Лекция №7 по Химии 2 поток (2)

1. Ставропольский государственный медицинский университет Кафедра общей и биологической химии

Нуклеиновые
кислоты
NH2
N
O
O
O
N
HO P O P O P O CH2
O
OH
OH OH
H
H
H
H
OH OH
N
N

2.

ПЛАН ЛЕКЦИИ:
1. Нуклеиновые основания – производные пурина и
пиримидина.
2. Строение мононуклеотидов.
3. Нуклеиновые кислоты: рибонуклеиновая (РНК)
и дезоксирибонуклеиновая (ДНК) кислоты.
4. Механизм передачи генетической информации.

3. Нуклеиновые кислоты-

Нуклеиновые кислотыБИОПОЛИМЕРЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ НУКЛЕОТИДОВ
И ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧУ
ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВО ВСЕХ ЖИВЫХ
СИСТЕМАХ
Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus — ядро) —
высокомолекулярные органические соединения, биополимеры
(полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов,
связанных между собой 3/,5/-фосфодиэфирными связями.

4.

5.

Белозерский Андрей
Николаевич.
(1905-1972), советский биохимик,
академик АН СССР (1962)

6. Розалинда Франклин. Получила вместе с М. Уилкинсом высококачественные рентгенограммы ДНК

7.

8.

Лауреаты Нобелевской премии 1962 года.
Слева-направо: Maurice Wilkins, Dr. Max Perutz,
Francis Crick, John Steinbeck,
James Watson, Dr. John Kendrew

9.

НУКЛЕОПРОТЕИНЫ (НУКЛЕОПРОТЕИДЫ)
(сложные белки)
нуклеиновые кислоты
(простетическая группа)
простые белки
(протамины, гистоны)
ОЛИГОНУКЛЕОТИДЫ
мононуклеотиды
нуклеозиды + H PO
3
4

10.

НУКЛЕОЗИДЫ
азотистые основания
(нуклеиновые основания)
моносахариды
D -рибоза
пиримидиновые
пуриновые
(цитозин, урацил, тимин)
(аденин, гуанин)
2-D -дезоксирибоза

11. Известны два класса НК:

Рибонуклеиновые кислоты (РНК);
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
РНК
β- рибоза
урацил
аденин, гуанин, цитозин
фосфаты
ДНК
β - дезоксирибоза
тимин
аденин, гуанин, цитозин
фосфаты

12.

АЗОТИСТЫЕ НУКЛЕИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ
ПИРИМИДИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ
N3 4
2
OH
5
6
1
N
Пиримидин
NH2
N
HO
N
N
HO
N
Цитозин (4-амино-2-гидроксипиримидин)
Урацил (2,4-дигидроксипиримидин)
Ura
Cyt
OH
CH3
N
HO
N
Тимин (5-метилурацил)
Thy

13.

ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ
Ядро пириЯдро имидазола
мидина
N1
N
6
7
5
8
2
3
4
9
N
N
H
Пурин
NH2
N
N
N
N
H
Аденин (6-аминопурин)
Ade
OH
H
N
N
N
N
H2N
Гуанин (2-амино-6-гидроксипурин)
Gua

14.

Обмен пуриновых оснований
NH2
OH
N
N
N
H
N
N
N
(HNO2)
Аденин
N
Ксантин
N
H
OH
N
N
N
H2N
N
H
OH
Гуанин
N
N
(HNO2)
HO
N
N
H
Гипоксантин
OH
N
N
HO
N
Мочевая
кислота
N
H
OH

15.

Обмен пиримидиновых
оснований
OH
N
HO
O
O
N
Урацил
H2N
C
+
NH2
Мочевина
(Карбамид)
H2C CH2 C
NH2
OH
Аланин

16. Лактим-лактамная таутомерия пиримидиновых оснований

4
3
3
5
2
2
6
1
1
4
3
5
2
6
1
4
4
5
3
5
3
6
2
6
2
1
3 4
5
2
6
1
4
1
5
6

17. Лактим- лактамная и прототропная таутомерия гуанина

..
5
7
6
1
5
8
2
9
9
2
4
4
3
7
3
..
1
..
6
6
1
7
5
8
2
4
3
9
..
8

18.

Минорные азотистые
основания

19. Нуклеозиды

Нуклеозиды- N-гликозиды, образованные нуклеиновыми
основаниями и пентозой (рибозой или дезоксирибозой)
O
H
N
O
1
O
N
Урацил
H
N
H
+
HO
CH2
H
H
OH
O
OH
H 1
H
OH
Рибоза
O
HO
CH2
H
H
N
O
+
H
H
OH
OH
Уридин
H2O

20.

