Глава 2
СТРОЕНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
По своему строению нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами, состоящими из очень большого количества моно-
нуклеотидов (нуклеотидов).
2.1. СТРОЕНИЕ МОНОНУКЛЕОТИДОВ
Любой нуклеотид обязательно включает в себя азотистое основание, углевод и фосфорную кислоту.
Схема строения нуклеотида
Азотистое основание – углевод – фосфорная кислота Азотистые основания – циклические азотсодержащие соеди-
нения, обладающие осн*вными (слабощелочными) свойствами. Азотистые основания бывают двух типов: пуриновые и пиримидиновые.
К пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин, имеющие следующее строение:
Аденин |
Гуанин |
Пиримидиновыми основаниями являются урацил, тимин
и цитозин:
Урацил |
Тимин |
Цитозин |
20
Глава 2 |
Строение и биологическая роль нуклеидных кислот |
|
|
|
|
Углеводом, входящим в состав нуклеотидов, может быть рибоза или дезоксирибоза, находящиеся в циклической форме:
Рибоза |
Дезоксирибоза |
Азотистые основания присоединяются к первому углеродному атому (С1) углевода. Азотистое основание, связанное с углеводом, называется нуклеозидом.
Нуклеозиды, содержащие аденин и гуанин, называются соответственно аденозин и гуанозин, а нуклеозиды с пиримидиновыми основаниями получили названия: уридин, тимидин
и цитидин.
Если в состав нуклеозида входит дезоксирибоза, то в названии нуклеозида появляется приставка «дезокси». Например, нуклеозид, состоящий из аденина и рибозы, называется «аденозин», а нуклеозид, содержащий аденин и дезоксирибозу, носит название «дезоксиаденозин», или в сокращенном виде «д-аде- нозин».
Фосфорная кислота присоединяется эфирной связью к пятому атому углерода рибозы или дезоксирибозы. Поэтому нуклеотиды можно рассматривать как нуклеозидфосфаты.
Нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот, имеют один остаток фосфорной кислоты, а свободные нуклеотиды могут содержать от одного до трех фосфатных остатков.
Название нуклеотидов состоит из трех частей: название нуклеозида, входящего в данный нуклеотид; числительное, показывающее количество остатков фосфорной кислоты; слово «фосфат»:
|
аденозин |
|
|
|
гуанозин |
моно |
|
(дезокси) |
уридин |
ди |
фосфат |
|
тимидин |
три |
|
|
цитидин |
|
|
21
Часть 1. Биохимия человека |
С.С. Михайлов |
|
|
|
|
Например, нуклеотид, состоящий из аденина, рибозы и фосфорной кислоты, называется аденозинмонофосфат, или сокращенно АМФ, и имеет следующее строение:
Аденин
Рибоза
2.2. СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ
Нуклеотиды, входящие в нуклеиновые кислоты, соединяются друг с другом в длинные полинуклеотидные цепи эфирными связями, идущими от углевода одного нуклеотида к фосфорной кислоте соседнего:
Аз. основание – углевод – фосфат Аз. основание – углевод – фосфат Аз. основание – углевод – фосфат Аз. основание – углевод – фосфат
В результате такого связывания образуется длинная цепь, состоящая из чередующихся остатков углевода и фосфорной кислоты. Азотистые основания непосредственно в эту цепь не входят; они, как боковые веточки, присоединяются к углеводам. Отличаются полинуклеотиды друг от друга длиной (т.е. количеством нуклеотидов) и последовательностью расположения азотистых оснований.
Оказалось, что в одну молекулу нуклеиновых кислот может входить углевод только одного вида – рибоза или дезоксирибоза. На этом основании все нуклеиновые кислоты делятся на два типа:
рибонуклеиновые – РНК (содержат рибозу) и дезоксирибонуклеиновые – ДНК (содержат дезоксирибозу). Особенности строения и биологические функции РНК и ДНК отражены в табл. 2.
