ДНК существует в виде двух нитей, или цепей, закрученных в двойную спираль ( 2.10). Каждая цепь представляет собой линейный полимер, построенный из нуклеотидов четырех типов. В состав каждого нуклеотида входят одно азотистое основание (аденин, гуанин, цитозин или тимин), сахар (дезокси- рибоза) и остаток фосфорной кислоты. Участок молекулы ДНК, кодирующий полную аминокислотную последовательность какого-нибудь белка, называется геном. Порядок расположения иуклеотидов в той или иной цепи ДНК определяет ту генетическую информацию, которую несет данная молекула (подобно тому как буквы в каком-нибудь слове определяют его смысл). Если обозначить нуклеотиды (по соответствующим азотистым основаниям) как A, G, С и Т, то сказанное будет означать, что последовательности —ACGT—, AGCT— и ATCG — содержат разную генетическую информацию.

Информация, заключенная в клеточной ДНК, выполняет в клетке две важные функции. Во-первых, она обеспечивает непрерывность ДНК от клетки в клетке, поскольку ДНК играет роль матрицы также и при своем собственном воспроизведении. Во-вторых, эта информация используется для синтеза специфичных клеточных белков при участии промежуточных продуктов— разных типов рибонуклеиновых кислот (РНК). РНК отличается от ДНК тем, что входящий в ее состав сахар (рибоза) содержит на один атом кислорода больше, чем дезоксирибоза ДНК. Однако это на первый взгляд незначительное различие приводит к весьма существенным различиям в конфигурации и геометрии молекул этих двух нуклеиновых кислот.

В составе двойной спирали две цепи молекулы ДНК тесно закручены одна вокруг другой и потому неспособны участвовать в синтезе, но если спираль раскручивается, то способность к синтезу реализуется, причем проявляться она может по-раз- ному. В присутствии фермента ДНК-полимеразы и смеси четырех дезоксирибонуклеотидов (в форме, богатой энергией, а именно в форме соответствующих трифосфатов) синтезируется новая цепь ДНК, комплементарная существующей. На другом этапе клеточного цикла в присутствии РНК-полимеразы и смеси четырех рибонуклеотидов (также в форме трифосфатов) на той же ДНК-матрнце вместо ДНК синтезируется РНК. Единственное различие в кодировании оснований заключается в том, что при синтезе РНК в строящуюся цепь вместо тимина, присутствующего в ДНК. включается урацил (U). Таким образом, водородные связи А—Т, характерные для ДНК, заменяются в РНК связями А—U; связи G—С присутствуют в молекулах обеих этих нуклеиновых кислот ( 2.11).

На ДНК-матрице синтезируются три вида РНК. Рибосомная РНК (рРНК) входит вместе с белком в состав рибосом — клеточных органелл, состоящих из двух разных по величине половинок, имеющих форму сплюснутых сфер, прижатых одна к другой. Рибосомы прикрепляются к матричной (информационной) РНК (мРНК) меньшей своей субъединицей; группа таких рибосом, прикрепившаяся к нити мРНК, образует полирибосому (или полисому), которая представляет собой не что иное, как готовый к действию аппарат белкового синтеза. Правильное расположение аминокислот в молекуле синтезируемого белка обеспечивается тем, что каждая из 20 аминокислот присоединяется сначала к молекуле особой, специфичной именно для данной аминокислоты, транспортной РНК (тРНК). Имеющаяся в ключевом участке этой молекулы тРНК последовательность из трех нуклеотидов «узнает» (путем образования водородных связей) комплементарный ей нуклеотидный триплет в связанной с рибосомами цепи мРНК и прикрепляется к цепи именно в этой точке. Таким образом, нагруженные аминокислотами тРНК доставляют эти аминокислоты к растущей линейной последовательности соединенных друг с другом аминокислот (т. е. к вновь синтезируемому белку) в совершенно определенном порядке. Доставив аминокислоту на место, специфичная тРНК отделяется от нее и опять оказывается готовой для очередного цикла переноса аминокислоты. В определенной точке цепи мРНК имеется «стоп-сигнал»— нуклеотидный триплет, обрывающий синтез и вызывающий отделение готового белка от рибосомы. Каждая из единиц этого ансамбля (рибосома, тРНК, мРНК) может участвовать в таком цикле много раз подряд, хотя все они, разумеется, в конечном счете обречены на распад и, значит, периодически должны обновляться.