Пиримидиновые нуклеозиды.
Конформации нуклеозидов.
O
O
NH
N1
O
N-гликозидная
CH2OH
связь
O
1'
H
H
H
H
OH OH
CH3
HN
O
N1
CH2OH
O
1'
H
H
H
H
OH H
N-гликозидная
Уридин
Дезокситимидин
(анти-конформер)
(син-конформер)
связь

21. Пиримидиновые нуклеозиды. Конформации нуклеозидов.

NH2
NH2
N
N
O
HO
CH2
H
H
N
O
N-гликозидная связь
HO
CH2
H
H
H
OH
N
O
OH
Цитидин
(син -конформер)
H
N-гликозидная
O
связь
H
H
OH
H
Дезоксицитидин
(син-конформер)

22.

Пуриновые нуклеозиды.
Конформации нуклеозидов.
NH2
N
N9
HOH2C
O
H
H
1'
H
H
OH OH
Аденозин
(анти-конформер)
O
N
HN
N3
N-гликозидная
связь
N
N3 N9
H2N
HOH2C
O
1'
H
H
H
H
OH H
Дезоксигуанозин
(син-конформер)
N-гликозидная
связь

23. Гидролиз нуклеозидов

NH2
N
N
HO
CH2
H
H
NH2
N
HO
O
H2O
H
H
OH
N
OH
аденозин
CH2
H
H
OH
OH
N
O
+
H
H
N
OH
H
рибоза
N
N
аденин

24.

Нуклеотиды –
сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты
O
O
NH
5'
N
HO-CH2
O
3'
Н 1'
2' Н
OH
OH
4' Н
Н
уридин
HO
O
H3PO4
HO
5'
N
P-O-CH2
O
4
3N H
6 1 2
5
O
4'
Н
Н
Н
1'
3'
2' Н
OH
OH
анти-уридин-5ʹ-фосфат
или
5ʹ-уридиловая кислота
O

25.

Нуклеотиды
син- УМФ (уридин-5'-монофосфат)
5’-уридиловая кислота
O
HN
2
O
N1
5' O
HO P O CH2
O 1'
OH
H H
H
H
N-гликозидная свя зь
сложно-эфирная свя зь
OH OH

26. Нуклеотиды-фосфаты нуклеозидов

NH2
N
O
HO
P
N
5’
O
CH2
OH
H
H
N
N
O
N
HO
O
P
OH
Аденозин-5’-фосфат
Аденозинмонофосфат (анти-АМФ)
5’-адениловая кислота
N
5’
O
CH2
OH
H
H
OH
O
H
H
N
N
NH2
O
H
H
OH
OH
Гуанозин-5’-фосфат
Гуанозинмонофосфат (анти-ГМФ)
5’-гуаниловая кислота

27. Нуклеотиды-фосфаты нуклеозидов

O
NH2
N
O
HO
P
N
5’
O
CH2
OH
H
H
H
N
H
P
O
CH2
OH
OH
Уридин-5’-фосфат
Уридинмонофосфат (УМФ)
5’-уридиловая кислота
N
5’
HO
O
H
OH
O
O
H
H
O
O
H
H
OH
OH
Цитидин-5’-фосфат
Цитидинмонофосфат (ЦМФ)
5’-цитидиловая кислота

28.

NH2
N
N
N
N
9
CH2OH
O
1' N-гликозидная свя зь
H3' H
H
H
O
OH
HO P OH
сложно-эфирная свя зь
O
O
анти- Аденозин-3'-монофосфат
NH
O
5'
N1 O
HO P O CH2
O
OH
H
H
H 3'
H
N-гликозидная свя зь
O
H
сложно-эфирные свя зи
HO P OH
O
анти- Дезоксицитидин-3',5'-дифосфат

29.

ГИДРОЛИЗ НУКЛЕОТИДОВ
1.Щелочной гидролиз (неполный) – только по
сложно-эфирной связи. Образуются нуклеозид и
соль фосфорной кислоты.
O
OH
CH3
O=P- O-H2C O N
OH
O
CH3
NH
O
HO-H2C O N
NaOH
OH H
Тимидин-5ʹ-фосфат
NH
O
+ NaH2PO4
OH H
Тимидин
Дигидрофосфат
натрия

30.

