Белки и нуклеиновые кислоты (стр. 9 из 10)
Азотистые основания, которые обычно встречаются в нуклеиновых кислотах – это производные пурина аденин ( А) и гуанин (G)-и производные пиримидина – цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U). Сами пурин и пиримидин в состав нуклеиновых кислот не входят.
Строение основных азотистых оснований-компонентов нуклеиновых кислот:
Цитозин, аденин, гуанин содержатся в нуклеиновых кислотах обоих типов, урацил входит только в состав РНК, а тимин в ДНК.
Для гуанина, цитозина, тимина и урацила известна кето-енольная таутомерия, однако кетоструктуры гораздо более стабильны и доминируют при физиологических условиях.
В нуклеиновых кислотах все оксосодержащие азотистые основания присутствуют в кетоформе.
В составе ДНК и РНК встречаются так называемые необычные или «минорные» азотистые основания. К ним относятся, например, 5-метилцитозин, 4-тиоурацил, дигидроурацил и др.
5- метилцитозин - тиоурацил дигидроурацил
( в ДНК) ( в тРНК) (в тРНК)
Рассмотренные пуриновые и пиримидиновые основания, а так же некоторые другие производные пурина и пиримидина, которые не входят в состав нуклеиновых кислот, часто содержатся в растениях в значительном количестве в свободном состоянии. Наиболее часто в свободном состоянии в растениях встречаются гипоксантин (6-гидроксиоксипурин), найденный в семенах горчицы и люпина. Ксантин (2,6-дигидроксиоксипурин) и аллонтоин очень широко распространены в растениях. В форме этих оснований, как и в форме амидов аминокислот, происходит запасание и транспорт азота в растениях.
гипоксантин ксантин аллантоин
Пурины и пиримидины поглощают электромагнитную энергию в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне, причем каждое соединение имеет характеристический спектр поглощения, однако для всех этих соединений максимум поглощения наблюдается вблизи 260 нм. Нуклеиновые кислоты так же поглощают в УФ-области. На этом свойстве основаны методы количественного определения нуклеиновых кислот.
В процессе обмена веществ у животных и растений пуриновые основания образуют такие продукты, как мочевая кислота, кофеин, теобромин, последние используются как лекарства.
2.2 Нуклеозиды
Азотистое основание с присоединенным к нему углеводным остатком, называют нуклеозидом. В нуклеозидах ковалентная связь образована С1-атом сахара и N1- атомом пиримидина или N9- атомом пурина, такая связь называется гликозидной. Что бы избежать путаницы в нумерации, атомы углеводной части отличают штрихом. Для наиболее распространенных нуклеозидов приняты тривиальные названия: аденозин, гуанозин, уридин и цитидин. Дезоксирибонуклеозиды называются дезоксиаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитидин и тимидин.
Например:
Пиримидиновый Пуриновый
рибонуклеозид дезоксирибонуклеозид
Нуклеозиды являются фрагментом структуры нуклеотидов; однако многие нуклеозиды встречаются в свободном состоянии. Некоторые из них обладают лечебными свойствами. Различные микроорганизмы выделяют арабинозилцитозин и арабинозиладенин, в состав которых входит b-D-арабиноза вместо рибозы. Эти вещества используются в качестве мощных антивирусных и антигрибковых агентов и против некоторых видов рака. Механизм действия ara-А и ara-С основан на ингибирование биосинтеза ДНК.
2.3Нуклеотиды
Нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов. В образовании связи участвует 51-углеродный атом пентозы. В зависимости от строения пентозы все нуклеотиды можно разделить на рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.
В зависимости от числа имеющихся остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты, нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты. Все эти три вида нуклеотидов постоянно присутствуют в клетках.
Рисунок 3 – моно-, ди- и трифосфонуклеотиды (51) аденозина.
Названия отдельных нуклеотидов часто обозначают сокращенно большими первыми буквами названий соответствующих оснований. Ниже приведены нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот, и даны их условные сокращенные обозначения.
Таблица 2 – Сокращенные названия отдельных нуклеотидов
| Основание | Нуклеотиды всоставе РНК | Нуклеотиды всоставе ДНК | Сокращенноеобозначение |
| АденинГуанинЦитозинУрацилТимин | Адениловая кислотаГуаниловая кислотаЦитидиловая кислотаУрациловая кислотаТиминовая кислота | Дезоксиадениловая кислотаДезоксигуаниловая кислотаДезоксицитидиловая кислотаДезоксиуридиловая кислотаДезокситимидиловая кислота | АGСUТ |
Нуклеотиды – это сильные кислоты, так как остаток фосфорной кислоты, входящий в их состав, сильно ионизирован.
