Глава 1.Биополимеры
1.1.Химическое строение биополимеров
1.1.1.Белки
Белки представляют собой линейные полимеры, состоящие из аминокислотных остатков. Аминокислоты связаны в белках за счет амидной связью (в белках и пептидах эту связь обычно называют пептидной) между карбоксильной группой одной из аминокислот и ‑аминогруппой другой (Рис. 3 .1). Короткие олигомеры называют пептидами.
Рис. 3.1. Пентапептид (пептид из пяти аминокислотных остатков). R1, R2 и т.д. — боковые радикалы аминокислот. Пептидный остов молекулы выделен утолщенными линиями.
Концевой аминокислотный остаток, содержащий свободную -аминогруппу, называют N‑концевым остатком (N-концом), а содержащий свободную карбоксильную группу — С‑концевым остатком (С-концом). Цепочку амидных групп и -углеродных атомов называют пептидным остовом молекулы (выделен на Рис. 3 .1). Рассмотрим электронное строение амидной группы, поскольку именно оно в значительной степени определяет конформационные свойства пептидного остова (Рис. 3 .2).
Рис. 3.2. Электронная конфигурация амидной (пептидной) группы
Электронная конфигурация амидной группы описывается резонансом двух структур — I и II. Вклад структуры II составляет ~30%. Таким образом, порядок СО-связи ~1,7, порядок CN-связи ~1,3, а парциальные заряды на атомах кислорода и азота по абсолютной величине равны ~0,3. Важным следствием двоесвязаннного характера C–N-связи в амидах является затрудненное вращение вокруг этой связи. Типичная величина свободноэнергетического барьера вращения (G) 15–20 ккал/моль. Наличие такого барьера приводит к тому, что амиды существуют в двух плоских конформациях — цис и транс (Рис. 3 .3).
Рис. 3.3. Устойчивые конформеры пептидной связи
Практически во всех известных пептидах и белках амидные группы, составляющие остов молекулы, находятся в транс-конформации.
1.1.2.Олигонуклеотиды и нуклеиновые кислоты
Полинуклеотиды и нуклеиновые кислоты представляют собой линейные (неразветвленные) полимеры, в которых нуклеозидные мономерные единицы связаны фосфодиэфирной связью (Рис. 3 .4).
Рис. 3.4. Строение тетрадезоксинуклеозидтрифосфата 5'-dTpdApdCpdG [5'-d(TpApCpG) или 5'‑d(TACG)]. Сахарофосфатный остов выделен утолщенными линиями.
В природных полинуклеотидах, будь то дезоксирибополимеры или рибополимеры, остаток фосфорной кислоты всегда связывает 3'- и 5'-гидроксигруппы соседних нуклеозидов (3'5'-связь). Таким образом, полинуклеотидные цепи имеют определенную направленность и каждая полинуклеотидная цепь имеет 5'- и 3'-концы.
Ковалентный остов нуклеиновой кислоты состоит из монотонно чередующихся фосфатных и пентозных групп. Нуклеиновые основания можно рассматривать как боковые радикалы, присоединенные к остову на равных расстояниях. Отметим, что сахарофосфатный остов HK несет отрицательный заряд, поскольку фосфатные остатки ионизованы при физиологических значениях pH (~7).
Структуру полинуклеотидов записывают с помощью однобуквенных символов нуклеозидов.
Рибонуклеозиды: 2'-Дезоксирибонуклеозиды:
A — аденозин dA — 2'-дезоксиаденозин
G — гуанозин dG — 2'-дезоксигуанозин
U — уридин dU — 2'-дезоксиуридин
rT — риботимидин dT — 2'-дезокситимидин (тимидин)
C — цитидин dC — 2'-дезоксицитидин
Межнуклеотидную фосфоэфирную связь обозначают буквой "p". Одиночную цепь HK рекомендуется записывать так, чтобы слева находился 5'-конец, а справа — 3'-конец, т.е. в направлении 5'3'.