Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - это биополимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.
Нуклеиновые основания
Нуклеиновые основания
Редкие (минорные) компоненты нуклеиновых кислот
Нуклеозиды
Структура нуклеозидов
Нуклеотиды
Структура некоторых нуклеотидов
Строение полинуклеотидов
Первичная структура нуклеиновых кислот
Вторичная структура ДНК
Третичная структура ДНК
2.38M
Category: chemistrychemistry

Строение и функции нуклеиновых кислот

1.

2. Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - это биополимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.

3. Нуклеиновые основания

Пиримидиновые основания в составе полинуклеотидов представлены
лактамной формой, что обусловлено возможностью образования
водородных связей между остатками оснований в цепях нуклеиновых
кислот: тимин – аденин, цитозин – гуанин в ДНК; урацил – аденин и
цитозин – гуанин в РНК. Урацил входит только в состав РНК, тимин – ДНК.

4. Нуклеиновые основания

Аденин и гуанин являются представителями пуриновых нуклеиновых
оснований. Эти гетероциклические соединения способны к лактимлактамной таутомерии и таутомерии азолов.
ОН
6
5
1N
1
6
5
НN
О
Н
N7
1
N
3
Н2N
NН2
5
1N
N
3
4
Н2N
NН2
1
N
8
2
N
3
7
6
N9
H
Аденин.
Аминная форма
N
8
2
N9
4
6
5
N
N
3
4
N9
H
Гуанин.
Таутомерия
азолов
Гуанин.
Лактамная форма
Гуанин.
Лактимная форма
5
8
2
N9
4
7
6
НN
8
2
Н2N
О
Н
N7
Н
N
7
8
2
N
3
4
N9
Аденин.
Таутомерия азолов
Гетероциклы имеют ароматический характер и плоское строение.
Ароматичность гетероциклов является причиной их высокой
термодинамической стабильности.

5. Редкие (минорные) компоненты нуклеиновых кислот

В ДНК встречаются метилированные основания:
5-метилцитозин, 6-N- метиладенин и др.
В ДНК некоторых бактериофагов вместо цитозина
встречается 5- гидроксиметилцитозин и его
Гликозилированные производные:
-D-глюкопиранозил или - D-глюкопиранозил
В РНК редкие компоненты чаще всего
содержатся в тРНК.
Известны, например,
производные урацила:
3-метилурацил, 4-тиоурацил.

6. Нуклеозиды

Гетероциклические основания образуют N-гликозиды (нуклеозиды) с
D-рибозой или 2-дезокси-D-рибозой..
D-рибоза и 2-дезокси-D-рибоза в состав природных нуклеозидов
входят в - фуранозной форме. Гликозидная связь осуществляется
между аномерным атомом углерода С-1 рибозы (или дезоксирибозы) и
атомом азота N-1 пиримидинового и N-9 пуринового оснований.
Названия нуклеозидов строятся как для гликозидов, например аденинрибофуранозид и т. п. Однако более употребительны названия,
производимые
от
тривиального
названия
соответствующего
нуклеинового основания с суффиксами -идин у пиримидиновых и озин у пуриновых нуклеозидов.
цитидин: цитозин и рибоза;
дезоксицитидин: цитозин и дезоксирибоза;
аденозин: аденин и рибоза;
дезоксицитидин: аденин и дезоксирибоза и т.д.
Исключение составляет название тимидин (а не дезокситимидин), для
дезоксирибозида тимина, входящего в состав ДНК. В редких случаях,
когда тимин встречается в РНК, нуклеозид называется риботимидином.

