Докажите, что нуклеиновые кислоты являются биополимерами.

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) являются биополимерами, потому что они удовлетворяют всем ключевым признакам полимеров (наличие повторяющихся звеньев, образование макромолекулы за счёт ковалентных связей, возможность описания степенью полимеризации), а также потому что синтезируются живыми организмами (приставка «био-»).

1) Что такое полимер и биополимер

Полимер — это высокомолекулярное соединение, молекула которого состоит из большого числа повторяющихся структурных звеньев (мономеров), соединённых между собой ковалентными связями.
Биополимер — это полимер, который синтезируется живыми системами и выполняет биологические функции (как белки, полисахариды, нуклеиновые кислоты).

Чтобы доказать, что вещество — биополимер, достаточно показать:

1. есть мономерные звенья,

2. они повторяются и образуют длинную цепь,

3. цепь удерживается ковалентными связями,

4. молекула имеет большую молекулярную массу и степень полимеризации,

5. образование происходит в клетке (биосинтез).

2) Мономер нуклеиновых кислот — нуклеотид

Строительным блоком ДНК и РНК является нуклеотид. Каждый нуклеотид включает три части:

• азотистое основание (А, Г, Ц, Т в ДНК; А, Г, Ц, У в РНК),

• пентозу (дезоксирибоза в ДНК, рибоза в РНК),

• остаток фосфорной кислоты (фосфат).

Нуклеотид — это мономерное звено: именно из множества нуклеотидов строится цепь нуклеиновой кислоты.

3) В нуклеиновых кислотах есть повторяющаяся «скелетная» часть цепи

Главный признак полимера — повторяемость звеньев. В ДНК и РНК повторяется сахарофосфатный остов:
…–сахар–фосфат–сахар–фосфат–сахар–фосфат–…

Азотистые основания могут меняться, обеспечивая разнообразие информации, но тип структурного звена один и тот же: нуклеотид, а связь между ними одинакова. Повторяемость остова означает, что нуклеиновые кислоты имеют полимерную природу.

4) Нуклеотиды соединены ковалентными связями в длинную цепь

Нуклеотиды в цепи ДНК/РНК соединяются ковалентной 3’–5’ фосфодиэфирной связью:

• фосфат связывает 3’-гидроксильную группу одного сахара и 5’-углерод следующего сахара.

Это важно: полимер — это не просто «набор молекул рядом», а единая макромолекула, в которой мономеры связаны прочными ковалентными связями. В нуклеиновых кислотах это условие выполнено.

5) Нуклеиновые кислоты — макромолекулы со степенью полимеризации

Полимеры характеризуют степенью полимеризации — числом мономерных звеньев в цепи.

У нуклеиновых кислот цепи состоят из тысяч, миллионов и даже миллиардов нуклеотидов (особенно в ДНК организмов). Это означает:

• очень большую молекулярную массу,

• наличие измеряемой длины цепи,

• возможность говорить о полимерной цепи и её свойствах (гибкость, сворачивание, вторичная структура и т.д.).

Такая масштабность и цепное строение — классический признак полимеров.

6) Почему это именно биополимер

Приставка «био-» означает происхождение и синтез:

• ДНК и РНК синтезируются ферментами в клетке (ДНК-полимеразами и РНК-полимеразами),

• синтез идёт по принципу матричной полимеризации: к растущей цепи последовательно присоединяются нуклеотиды,

• выполняют жизненно важные функции: хранение, передача и реализация генетической информации.

Итак, нуклеиновые кислоты — полимеры по строению и биологические по происхождению и функциям, значит это биополимеры.

Итоговое доказательство (в форме вывода)

1. Нуклеиновые кислоты состоят из мономеров — нуклеотидов.

2. Нуклеотиды многократно повторяются в составе цепи, образуя сахарофосфатный остов.

3. Звенья соединены ковалентными 3’–5’ фосфодиэфирными связями, формируя единую макромолекулу.

4. Цепи имеют большую длину и молекулярную массу, то есть характеризуются степенью полимеризации.

5. Они синтезируются в живых организмах ферментативно, следовательно являются био-полимерами.

Следовательно, ДНК и РНК — биополимеры.