Главная страница
Навигация по странице:

  • 1. Компоненты нуклеиновых кислот 1.1. Азотистые основания.

  • 1.3. Фосфорная кислота.

  • 3.1. Мононуклеотиды. Мононуклеотиды  это повторяющиеся мономерные единицы олигонуклеотидов и полинуклеотидов. 3.1.1. Нуклеозидмонофосфаты.

  • 3.1.1.1. Нуклеозидмоноциклофосфаты.

  • 3.1.2. Нуклеозид-5 -дифосфаты (НДФ) и нуклеозид-5 -трифос- фаты (НТФ).

  • 3.3. Олиго- и полинуклеотиды.

    		•

    Углеводы. Текст_Углеводы_Нукл_кислоты. I. углеводы


    Скачать 1.74 Mb.
    НазваниеI. углеводы
    АнкорУглеводы
    Дата25.12.2021
    Размер1.74 Mb.
    Формат файлаpdf
    Имя файлаТекст_Углеводы_Нукл_кислоты.pdf
    ТипДокументы
    #318190
    страница6 из 7
    1   2   3   4   5   6   7
    ГЛАВА II. НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
    Нуклеиновые кислоты  это водорастворимые высокомолеку- лярные соединения, макромолекулы которых состоят из многократно повторяющихся звеньев  нуклеотидов. Поэтому их также называют
    полинуклеотидами.
    Впервые они были обнаружены в 1868 году швейцарским врачом
    Мишером в ядрах погибших лейкоцитов, что и определило их название (от лат. nucleus  ядро).
    По химическому строению нуклеиновые кислоты биологичес- кие полимеры, состоящие из остатков фосфорной кислоты, моносаха- рида и одного из пуриновых или пиримидиновых гетероциклических оснований. Входящие в состав нуклеиновых кислот гетероцикли- ческие соединения пуринового и пиримидинового ряда называют
    нуклеиновыми основаниями или просто основаниями.
    В общем виде молекулу нуклеиновой кислоты можно предс- тавить следующим образом:
    P
    P
    P
    R
    R
    R
    B
    B
    B
    нуклеозид нуклеотид
    P
    R
    B
    остаток фосфорной кислоты моносахарид гетероциклическое основание
    Фрагмент макромолекулы нуклеиновой кислоты моносахарид- основание называется нуклеозидом, а фрагмент моносахарид- основание-фосфат  нуклеотидом.

    77
    Нуклеиновые кислоты присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют важнейшие функции по хранению, передаче и реализации наследственной информации.
    Особенность нуклеиновых кислот заключается в том, что обычно
    «неделимое» мономерное звено в полинуклеотидах может быть разделено на составные части: нуклеотиды и нуклеозиды, которые помимо того, что служат строительными блоками при синтезе нуклеиновых кислот, играют и вполне самостоятельную роль в процессах обмена веществ, а также участвуют в качестве кофермен- тов в реакциях переноса остатков сахаров, аминов и других биомолекул.
    1. Компоненты нуклеиновых кислот
    1.1. Азотистые основания.
    В состав нуклеиновых кислот входят гетероциклические основания пиримидинового ряда: урацил, тимин, цитозин и пуринового ряда: аденин и гуанин. В составе некоторых нуклеотидов встречаются и другие пурины, в частности 2-метиладенин и
    1-метилгуанин, называемые минорными.
    Для удобства используют однобуквенные обозначения (символы) гетероциклических оснований (русские или латинские):
    Пиримидиновые основания
    N
    H
    C
    C
    N
    H
    C
    CH
    O
    O
    CH
    3
    N
    C
    C
    N
    H
    CH
    CH
    O
    NH
    2
    тимин
    (Т)
    цитозин
    (Ц или C)
    N
    H
    C
    C
    N
    H
    CH
    CH
    O
    O
    урацил
    (У или U)
    1 2
    3 4
    5 6
    Пуриновые основания
    C
    C
    N
    N
    H
    C
    N
    CH
    N
    C
    H
    NH
    2
    N
    C
    C
    N
    H
    C
    C
    N
    N
    H
    CH
    O
    N
    H
    2
    аденин
    (A)
    гуанин
    (Г или G)
    1 2
    3 4
    5 6
    7 8
    9