7. Структура нуклеозидов

O
NH2
НОН2С
O
N
О
5
НОН2С
Н Н
N
4
НН
3
ОН
9N
5
НОН2С
Н Н
ОН
N
4
N
3
ОН
5
НОН2С
Н Н
О
4
2
ОН
N
Аденозин (А)
6
5
2
8
5
НОН2С
О
4
НН
3
ОН
9N
1
НН
2
Н
Дезоксиаденозин
(dА)
НН

7
4
3
N1
2
9N
ОН
Н
Дезоксицитидин
(dС)
6
5
4
1

8
1
2
О
7
2
НН
3
Тимидин (dТ)
N1
1
НН
Н
O
N
О
4
2
3
6
5
8
О
НН
N
O
N
1
4
ОН
NH
О
2
NH2
NН2
7
5
НОН2С
Цитидин (С)
Уридин (U)
НОН2С
5
Н Н
ОН
ОН
O
1
3
2
ОН
О
Н Н
Н Н
3
N
4
1
4
Н3С
N
NH
5
O
2
N
3
NН2
1
Н Н
2
ОН
О
7
Гуанозин (G)
N
N
3
6
5
8
5
НОН2С
О
4
НН
3
ОН
9N
1
Н Н
2
Н
Дезоксигуанозин (dG)
4
1

2
N
3
NН2

8.

В состав некоторых РНК входят необычные нуклеозиды.
Например, инозин, который можно рассматривать как продукт
дезаминирования аденозина, а также псевдоуридин,
который является не N-, а С-гликозидом, с чем связана
его высокая устойчивость к гидролизу.
Лекарственные средства нуклеиновой природы.
При лечении некоторых опухолевых заболеваний используют
синтетические производные пиримидинового и пуринового рядов,
по строению похожие на естественные метаболиты
(нуклеиновые основания), но не полностью им
идентичные, т.е. являющиеся антиметаболитами.
Например, 5-фторурацил выступает в роли антагониста
урацила и тимина, 6-меркаптопурин – аденина.
Конкурируя с метаболитами, они нарушают на разных этапах синтез
нуклеиновых кислот в организме.
Нуклеозиды-антибиотики.
В клетках в свободном состоянии содержатся нуклеозиды, не являющиеся
компонентами нуклеиновых кислот. Они обладают антибиотической активностью
и приобретают все большее значение при лечении злокачественных образований.
Нуклеозиды-антибиотики отличаются от обычных нуклеозидов некоторыми
деталями строения либо углеводной части, либо гетероциклического основания.

9. Нуклеотиды

Нуклеотиды - фосфаты нуклеозидов. Фосфорная кислота обычно
этерифицирует спиртовый гидроксил при С-5' или С-3' в остатке рибозы
или дезоксирибозы (атомы цикла азотистых оснований нумеруют
обычными цифрами, пентозного цикла – цифрами со штрихом).
Нуклеотиды рассматривают и как эфиры нуклеозидов (фосфаты) и как
кислоты (в связи с наличием остатка фосфорной кислоты).
За счет фосфатного остатка нуклеотиды проявляют свойства
двухосновной кислоты и в физиологических условиях при рН 7
находятся в ионизированном состоянии.
Для нуклеотидов используют два вида названий. Одно включает
наименование нуклеозида с указанием положения в нем фосфатного
остатка (например, аденозин-3'-фосфат, ури-дин-5'-фосфат), другое
строится с добавлением суффикса -овая кислота к названию остатка
пиримидинового или пуринового оснований (например, 3'-адениловая
или 5'-уридиловая кислота). По отношению к свободным нуклеотидам
в биохимической литературе широко используются их названия как
монофосфатов с отражением этого признака в сокращенном коде,
например AMФ (аденозинмонофосфат) для аденозин-5'-фосфата и т.д.

10. Структура некоторых нуклеотидов

O
NH2
Н3С
NH
ОН 5'
N
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
НН
NH
O
ОН 5'
N
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
НН
2'
3'
ОН
3'
ОН
ОН
Уридин-5'-фосфат (UМР)
5’-Уридиловая кислота
N
ОН 5'
N
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
НН
O
2'
6
5
ОН 5'
9N
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
НН
4
ОН
ОН
2'
ОН
Гуанозин-5'-фосфат (GМР)
5’-Гуаниловая кислота
N
1

N
3
NН2
Н
Тимидин-5'-фосфат (ТМР)
5’-Тимидиловая кислота
NН2
7
2
2'
3'
О
8
ОН
NH
Цитозин-5'-фосфат (СМР)
5’-Цитидиловая кислота
7
3'
O
6
5
N1
8
ОН 5'
9N
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н
Н
Н
Н
3'
ОН
4
2
N
3
2'
Н
Дезоксиаденозин-5'-фосфат
(dАМР)
5’-Дезоксиадениловая кислота
O

11.

