Лекция_13-14__НК

1. Нуклеиновые кислоты

Кафедра медицинской
и фармацевтической химии
Нуклеиновые кислоты
1

2. Нуклеиновые кислоты  это водорастворимые высокомолекулярные соединения, макромолекулы которых состоят из многократно

Нуклеиновые кислоты это
водорастворимые
высокомолекулярные
соединения,
макромолекулы
которых состоят из многократно
повторяющихся
звеньев
нуклеотидов.
Поэтому
их
также
называют
полинуклеотидами.
Впервые они были обнаружены
в 1868 году швейцарским
врачом Ф. Мишером в ядрах
погибших лейкоцитов, что и
определило их название (от
лат.
nucleus
ядро).

3. Компоненты нуклеиновых кислот

4.

• 1. Азотистые основания.
• В состав нуклеиновых кислот входят
гетероциклические
основания
пиримидинового ряда: урацил, тимин,
цитозин
OH
O
NH2
NH2
N
N
R
R
N
N
NH
N
H
OH
урацил (R=H)
тимин (R=CH3)
O
N
N
H
OH
цитозин
O

5.

H2N
OH
O
N
N
N
H
N
аденин
N
HN
H2N
N
N
N
N
H
H2N
гуанин
и пуринового ряда: аденин и гуанин.
N
N
H

6.

• В составе некоторых нуклеотидов
встречаются
и
другие
пурины,
называемые
минорными
(2метиладенин
и
1-метилгуанин).

7.

P
R
P
B
нуклеозид
R
B
нуклеотид
P
остаток фосфорной кислоты
R
моносахарид
B
гетероциклическое основание
P
R
B

8.

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 стабильностью.

9.

2. Углеводы.

10.

В зависимости от того, какой УГЛЕВОД входит в состав
нуклеиновой кислоты (дезоксирибоза или
рибоза),
различают
рибонуклеиновую
(РНК)
и
дезоксирибонуклеиновую (ДНК) кислоты.
5'
HOH2C
4'
H
OH
O
H
3'
OH
H
2'
HOH2C
1'
H
OH
-D-рибофураноза
OH
O
H
H
H
H
OH
H
2-дезокси- -D-рибофураноза

11.

3. Фосфорная
кислота.

12.

Гетероциклическое
основание
N
5'
HOH 2C
4'
N - гликозидная связь
O
H 3'
1'
H
H
2'
OH
X = OH
X=H
H
X
рибонуклеозид
дезоксирибонуклеозид

13.

цитозин + рибоза = цитидин;
цитозин + дезоксирибоза = дезоксицитидин;
аденин + рибоза = аденозин;
аденин + дезоксирибоза = дезоксиаденозин.

14.

НУКЛЕОЗИДЫ (основание + РИБОЗА),
ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК
(РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
NH2
O
H
N
HOH2C
N
N
Урацил
O
HOH2C
N
O
O
O
HO
Цитозин
OH
Уридин (U)
N- гликозидная связь
HO
N- гликозидная
OH связь
Цитидин (C)

15.

НУКЛЕОЗИДЫ (основание + РИБОЗА),
ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК
(РИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
NH2
N
N
HOH2C
N
H
N
Аденин
N
N
HOH2C
O
HO
O
N
N
Гуанин
NH2
O
OH
Аденозин (А)
N- гликозидная связь
HO
OH
Гуанозин (G)
N- гликозидная связь

16.

НУКЛЕОЗИДЫ (основание + ДЕЗОКСИРИБОЗА),
ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК
(ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
NH2
N
O
N
N
Аденин
N
HOH2C
O
HO
N
N
N
HOH2C
H
N
Гуанин
NH2
O
N- гликозидная связь
Дезоксиаденозин (dА)
HO
N- гликозидная связь
Дезоксигуанозин (dG)

17.

НУКЛЕОЗИДЫ (основание + ДЕЗОКСИРИБОЗА),
ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК
(ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ)
O
NH2
CH3
H
N
HOH2C
N
O
HO
O
N
HOH2C
N
Цитозин
O
O
OH
(d
T)
Тимидин (dU)
1
7
Тимин
N- гликозидная связь
N- гликозидная связь
HO
Дезоксицитидин (dC)

18.

Нуклеозид-5 -дифосфаты (НДФ) и
нуклеозид-5 -трифосфаты (НТФ).
Во всех тканях организма в свободном
состоянии содержатся не только моно-, но
и ди-, а также трифосфаты нуклеозидов.
Наиболее известными являются аденозин5 -дифосфат (АДФ) аденозин-5 трифосфат (АТФ).
18

19.

NH2
NH2
N
O
HO
N
N
P
O
CH2
OH
H
N
O
HO
N
H
OH
O
P
O
CH2
OH
OH
H3PO4
H
H
P
+ H3PO4
N
O
O
H
Ангидридная
группа
N
O
+ H3PO4
H
H3PO4
H
H
OH
N
OH
OH
Аденозин-5'-дифосфат
(АДФ)
Аденозин-5'-монофосфат
(АМФ)
NH2
O
HO
+ H3PO4
H3PO4
P
OH
O
P
OH
N
O
O
O
P
O
CH2
OH
H
Ангидридные группы
H
OH
Аденозин-5'-трифосфат
(АДФ)
N
O
N
N
H
H
OH
19

20.

Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к
взаимопревращениям путем наращивания или отщепления фосфатных
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.
Ангидридные связи могут гидролизоваться либо специфичными
ферментами, либо при кипячении в присутствии HCl. Ни сложноэфирная связь, ни N-гликозидная при этом не расщепляются!
20

21. Динуклеотиды

Динуклеотиды состоят из двух мононуклеотидных единиц,
соединенных фосфатным мостиком. Наиболее важными
представителями
этой
группы
являются
никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и его фосфат (НАДФ),
флавинадениндинуклеотид (ФАД) и его восстановленная форма
ФАДН2. НАД и НАДФ выполняют важную роль коферментов
большого числа ферментов дегидрогеназ и, следовательно,
являются участниками окислительно-восстановительных реакций.
В соответствии с этим они могут существовать как в окисленной
(НАД+, НАДФ+), так и в восстановленной (НАДН, НАДФН)
формах.
21

22.