Главная функция нуклеотидов в клетке состоит в том, что они являются составными частями нуклеиновых кислот.
Все нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты содержат высокоэнергетические связи (обозначены значком «»»). При гидролизе этой связи освобождается от 30 до 50 кДж/моль энергии, в то время как при гидролизе обычной сложноэфирной фосфатной связи освобождается энергия равная 8-12 кДж/моль.
Под влиянием соответствующих ферментов фосфатные группы содержащие высокоэнергетические связи, могут быть перенесены на другие вещества. Таким образом энергия, накопившаяся в высокоэнергетических соединениях, может быть использована далее в обмене веществ. Например: АДФ и АТФ принимают участие в биосинтезе белка. Уридинтрифосфат (UТФ) и уридиндифосфат (UДФ) необходимы для действия ферментов, катализирующих превращения и синтез сахаров (СДФ и СТФ) цитидиндифосфат и цитидинтрифосфат принимают участие в биосинтезе фосфолипидов.
Циклические нуклеотиды были выделены в 1959г. Сазерлендом ( лауреат Нобелевской премии 1971г.) при изучении механизма действия некоторых гормонов при регулировании метаболизма углеводов. В циклических нуклеотидах фосфорная кислота связывает два атома кислорода пентозного остатка в одном и том же нуклеотиде. Известны три циклических нуклеотида – циклический аденозинмонофосфат (с АМФ), циклический гуанозинмонофосфат (с GМФ) и циклический цитозинмонофосфат ( с СМФ).
Эти нуклеотиды образуются из соответствующих нуклеозидтри-фосфатов под действием ферментов аденилатциклазы и гуанилатциклазы. В биологических процессах они выступают в качестве промежуточного посредственника регуляторного действия гормонов.
аденозин-3/,5/-цикломонофосфат гуанозин-3/,5/-цикломонофосфат
(3/,5/- сАМФ) (3/,5/-сGМФ)
Фосфатные остатки могут образовывать друг с другом кислотные ангидриды. Поэтому у нуклеотидов имеется возможность связываться друг с другом через фосфатные остатки. При этом возникают динуклеотиды с фосфоангидридной структурой.
К этой группе относятся некоторые кофакторы ферментов – НАД+ и НАДФ+ ( никотинамидадениндинуклеотид ), ФАД ( флавинадениндинуклео-тидфосфат) и т. д.
НАД+
2.4Первичная структура нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты это полимеры, состоящие из нуклеозидмонофосфатов, соединенных фосфодиэфирными связями. Поскольку фосфатная группа участвует в образовании двух эфирных связей с участием 3/-и 5/-углеродных атомов сахарных остатков двух соседних нуклеотидов эту связь называют 3/- и 5/-фосфодиэфирной связью.
Ниже изображены короткие структурные фрагменты цепей РНК и ДНК, позволяющие представить соединение отдельных нуклеотидов в цепи.
Рис. фрагмент РНК фрагмент ДНК
У полинуклеотида имеется 5/-конец со свободной фосфатной группой и 3/-конец со свободной ОН-группой. Фосфатные группы в этих цепях обладают сильнокислотными свойствами. При рН~7 фосфатная группа ионизирована полностью, поэтому в естественных условиях нуклеиновые кислоты существуют в виде полианинов (несут множество отрицательных зарядов).
Нуклеиновые кислоты отличаются друг от друга числом мононуклеотидных остатков в молекуле, нуклеотидным составом и порядком чередования нуклеитидных остатков, фактически оснований, поскольку пентозофосфатные части у всех мономеров одинаковы. Для краткого изображения первичной структуры нуклеиновых кислот пользуются однобуквенными символами нуклеозидов.
Поэтому первичная структура фрагмента РНК может быть представлена такой записью UAГААСС××××××××Запись структуры ДНК отличается приставкой « g» ( дезокси-);
g (ТСАГТГ –)-эти две записи, помимо символа «g» различаются еще тем, что в первой (РНК) не встречается символ Т ( тимин), а во второй (ДНК) не встречается символ U (урацил).
Таким образом, полинуклеотид записывается как последовательный набор конкретных нуклеотидных остатков от 5/-конца к 3/-концу.
2.5Вторичная и третичная структуры ДНК.
Нуклеотидный состав ДНК (независимо от источников ее выделения) имеет общие закономерности, которые известны как правила Чаргаффа (по имени ученого, сформулировавшего эти правила).