Хімія нуклеїнових кислот
Загальна характеристика нуклеїнових кислот
Чудовим властивістю живих клітин є їх здатність до відтворення собі подібних з майже ідеальною точністю протягом багатьох поколінь. Звичайно, під впливом різних факто- рів зовнішнього і внутрішнього середовища відбувалися і проис- ходять певні спадкові зміни - мутації, в результаті чого живі організми приоб-РЕТА нові якості, які посилюють або знижують їх здатність до виживання. Однак є всі основа- ня вважати, що за розміром, формою, структурою стро- даткови білків багато сучасних бактерії, наприклад, багато в чому схожі з жили мільйони років тому.
Доведено, що матеріальною основою програвання ництва є нуклеїнові кислоти. які зберігають генетичну інформацію і реалізують її шляхом синтезу білкових молекул. Специфічність синтезованих білків і визначає структурний і функціональний різноманіття клітин органів і тка-ній, в тому числі у людини.
Нуклеїнові кислоти - це високомолекулярні сполуки, які характеризуються певним елементарним складом і розпадаються при гідролізі на азотисті основи, пентозу і фосфорну кислоту.
Нуклеїнові кислоти являють собою полі-заходи з молекулярної масою від декількох тисяч до мільярдів і складаються з багатьох тисяч мономерів - мононуклеотидів. Мононуклеотиди, з'єднуючись один з одним, формують ланцюги олиго- іполінуклеотідов. До полінуклеотидом відносяться і нуклеїнові кислоти.
Дезоксірібонуклеопротеіни (ДНП) зосереджені головним чином в ядрі клітини і в дуже невеликих кількостях встре- чаются в цитоплазмі, а рибонуклепротеіну (РНП) виконують свої функції в цитоплазмі, і тільки невелика їх частина вхо- дит до складу ядер. Олігонуклеотиди (НАД +. ФАД) беруть участь в реакціях переносу відрядив в системах фермен-тів тканинного дихання. Мононуклеотиди, крім свого учас-ку в утворенні нуклеїнових кислот, є учасника-ми обміну енергії в клітині, мессенджерами в дії гір-монов на клітини.
Мононуклеотид (мономер нуклеїнових кислот) складається з молекули азотної основи, вуглеводу (пентози) і залишку фосфорної кислоти:
Підстава - пентоза - фосфат
Вуглеводи в мононуклеотидів представлені пентози - рибозой ідезоксірібозой. Соответствен-но того, яка з пентоз міститься в мононуклеоті-дах, нуклеїнові кислоти отримали назви рибо-нуклеїнової (РНК) або дезоксірібопуклеіновой (ДНК).
Азотисті основи - це гетероциклічні сполуки з основними властивостями. До складу нуклеїнових кислот входять підстави пуринового і пірімідіновогоряда. Їх називають також нуклеі-новими підставами.
Пуринові основи в нуклеїнових кислотах: аденін - 6-амінопуріна і гуанін - 2-аміно-6-гідроксіпурін, які зазвичай позначають великими-ми буквами - А і Г.
Піримідинові підстави представлені урацілом - 2,6-дігідроксіпірімідіном (У), тиміном - 5-метилурацилом (Т) і цитозином - 2-гідрокси-6-амінопіримідин (Ц).
У природі ці сполуки зустрічаються як в кетонної, так і енольной формі. Однак в складі нуклеі-нових кислот вони представлені тільки кетонної фор-мій.
З'єднання азотистого підстави з пентози на-ни опиняються нуклеозидом. зв'язок при цьому утворюється між азотом в 9-му положенні пуринових або 3-м положенні піримідинових основ і вуглецем в 1-му положенні пентози:
Мононуклеотид утворюється шляхом приєднання фосфорної кислоти до 5-му вуглецевого атома пентози нуклеозида і має наступну структуру:
Залишок фосфорної кислоти приєднується в мононукле отиде до гідроксильних груп пентози.
Вуглецеві атоми пентози позначаються цифрами зі штрихом на відміну від про значень атомів підстави. До одного атому пентози можуть приєднуватися від одного до трьох залишків фосфорної кисло-ти.
♦ Назва мононуклеотида складається з назви нуклеозида, зазначення місця приєднання і кількості залишків фосфорної кислоти.
♦ Назва рибонуклеозид пуринового ряду має характер-ве закінчення «-озін», а піримідинового ряду «-ідін».
♦ У назві мононуклеотидів, що містять дезоксирибози, використовується додаткова приставка «дезоксі-».
Наприклад, нуклеозид, що складається з аденіну та рибози, називають аденозином. Якщо до цього нуклеозиду приєднати залишок фосфорної кислоти в положенні 5 ', то такий моно нуклеотид називається аденозин-5'-монофосфорної кислота, або аденозин-5'-монофосфат або аденозинмонофосфорной кислота (АМФ). Якщо до того ж атому пентози приєднати ще один ос-таток фосфорної кислоти, то відповідно утворюється пекло нозін-5-дифосфорная кислота, або аденозиндифосфат або аденозіндіфосфорная кислота (АДФ), і, нарешті, додавання третього залишку призведе до освітньої нию аденозин- 5'-тріфосфорной кислоти, або аденозінтріфос фата або аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
Залишки фосфорної кислоти позначаються відповідно α, β і γ. Введення β-залишку і γ-залишку підвищує вільну енергію реакції гідролізу таких з'єднань до 50 кДж / моль. Ця кількість енергії зберігається в нуклеозидтрифосфат і може бути використано для проведення споживають енергію пов'язаних хімічних реакцій в клітині. З'єднання, в яких зміни вільної енер гії реакції гідролізу перевищують значення 40 кДж / моль, по- лучілі назву макроергів .Макроергіческіе зв'язку в таких з'єднаннях позначені «
». Сума аденілових нуклеотидів АТФ, АДФ і АМФ позначається як аденіловая система і широко використовується в клітці як основна сполучаються система між окисними реакціями, що виробляють енергію, і процесами, що споживають енергію.
Специфічні функції мононуклеотидів.
· Циклічні мононуклеотиди. При утворенні ще од -ної фосфоефірную зв'язку між гідроксильною групою З'-вуглецевого атома рибози і ОН-групою фосфорної кислоти звичайного аденозинмонофосфата утворюється цик-металевий мононуклеотид. Циклічним його називають по тому, що залишок фосфату замикає кільце між 3 'і 5' атомами однієї і тієї ж пентози. Такі мононуклео- тіди позначають буквою "ц" (цАМФ, цГМФ). Ціклічес- кі мононуклеотиди утворюються за допомогою спеціаль- них ферментів нуклеотідціклаз з відповідних нук леозідтріфосфатов. Циклічні нуклеотиди вико- ють роль внутрішньоклітинних месенджерів в дії міськ- монов на клітку.
· Кофермент А (коензим А). Одним з найважливіших проме- жуточних з'єднань в обміні речовин є оста- ток оцтової кислоти, який переноситься в формі «ак-тивного» ацетату. Активатором цього з'єднання являє- ся коензим А (коензим ацилирования). Його можна розглядати як похідне АМФ: