Матеріали підготовки до лекції з біоорганічної хіміії



Скачати 57.76 Kb.
Дата конвертації05.03.2017
Розмір57.76 Kb.
Матеріали підготовки до лекції з біоорганічної хіміії

НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ


Нуклеїнові кислоти (від лат. nucleus— «ядро») вперше виявлені 1968 р. швейцарським хіміком Ф. Мішером в ядрах клітин. Пізше, аналогічні речовини були знайдені також у протоплазмі клітин. Нуклеїнові кислоти забезпечують зберігання й передачу спадкової інформації, беручи безпосередню участь у синтезі клітинних білків. Вони входять до структури складних білків —нуклеопротеїдів, які містяться в усіх клітинах організму людини, тварин, рослин, бактерій та вірусів. Кількість нуклеїнових кислот у різних нуклеопротеїдах, крім вірусних, коливається в межах від 40 до 65%.
БУДОВА НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ

Нуклеїнові кислоти, подібно до білків, являють собою високомолекулярні органічні сполуки, проте на відміну від білків, які утворюють при гідролізі a-амінокислоти, мономерними одиницями нуклеїнових кислот є нуклеотиди. Тому нуклеїнові кислоти називають ще полінуклеотидами. Мономери нуклеїнових кислот — нуклеотиди — мають також доволі складну будову. При гідролізі нуклеотидів утворюються вуглевод, ортофосфорна кислота та гетероциклічні основи.

Хімічна структура, що складається з вуглеводу та гетероциклічної основи, називається нуклеозндом.

У залежності від природи вуглеводу, що входить до складу нуклеотидів, нуклеїнові кислоти розподіляють на два види дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК), які містять вуглевод 2-дезокси-D-рибозу, та рибонуклеїнові кислоти (РНК), які вміщують вуглевод D-рибозу.

2-Дезокси-D-рибоза та D-рибоза знаходяться в нуклеїнових кислотах у b-фуранозній формі:

Гетероциклічні основи, що входять до складу нуклеїнових кислот, є похідними пурину та піримідину. До основ групи пурину відносяться аденін (A) і гуанін (G):




Основами групи піримідину є урацил (U), тимін (Т) і цитозин (С):

До складу ДНК входять аденін, гуанін, цитозин і тимін, а до складу РНК — аденін, гуанін, цитозин і урацил. Для гуаніну, урацилу, тиміну та цитозину властива лактим-лактамна таутомерія:



Для зручності нуклеїнові основі прийнято позначати однолітерними

символами.

Поряд із зазначеними основами, до складу нуклеїнових кислот можуть входити також інші гетероциклічні основи, наприклад: гіпоксантин, метильні похідні урацилу та гуаніну, гідровані похідні урацилу.


У нуклеїнових кислотах органічні основи сполучені N-глікозидним зв'язком з залишком D-рибози або 2-дезокси-D-рибози. Глікозидний зв'язок здійснюється за участю напівацетального гідроксилу моносахариду (С1')*.

N-Глікозиди, що складаються з залишків нуклеїнових основ D-рибози або 2-дезокси-D-рибози, називають нуклеозидами.

У залежності від природи вуглеводного залишку розрізняють рибонуклеозиди та дезоксирибонуклеозиди.



Для відрізняння вуглецевих атомів рибози та дезоксирибози від вуглецевих атомів, які входять до складу пуринових і піримідинових основ, перші прийнято позначати символом «шитрих».


Назви нуклеозидів утворюють аналогічно назвам глікозидів. Так, нуклеозид, який складається з рибози та урацилу, називають b-урацилрибофуранозидом, нуклеозид з дезоксирибози і аденіну b-аденіндезоксирибофуранозидом тощо. Проте, частіше застосовують назви, котрі для рибонуклеозидів утворюють з тривіальних назв відповідних нуклеїнових основ із закінченням -идин (-ідин) у

піримідинових і -озин у пуринових нуклеозидів. Наприклад аденозин, гуанозин, цитидин і уридин:


У назвах дезоксирибонуклеозидів додатково вводиться префікс дезокси- (дезоксі-), наприклад: дезоксіаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитидин. Винятком є назва нуклеозиду, що складається з дезоксирибози та тиміну тимідин (замість дезокситимідину).

Будучи N-глікозидами, нуклеозиди в лужному середовищі піддаються гідролізу. Пуринові алкалоїди гідролізуються дуже легко, піримідинові - важче.

У нуклеїнових кислотах гідроксильна група біля С5' або С3 пентозного залишку нуклеозиду етерифікована ортофосфорною кислотою.
Складний ефір фосфорної кислоти (фосфат) нуклеозиду називають нуклеотидом.
У залежності від природи пентози розрізняють рибонуклеотиди та

дезоксирибонуклеотиди.



