Нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотидные цепи, в которых отдельные нуклеотиды соединены между собой через остатки фосфорной кислоты. При этом, остаток фосфорной кислоты одного нуклеотида взаимодействует с третьим атомом углерода углеводного компонента другого нуклеотида.
Встречаются два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), различающиеся между собой по нуклеотидному составу. Углеводным компонентом РНК является рибоза, а ДНК — дезоксирибоза. В составе РНК встречаются четыре основных азотистых основания — аденин, гуанин, цитозин и урацил. Нуклеотиды, образующие ДНК, также содержат четыре основных азотистых основания — аденин, гуанин, цитозин и тимин.
При схематическом изображении строения нуклеиновых кислот для обозначения азотистых оснований используются однобуквенные символы: А — аденин, Г — гуанин, Ц — цитозин, У — урацил, Т — тимин.
Один конец РНК заканчивается свободным остатком фосфорной кислоты, который присоединен к пятому атому углерода сахара. Этот конец считают началом полинуклеотидной цепи и называют 5-концом. На другом конце РНК у третьего атома углерода сахара оказывается свободной гидроксильная группа. Этот конец называют 3-концом и считают окончанием полинуклеотидной цепи.
Молекулу ДИК, в большинстве случаев, образуют две полинуклеотидные цепи, закрученные одна относительно другой в двойную правовитковую спираль таким образом, что остатки фосфорной кислоты и дезоксирибозы располагаются снаружи, а азотистые основания — внутри спирали. Эту модель строения ДНК впервые предложили в 1953 г. американский биохимик Д. Уотсон и английский биофизик и генетик Ф. Крик.
Еще в 1951 г. американский биохимик Э. Чаргафф установил, что в ДНК различного происхождения содержится равное число молей аденина и тимина, а также гуанина и цитозина. Он сформулировал правило, согласно которому в молекуле двуспиральной ДНК сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых.
Это позволило Д. Уотсону и Ф. Крику предположить, что в одной цепи ДНК записан план построения ее второй цепи. При этом азотистые основания обеих цепей связываются между собой водородными связями. Азотистые основания образуют пары в точном соответствии с правилом Э. Чаргаффа: аденин связывается с тимином двумя водородными связями, а гуанин с цитозином — тремя. Это свойство получило название комплементарности азотистых оснований (лат. complementum — дополнение). Аденин комплементарен тимину, а гуанин — цитозину.
Полинуклеотидные цепи ДНК антипараллельны.
Установлены параметры двойной спирали ДНК. Ее диаметр составляет 2 нм, а длина одного витка одной нити ДНК — 3,4 нм. Число нуклеотидов в одном витке одной нити спирали равно 10.
Помимо различий в составе нуклеотидов и строении молекул, РНК и ДНК существенно различаются по молекулярным массам. Молекулярные массы РНК колеблются в интервале от нескольких десятков тысяч до 4-5 миллионов дальтон. Однако молекулярные массы гигантских молекул ДНК намного больше и колеблются в пределах от нескольких миллионов дальтон у простейших организмов и до 1000-1012 дальтон у высших.
Состав нуклеиновых кислот
Различаются нуклеиновые кислоты и по месту локализации в клетке. ДНК содержится, главным образом, в ядре, а РНК — как в цитоплазме, так и в ядре клетки. Все эти различия свидетельствуют о том, что каждый тип нуклеиновой кислоты выполняет в обмене веществ свои специфические биологические функции.