НУКЛЕОТИДЫ И НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ
Изомеризация в щелочной среде
• Наличие СН-кислотного центра моносахаридах приводит к тому, что под действием щелочей происходит изомеризация альдоз в кетозы и эпимеризация у С–2.
• Эпимерами называются стереоизомеры, отличающиеся конфигурацией только одного атома С, например D глюкоза и D – манноза эпимеры по С-2 глюкоза и галактоза по С-4.
• Реакция протекает в очень мягких условиях даже в in vitro и дает в некоторых случаях до 30% фруктозы и несколько % маннозы. Подобные реакции протекают с участием ферментов.
• План лекции:
– Состав, строение мономерных звеньев нуклеиновых кислот
– Таутомерные формы оснований. Минорные основания.
– Нуклеозиды и нуклеотиды. Их гидролиз.
– Строение и свойства РНК и ДНК. Вторичные структуры.
– Коферменты окисления и восстановления, АТФ их функции.
Функции РНК И ДНК
• Нуклеиновые кислоты играют большую роль в передаче наследственных признаков и управлении процессом биосинтеза белка. Швейцарским химиком Ф. Мишером (1869) выделены из ядер клеток вещества кислотного характера, которые позже были названы нуклеиновыми кислотами (НК). НК- ВМС с молекулярной массой от 25 тыс. до 1 млн. Они построены из нуклеотидов – трехкомпонентных образований. НК делятся на ДНК и РНК. ДНК хранит и передает наследственную информацию, которая заложена в ее структуре. ДНК способна репродуцироваться и служит матрицей при синтезе РНК. РНК бывает – тРНК, м-РНК, р-РНК. РНК передает информацию от ДНК, управляет синтезом белка в клетках.
Пуриновые и пиримидиновые основания
• Принцип построения нуклеиновых кислот был выявлен при изучении продуктов гидролиза. Конечными продуктами гидролиза нуклеиновых к-т являются: Пуриновые и пиримидиновые основания
Структурные единицы РНК и ДНК
Минорные основания
• Пуриновые и пиримидиновые основания в ДНК хранят и передают генетическую информацию, тогда как углеводные и фосфатные группы выполняют структурную роль.
Нуклеозиды устойчивы к гидролизу в слабощелочной среде, но расщепляются в кислой, причем пуриновые нуклеозиды расщепляются легче, чем пиримидиновые. Причем основания расположены в анти- положении.
Нуклеотиды- фосфорилированные нуклеозиды н-р:
Гидролиз нуклеиновых кислот
Строение ДНК
• Химический гидролиз ДНК осложнен из-за побочных процессов, более предпочтительны ферментативный гидролиз под действием нуклеаз (змеиный яд).
• Понятие первичной структуры. НК – это нуклеотидный состав и нуклеотидная последовательность. Наиболее полно исследованы т-РНК, так как они имеют относительно низкую молекулярную массу.
• Вторичная структура ДНК установлена работами Дж. Уотсона и Ф.Крика, Уилкинса, Чаргаффа, Полинга. Согласно модели Уотсона-Крика ДНК состоит из 2-х спиралей (нуклеотидных цепей) диаметр 1,8-2 нм и анти параллельны. В одной расположены 5’ - 3’ фосфатные, в другой 3’ - 5’ фосфатные связи. Пуриновые и пиримидиновые основания направлены и находятся внутри цепей.
• Наиболее изучена вторичная структура т-РНК. Вторичная структура т-РНК имеет 4 зоны со спаренными основаниями и три петли с не спаренными. Эта структура носит название структура «клеверного листа». На одной из петель имеется атикодон тринуклеотид, соответствующий определенной аминокислоте.
• Сверх спирализация макромолекулы т-РНК приводит к третичной структуре – пространственной конформации, имеющей неправильную т-образную форму.
• Между пуриновыми основаниями одной цепи и пиримидиновыми основаниями другой цепи возникают комплементарные пары. NH .....N и NH …O=C.
Закономерные комплементарные пары
• Комплементарность цепей составляет химическую основу важнейшей функции ДНК – хранения и передачи наследственных признаков. Сохранность нуклеотидной последовательности является залогом безошибочной передачи генетической информации. Однако нуклеотидная последовательность в ДНК может быть изменена мутациями.
• Замена какой-либо пары оснований на другую является причина сдвига таутомерного равновесия. Например,
• Замена «нормальных» пар оснований передается при «переписывании» генетического кода с ДНК на РНК приводит в итоге к изменениям аминокислотной последовательности при синтезе белка.
• Другой причиной возникновения мутаций служит воздействие химических факторов.
• Нуклеотиды имеют большое значение не только как строительный материал для нуклеиновых кислот, они участвуют в биохимических процессах, особенно важны они в роли коферментов, то есть веществ, тесно связанных с ферментами и необходимых для проявления ферментативной активности.
Нуклеозидполифосфаты. Во всех тканях организма в свободном состоянии содержатся моно-, ди- и трифосфаты нуклеозидов. Особенно широко известны АМФ, АДФ,АТФ. Так же могутучаствуют в реакциях УТФ, ЦТФ и т.д. 
• При рН ~ 7 фосфатные группы находятся почти полностью в ионизованном состоянии. При расщеплении 1-ой макроэргической связи выделяется 32 кДж/моль. С этим связана важнейшая роль АТФ как поставщика энергии во всех живых клетках.
• С участием АТФ и АДФ в организме осуществляется важнейший биохимический процесс – перенос фосфатных групп( процесс фосфорилирования). Многочисленные реакции фосфорилирования можно разделить на 2 группы:
• образование сложноэфирных связей.
• образование ангидридных связей.
Образование сложных эфиров – типичная реакция в метаболизме углеводов ,н-р
Примером реакции активации аминокислот является реакция с АТФ
Активированная, таким образом, α-аминокислота взаимодействует с т-РНК.
• Никотинамиднуклеотиды. Наиболее важный представитель это группы соединений никотинамидадениндинуклеотид (НАДН) или его фосфат НАДФН (кофермент дегидрогеназ), то есть являются участниками окислительно-восстановительных реакций. В соответствии с этим, могут находится в окисленной и восстановленной формах.
Причем реакции с участием НАДН и НАДФН протекают стереоселективно, т.е с образованием одного из стереоизомеров. Н-р
Флавинадениндинуклеотид -кофермент окислительно-восстановительных процессов с переносом двух электронов,которая является активной формой витамина В2(рибофловина).
• Лекарственные средства НК-природы
• Нуклеотиды-антибиотики
• Кордицепин (выделен из грибницы) и азидотимидин
Сильными антивирусными и антигрибковыми свойствами обладает арабинозилцитозин, арабинозиладенин.