В номенклатурі нуклеотидів використовують два підходи. З одного боку, їх розглядають як складні ефіри —-монофосфати, а з іншого —як кислоти .



При гідролізі нуклеїнових кислот, поряд з нуклеозид-5'-фосфатами, утворюються також нуклеозид-З'-фосфати.



Положення залишку фосфорної кислоти визначається місцем розриву фосфодіефірного зв'язку між сусідніми нуклеотидами.

Нуклеїнові кислоти являють собою продукти полімеризації мононуклеотидів. Нуклеотиди сполучаються в довгі ланцюги за допомогою фосфодіефірних зв'язків, які утворюються за участю гідроксилу при С3 попередньої нуклеотидної ланки та гідроксилу, що належить С 5' дальшої нуклеотидної ланки:
Мононуклеотиди, їх похідні та динуклеотиди присутні в клітинах також у вільному вигляді та виконують важливу роль в обміні речовин. В усіх тканинах організму, поряд з нуклеозидмонофосфатами, містяться ди- та трифосфати нуклеозидів.

Обливо широко відомі аденозин-5'-фосфат (АМФ), аденозин-5'-дифосфат (АДФ) і аденозин-5'-трифосфат (АТФ).

Ці нуклеотиди здатні до взаємоперетворення шляхом фосфорилювання (приєднання одного або двох залишків фосфорної кислоти до АМФ) або ж дефосфорилювання (відщеплення одного або двох залишків фосфорної кислоти від АТФ). При дефосфорилюванні виділяється значна кількість енергії, котра використовується в організмі для проходження тих чи інших біологічних процесів, наприклад, у біосинтезі білка.
Зв'язок Р—О між залишками фосфорної кислоти в молекулах нуклеозидполіфосфатів є макроергічним зв'язком , при розриві котрого виділяється значна кількість енергії. Тому АТФ у багатьох біохімічних процесах виконує роль постачальника енергії.
РИБОНУКЛЕЇНОВІ (РНК) І ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕЇНОВІ

(ДНК) КИСЛОТИ

Нуклеїнові кислоти являють собою високомолекулярні гетеро полімери, які складаються з залишків ортофосфорної кислоти та рибози або дезоксирибози, що чергуються, сполучених з нуклеїновими основами, котрі виступають у полімерному ланцюзі як «бокові групи».


Певна послідовність нуклеотидних ланок у полінуклеотидному ланцюзі називається первинною структурою нуклеїнових кислот.
Просторова орієнтація полінуклеотидних ланцюгів у молекулі називається вторинною структурою нуклеїнових кислот.
Вперше вторинну структуру ДНК у вигляді моделі з подвійної спіралі описали американський біохімік Дж. Уотсон і англійський біохімік Ф. Крик (1953 р.). Узагальнивши роботи Л. Полінга, А. Тодда, Е. Чаргаффа, М. Уілкінса та інших, вони дійшли висновку, що молекула ДНК являє собою дві паралельні правозакручені спіралі (подвійна спіраль), фіксовані між собою ван-дер-ваальсовими силами притягання, що діють вздовж спіралі між ядрами нуклеїнових основ (міжплощинна вертикальна взаємодія). Крім того, вторинна структура стабілізується водневими зв'язками між залишками нуклеїнових

основ двох паралельних спіралей.

За моделлю Уотсона та Крика діаметр спіралі 1,8-2,0 нм. Кожний виток спіралі містить 10 пар основ. Крок спіралі складає 3,4 нм. Відстань між площинами основ по вертикалі дорівнює 0,34 нм. Полінуклеотидні ланцюги подвійної спіралі розташовані в протилежних напрямках. На одній нитці подвійної спіралі фосфодіефірні зв'язки утворені за типом 5'-3', а на другій навпаки, за типом 3'-5'. Між піримідиновими та пуриновими нуклеїновими основами паралельних ниток подвійної спіралі ДНК утворюються водневі зв язки. При цьому аденін утворює зв язок з тиміном, а гуанін — з цитозином. Тому їх називавють комплементарними парами (AT і GC):

В комплементарній парі GС є три водневі зв'язки, а в комплементарній парі АТ два водневі зв'язки.



РНК являє собою одинарну спіраль. Вторинна структура РНК має відносно невелику масу. Відомі три типи РНК: матрична РНК (мРНК), або інформаційна РНК, рибосомальна РНК (рРНК) і транспортна РНК (тРНК).


База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка