Нуклеиновым кислотам принадлежит главная роль в обеспечении синтеза специфических белков и других полимеров в организмах животных, растений и микробов. Подобно белкам, нуклеиновые кислоты — биополимеры, а их функция заключается в хранении, реализации и передаче генетической (наследственной) информации в живых организмах.
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные биологические полимеры, построенные из мононуклеотидов.
Существует два типа нуклеиновых кислот — дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Мономерами в нуклеиновых кислотах служат нуклеотиды. Каждый из них содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза — в ДНК, рибоза — в РНК) и остаток фосфорной кислоты.
1. Ознакомиться со строением основных азотистых оснований, входящих в число нуклеиновых кислот: 
2. Пентозы нуклеиновых кислот
3. Запомнить формулы пиримидиновых (цитозин, тимин, урацил) и пуриновых (аденин, гуанин) нуклеиновых оснований
4. Изучить структуру мононуклеотида на примере аденозинфосфорной кислоты
5. Заполнить таблицу по составу ДНК И РНК, отметить отличия в составе.
Компоненты нуклеотидов ДНК и РНК
| Нуклеиновая кислота | Пятиуглеродный сахар | Азотистые основания | Остаток фосфорной кислоты | |
| ДНК | Дезоксирибоза | Аденин, гуанин, цитозин, тимин | Остаток фосфорной кислоты | |
| РНК | Рибоза | Аденин, гуанин, цитозин, урацил | Остаток фосфорной кислоты | |
В ДНК входят четыре вида нуклеотидов, отличающихся по азотистому основанию в их составе, — аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В молекуле РНК также имеется 4 вида нуклеотидов с одним из азотистых оснований — аденином, гуанином, цитозином и урацилом (У). Таким образом, ДНК и РНК различаются как по содержанию сахара в нуклеотидах, так и по одному из азотистых оснований
6. Изучить строение и функции ДНК и РНК.
Молекулы ДНК и РНК существенно различаются по своему строению и выполняемым функциям.
Молекула ДНК может включать огромное количество нуклеотидов — от нескольких тысяч до сотен миллионов (поистине гигантские молекулы ДНК удается «увидеть» с помощью электронного микроскопа). В структурном отношении она представляет собой двойную спираль из полинуклеотидных цепей (рисунок 1), соединенных с помощью водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов. Благодаря этому полинуклеотидные цепи прочно удерживаются одна возле другой.
При исследовании различных ДНК (у разных видов организмов) было установлено, что аденин одной цепи может связываться лишь с тимином, а гуанин – только с цитозином другой. Следовательно, порядок расположения нуклеотидов в одной цепи строго соответствует порядку их расположения в другой.
Этот феномен получил название комплементарности (т. е. дополнения), а противоположные полинуклеотидные цепи называются комплементарными. Именно этим обусловлено уникальное среди всех неорганических и органических веществ свойство ДНК – способность к самовоспроизведению или удвоению (рисунок 2). При этом сначала комплементарные цепи молекул ДНК расходятся (под воздействием специального фермента происходит разрушение связей между комплементарными нуклеотидами двух цепей). Затем на каждой цепи начинается синтез новой («недостающей») комплементарной ей цепи за счет свободных нуклеотидов, всегда имеющихся в большом количестве в клетке. В результате вместо одной («материнской») молекулы ДНК образуются две («дочерние») новые, идентичные по структуре и составу друг другу, а также исходной молекуле ДНК. Этот процесс всегда предшествует клеточному делению и обеспечивает передачу наследственной информации от материнской клетки дочерним и всем последующим поколениям.
Рисунок 1.Рисунок 2.
Рисунок 1. Двойная спираль ДНК. Две цепи обвиты одна вокруг другой. Каждая цепь (изображенная в виде ленты) состоит из чередующихся остатков сахара и фосфатных групп. Водородные связи между азотистыми основаниями (А, Т, Г и Ц) удерживают две цепи вместе
Рисунок 2. Репликация ДНК. Двойная спираль «расстегивается» послабым водородным связям, соединяющим комплементарныеоснования двух цепей. Каждая из старых цепей служит матрицейдля образования новой: нуклеотиды с комплементарнымиоснованиями выстраиваются против старой цепи и соединяютсядруг с другом
Молекулы РНК, как правило, одноцепочечные (в отличие от ДНК) и содержат значительно меньшее число нуклеотидов. Выделяют три вида РНК (таблица), различающиеся по величине молекул и выполняемым функциям, — информационную (иРНК), рибосомальную (рРНК) и транспортную (тРНК).
Три вида РНК
| РНК | Число нуклеотидов в молекуле |
| Информационные | До 30 000 |
| Рибосомальные | До 6000 |
| Транспортные | Около 100 |
Информационная РНК (и-РНК) располагается в ядре и цитоплазме клетки, имеет самую длинную полинуклеотидную цепь среди РНК и выполняет функцию переноса наследственной информации из ядра в цитоплазму клетки (в них записана информация о первичной структуре белка).
Транспортная РНК (т-РНК) также содержится в ядре и цитоплазме клетки, ее цепь имеет наиболее сложную структуру, а также является самой короткой (75 нуклеотидов). Т-РНК доставляет аминокислоты к рибосомам в процессе трансляции — биосинтеза белка.
Рибосомальная РНК (р-РНК) содержится в ядрышке и рибосомах клетки, имеет цепь средней длины.
Все виды РНК образуются в процессе транскрипции соответствующих генов ДНК.
Нуклеотиды можно рассматривать, с одной стороны, как эфиры нуклеозидов (фосфаты), а с другой - как кислоты (в связи с наличием остатка фосфорной кислоты).
Для нуклеотидов используют два вида названий (таблица 1). Одно включает наименование нуклеозида с указанием положения в нем фосфатного остатка, например, аденозин-3'-фосфат, уридин-5'-фосфат; другое строится с добавлением сочетания -иловая кислота к названию остатка пиримидинового основания, например, 5'-уридиловая кислота, или пуринового основания, например 3'-адениловая кислота.
Используя принятый для нуклеозидов однобуквенный код, 5'-фосфаты записывают с добавлением латинской буквы «р» перед символом нуклеозида, 3'-фосфаты - после символа нуклеозида. Аденозин-5'-фосфат обозначается рА, аденозин-3'-фосфат - Ар и т. п. Эти сокращенные обозначения используют для записи последовательности нуклеотидных остатков в нуклеиновых кислотах. По отношению к свободным нуклеотидам в биохимической литературе широко используют их названия как монофосфатов с отражением этого признака в сокращенном коде, например АМР (или АМФ) для аденозин-5'-фосфата и т. д. (см. таблица1).
Таблица 1. Важнейшие нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот 