Какой в состав ДНК входит сахар? Химические основы строения ДНК

Как удивительно смотреть, насколько похожи между собой бывают родители и дети. Или же, напротив, совершенно отличны и от братьев и сестер, и от папы и мамы. Почему же так получается и от чего это зависит? Какие структуры отвечают за сохранение, закрепление, передачу и проявление признаков у потомков от родителей?

Эта роль принадлежит нуклеиновым кислотам, которые формируют хромосомы. Именно они и являются молекулами, выполняющими функции всех процессов, связанных с наследственностью и изменчивостью. Особенная прерогатива в этом принадлежит молекулам ДНК.

История открытия нуклеиновых кислот

Долгое время о таких молекулах не было известно. Однако в 1869 году ученый Мишер в результате исследований обнаружил смесь ДНК и РНК, а затем сумел установить их принадлежность к кислотам. Сделал он это на основании изучения лейкоцитов в гное.

С этих пор началось активное изучение данных соединений. Многие ученые пытались установить химический состав ДНК и РНК. Понять их природу, сущность строения и биологическую роль. Большой вклад в это дело внесли такие люди, как:

• А. Н. Белозерский.
• Томас Морган.
• К. Бриджис.
• А. Меллер.
• Г. де Фриз.
• А. Стертевант.
• Г. А. Надсон.
• А. С. Серебровский.
• Н. П. Дубинин.
• Т. С. Филиппов и другие.

В период с 1900 года по наше время была выяснена природа нуклеиновый кислот, химические основы строения ДНК, ее особенности и биологическое значение. Были сделаны открытия, позволяющие считать данную молекулу универсальной основой всего живого.

Исследования в области генетики позволили установить взаимосвязь между ДНК, геном и хромосомами, расшифровать генетический код многих живых существ. Это имело важное значение для понимания устройства живой природы, механизмов ее работы.

Также был определен химический состав хромосом. Было выяснено, что основа их - молекулы нуклеиновой кислоты, имеющей специфическое строение.

ДНК: общая характеристика

Полная расшифровка аббревиатуры названия - дезоксирибонуклеиновая кислота. Наравне с РНК данная кислота относится к ряду нуклеиновых. Свое название получила за то, что в состав ДНК входит сахар. Его название - дезоксирибоза.

Химический состав ДНК и РНК очень схож, различие как раз-таки в первую очередь в углеводе, образующем молекулу. У РНК это рибоза.

В общем виде молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты представляет собой сложную двуцепочечную макромолекулу, имеющую огромную молекулярную массу и разнообразный состав. Поэтому чаще всего графическое изображение данного соединения имеет вид двух нитей, объединенных поперечными ступенями - связями.

В 1953 году Чаргафф и его сотрудники сумели раскрыть полностью внутреннее строение и состав молекулы, что имело огромное значение для всей молекулярной биологии и науки в целом. Стало очевидным, что в состав ДНК входит сахар пятиуглеродной основы (пентоза), пуриновые и пиримидиновые основания и остатки ортофосфорной кислоты.

Это позволило не только дальше расшифровать само строение соединения, но также изучить свойства, физические и химические. Биологическая роль и значение для организма была определена как основополагающая, универсальная и специфическая для каждого существа.

Химический состав

Если характеризовать внутренний атомный и молекулярный состав молекулы нуклеиновой кислоты, то можно выделить несколько основных типов соединений:

• пентоза - дезоксирибоза (углевод моносахарид);
• органические основания - пуриновые (аденин и гуанин), пиримидиновые (цитозин и тимин);
• остатки фосфорной кислоты со свободными связями.

Это, в общем-то, все химические основы строения ДНК. Другое дело, что соединение всех этих компонентов не простое, а представляет собой сложный и уникальный процесс. Так, соединенные между собой дезоксирибоза, основания и остаток неорганической кислоты вместе формируют нуклеотид. Именно из нуклеотидных последовательностей и складывается вся структура молекулы в целом.

