состоят из хроматина, или комплекса ДНК, белка и небольшого количества РНК. Исследования геномов различных организмов позволяют ответить на многие вопросы, касающиеся секретов жизни. Учёные уже знают всё о генах нескольких сотен вирусов, нескольких десятков бактерий и нескольких простых многоклеточных организмов. Крупнейшим проектом молекулярной биологии сегодня является изучение генома человека (проект HUGO). Цель этого проекта - картографирование всех генов и прочтение, буква за буквой, человеческого ДНК. Благодаря усилиям многих лабораторий, работающих во всём мире в области молекулярной биологии, этот проект, можно сказать, уже завершён. Точное знание генетического кода человека откроет новые возможности в разных отраслях науки и позволит победить многие болезни. Транспирация заключается в переписывании генетической информации с ДНК на РНК. Уотсон и Крик, опираясь на рентгенограмму структуры ДНК, построили модель её молекулы. В какой-то момент они поняли, что две основных пары азотных оснований, аденин - тимин и гуанин - цитозин, которые соединяются между собой водородными соединениями, имеют такую пространственную структуру, чтобы сохранялись углы между различными группами атомов - таким образом появилась на свет структура знаменитой двойной спирали, в которой связанные между собой пурины и пиримидины создают систему, напоминающую ступеньки лестницы. Единица генетического кода - кодон (триплет). Генетический код универсален и присущ каждому организму. Каждый биологический вид, включая и человека, характеризуется специфическим набором хромосом.