Материальной основой хранения, передачи и реализации наследственной информации являются нуклеиновые кислоты. Нуклеиновые кислоты это полимеры, состоящие из мономеров – нуклеотидов. Каждый нуклеотид включает в себя три компонента: сахар (пентозу), фосфат и азотистое основание. В зависимости от вида основания выделяют следующие типы нуклеотидов: пуриновые (аденин, гуанин) и пиримидиновые (цитозин, тимин, урацил).
Среди нуклеиновых кислот различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. ДНК является материальным субстратом наследственности и изменчивости. Модель строения ДНК была предложена Уотсоном и Криком в 1953 г.
Согласно этой модели, молекула ДНК состоит из двух антипараллельных цепочек соединенных между собой водородными связями по принципу комплементарности (т.е. аденин всегда соединяется с тимином, а гуанин с цитозином). ДНК обладает уникальными свойствами: способностью к самоудвоению (ауторепродукции или репликации) и к транскрипции. Кроме того, последовательность нуклеотидов в ДНК формирует генетический код, посредством которого записывается информация о видовых и индивидуальных особенностях признаков и свойств организма.
Перечисленные особенности химической структуры и свойств ДНК обусловливают выполняемые ею функции. ДНК хранит, передает и реализует наследственную информацию.
Функциональные возможности генетического материала обеспечиваются протеканием четырех генетических процессов – репликацией и репарацией ДНК, транскрипцией и генетической рекомбинацией.
Репликация происходит полуконсервативным способом, т.е. обе цепи ДНК разделяются, и на каждой синтезируется комплементарная ей цепь.
Репликация осуществляется под контролем ряда ферментов и протекает в несколько этапов. Она начинается с раскручивания двойной спирали ДНК с помощью фермента - геликазы – за счет разрыва водородных связей между основаниями. Далее при участии фермента ДНК-полимеразы происходит синтез двух новых дочерних молекул ДНК. Причем ДНК-полимераза работает только в одном направлении 5’→3’. Поскольку две цепи ДНК антипараллельны, т.е. направление 5’→3’ у них противоположно, то ДНК-полимераза может непрерывно строить только одну новую цепь ДНК (лидирующую). Другая (отстающая) дочерняя цепь ДНК синтезируется отдельными короткими участками, которые затем связываются.
между собой ферментом ДНК-лигазой. Конечным итогом процесса репликации является образование двух молекул ДНК. Синтезированные молекулы являются точными копиями друг друга и материнской цепи.