Аденин
Никотинамид
NH2
O
C
N
NH2
+
N
CH2O
OH
HO
O
P
OH
N
O
O
O
P
OCH2
OH
H
N
O
N
H
H
H
OH
OR
R=H
Никотинамидадениндинуклеотид (НАД +)
R = PO3H2
Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ +)
22

23.

H
NH2
H
N
CONH2
O
O
N
CH2O
OH
HO
O
P
OH
N
O
P
O CH2
OH
H
N
O
N
H
H
H
OH
OR
R=H
Никотинамидадениндинуклеотид (НАДH)
R = PO3H2 Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФH)
23

24.

Структурным фрагментом НАД+, НАДФ+
является никотинамидный остаток в виде
пиридиниевого катиона. В составе НАДН,
НАДФН этот фрагмент превращается в остаток
замещенного 1,4-дигидропиридина.
24

25.

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:
O
C
H
N
R
НАД или НАДФ +
+
+
O
C
NH2
+
H
NH2
Фермент
H субстрат H
восстановленная
форма
+
N
R
НАДH или НАДФН
H+ +
субстрат
окисленная
форма
25

26.

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:
COOH
C O
COOH
+
CH3
пировиноградная
кислота
Н+
+
НАДН
HO C
H
+
НАД +
CH3
L-(+) молочная кислота
26

27. Олиго- и полинуклеотиды

Олигонуклеотидами называют соединения, в которых несколько
нуклеозидов (до 20) соединены между собой фосфодиэфирными
связями. Нуклеозид со свободной 5 -OH-группой называется
5 -концевым, а со свободной 3 -OH-группой 3 -концевым.
Полинуклеотиды представляют собой линейные гетерополимеры,
также состоящие из последовательности мононуклеозидных единиц,
соединенных фосфатным мостиком.
27

28.

Полинуклеотиды, состоящие из ковалентно связанных
между
собой
остатков
дезоксирибонуклеозидов,
называются
дезоксирибонуклеиновыми
кислотами
(ДНК), а полинуклеотиды, состоящие из остатков
рибонуклеозидов рибонуклеиновыми кислотами
(РНК). В обоих случаях мононуклеозиды связаны между
собой
при
помощи
фосфодиэфирных
мостиков,
соединяющих 3 -положение одного мононуклеотида с 5 положением его соседа.
28

29.

29

30.

Первичная
структура
нуклеиновых
кислот.
Первичная структура
нуклеиновых кислот
это нуклеотидный
состав
и
определенная
последовательность
нуклеотидных
звеньев
в
полимерной цепи.
30

31.

Вторичная
структура
нуклеиновых
кислот.
Под
вторичной
структурой
нуклеиновых кислот
понимают
пространственно
упорядоченные
формы
полинуклеотидных
цепей.
Вторичная
структура ДНК
представляет собой
две параллельные
неразветвленные
полинуклеотидные
цепи, закрученные
31

32.

ПРИНЦИП КОМПЛЕМЕНТАРНОСТИ АЗОТИСТЫХ
ОСНОВАНИЙ В ДНК
Канонические пары
оснований:
Аденин – Тимин
3
2
Гуанин – Цитозин

33.

Вторичная структура РНК.
В отличие от ДНК, молекулы РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи и не имеют строго
определенной пространственной формы (рис. 3.), т.к. вторичная структура РНК зависит от их
биологических функций. Полимерная цепь РНК приблизительно в десять раз короче, чем у ДНК.
Комплементарными парами в РНК являются цитозин-гуанин и урацил-аденин.
Рис. 3. Вторичная структура РНК.
33

34.

Основная роль РНК непосредственное участие в биосинтезе белка. Известны
три вида клеточных РНК, которые отличаются по местоположению в клетке,
составу, размерам и свойствам, определяющим их специфическую роль в
образовании белковых макромолекул:
1) Информационные (матричные) РНК передают закодированную в ДНК
информацию о структуре белка от ядра клетки к рибосомам, где и
осуществляется синтез белка;
2) Транспортные РНК собирают аминокислоты в цитоплазме клетки и
переносят их в рибосому; молекулы РНК этого типа "узнают" по
соответствующим участкам цепи информационной РНК, какие аминокислоты
должны участвовать в синтезе белка;
3) Рибосомные РНК обеспечивают синтез белка определенного строения,
считывая информацию с информационной (матричной) РНК.
34

35. Нуклеотиды и нуклеозиды как лекарственные препараты

Группа антибиотиков, имеющих строение
нуклеозидов, например, противолейкозный препарат
азацитидин
35

36.

Азотистое основание аллопуринол используется при
лечении подагры
36

37.

5-фторурацил – противоопухолевый препарат
37

38.

6-меркаптопурин – аутоиммунное средство. применяется
в комплексе с другими лекарственными средствами при
лечении острого лейкоза, при обострении хронического
миелолейкоза.
38

39.

Лечебный эффект ряда антивирусных препаратов
основан на их строении – они являются производными
азотистых оснований и нуклеозидов. Механизм действия
различных нуклеозидов основан на их фосфорилировании
в зараженных вирусом клетках с превращением в
нуклеотиды, конкуренции с обычными нуклеотидами за
встраивание в вирусную НК, что останавливает
размножение вируса.
39

40.

СПАСИБО
ЗА ВНИМАНИЕ!
40