    78
    Нумерация атомов производится в указанном порядке. Отметим также, что в физиологических условиях нуклеиновые основания существуют только в лактамной и аминной формах. Во всех формах гетероциклы сохраняют ароматичность и имеют плоское строение, благодаря чему отличаются высокой термодинамической стабиль- ностью.
    1.2. Углеводы.
    Углеводным компонентом нуклеиновых кислот являются пентозы:
    D-рибоза или 2-дезокси-D-рибоза. Обе пентозы всегда находятся в фуранозной форме и имеют -конфигурацию аномерного атома С-1
    (в формулах нуклеотидов и нуклеозидов атомы углерода моносахаридов нумеруются цифрой со штрихом):
    -D-рибофураноза
    1'
    2'
    3'
    4'
    5'
    O
    H
    OH
    H
    OH
    H
    OH
    HOH
    2
    C
    H
    2-дезокси-
    -D-рибофураноза
    O
    H
    OH
    H
    H
    H
    OH
    HOH
    2
    C
    H
    1.3. Фосфорная кислота.
    Остатки фосфорной кислоты (H
    3
    PO
    4
    ) входят в состав нуклеотидов и этерифицируют D-рибозу и 2-дезокси-D-рибозу в положениях 3 и 5. В этой связи нуклеотиды и полинуклеотиды можно рассматривать, с одной стороны, как сложные эфиры нуклеозидов (фосфаты), а с другой  как кислоты.
    Остатки моносахаридов и фосфорной кислоты выполняют структурную функцию и являются носителями гетероциклических оснований.
    2. Нуклеозиды
    Нуклеозиды состоят из гетероциклических оснований, связанных с моносахаридом N-гликозидной связью. В образовании этой связи участвуют аномерный атом углерода моносахарида и атомы азота N-1
    (у пиримидинового основания) и N-9 (у пуринового основания):

    79
    O
    HOH
    2
    C
    X
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    X = OH рибонуклеозид
    X = H дезоксирибонуклеозид
    1'
    2'
    3'
    4'
    5'
    Гетероциклическое основание
    N - гликозидная связь
    В зависимости от углеводного остатка нуклеозиды делятся на рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Номенклатурные назва- ния нуклеозидов строятся аналогично названиям гликозидов, например, -аденинрибофуранозид и т. д. Однако чаще используются названия с суффиксами -идин у пиримидиновых и -озин у пуриновых нуклеозидов и приставкой дезокси- у дезоксирибонуклеозидов: цитозин + рибоза = цитидин; цитозин + дезоксирибоза = дезоксицитидин; аденин + рибоза = аденозин; аденин + дезоксирибоза = дезоксиаденозин.
    Исключением является название тимидин, используемое для дезокситимидина, входящего в состав ДНК.
    Кроме того, нуклеозиды обозначают символами, производимыми от входящих в них оснований. В случае дезоксирибонуклеозидов перед символом ставят строчную букву д (лат. d). Символами удобно пользоваться при обозначении первичной структуры ДНК или РНК.
    Если речь идет только о ДНК, букву d обычно пропускают.

    80
    Таблица 1. Нуклеозиды ДНК.
    Название
    Символ
    Формула
    Дезоксиаденозин дА или dA
    O
    HOH
    2
    C
    H
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    аденин
    2'-дезокси-
    -D-рибофураноза
    Тимидин дТ или dT тимин
    O
    HOH
    2
    C
    H
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    H
    O
    O
    CH
    3
    Дезоксигуанозин дГ или dG
    O
    HOH
    2
    C
    H
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    NH
    N
    N
    O
    NH
    2
    гуанин
    Дезоксицитидин дЦ или dC цитозин
    O
    HOH
    2
    C
    H
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    NH
    2
    O

    81
    Таблица 2. Нуклеозиды РНК.
    Название
    Символ
    Формула
    Аденозин
    А
    O
    HOH
    2
    C
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    аденин
    -D-рибофураноза
    Гуанозин
    Г или G
    O
    HOH
    2
    C
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    NH
    N
    N
    O
    NH
    2
    гуанин
    Уридин
    У или U урацил
    O
    HOH
    2
    C
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    H
    O
    O
    Цитидин
    Ц или C цитозин
    O
    HOH
    2
    C
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    NH
    2
    O