Макроэргические связи — ковалентные связи, которые гидролизуются с выделением значительного
количества энергии: 30 кДж/моль и более.

12. Строение полинуклеотидов

Многообразие молекул ДНК и РНК
определяется
их
первичной
структурой – последовательностью
нуклеотидных остатков в составе
полимерной цепи. Связи в цепи
формируются за счет этерификации
группы ОН у атома С3 пентозы
одного
нуклеотида
фосфатным
остатком другого нуклеотида. Такую
связь называют фосфодиэфирной.
В составе молекулы ДНК выделено
значительно
большее
число
нуклеотидных остатков, чем в
молекуле РНК. Молекулярная масса
ДНК порядка 10 млн; ДНК в
условиях клетки нерастворима.
O
Н3С
NH
…О
5'
N
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
Н Н
O
N
2'
3'
Н
О
NН2
7
6
5
N1
8
9N
5'
2
4
N
3
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
Н Н
NH2
2'
3'
NH
Н
О
N
5'
O
O=P–ОСН2 О
1'
ОН 4'
Н Н
Н Н
3'
О…
2'
Н
Произвольный участок молекулы ДНК

13. Первичная структура нуклеиновых кислот

Первичная структура нуклеиновых кислот – нуклеотидный состав и
нуклеотидная
последовательность,
т.е.
порядок
чередования
нуклеотидных звеньев.
Устанавливают
нуклеотидный
состав,
исследуя
продукты
гидролитического расщепления нуклеиновых кислот.
ДНК и РНК различаются поведением в условиях щелочного и
кислотного гидролиза. ДНК устойчивы к гидролизу в щелочной среде.
РНК легко гидролизуются в мягких условиях в щелочной среде до
нуклеотидов, которые в свою очередь способны в щелочной среде
отщеплять остаток фосфорной кислоты с образованием нуклеозидов.
Нуклеозиды в кислой среде гидролизуются до гетероциклических
оснований и углеводов.
Химический гидролиз ДНК почти не применяют из-за осложнения его
побочными процессами. Более предпочтителен ферментативный
гидролиз под действием нуклеаз. Обычно для этой цели используют
змеиный яд, в котором содержатся ферменты, расщепляющие
фосфодиэфирные связи. Такие ферменты проявляют специфичность по
отношению к разным типам нуклеиновых кислот.

14. Вторичная структура ДНК

Вторичная
структура
ДНК

это
пространственная
организация
полинуклеотидной цепи. Водородные связи образуются между аминогруппой
одного основания карбонильной группой другого, а также между амидным и
иминным атомами азота.
O
Н–N–H
Н–NН
7
6
Н3С
NH
N
H
O
5
1N
А-форма
N
N
8
2
N
3
О
4
N9
H
N
H
В-форма
1
7
6
5
НN
O НN
8
2
H
Z-форма
N
N
3
4
N9
H
В-форма

15.

Вторичная структура РНК
Молекула РНК построена из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки
цепи РНК образуют спирализованные петли – «шпильки», за счёт водородных
связей между комплементарными азотистыми основаниями.
Участки цепи РНК в таких спиральных
Структурах антипараллельны, но не всегда полностью
комплементарны, в них встречаются неспаренные
нуклеотидные остатки или даже одноцепочечные
петли, не вписывающиеся в
двойную спираль. Наличие спирализованных
участков характерно для всех типов РНК.

16. Третичная структура ДНК

Третичная структура ДНК эукариот формируется путем взаимодействия
с ядерными белками и на определенном этапе клеточного цикла
приобретает форму хромосом.
English     Русский Rules