22. нуклеотиды
.doc
Лекция 22 |
Нуклеотиды.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеотиды
Нуклеотиды – это природные соединения, состоящие из 1) остатков азотистого нуклеинового основания, 2) углеводного остатка и 3) фосфатной группы.
Азотистые нуклеиновые основания
Азотистые основания – это производные двух гетероциклов - пиримидина и пурина.
Пиримидиновые основания
Пуриновые основания
ТАУТОМЕРИЯ АЗОТИСТЫХ ОСНОВАНИЙ
а) лактам-лактимная
Аналогичная таутомерия возможна у тимина, цитозина и гуанина.
б) амино-иминная
Аналогичная таутомерия возможна у гуанина и цитозина.
Лактамы более устойчивы, чем лактимы, а амины более устойчивы, чем имины. Все основания in vitro и in vivo существуют и участвуют в обмене веществ в лактамных и аминоформах.
Производные и аналоги нуклеиновых оснований применяются в медицине как лекарственные вещества противоопухолевого действия:
Нуклеозиды
Нуклеозиды – это соединения, состоящие из остатков нуклеинового основания и углевода, связанных β-N-гликозидной связью.
Реакция образования нуклеозидов in vivo идет под действием ферментов.
В кислой среде (но не в нейтральной и не в щелочной) нуклеозиды гидролизуются, распадаясь на исходные основание и углевод. Пиримидиновые нуклеозиды гидролизуются труднее, пуриновые – легче.
Номенклатура нуклеозидов
Основание |
R |
Название |
Урацил |
ОН |
Уридин |
Урацил |
Н |
2'-Дезоксиуридин |
Тимин |
ОН |
Тимидин |
Тимин |
Н |
2'-Дезокситимидин |
Цитозин |
ОН |
Цитидин |
Цитозин |
Н |
2'-Дезоксицитиидин |
Аденин |
ОН |
Аденозин |
Аденин |
Н |
2'-Дезоксиаденозин |
Гуанин |
ОН |
Гуанозин |
Гуанин |
Н |
2'-Дезоксигуанозин |
Нуклеотиды
Нуклеотиды – это нуклеозиды, содержащие фосфатную группу в 5'-положении (5'-фосфоридированные нуклеозиды).
Нуклеотиды образуются in vivo в результате ферментативного фосфорилирования нуклеозидов:
Нуклеотиды гидролизуются в кислой и в щелочной средах: при кислотном гидролизе образуются основание, углевод и фосфорная кислота, а щелочной гидролиз дает нуклеозид и фосфат натрия:
Номенклатура нуклеотидов
Основание |
R |
Название |
Урацил |
ОН |
Уридин-5'-монофосфат (УМФ), уридиловая кислота |
Урацил |
Н |
2'-Дезоксиуридин-5'-монофосфат |
Тимин |
ОН |
Тимидин-5'-монофосфат (ТМФ), тимидиловая кислота |
Тимин |
Н |
2'-Дезокситимидин-5'-монофосфат |
Цитозин |
ОН |
Цитидин-5'-монофосфат (ЦМФ), цитидиловая кислота |
Цитозин |
Н |
2'-Дезоксицитиидин-5'-монофосфат |
Аденин |
ОН |
Аденозин-5'-монофосфат (АМФ), адениловая кислота |
Аденин |
Н |
2'-Дезоксиаденозин-5'-монофосфат |
Гуанин |
ОН |
Гаунозин-5'-монофосфат (ГМФ), гуаниловая кислота |
Гуанин |
Н |
2'-Дезоксигуанозин-5'-монофосфат |
Динуклеотиды
НАД и ФАД – коферменты, участвующие в ОВ реакциях переноса водорода в организме:
Аденозинтрифосфат (АТФ)
АТФ является аккумулятором и переносчиком энергии в биохимических реакциях.
