Мы привыкли слышать про ДНК в контексте генов, наследственности, спиралей и повторяющихся цепочек. Но многие удивляются, узнав, что по своей химической природе это самая настоящая кислота. Разберемся, почему.
Название говорит само за себя
Аббревиатура ДНК расшифровывается как «дезоксирибонуклеиновая кислота». Слово «кислота» здесь не для красоты, а строго по химической сути молекулы.
Кстати, открыл ее именно как кислоту швейцарский биохимик Фридрих Мишер еще в 1869 году. Изучая клеточные ядра лейкоцитов, он выделил неизвестное ранее вещество и назвал его «нуклеин» (от лат. nucleus — ядро). Позже, когда стало ясно, что вещество обладает кислотными свойствами, термин трансформировался в «нуклеиновую кислоту».
Что делает вещество кислотой?
Согласно протолитической теории Брёнстеда — Лоури, кислота — это химическое вещество, которое может отдавать ион водорода (H⁺), то есть выступать донором протона.
Теперь смотрим на структуру ДНК. Ее «хребет» — это чередующиеся молекулы сахара (дезоксирибозы) и фосфатных групп, соединенных в длинную цепь. Именно фосфатные группы и есть химический источник кислотности.
Каждая фосфатная группа способна легко отщеплять ион водорода. В физиологических условиях, то есть при обычном pH внутри клетки, эти группы практически всегда находятся в отданном состоянии: они уже «потеряли» водород и приобрели отрицательный заряд.
Отрицательный заряд ДНК — ключевое свойство, определяющее ее поведение:
Связь с белками
Внутри клеточного ядра ДНК плотно упакована вокруг белков-гистонов, которые заряжены положительно. Именно притяжение противоположных зарядов — отрицательной ДНК и положительных гистонов — позволяет метровым нитям ДНК компактно «наматываться» и умещаться в микроскопическом ядре клетки.
Электрофорез в лабораториях
Если поместить ДНК в электрическое поле, она будет двигаться к положительному электроду — именно из-за отрицательного заряда фосфатных групп. На этом принципе основан метод гель-электрофореза: ДНК помещают в гель и пропускают электрический ток. Отрицательно заряженные молекулы начинают двигаться к положительному электроду, причем короткие фрагменты перемещаются быстрее длинных. В результате они разделяются по размеру.
Этот метод стал базовым в генетике, судебной экспертизе и медицинской диагностике.
Экстракция ДНК в домашних условиях
На отрицательном заряде ДНК основан и известный эксперимент по выделению ДНК, который можно провести даже дома. Для этого берут, например, клубнику или банан: сначала плод измельчают, добавляют моющее средство, чтобы разрушить клеточные мембраны, затем соль, которая нейтрализует отрицательный заряд фосфатных групп. После фильтрации добавляют холодный спирт — в нем ДНК не растворяется и выпадает в осадок в виде видимых белых нитей.
А как же азотистые основания?
Тут есть небольшой нюанс. В структуре ДНК помимо сахарофосфатного скелета есть еще азотистые основания — аденин, тимин, гуанин, цитозин. Это те самые буквы генетического кода. По своей химической природе они скорее слабо-основные или нейтральные соединения, а не кислотные.
Но кислотность всей молекулы определяется именно «скелетом» — непрерывной цепью фосфатных групп, которые тянутся вдоль всей длины ДНК. Поэтому суммарно, как единое целое, молекула ведет себя как полианион — длинная цепь с множеством отрицательных зарядов, то есть как полностью диссоциировавшая (отдавшая водород) кислота.
Читайте также: В образцах астероида Рюгу нашли все пять оснований ДНК и РНК.