Уникальным является то, в какой последовательности будут располагаться органические основания друг за другом и по отношению к соседней цепочке. Нуклеотидная последовательность построена по определенным принципам, главным из которых является комплементарность (строгое соответствие пуриновых и пиримидиновых компонентов). Это позволяет каждому живому существу иметь свой генетический код, уникальный, врожденный и глубоко специфический.

Фенотипически это проявляется в виде наследования совершенно разных признаков, в том, что нет двух одинаковых людей (кроме однояйцевых близнецов), отличительных чертах внешности.

В состав ДНК входит какой сахар?

Основа любого органического вещества - это углеродная цепочка атомов. Молекула ДНК не стала исключением. Ведь в состав ДНК входит сахар, а именно он состоит из последовательности пяти атомов углерода, объединенных в циклическую структуру. Эта же молекула прерывается кислородным мостиком, входящим в общий цикл.

Химический состав сахара выражается следующей эмпирической формулой: С₅Н₁₀О₄. Эта молекула - альдопентоза, включающая пять атомов углерода, закрученных в цикл. Помимо этого, один из атомов цепи вместо гидроксильной группы содержит только водород, поэтому в названии сахара появилась такая приставка, как "дезокси", то есть без кислорода.

Химический состав сахара был открыт и исследован Фибусом Ливеном, который и раскрыл всю структуру и химическую сущность соединения в 1929 году.

Основания в составе молекулы

Органические основания, входящие в состав нуклеиновой кислоты ДНК можно разделить на две основные группы.

1. Пуриновые - сложные структуры, образованные двумя углеродными циклами - пятичленным и шестичленным. К ним относятся аденин и гуанин, которые комплементарны пиримидиновым основаниям в составе дезоксирибонуклеиновой кислоты.
2. Пиримидиновые - шестичленные углеродные циклы. Сюда входит тимин и цитозин.

Таким образом, получается, что в состав ДНК входит сахар и основание, соединенные между собой и скрепленные связями с радикалом фосфорной кислоты. Все вместе это и получается нуклеотид. В двуцепочечной структуре общей молекулы ДНК нуклеотиды связываются между собой согласно правилу комплементарности: аденину соответствует основание тимин, а гуанину - цитозин.

Типы связей между частицами

Основные типы связей между компонентными структурами ДНК следующие:

• водородные;
• ковалентные полярные;
• силы межмолекулярного притяжения;
• ваан-дер-вальсовы взаимодействия.

Это позволяет двуцепочечной структуре существовать в трех конформациях:

• первичной - линейной последовательности нуклеотидов;
• вторичной - спирально закрученной каждой нити и обеих около друг друга;
• третичной - сложная конформационная глобула сильно спирализованной молекулы.

Таким образом то, что в состав ДНК входит сахар, основания и остатки кислоты является основой ее строения и почвой для реализации целого ряда взаимодействий и формирования химических связей.

Значение ДНК для организмов

Можно выделить несколько самых важных пунктов:

1. Молекулы рассматриваемой кислоты входят в химический состав хромосом, определяющих индивидуальность всех живых организмов.
2. ДНК - основа синтеза сложных полипептидных цепей, отвечающих за кодирование и передачу наследственных признаков.
3. Дезоксирибонуклеиновая кислота - основа для транскрипции, то есть первичного синтеза РНК, впоследствии белка.

Такие процессы происходят во всех организмах. Это позволяет называть данную структуру универсальной единицей всего живого.

Репликация молекулы

Данный процесс представляет собой удвоение молекулы ДНК, протекающее самопроизвольно с затратой энергии в живых организмах. Основной компонент при этом - ДНК-полимераза, фермент, катализирующий и контролирующий весь синтез.

Суть репликации в том, чтобы каждая из нитей молекулы разделилась и удвоила свои линейные последовательности. В результате процесса образуются две новые молекулы ДНК, каждая из которых содержит одну старую полипептидную цепь, а вторую совершенно новую, построенную согласно принципу комплементарности.

Значение процесса - обеспечить потомство генетической информацией в полном объеме.