Зупинимося докладніше на нуклеотидах. Відомо, що нуклеотиди називаються аденін, гуанін, тимін, цитозин і урацил - азотисті основи, вони представлені на малюнку нижче.
Нуклеотиди - це мономери нуклеїнових кислот. Нуклеїнові кислоти в клітині знаходяться в ядрі. Вони є у всіх живих організмів (у тих, у кого немає ядра, нуклеїнові кислоти все одно є - вони знаходяться в центрі клітини у бактерій і утворюють нуклеоїди). Мономери, з яких потім будуються нуклеїнові кислоти, складаються з азотистої основи, залишку цукру (дезоксирибоза або рибоза) і фосфату. Сахара разом з азотистих основ називаються нуклеозидами (аденозин, гуанозин, тимидин, цітідін). Якщо до них приєднані 1-, 2-, або 3-фосфорних залишку, то вся ця структура називається Відповідно, нуклеотізід монофосфатом, дифосфат або трифосфатом або нуклеотидом (аденін, гуанін, тимін, цитозин).
Ось так модель АТФ виглядає в просторі. Азотистих основ, що входить до складу ДНК ділиться на дві групи - піримідинові і пуринові. До складу ДНК входить аденін, тимін, цитозин і гуанін, в РНК замість тиміну урацил. Як відомо, ДНК - це великий архів, в якому зберігається інформація, а РНК - це молекула, яка переносить інформацію з ядра в цитоплазму для синтезу білків. З різницею у функціях пов'язані відмінності в будові. РНК більш хімічно активно через те, що її цукор - рибоза - має в своєму складі гідроксильну групу, а в дезоксирибози кисню немає. Через відсутність кисню ДНК більш інертно, що важливо для її функції зберігання інформації, щоб вона не вступала ні в які реакції.
Нуклеотиди здатні взаємодіяти один з одним, при цьому «викидається» два фосфору, і між сусідніми нуклеотидами утворюється зв'язок. У молекулі фуранози молекули вуглецю пронумеровані. З першим пов'язано азотистих основ. Коли утворюється ланцюжок нуклеотидів, зв'язок здійснюється між п'ятим вуглецем однієї і третім вуглецем інший фосфорної кислоти. Тому в ланцюжку нуклеїнових кислот виділяють різні нерівнозначні кінці, щодо яких молекула не симетрична.
Комплементарні один одному одноцепочечниє молекули нуклеїнової кислоти здатні утворювати двуцепочечную структуру. Усередині цієї спіралі аденін утворює пару з тиміном, а гуанін - з цитозином. Зустрічається твердження, що нуклеотиди підходять один одному як осколки розбитого скла, тому вони і утворюють пари. Але це твердження не так. Нуклеотиди здатні утворювати пари як завгодно. Єдина причина, по якій вони з'єднуються так, і ніяк інакше, полягає в тому, що кут між «хвостиками», які йдуть до цукру, збігається тільки в цих парах, і, крім того, збігаються їх розміри. Ніяка інша пара не утворює такій конфігурації. А оскільки вони збігаються, то їх через цукрово-фосфатний кістяк можна зв'язати один з одним. Структуру подвійної спіралі відкрили в 1953 році Джеймс Уотсон і Френсіс Крік.
При з'єднання один з одним проти 5'-кінця однієї нитки знаходиться 3'-кінець інший нитки. Тобто нитки йдуть в протилежних напрямках - кажуть, що нитки в ДНК антіпараллельни.
На малюнку видно модель ДНК, видно, що аденін з'єднується з тиміном двома водневими зв'язками, а гуанін з'єднується з цитозином потрійний водневої зв'язком. Якщо молекулу ДНК підігрівати, то ясно, що дві зв'язку легше розірвати, ніж три, це істотно для властивостей ДНК.
В силу просторового розташування цукрово-фосфатного остову і нуклеотидів, коли нуклеотиди накладають один на інший і «зшивають» через цукрово-фосфатний кістяк, ланцюжок починає завертатися, тим самим утворюючи знамениту подвійну спіраль.
На малюнках представлені кулькові моделі ДНК, де кожен атом позначений кулькою. Всередині спіралі є борозенки: маленька і велика. Через ці борозенки з ДНК взаємодіють білки і розпізнають там послідовність нуклеотидів.
При нагріванні ДНК водневі зв'язки розриваються і нитки в подвійної спіралі розплітаються. Процес нагрівання називається плавленням ДНК, при цьому руйнуються зв'язки між парами А-Т і Г-Ц .Чем більше в ДНК пар А-Т, тим менш міцно нитки один з одним пов'язані, тим легше ДНК розплавити. Перехід з двухспіральной ДНК в одно-спіральну вимірюється на спектрофотометрах по поглинанню світла при 260 нм. Температура плавлення ДНК залежить від А-Т / Г-Ц складу і розміру фрагмента молекули. Ясно, що якщо фрагмент складається з декількох десятків нуклеотидів, то його набагато легше розплавити, чим довші фрагменти.
У людини в гаплоидном геномі, тобто одиничному наборі хромосом, 3 млрд. Пар нуклеотидів, і їх довжина становить 1,7 м, а клітина набагато менше, як ви здогадуєтеся. Для того, щоб ДНК змогла в ній поміститися, вона досить щільно згорнута, і в еукаріотичної клітці згорнутися їй допомагають білки - гістони. Гістони мають позитивний заряд, а так як ДНК заряджена негативно, то гістони мають спорідненість до ДНК. Упакована за допомогою гістонів ДНК має вигляд намистин, званих нуклеосомами. 200 пар нуклеотидів йде на одну нуклеосому, 146 пар накручуються на гістони, а решта 54 висять в вигляді лінкерних (зв'язують нуклеосоми) ДНК. Це перший рівень компактизації ДНК. У хромосомах ДНК згорнута ще кілька разів для того, щоб утворилися компактні структури.
До нуклеїнових кислот крім ДНК відноситься також РНК. У клітці присутні різні типи РНК: рибосомні, матричні, транспортні. Існують і інші види РНК, про які ми будемо говорити пізніше. РНК синтезується у вигляді одно-цепочечной молекули, але окремі її ділянки входять до складу дволанцюгових спіралей. Для РНК також говорять про первинну структуру (послідовності нуклеотидів) і вторинної структурі (освіта двоспіральної ділянок).
До складу ліпідів входять жирні кислоти, які мають довгі углероводородние ланцюга. Жирні кислоти гідрофобні, тобто не розчинні у воді.
Ліпіди є сполуки жирних кислот з гліцерином (ефіри). Наприклад, на малюнку зображений лецитин.
У клітці важливу роль відіграють ліпіди, в яких до гліцерину приєднаний залишок фосфорної кислоти і 2 жирних кислоти. Вони називаються фосфоліпідами. Молекули фосфоліпідів мають полярну (тобто гідрофільну, добре розчинну) групу на одному кінці молекули і довгий гідрофобний хвіст. До фосфоліпідів відноситься фосфатидилхолін.
У водному розчині фосфоліпіди утворюють міцели, в яких молекули звернені полярними "головами" назовні, в сторону води, а гідрофобні "хвости" опиняються всередині міцели, захованими від води. Клітинну мембрану також ліпіди з полярними "головами", які звернені назовні по обидва боки мембрани, а гідрофобні "хвости" знаходяться всередині ліпідного бішару.
Більш детально з будовою ліпідів можна познайомитися в підручнику Макєєва (pdf).