ГИДРОЛИЗ НУКЛЕОТИДОВ
2.Кислотный гидролиз (полный)– по сложно-эфирной и
гликозидной связям. Образуются фосфорная кислота,
пентоза и нуклеиновое основание.
O
OH
CH3
O
NH
CH3
O HO-H C
O=P O-H2C O N
2
O OH
OH
H2O, H+
+
OH H
Тимидин-5ʹ-фосфат
OH H
D-дезоксирибофураноза
+
NH
N
H
O
тимин
H3PO4
Фосфорная
кислота

31. Гидролиз нуклеотидов

NH2
N
O
HO
P
N
N
O
CH2
OH
NH2
N
N
N
HO
O
H
CH2
H
H
OH
H2O
H3PO4
OH
H
H
H
OH
АМФ
HO
OH
аденозин
NH2
CH2
H
H
OH
OH
N
O
+
H
H
N
OH
H
рибоза
N
N
аденин
N
H2O
O
H
H
N

32. Дезоксирибонуклеотиды

Название как
монофосфатов
Название как кислот
Сокращение
Дезоксиаденозин-5’фосфат
5’-Дезоксиадениловая
кислота
Дезоксиаденозинмонофосфат
д-АМФ
Дезоксигуанозин-5’фосфат
5’-Дезоксигуаниловая
кислота
Дезоксигуанозинмнофосфат
д-ГМФ
Дезоксицитидин-5’фосфат
5’-Дезоксицитидиловая
кислота
Дезоксицитидинмонофосфат
д-ЦМФ
Тимидин-5’-фосфат
5’-Тимидиловая кислота
Тимидинмонофосфат
Д-ТМФ

33. РИБОНУКЛЕОТИДЫ

Название как
монофосфатов
Название как кислот
Сокращение
Аденозин-5’-фосфат
5’-Адениловая кислота
аденозинмонофосфат
АМФ
Гуанозин-5’-фосфат
5’-Гуаниловая кислота
Гуанозинмонофосфат
ГМФ
Цитидин-5’-фосфат
5’-Цитидиловая кислота
Цитидинмонофосфат
ЦМФ
Уридин-5’-фосфат
5’-Уридиловая кислота
Уридинмонофосфат
УМФ

34.

Циклические нуклеотиды – это нуклеотиды, в которых
фосфорная кислота одновременно этерифицирует две
гидроксильные группы пентозного остатка. Практически во всех
клетках присутствуют два циклических нуклеотида – циклическая
3′,5′-адениловая (цАМФ) и циклическая 3′,5′-гуаниловая (цГМФ)
кислоты, которые являются важнейшими регуляторами
внутриклеточных процессов.
NH2
N
N9
5'
O CH2
O
HO
P
O
H
3'
N
N
N
1'
H
OH
цАМФ
N9
5'
O CH2
O
H
H
O
H
H
O
HO
O
P
O
H
3'
NH
N
NH2
1'
H
OH
цГМФ
(циклическая адениловая кислота) (циклическая гуаниловая кислота)

35.

Нуклеотиды – биорегуляторы
НУКЛЕОЗИДПОЛИФОСФАТЫ
АТФ
NH2
N
O
O
O
N9
5'
HO P~O P O~P O CH2
O
OH
OH OH
H
H 1'
H
H
Ангидридные
свя зи
(макроэргические)
OH OH
N
N

36.

Лекарственные препараты –
производные нуклеиновых
оснований и нуклеозидов
SH
O
F
N
N
H
N
N
O
N
Цитостатические
(противоопухолевые) препараты
N
NH2
H
N
O
CH3
HN
O
N
CH2OH
O
H
H
H
H
N3 H
Противовирусное
средство –
лечение и
профилактика
ВИЧ-инфекции
N
CH2OH
O
H
H
H
H
H
OH
N
N
Содержится в грибе
кордицепс, паразитирующем на
насекомых. Подавляет
неконтролируемый
рост и деление клеток

37.

Первичная структура
нуклеиновых кислот
ДНК
3',5'-фосфодиэфирные свя зи
NH2
5’-конец
N
5'
O CH2
А (аденин)
9
O
N
H
H
H
3'
H
O
N
H
N
NH2
N
5'
1
O P O CH2
N
O
OH
H
H
H
H
3'
H
O
Ц (цитозин)
O
O
N
NH
9
N
5'
O P O CH2
O
OH
H
H
H
H
3'
O
H
N
NH2
O
H3C
5'
Г (гуанин)
1
O P O CH2
N
O
OH
H
H
H
H
3'
O
H
O P O
OH
N
O
Т (тимин)
3’-конец

38.

