Конец – со свободной ОН-группой, и 5’-конец – со свободным фосфатом.

Полярность играет важную роль при синтезе полинуклеотидной цепи, т.к. удлинение цепи возможно только путём присоединения новых нуклеотидов к свободному 3'-концу, т.е. идет в направлении 5’→3’.

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота. Является основным компонентом хромосом. Обеспечивает хранение и передачу наследственной информации.(рис17)

Рис-17

В 1953 г Дж.Уотсон и Ф.Крик открыли, что молекула ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси. Соединение двух цепей происходит благодаря водородным связям, возникающим между азотистыми основаниями на основании принципов комплементарности и антипараллельности. Комплементарность - это строгое соответствие азотистых оснований, обеспечивающее возможность образования водородных связей. Так, аденин комплементарен тимину и образует с ним двойную водородную связь, а гуанин комплементарен цитозину и образует с ним тройную водородную связь. Антипараллельностьзаключается в объединении цепей с противоположной направленностью. Так, к 5’-концу одной цепи вторая будет присоединяться своим 3’-концом.

Так как нуклеотиды в ДНК объединены строго по принципу комплементарности, то действует правило Чаргаффа - количество пуриновых оснований всегда равно числу пиримидиновых: А=Т и Ц=Г.

В молекуле ДНК выделяют три уровня организации:

1.первичная структура - одна полинуклеотидная цепь;

2.вторичная структура – две полинуклеотидные цепи, объединенные водородными связями по принципу комплементарности и антипараллельности;

3.третичная структура – трехмерная спираль, закрученная вокруг собственной оси.

Диаметр спирали равен 2 нм, а расстояние между соседними нуклеотидами - 0,34нм. В один виток спирали входит 10 нуклеотидных пар.

Выделяют право- и левозакрученные спирали. (рис18)

http://www.medicalbrain.ru/genetika/stroenie-molekul-dnk-i-rnk.html

Рис-18

Почти все природные ДНК состоят из двух цепей (исключение составляют одноцепочечные ДНК некоторых вирусов). При этом ДНК может иметь линейную форму или кольцевую (когда концы молекулы замкнуты). В клетках прокариот ДНК представлена одной кольцевой макромолекулой (нуклеоид). У эукариот основная масса ДНК находится в ядре клетки в составе хромосом (ядерная ДНК). Кроме того, в состав митохондрий и хлоропластов входят кольцевые молекулы ДНК. ДНК этих органелл называют цитоплазматической; она составляет примерно 0,1% всей клеточной ДНК.

Размеры молекул ДНК обычно выражаются числом образующих их нуклеотидов. Эти размеры варьируют от нескольких тысяч пар нуклеотидов у бактериальных плазмид и некоторых вирусов до многих сотен тысяч пар нуклеотидов у высших организмов. Такие гигантские молекулы должны быть чрезвычайно компактно упакованы. Например, длина ДНК нуклеоида кишечной палочки, состоящей примерно из четырех миллионов пар нуклеотидов, равна 1,4 мм, что в 700 раз превышает размеры самой бактериальной клетки. Общая длина всей ДНК в одной единственной клетке человека составляет примерно 2 м. Если же учесть, что организм взрослого человека состоит примерно из 10¹³ клеток, то общая длина всей ДНК человека должна составлять

около 2х10¹³ м, или 2х10¹⁰ км (для сравнения: окружность земного шара — 4х10⁴ км, а расстояние от Земли до Солнца — 1,44х10⁸ км).

Каким же образом происходит упаковка гигантских молекул ДНК в малом объеме клетки или вируса? Двойная спираль ДНК не является абсолютно жесткой, что делает возможным образование перегибов, петель, сверхспиральных структур и т. д. В нуклеоиде бактерий такая укладка поддерживается небольшим количеством специальных белков и, возможно, рибонуклеиновыми кислотами. В эукариотических клетках с помощью универсального набора основных белков и некоторых негистоновых белков ДНК превращается в очень компактное образование — хроматин. Например, длина ДНК самой большой хромосомы человека равна 8 см, а в составе хромосомы благодаря упаковке она не превышает 8 нм. (рис19)

http://interneturok.ru/

Рис-19

ДНК образуется в ходе редупликации (репликации).(рис 20) Это полуконсервативный способ, т.к. одна из цепей сохраняется исходной материнской, а вторая - вновь синтезированная. При редупликации двойная спираль ДНК раскручивается на отдельных участках (с помощью фермента геликазы) - образуются репликационные вилки. Фермент ДНК-полимераза достраивает на каждом таком участке комплементарные и антипаралельные цепи к каждой материнской цепи ДНК. Репликационные вилки движутся вдоль молекулы ДНК, и постепенно происходит самоудвоение всей двойной спирали ДНК за счет свободных нуклеотидов, имеющихся в нуклеоплазме. ДНК-полимераза присоединяет каждый очередной нуклеотид к ОН-группе в 3¢-положении предыдущего нуклеотида. Таким образом, сборка полинуклеотидной цепи происходит в направлении от 5¢ к 3¢- концу. При антипараллельном соединении двух цепей это означает, что на одной матрице (3¢-5¢) сборка новой цепи (5¢-3¢) происходит непрерывно и она постоянно удлиняется на 3¢-конце, а на другой матрице (5¢-3¢) синтез новой цепи (3¢-5¢) осуществляется короткими фрагментами (фрагменты Оказаки) по типу шитья «назад иголкой», т.к. принцип сборки полинуклеотидной цепи от 5¢ к 3¢-концу не должен нарушаться. Строящаяся непрерывно цепь является лидирующей, ее синтез идет быстрее; вторая цепь, состоящая из фрагментов Оказаки, называется запаздывающей.

Репликация ДНК происходит в принципе одинаково у про- и эукариот, однако у прокариот скорость самоудвоения существенно выше (примерно в 10 раз).

Фрагмент ДНК от точки начала репликации и до точки ее окончания образует единицу репликации – репликон.

Рис-20