Биологические реакции АТФ
1. Фосфорилирование – перенос фосфатных групп от АТФ на другие субстраты:
2. Гидролиз с выделением энергии, используемой в синтетазных реакциях:
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты – это полинуклеотиды – полимеры, состоящие из нуклеотидных остатков, связанных сахарофосфатными сложноэфирными связями.
Схема строения полинуклеотидной цепи:
Виды НК: ДНК – содержат остатки 2 -дезоксирибозы, не содержат урацила;
РНК – содержат остатки рибозы, не содержат тимина.
Д Н К
Первичная структура ДНК
Первичная структура ДНК – это определенный порядок последовательности нуклеотидов в цепи:
В первичной структуре ядерной ДНК заложен генетический код. В процессе транскрипции он "переписывается" на информационную РНК, а затем происходит трансляция: в рибосоме на матрице информационной РНК синтезируется полипептидная цепь белка. Ключ генетического кода заключается в том, что один аминокислотный остаток в синтезируемой полипептидной цепи кодируется тремя нуклеотидными остатками (триплетом) в НК, и таким образом, с помощью 4 видов нуклеотидов кодируются 20 аминокислот.
Химические свойства нуклеиновых кислот
Цепи НК содержат большое количество фосфатных остатков, обладающих высокой кислотностью и ионизированных в водной среде. Поэтому молекулы НК несут на себе большой отрицательный заряд, и выделяемые препараты НК представляют собой их натриевые соли.
Сложноэфирные связи, соединяющие полинуклеотидные цепи, неустойчивы в кислой и щелочной средах, и НК в этих условиях подвергаются гидролизу:
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ АЗОТИСТЫХ ОСНОВАНИЙ
Комплементарность – это соответствие формы двух сложных линий, которые подходят друг к другу "как ключ к замку".
Комплементарные пары оснований:
В паре А-Т тимин может быть (при переходе ДНК→РНК) заменен урацилом, и пара становится А-У ("взаимозаменяемость" тимина и урацила).
Биологическое значение комплементарных взаимодействий заключается в том, что они обеспечивают точность передачи информации от одной НК к другой.
Вторичная структура ДНК
- представляет собой спираль, состоящую из двух комплементарных друг другу и антипараллельных полинуклеотидных цепей ("двойная спираль"):
Биологическая роль "двойной спирали":
1) Она обеспечивает сохранность генетической информации (ядерный нуклеопротеидный комплекс "ДНК-Гистоны");
2) Обеспечивает восстановление информации при повреждении ДНК (репарация после мутаций).
Р Н К
Виды РНК: рибосомальная, информационная, транспортная.
Рибосомальная РНК (р-РНК) – структурный материал рибосом (рибосомальный нуклеопротеидный клмплекс).
Информационная (матричная) РНК (и-РНК) – промежуточный этап в процессе трансформации информации "ДНК – белок". Она синтезируется на матрице ДНК и сама служит матрицей при синтезе белка в рибосоме. и-РНК сравнительно низкомолекулярна и не имеет развитой вторичной структуры.
Транспортная РНК (т-РНК) – низкомолекулярная РНК, выполняющая следующие функции: 1) определение "своей" аминокислоты (для каждой АК существует своя т-РНК); 2) связывание с АК и транспорт её к рибосоме; 3) определение места АК в растущей полипептидной цепи.
Транспортные РНК имеют вторичную структуру "клеверного листа":
Выступающий конец ССА-3 ОН – место связывания с карбоксильной группой АК.
Триплет нуклеотидов в крайней нижней точке – кодон, комплементарный соответствующему антикодону на и-РНК.
ЛИТЕРАТУРА:
Основная
1. Тюкавкина Н.А., Зурабян С.Э., Белобородов В.Л. и др. – Органическая химия (специальный курс), кн.2 – Дрофа, М., 2008 г., с. 157-178.
2. Н.А.Тюкавкина, Ю.И.Бауков – Биоорганическая химия – ДРОФА, М., 2007 г., с. 420-444.
Дополнительная
1. Овчинников Ю.А. – Биоорганическая химия – М., Просвещение, 1987,
с.295-443.
10.03.11