22
Глава 2 |
Строение и биологическая роль нуклеидных кислот |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
Особенности строения и свойства РНК и ДНК |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
, |
! " |
# " |
|
/ |
|
, |
|
|||
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||
1. |
+ / |
|
) ; |
) ! ; |
||
|
: |
|
;) ! , # , |
;) ! , # , |
||
|
) # ! |
|
# , |
, |
||
|
;) |
" |
( ) |
( # ) |
||
|
|
|
|
|
||
2 |
< / |
|
= , |
= |
||
|
# ! |
|
" / |
" / |
||
|
|
|
|
|||
3. |
# |
25 " . |
= = |
|||
|
|
|
|
! 1 = |
|
|
|
|
|
|
|
||
4. |
< / |
|
?! |
= |
||
|
# ! "> |
|
|
|||
|
# |
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
5. |
' |
$, |
= $ |
|||
|
& # |
|
& # |
|
||
|
|
|
|
« |
$/ |
|
|
|
|
|
», #; |
& " |
|
|
|
|
|
|
||
6. |
|
|
. |
A! . |
||
|
|
|
@ ; ". |
> ! |
||
|
|
|
|
A! ( ) |
( ) |
|
|
|
|
|
|
||
7. |
B / |
|
' ! / |
+ |
||
|
$ |
|
|
/ |
||
|
|
|
|
/ |
& |
|
|
|
|
|
& , |
|
|
|
|
|
|
#/ |
|
|
|
|
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
||
8. |
" |
|
& |
+ |
||
|
! |
|
@ < ( @ <), |
( = < |
||
|
|
|
|
; @ < |
; , > ! C |
|
|
|
|
|
( @ <), |
> ") |
|
|
|
|
|
@ < |
|
|
|
|
|
|
( @ <) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Как видно из таблицы, ДНК имеет более сложное строение. Состоит молекула ДНК из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в спираль вокруг общей оси и образующих двойную спираль (рис. 1). Один виток каждой спирали содержит 10 нуклеотидов, диаметр двойной спирали около 2 нм. Азотистые
23
Часть 1. Биохимия человека |
С.С. Михайлов |
|
|
|
|
Рис. 1. Схема строения ДНК
основания обеих цепей находятся внутри двойной спирали и соединены друг с другом водородными связями. Связывание (спаривание) азотистых оснований осуществляется строго определенным образом. Аденин всегда соединяется с тимином, а гуанин с цитозином, причем все без исключения основания одной цепи ДНК спарены с основаниями второй. Вследствие этого обе нуклеотидные цепи, образующие молекулу ДНК, имеют одинаковую длину и пространственно соответствуют друг другу. Если в каком-то месте одной цепи находится аденин, то обязательно напротив него в другой цепи присутствует тимин, а напротив гуанина всегда располагается цитозин.
Такое пространственное соответствие двух полинуклеотидных цепей ДНК по-
лучило название комплементарность.
Принцип комплементарности лежит в основе таких важнейших процессов, как репликация (удвоение молекулы ДНК
впроцессе клеточного деления), транскрипция (передача генетической информации с молекулы ДНК информационной РНК
впроцессе синтеза белков) и трансляция (сборка из аминокислот белковой молекулы на рибосомах).
Тесты для самоконтроля
1. |
Молекулы РНК содержат углевод: |
|
||
а) галактозу |
б) глюкозу |
в) дезоксирибозу |
г) рибозу |
|
2. |
Молекулы ДНК содержат углевод: |
|
||
а) глюкозу |
б) дезоксирибозу в) рибозу |
г) фруктозу |
||
3. |
Пуриновым нуклеозидом является: |
|
||
а) аденин |
б) гуанин |
в) аденозин |
г) цитозин |
|
4. |
Пиримидиновым нуклеотидом является: |
|
||
а) аденозинмонофосфат |
в) уридиндифосфат |
|||
б) гуанозин |
|
г) цитидин |
|
24
Глава 2 |
Строение и биологическая роль нуклеидных кислот |
|
|
||
|
||
5. Аденозиндифосфат является: |
||
а) азотистым основанием |
в) нуклеозидом |
|
б) динуклеотидом |
г) нуклеотидом |
6. В молекуле ДНК азотистое основание тимин спаривается с:
а) аденином б) гуанином в) тимином г) цитозином
7. В молекуле ДНК азотистое основание гуанин спаривается с:
а) аденином б) гуанином в) тимином г) цитозином
8. В молекуле ДНК количество аденина всегда равно коли-
честву: |
|
|
|
а) аденина |
б) гуанина |
в) тимина |
г) цитозина |
9. Двойная спираль ДНК фиксируется:
а) водородными связями б) донорно-акцепторными связями в) ионными связями г) ковалентными связями
25
Глава 3
СТРОЕНИЕ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ УГЛЕВОДОВ
Глюкоза играет исключительно важную роль в энергетическом обмене биосферы. В процессе фотосинтеза происходит преобразование лучистой энергии солнца в химическую энергию связей образующейся молекулы глюкозы, которая затем используется всеми живыми организмами для обеспечения своей жизнедеятельности:
6 СО2 + 6 Н2О + солнечная энергия С6Н12О6 + 6 О2
Глюкоза
Благодаря фотосинтезу в процессе эволюции произошло образование и накопление в атмосфере Земли молекулярного кислорода, что явилось необходимой предпосылкой для возникновения аэробных организмов.
Строение углеводов
По строению углеводы – альдегидоспирты или кетоспирты
и их производные:
Н |
|
О |
R1 |
– (OH)n |
||
|
C |
|
|
C=O |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
R – (OH)n |
R2 |
– (OH)m |
|||
Общая формула |
Общая формула |
|||||
альдегидоспиртов |
кетоспиртов |
Исходя из размеров молекул углеводы, обычно делят на три
класса:
Углеводы
Моносахариды Олигосахариды Полисахариды
Моносахариды
Моносахариды (простые углеводы) не подвергаются гидролизу, получить из них путем гидролиза более простые углеводы невозможно. К моносахаридам относятся: рибоза (С5), дезоксирибоза (С5), глюкоза (С6), фруктоза (С6), галактоза (С6) и др.
