Молекулярно ниво на организация на генетичния материал
Нуклеинова киселина Представляват линейни неразклонени хетерополимери, мономерите на които са нуклеотиди, свързани с фосфодиестерни връзки.
Нуклеотиди - това са органични вещества, молекулите на които се състоят от пентозен остатък (рибоза или дезоксирибоза), към които са ковалентно свързани остатък от фосфорна киселина и азотна основа. Азотните основи в нуклеотидите са разделени на две групи: пурин (аденин и гуанин) и пиримидин (цитозин, тимин и урацил). Дезоксирибонуклеотидите включват дезоксирибоза и една от азотните основи: аденин (А), гуанин (G), тимин (Т), цитозин (С). Рибонуклеотидите включват рибоза и една от азотните основи: аденин (A), гуанин (G), урацил (U), цитозин (C).
В някои случаи клетките съдържат и различни производни на изброените азотни основи - второстепенни основи, които са част от второстепенни нуклеотиди.
Свободните нуклеотиди и подобни вещества играят важна роля в метаболизма. Например, NAD (никотинамид аденин динуклеотид) и NADP (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) служат като носители на електрони и протони.
Свободните нуклеотиди са способни да прикачат още 1,2 фосфорни групи, образувайки високоенергийни съединения. Универсалният източник на енергия в клетката е АТФ - аденозин трифосфорната киселина, състояща се от аденин, рибоза и три остатъка от фосфорна (пирофосфорна) киселина. По време на хидролизата на една терминална пирофосфатна връзка се отделя около 30,6 kJ/mol (или 8,4 kcal/mol) свободна енергия, която може да бъде използвана от клетката. Тази пирофосфатна връзка се нарича високоенергийна (високоенергийна).
В допълнение към АТФ има и други високоенергийни съединения на основата на нуклеотиди: GTP (съдържа гуанин; участва в биосинтеза на протеини, глюкоза), UTP (съдържа урацил; участва в синтеза на полизахариди).
Нуклеотидите са способни да образуват циклични форми, например cAMP, cCMP, cGMP. Цикличните нуклеотиди действат като регулатори на различни физиологични процеси.
Има два вида нуклеинови киселини: ДНК (дезоксирибонуклеинова киселина) и РНК (рибонуклеинова киселина). Нуклеиновите киселини осигуряват съхранение, възпроизвеждане и внедряване на генетична (наследствена) информация. Тази информация се отразява (кодира) под формата на нуклеотидни последователности. По-специално, нуклеотидната последователност отразява първичната структура на протеините (виж по-долу). Съответствието между аминокиселините и нуклеотидните последователности, които ги кодират, се нарича генетичен код. Единицата на генетичния код на ДНК и РНК е триплет - последователност от три нуклеотида.
Нуклеиновите киселини са химически активни вещества. Те образуват разнообразни съединения с протеини - нуклеопротеини или нуклеопротеини.
Дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК) Е нуклеинова киселина, мономерите на която са дезоксирибонуклеотиди. ДНК е основният носител на наследствена информация. Това означава, че цялата информация за структурата, функционирането и развитието на отделните клетки и на целия организъм се записва под формата на ДНК нуклеотидни последователности.
Нуклеиновите киселини са открити от Miescher през 1868 г. Едва през 1924 г. Fölgen доказва, че ДНК е основен компонент на хромозомите. През 1944 г. Ейвъри, Маклауд и Маккарти установяват, че ДНК играе решаваща роля в съхраняването, предаването и прилагането на наследствената информация.
Има няколко вида ДНК: A, B, Z, Т-форми. От тях В-формата обикновено се намира в клетките - двойна дясна спирала, която се състои от две нишки (или вериги), свързани с водородни връзки. Всяка верига е представена от редуващи се остатъци от дезоксирибоза и фосфорна киселина, а азотна основа е ковалентно свързана с дезоксирибоза. В този случай азотните основи на две ДНК вериги са насочени една към друга и поради образуването на водородни връзки образуват допълващи се двойки: A = T (две водородни връзки) и H≡C (три водородни връзки). Следователно нуклеотидните последователности на тези вериги са в едно-към-едно съответствие. Дължината на завоя на двойната спирала е 3,4 nm, разстоянието между съседните двойки азотни основи е 0,34 nm, диаметърът на двойната спирала е 1,8 nm.