Дезоксирибонуклеиновая кислота

(ДНК)

        присутствующая в каждом организме и в каждой живой клетке, главным образом в её ядре, нуклеиновая кислота (См. Нуклеиновые кислоты), содержащая в качестве сахара дезоксирибозу, а в качестве азотистых оснований аденин, гуанин, цитозин и тимин. Играет очень важную биологическую роль, сохраняя и передавая по наследству генетическую информацию о строении, развитии и индивидуальных признаках любого живого организма. Препараты ДНК можно получить из различных тканей животных и растений, а также из бактерий и ДНК-содержащих вирусов (См. Вирусы).

         ДНК — биополимер (См. Биополимеры), состоящий из многих мономеров — дезоксирибонуклеотидов, соединённых через остатки фосфорной кислоты в определённой последовательности, специфичной для каждой индивидуальной ДНК. Уникальная последовательность дезоксирибонуклеотидов в данной молекуле ДНК представляет собой кодовую запись биологической информации (см. Генетический код). Две такие полинуклеотидные цепочки образуют в молекуле ДНК двойную спираль (см. рис.), в которой комплементарные основания — аденин (А) с тимином (Т) и гуанин (Г) с цитозином (Ц) — связаны друг с другом при помощи водородных связей и так называемых гидрофобных взаимодействий. Такая характерная структура обусловливает не только биологические свойства ДНК, но и её физико-химические особенности. Большое число фосфатных остатков делает ДНК сильной многоосновной кислотой (полианионом), которая присутствует в тканях в виде солей. Наличие пуриновых и пиримидиновых оснований обусловливает интенсивное поглощение ультрафиолетовых лучей с максимумом при длине волны около 260 ммк. При нагревании растворов ДНК связь между парами оснований ослабевает и при некоторой температуре, характерной для данной ДНК (обычно 80—90°), две полинуклеотидные цепочки отделяются друг от друга (плавление, или денатурация, ДНК).

         Нативные молекулы ДНК обладают очень высокой молярной массой — до сотен миллионов. Лишь в митохондриях, а также некоторых вирусах и бактериях молярная масса ДНК значительно меньше; в этих случаях молекулы ДНК имеют кольцевую (иногда, например, у фага ∅Х174, однонитевую) или, реже, линейную структуру. В клеточном ядре ДНК находится преимущественно в виде ДНК-протеидов — комплексов с белками (главным образом гистонами), образующих характерные ядерные структуры — Хромосомы и Хроматин. У особи данного вида в ядре каждой соматическую клетки (диплоидной клетки тела) содержится постоянное количество ДНК; в ядрах половых клеток (гаплоидных) оно вдвое ниже. При полиплоидии (См. Полиплоидия) количество ДНК выше и пропорционально плоидности. Во время деления клетки количество ДНК удваивается в интерфазе (См. Интерфаза) (в так называемом синтетическом, или «S»-периоде, — между G₁- и G₂-периодами Митоза). Процесс удвоения ДНК (Репликация) заключается в развёртывании двойной спирали и синтезе на каждой полинуклеотидной цепи новой, комплементарной ей, цепочки. Т. о., каждая из двух новых молекул ДНК, идентичных старой молекуле, содержит по одной старой и одной вновь синтезированной полинуклеотидной цепочке. Биосинтез ДНК происходит из богатых свободной энергией нуклеозидтрифосфатов под действием фермента ДНК-полимеразы. Сначала синтезируются небольшие участки полимера, которые затем соединяются в более длинные цепи под действием фермента ДНК-лигазы. Вне организма биосинтез ДНК идёт в присутствии всех 4 типов дезоксирибонуклеозидтрифосфатов, соответствующих ферментов и ДНК — матрицы, на которой синтезируется комплементарная нуклеотидная последовательность. Американскому учёному А. Корнбергу, впервые осуществившему эту реакцию (1967), удалось получить путём ферментативного синтеза вне организма биологически активную ДНК вируса. В 1968 Х. Корана (США) синтезировал химически полидезоксирибонуклеотид, соответствующий структурному Гену (цистрону) ДНК.

         ДНК служит также матрицей для синтеза рибонуклеиновых кислот (См. Рибонуклеиновые кислоты) (РНК), определяя тем самым их первичную структуру (Транскрипция). Через посредство информационной РНК (и-РНК) осуществляется Трансляция — синтез специфических белков, структура которых задана ДНК в виде определённой нуклеотидной последовательности. Итак, если РНК переносит биологическую информацию, «записанную» в молекулах ДНК, на синтезируемые молекулы белков, то ДНК сохраняет эту информацию и передаёт её по наследству. Эта роль ДНК доказывается тем, что очищенная ДНК одного штамма бактерий способна передавать др. штамму признаки, характерные для штамма-донора, а также тем, что ДНК вируса, обитавшего в скрытом состоянии в бактериях одного штамма, способна переносить участки ДНК этих бактерий на др. штамм при заражении его этим вирусом и воспроизводить соответствующие признаки у штамма-реципиента. Т. о., наследственные задатки (гены) материально воплощены в определённой последовательности нуклеотидов в участках молекулы ДНК и могут передаваться от одного индивидуума другому вместе с этими участками. Наследственные изменения организмов (Мутации) связаны с изменением, выпадением или включением азотистых оснований в полинуклеотидные цепочки ДНК и могут быть вызваны физическими или химическими воздействиями. Выяснение строения молекул ДНК и их изменение — путь к получению наследственных изменений у животных, растений и микроорганизмов, а также к исправлению наследственных дефектов.

         Лит.: Химия и биохимия нуклеиновых кислот, под ред. И. Б. Збарского и С. С. Дебова, Л., 1968; Нуклеиновые кислоты, пер. с англ., под ред. И. Б. Збарского, М., 1966; Уотсон Дж., Молекулярная биология гена, пер. с англ., М., 1967; Дэвидсон Дж., Биохимия нуклеиновых кислот, пер. с англ., под ред. А. Н. Белозерского, М., 1968.

         И. Б. Збарский.

        

        Схема двойной спирали молекулы ДНК (модель Уотсона и Крика): А — аденин; Т — тимин; Г — гуанин; Ц — цитозин; Д — дезоксирибоза; Ф — фосфат.