    82
    Нуклеозиды значительно лучше растворимы в воде, чем исходные азотистые основания. Подобно всем гликозидам, нуклеозиды устойчивы к действию щелочей, но при нагревании легко подвергаются кислотному гидролизу с разрывом гликозидной связи и образованием основания и пентозы:
    O
    HOH
    2
    C
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    аденин
    -D-рибофураноза
    O
    HOH
    2
    C
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    OH
    N
    N
    NH
    N
    NH
    2
    H
    2
    O/H
    +
    +
    аденозин
    Пиримидиновые нуклеозиды значительно более устойчивы к гидролизу, чем пуриновые. В условиях in vivo гидролиз обоих типов нуклеозидов осуществляется при помощи специфических ферментов, называемых нуклеозидазами.
    3. Нуклеотиды
    Нуклеотиды  это производные нуклеозидов, которые образуются в результате этерификации пентозного фрагмента фосфорной кислотой. В зависимости от строения пентозы различают рибонуклеотиды (мономерные звенья РНК) и дезоксирибо- нуклеотиды (мономерные звенья ДНК).
    В 2-дезоксирибозе имеются только два положения, по которым может образовываться сложноэфирная связь  а именно 3- и 5- положения. В случае рибонуклеотидов фосфатная группа может находиться в положениях 2, 3 и 5. В биологических системах встречаются нуклеотиды всех типов, однако наиболее распространены нуклеозид-5-фосфаты. За счет фосфатного остатка нуклеотиды проявляют свойства кислот и в физиологических условиях (pH  7) находятся в практически полностью ионизирован- ном состоянии.

    83
    3.1. Мононуклеотиды.
    Мононуклеотиды  это повторяющиеся мономерные единицы олигонуклеотидов и полинуклеотидов.
    3.1.1. Нуклеозидмонофосфаты.
    Нуклеозидмонофосфаты содержат только один остаток фосфор- ной кислоты. Например:
    O
    CH
    2
    O
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    O
    OH
    O
    H
    аденин
    N-гликозидная связь сложноэфирная связь нуклеозид нуклеотид
    Аденозин-5'-фосфат (АМФ) или 5'-адениловая кислота
    D-рибоза остаток фосфорной кислоты
    Для мононуклеотидов также используют два вида названий
    (табл. 3.), отражающих их принадлежность как к сложным эфирам, так и к кислотам. В первом случае название включает наименование нуклеозида с указанием положения в нем фосфатного остатка: аденозин-5-фосфат*, уридин-5-фосфат и т. д. Широко используются и тривиальные названия, имеющие окончание «-овая кислота», например, 5-Уридиловая кислота.
    Для удобства введены сокращения: трехбуквенные  АМФ (лат.
    AMP), УМФ (лат. UMP) и т.д. и однобуквенные  pA, pU и т.д. В биохимической литературе встречаются как русские, так и латинские обозначения, однако более широко используются латинские.
    Сокращения AMP, GMF и т.д. всегда относятся к 5-нуклеотидам. У других, например, 3-производных в сокращенном названии указывается положение фосфатной группы: 3-AMP, 3-GMP и т. д.
    * вместо «монофосфат» часто пишут просто «фосфат».

    84
    В однобуквенных кодах 5-фосфаты записываются с добавлением латинской буквы «p» перед символом нуклеозида (pA), 3-фосфаты  после символа нуклеозида (Ap).
    Таблица 3. Важнейшие нуклеотиды, входящие в состав нуклеино- вых кислот.
    Названия нуклеотидов
    Сокращенные названия как монофосфата как кислоты
    Входящие в состав РНК
    Аденозин-5-фосфат*
    5-Адениловая кислота
    AMP pA
    Гуанозин-5-фосфат
    5-Гуаниловая кислота
    GMP pG
    Цитидин-5-фосфат
    5-Цитидиловая кислота
    CMP pC
    Уридин-5-фосфат
    5-Уридиловая кислота
    UMP pU
    Входящие в состав ДНК
    Дезоксиаденозин-5- фосфат
    5-Дезоксиадениловая кислота dAMP pdA
    Дезоксигуанозин-5- фосфат
    5-Дезоксигуаниловая кислота dGMP pdG
    Дезоксицитидин-5- фосфат
    5-Дезоксицитидиловая кислота dCMP pdC
    Тимидин-5-фосфат
    Тимидиловая кислота dTMP pdT
    Сложноэфирные связи с фосфатными остатками в мононуклео- тидах относительно устойчивы к кислотному гидролизу. Однако фермент 5-нуклеотидаза способен отщеплять фосфатную группу в положении 5, не затрагивая при этом N-гликозидную связь.
    3.1.1.1. Нуклеозидмоноциклофосфаты.
    Существуют нуклеотиды, в которых фосфорная кислота одновре- менно этерифицирует две гидроксильные группы пентозного остатка с образованием устойчивого шестичленного цикла. В этой связи в их названиях используют приставку цикло-, например, циклоаденозин- монофосфат (cAMP) или циклогуанозинмонофосфат (cGMP). Эти два нуклеозидциклофосфата присутствуют практически во всех клетках живых организмов:

