В начале была буква, и буква была – нуклеотид. А, Т, Ц, Г. Припоминаете что-то такое еще со школьной скамьи? Перед вами основа генетического алфавита – то, что составляет ДНК.
ДНК – это очень длинная молекула. Ее главная функция – хранение и передача генетической информации от клетки к клетке. Представьте себе длинную инструкцию по сборке, например, человека. Вот ДНК – что-то вроде этой инструкции.
Но мы же внутри не состоим из букв? Действительно, буквы – лишь сокращения от названий химических соединений: А – Аденин, Т – Тимин, Г – Гуанин и Ц – Цитозин.
Эти химические соединения похожи друг на друга. Посмотрите на рисунок 1, вы увидите общую схему нуклеотида. В красную рамку обведен остаток углевода – дезоксирибоза. Приставка “дезокси-” указывает на то, что в положении 2′ нет -OH- группы. Слева от рамки вы можете видеть фосфат или остаток фосфорной кислоты. Справа – азотистое основание (Base). Это именно то, что отличает нуклеотиды. На рисунке 2 вы можете видеть формулы этих оснований и их названия. Через атом азота N как раз и присоединяется азотистое основание к основной конструкции нуклеотида.
Вот такие четыре нуклеотида формируют нуклеиновую кислоту – ДНК, которая хранит в себе генетическую информацию. По сути, ДНК – это последовательность из маленьких «кирпичиков» – нуклеотидов. Посмотрите на рисунок 3. Отдельные нуклеотиды соединяются в одну длинную цепочку через остаток фосфорной кислоты: с одной стороны в связи участвует углерод под номером 5′, а с другой – под номером 3′ (в биологии принято читать и записывать цепочку ДНК в направлении от 5′ к 3′ концу). Так это выглядит в реальности, а для упрощения мы сокращаем громоздкие химические формулы до букв.
Но ведь вы, возможно, помните, что ДНК – двухцепочечная молекула. Это действительно так! Предположим, у нас есть две отдельные цепочки ДНК, и если они комплементарны друг другу, то они могут соединиться. Причём соединяются они антипараллельно: одна цепочка в направлении 5′-3′, а вторая (ей комплементарная) в направлении 3′-5′. На рисунке 4 вы можете увидеть, как это выглядит.
Принцип комплементарности… Это ещё что??? Не волнуйтесь, всё просто! Запомните лишь, что Аденин очень “любит” Тимин, а Цитозин – Гуанин. Нет, это не любовный роман, а всего лишь физика и химия. Между нуклеотидами образуются так называемые водородные связи – слабые физико-химические взаимодействия между двумя электроотрицательными атомами (например, азот N или кислород O) и атомом водорода H. Посмотрите на рисунок 5, вы увидите: между А и Т образуются две водородные связи, а между Ц и Г – три связи.
Важно, что эти связи могут разрываться и восстанавливаться в определённых условиях. При разрыве водородных связей две цепочки расходятся и становятся одинарными, а при восстановлении связей они слипаются обратно, причем строго по правилу: А с Т, Ц с Г. В общем-то, на этом и основан принцип комплементарности. Именно благодаря этому правилу, зная последовательность одной цепочки, мы всегда можем восстановить вторую.
Да уж, многое мы уже разобрали… Но где же в ДНК генетическая информация закодирована? Где сказано, что у кого-то будут рыжие волосы, цвет глаз – карий, а длина руки – 55 сантиметров? Что ж, никакой четкой прописи, к сожалению или счастью, нет. ДНК можно условно разделить на некоторые участки: кодирующие (это гены) и некодирующие (например, регуляторные участки – промоторы, терминаторы и т.д.), есть и участки ДНК, функции которых мы до сих пор не знаем.
Вернёмся к генам, как раз в них и заложена та самая генетическая или наследственная информация. Считается, что в ДНК человека около 20 000 генов, кодирующих различные белки. Гены состоят из сотен, а то и тысяч нуклеотидов, однако это лишь малая часть генома. Если объединить все молекулы ДНК человека, находящиеся в одной клетке, то получится довольно длинная цепочка из ~3 миллиардов пар нуклеотидов. Если вытянуть такую цепочку по длине, то она может быть около двух метров!
Теперь стоит вспомнить о размерах микроскопического мира. Посмотрите на рисунок 6. Помните, что ДНК хранится в клетках? Размеры животных клеток обычно около 30 микрометров. И как длинные нити ДНК могут туда поместиться? Нам представить трудно, а вот природе – нет.
В нашем организме есть специальные белки – гистоны. ДНК накручивается на эти белки и становится очень компактной, так мы получаем хроматин. А уже из него – хромосому (Рисунок 7). Далее хромосомы пакуются в ядро, ядро – в клетку, а дальше – по накатанной!
У растений, грибов (одним словом, эукариот) это работает примерно по той же схеме, а вот у бактерий, например, немного по-другому. Помните, что бактерии – прокариоты? Значит, в их клетке нет ядра, ДНК находится в цитоплазме. Хотя нет упаковки с помощью гистонов, как у эукариот, всё равно ДНК бактерий компактно организована с участием специальных белков. При этом геном устроен примерно по тому же принципу, что и у эукариот: есть и гены, и их регуляторные области.
Итак, что мы сегодня узнали?
ДНК – это длинная молекула, упакованная в ядро клетки;
ДНК состоит из нуклеотидов (А, Т, Г, Ц), которые соединяются в цепочку в направлении 5′→3′;
ДНК представляет собой две цепочки, связанные правилом комплементарности (А=Т, Г≡Ц);
ДНК – это хранитель генетической информации. Гены – участки ДНК, состоящие из сотен и тысяч нуклеотидов – содержат в себе информацию о правильной последовательности белков.
Вот она – молекула, с которой всё начинается!
Информация о произведении
Автор: Ульяна Терентьева
Редактор: Сабуров Даниил, Кирилл Пальцын
Условия использования: свободное некоммерческое использование при условии указания автора и ссылки на первоисточник.
Для коммерческого использования — обращаться на почту: buildxxvek@gmail.com
Список литературы и источники изображений:
- Glick, Bernard R. Molecular biotechnology: principles and applications of recombinant DNA / Bernard R. Glick, Jack J. Pasternak, and Cheryl L. Patten. — 4th ed.
- Экзаменационные ответы по биохимии [Электронный ресурс] / Добавил: автор не указан – Электрон. текстовые дан. – URL: https://studfile.net/preview/15441380/page:19/. (Дата обращения: 16.03.2026).
- Molnar, C., & Gair, J. (2015). Concepts of Biology – 1st Canadian Edition. BCcampus. Retrieved from https://opentextbc.ca/biology
- Нуклеопротеины отвечают за продолжение жизни и воспроизведение клетки [Электронный ресурс] // Биохимия для студента. — URL: https://biokhimija.ru/belki/nukleoproteiny.html. (Дата обращения: 16.03.2026).