O
5’-конец
NH
5'
O CH2
H
H
3'
O
3',5'-фосфодиэфирные свя зи
1
O
N
H
H
OH
У (урацил)
O
NH2
N
5'
1
O P O CH2
N
O
OH
H
H
H
H
3'
OH
O
NH2
N
N
9
N
5'
Первичная
структура
РНК
Ц (цитозин)
O
O P O CH2
O
OH
H
H
H
H
3'
O
O P O
OH
N
OH
3’-конец
А (аденин)

39.

Вторичная
структура ДНК
H
O. . . H N
H3C
N H. . . N
N
к цепи
O
Тимин
N
N
Аденин
H
N H... O
N
к цепи
N
N
N. . . H N
O. . . H N
Цитозин
к цепи
N
H
N
к цепи
Гуанин
Модель Дж. Уотсона
и Ф. Крика 1953 г.
(форма В)

40.

Плавление (денатурация) ДНКпроцесс разрушения двуспиральной структуры
ДНК (молекула переходит от спиральной
формы к клубку)
Причины:
• повышении температуры
• изменение рН
• изменение ионного состава
Температура плавления-температура, при
которой денатурирует половина ДНК

41.

Ренатурация («отжиг») – восстановление структуры
двойной спирали. Процесс, обратный плавлению

42. Правила Чаргаффа

1.
Количество пуринов равно количеству
пиримидинов: А+Г=Т+Ц.
2. Количество аденина равно количеству тимина, а
гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
3. Количество оснований содержащих, аминогруппу в
положениях 4 пиримидинового и 6 пуринового
ядер, равно количеству оснований, содержащих в
этих же положениях оксогруппу: А+Ц=Г+Т.
Для РНК правила Чаргаффа либо не выполняются,
либо выполнятся с некоторым приближением, т.к. в
них содержится много других оснований.

43.

Другие виды структур ДНК
Интеркаля тор (лекарство)
Кольцевая
одноцепочечная
ДНК
Двукольцевая
ДНК
ДНК - плоская лента

44.

Третичная структура ДНК
( суперспирализация ДНК)
Комплекс гистоновых белков с ДНК "нуклеосома"- основная структурная
единица хроматина
Структура нуклеосом
Восемь
молекул
гистонов
(Н2А,
Н2В, НЗ, Н4)2 составляют ядро
нуклеосомы, вокруг которого ДНК
образует примерно 1,75 витка.

45.

Отличия РНК от ДНК
односпиральная
вместо тимина содержит урацил
вместо дезоксирибозы содержит рибозу
молекулярная масса значительно меньше
молекулярной массы ДНК
содержится в цитоплазме

46.

Вторичная
структура РНК
РНК "шпилька"
клеверный лист
"Двушпилечная " РНК

47.

Третичная
структура РНК
беспорядочный
клубок

48. Биологическая роль НК ДНК :

• Хранение генетической информации
• Передача генетической информации
• Реализация генетической информации
• Изменение генетической информации
РНК
• участвует в синтезе белка

49.

Виды РНК
1.Транспортная (т-РНК) (10% всей РНК клетки)
Функция: перенос аминокислоты к месту синтеза белка
2. Рибосомная РНК (р-РНК) (90% всей РНК клетки)
Функция: входят в состав рибосомы, синтез белка
3. Информационная, или матричная РНК (м-РНК) (0,5-1%
всей РНК клетки)
Функция: перенос информации о структуре белка от ДНК
к месту синтеза белка

50.

51.

Редупликация (репликация) – синтез ДНК на молекуле ДНК
(воспроизведение себе подобной); участвует фермент ДНК-полимераза.
Транскрипция – синтез молекулы m-РНК комплементарной
определенному участку ДНК; участвует фермент РНК-полимераза.
Трансляция – биосинтез белка на рибосомах при участии m-РНК,
несущей информацию о последовательности включения соответствующих
аминокислот, т-РНК, подносящей аминокислоты, р-РНК, находящейся в
рибосомах.
Триплет – сочетание трех последовательно расположенных
нуклеиновых оснований – генетический код, несет информацию о
включении определенной аминокислоты.
Кодоноген – триплет на молекуле ДНК.
Кодон – триплет на молекуле m-РНК, комплементарный кодоногену.
Антикодон – триплет на молекуле т-РНК, комплементарный кодону.
Мутации – нарушения в структуре ДНК, вызванные химическими
(канцерогены) или физическими (радиация, ультрафиолетовые лучи)
факторами.

52.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!