    85
    O
    CH
    2
    O
    OH
    O
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    O
    OH
    Аденозин-3', 5'-циклофосфат
    O
    CH
    2
    O
    OH
    O
    H
    H
    H
    H
    N
    NH
    N
    N
    O
    P
    O
    OH
    NH
    2
    Гуанозин-3', 5'-циклофосфат
    Биологическая роль циклических нуклеотидов была открыта сравнительно недавно. Так, аденозин-3, 5-циклофосфат выполняет роль внутриклеточного «посредника» в процессах, индуцируемых гормоном адреналином.
    3.1.2. Нуклеозид-5-дифосфаты (НДФ) и нуклеозид-5-трифос-
    фаты (НТФ).
    Во всех тканях организма в свободном состоянии содержатся не только моно-, но и ди-, а также трифосфаты нуклеозидов. Наиболее известными являются аденозин-5-дифосфат (АДФ) аденозин-5- трифосфат (АТФ).
    Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к взаимопревращениям путем наращивания или отщепления фосфат- ных групп. Дифосфатная группа содержит одну, а трифосфатная  две ангидридные связи, называемые макроэргическими, поскольку они обладают большим запасом энергии. При расщеплении
    макроэргической связи Р  О выделяется энергия, приблизительно равная 32 кДж/моль. Этим объясняется важнейшая роль АТФ как
    «поставщика» энергии во всех живых клетках. Взаимные превращения АМФ, АДФ и АТФ представлены на схеме 1.
    Ангидридные связи могут гидролизоваться либо специфичными ферментами, либо при кипячении в присутствии HCl. Ни сложно- эфирная связь, ни N-гликозидная при этом не расщепляются.
    Помимо энергетической функции, НДФ и НТФ играют важную роль в транспорте строительных блоков. Так, уридиндифосфат (УДФ) выполняет функцию переносчика остатков моносахарида при синтезе полисахаридов. Кроме того, они являются предшественниками мононуклеотидных единиц при синтезе ДНК и РНК.

    86
    Схема 1. Взаимные превращения АМФ, АДФ и АТФ.
    + H
    3
    PO
    4
     H
    3
    PO
    4
    Ангидридная группа
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    O
    CH
    2
    O
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    P
    O
    OH
    O
    H
    + H
    3
    PO
    4
     H
    3
    PO
    4
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    O
    OH
    O
    H
    O
    CH
    2
    O
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    P
    O
    OH
    O
    Аденозин-5'-монофосфат
    (АМФ)
    Аденозин-5'-дифосфат
    (АДФ)
    Ангидридные группы
    P
    O
    OH
    O
    H
    P
    O
    OH
    O
    O
    CH
    2
    O
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    P
    O
    OH
    O
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    Аденозин-5'-трифосфат
    (АДФ)
    + H
    3
    PO
    4
     H
    3
    PO
    4