26
Глава 3 |
Строение и биологическая роль углеводов |
|
|
|
|
Олигосахариды
Состоят из нескольких (до 10) моносахаридов, соединенных ковалентными связями. При гидролизе распадаются на молекулы входящих в их состав моносахаридов. В природе часто встречаются олигосахариды, состоящие из двух моносахаридов, т.е. дисахариды:
Сахароза (пищевой сахар) – состоит из глюкозы и фруктозы. Лактоза (молочный сахар) – состоит из глюкозы и галактозы.
Полисахариды
Представляют собой длинные неразветвленные или разветвленные цепи, включающие сотни и тысячи моносахаридов.
Наиболее распространенными в природе являются следующие полисахариды: целлюлоза (клетчатка), крахмал, гликоген.
Все они состоят только из глюкозы.
В природе углеводы содержатся главным образом в растениях. Важнейшим природным углеводом является глюкоза, которая может находиться как в свободном виде (моносахарид), так
ив составе олигосахаридов (сахароза, лактоза и др.) и полисахаридов (клетчатка, крахмал, гликоген).
Глюкоза может иметь различные пространственные формы, что обусловлено тем, что вокруг ковалентных связей между атомами углерода возможно вращение, а сами связи располагаются под углом 109º. В организме почти вся глюкоза, входящая в олиго-
иполисахариды, имеет циклическую форму:
Ворганизме человека углеводов около 1%. Главные углеводы человека – глюкоза и гликоген.
Ворганизме глюкоза находится в основном в крови, где ее содержание довольно постоянно и колеблется в узком диапазоне.
У здорового человека в крови, взятой для анализа в состоянии покоя и натощак, концентрация глюкозы имеет следующие величины:
3,9–6,1 ммоль/л, или 70–110 мг%, или 0,7–1,1 г/л Концентрация глюкозы в крови может изменяться.
27
Часть 1. Биохимия человека |
С.С. Михайлов |
|
|
|
|
Гипергликемия – повышение концентрации глюкозы в крови. Отмечается при приеме пищи (пищевая гипергликемия), при эмоциях и стрессе (эмоциональная гипергликемия), при сахарном диабете (диабетическая гипергликемия).
Снижение концентрации глюкозы в крови носит название гипогликемия. Наблюдается гипогликемия при голодании и продолжительной физической работе.
Глюкоза выполняет в организме, в первую очередь, энергетическую функцию. Это обусловлено тем, что глюкоза всегда содержится в крови и, следовательно, всегда с кровью поступает во все органы. Глюкоза, в отличие от других источников энергии (белки, жиры), очень легко окисляется. Кроме этого она поступает в организм с пищей в значительно б*льших количествах по сравнению с белками и жирами.
Другим углеводом, типичным для человека и высших животных, является полисахарид гликоген. Молекулы гликогена содержат тысячи и десятки тысяч остатков глюкозы и сильно разветвлены.
Эмпирическая формула гликогена:
(С6Н10О5)n,
где (С6Н10О5) – остаток глюкозы.
Основные запасы гликогена находятся в печени и в мышцах.
Впечени концентрация гликогена может достигать 5–6% от ее массы.
Вмышцах содержание гликогена – до 2–3% от их массы.
Биологическая роль гликогена – это запасная, резервная
форма глюкозы (депо глюкозы).
Тесты для самоконтроля
1.Углеводы обязательно содержат функциональные группы:
а) альдегидную и аминную б) альдегидную и карбоксильную в) альдегидную и спиртовую
г) карбоксильную и спиртовую
2.Глюкоза является:
а) моносахаридом |
в) олигосахаридом |
б) дисахаридом |
г) полисахаридом |
28
Глава 3 |
|
Строение и биологическая роль углеводов |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. |
Фруктоза является: |
|
|
|
|
а) моносахаридом |
в) олигосахаридом |
|
|||
б) дисахаридом |
|
г) полисахаридом |
|
||
4. |
Сахароза является: |
|
|
|
|
а) моносахаридом |
в) трисахаридом |
|
|||
б) дисахаридом |
|
г) полисахаридом |
|
||
5. |
Полисахаридом является: |
|
|
||
а) глюкоза |
б) крахмал |
в) рибоза |
г) сахароза |
||
6. |
Мономером гликогена является: |
|
|||
а) глюкоза |
б) рибоза |
в) сахароза |
г) фруктоза |
||
7. |
Моносахаридом является: |
|
|
||
а) галактоза |
|
в) сахароза |
|
||
б) лактоза |
|
г) целлюлоза |
|
29
Книга рекомендована к покупке и прочтению разделом по профилактике заболеваний сайта https://meduniver.com/