    87
    3.2. Динуклеотиды.
    Динуклеотиды состоят из двух мононуклеотидных единиц, соединенных фосфатным мостиком. Наиболее важными представите- лями этой группы являются никотинамидадениндинуклеотид
    (НАД) и его фосфат (НАДФ), флавинадениндинуклеотид (ФАД) и его восстановленная форма ФАДН
    2
    . НАД и НАДФ выполняют важную роль коферментов большого числа ферментов дегидрогеназ и, следовательно, являются участниками окислительно-восстанови- тельных реакций. В соответствии с этим они могут существовать как в окисленной (НАД
    +
    , НАДФ
    +
    ), так и в восстановленной (НАДН,
    НАДФН) формах:
    O
    OH
    O
    H
    P
    O
    OH
    CH
    2
    O
    O
    CH
    2
    O
    OR
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    O
    OH
    O
    N
    +
    C
    O
    NH
    2
    Никотинамид
    Аденин
    R = H Никотинамидадениндинуклеотид (НАД
    +
    )
    R = PO
    3
    H
    2
    Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ
    +
    )
    R = H Никотинамидадениндинуклеотид (НАДH)
    R = PO
    3
    H
    2
    Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФH)
    O
    OH
    O
    H
    P
    O
    OH
    CH
    2
    O
    O
    CH
    2
    O
    OR
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    O
    OH
    O
    N
    CONH
    2
    H
    H
    Структурным фрагментом НАД
    +
    , НАДФ
    +
    является никотин- амидный остаток в виде пиридиниевого катиона. В составе НАДН,
    НАДФН этот фрагмент превращается в остаток замещенного
    1,4-дигидропиридина.

    88
    В ходе биологического дегидрирования (окисления) субстрат теряет два атома водорода, т.е. два протона и два электрона, и переходит в окисленную форму, а НАД
    +
    и НАДФ
    +
    переходят в восстановленную форму НАДН и НАДФН соответственно. Данный процесс является обратимым:
    N
    C
    R
    O
    NH
    2
    +
    Фермент
    НАДH или НАДФН
    НАД
    +
    или НАДФ
    +
    N
    H
    H
    R
    C
    O
    NH
    2
    + HсубстратH
    окисленная форма восстановленная форма
    + H
    +
    + субстрат
    Типичными примерами биохимических реакций с участием НАД
    +
    являются окисление спиртовых групп в альдегидные (например, превращение ретинола в ретиналь), а с участием НАДН  восстановление карбонильных групп в спиртовые:
    CH
    3
    C
    COOH
    O
    пировиноградная кислота
    + Н
    +
    + НАДН
    CH
    3
    C
    COOH
    O
    H
    H
    L-(+) молочная кислота
    + НАД
    +
    Флавинадениндинуклеотид  кофермент окислительно-восстано- вительных процессов с участием ферментов оксидаз (окислительное дезаминирование α-аминокислот) и дегидрогеназ (превращение янтарной кислоты в фумаровую):
    CH
    2
    COO
    CH
    2
    COO
    C
    C
    H
    H
    COO
    OOC
    сукцинат-ион
    (восстановитель)
    + ФАД
    + ФАДH
    2
    (окислитель)
    фумарат-ион
    1
    1
    
    




    Флавинадениндинуклеотид (ФАД) является метаболически актив- ной формой рибофлавина (витамина В
    2
    ). В структуру рибофлавина входят остаток альдита D-рибитала и гетероциклическая система изоаллоксазина, включающая фрагмент 2,4-диоксоптеридина:

    89
    P
    O
    OH
    O
    O
    CH
    2
    O
    OH
    OH
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    N
    N
    NH
    2
    P
    O
    OH
    O
    CH
    2
    O
    H
    O
    H
    H
    O
    H
    H
    H
    H
    H
    N
    N
    NH
    N
    O
    O
    CH
    3
    CH
    3
    Нуклеотидный фрагмент
    Фрагмент изоаллоксазина
    Фрагмент рибитала
    Флавинадениндинуклеотид (ФАД)
    Изоаллоксазин, имеющий ярко-желтый цвет, получил название флавин (от лат. Flavus  желтый) и соответственно витамин В
    2
     название рибофлавин. Ответственным за окислительно-восстанови- тельный процесс является изоаллоксазиновый фрагмент, который, восстанавливаясь, присоединяет от субстрата два электрона к атомам углерода изоаллоксазинового фрагмента, изменяя их степень окисления. Одновременно два протона (Н
    +
    ), получаемые обычно из водной среды, присоединяются к атомам азота, в результате чего образуется восстановленная форма ФАДН
    2
    . Процесс обратим:
    N
    N
    NH
    N
    O
    O
    CH
    3
    CH
    3
    R
    + 2е + 2Н
    +
    фрагмент ФАД
    (окисленная форма)
    N
    N
    H
    NH
    N
    H
    O
    O
    CH
    3
    CH
    3
    R
    фрагмент ФАДH
    2
    (восстановленная форма)

    90
    3.3. Олиго- и полинуклеотиды.
    1   2   3   4   5   6   7

    написать администратору сайта