НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (НК) — высокомолекулярные соединения (биополимеры),

НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (НК) — высокомолекулярные соединения (биополимеры), играющие главную роль в передаче наследственной информации и управлении процессом биосинтеза белка.

НК рибонуклеиновые кислоты ( РНК ) дезоксирибонуклеиновые кислоты ( ДНК ) — Информационная (и. РНК); — Транспортная (т. РНК); — Рибосомальная (р. РНК) -Ядерная; -Митохондриальная ДНК, и. РНК, р. РНК – in vivo связаны с белками, т. е. , представляют собой нуклеопротеины. содержат углеводный остаток D -рибозы содержат углеводный остаток 2 -дезокси- D -рибозы

Схема гидролиза нуклеопротеинов: НК (полинуклеотид) + белок нуклеотиды нуклеозиды + Н 3 РО 4 азотистые основания + углевод ОН- Н+Н 2 О / Н +Нуклеопротеин

Состав НК HK — полимер Нуклеотид — мономер Нуклеиновое основание (азотистое) Углевод Остаток Н 3 РО 4 Нуклеозид

N H NH O O CH 3 N H N O NH 2 12 345 6 Ura. Thy. Cytурацилтиминцитозин. N N HN N N H 2 N N HNH NO NH 2 аденин гуанин. Ade Gua 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Азотистые основания (АО) Пиримидиновые основания: Пуриновые основания:

Для азотистых оснований, содержащих оксо- группу, характерна лактим-лактамная таутомерия: NH N H O O N N OH OH диоксоформа лактам дигидроксиформа лактим урацил В составе НК азотистые основания существуют только в лактамной форме. Во всех таутомерных формах АО сохраняют ароматичность и имеют плоское строение.

РНК урацил цитозин аденин гуанин ДНК тимин цитозин аденин гуанин. НК различаются входящими в их состав азотистыми основаниями:

НУКЛЕОЗИДЫ В зависимости от природы углеводного остатка различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Углевод связывается с азотистым основанием за счет β — N- гликозидной связи. В зависимости от природы азотистого основания нуклеозиды делятся на пуриновые и пиримидиновые.

OC H 2 H O HH HO HOH OC H 2 H O HH HH HO HOH -D-рибофураноза’дезокси -D-рибофураноза 1′ 2’3′ 4′ 5’D -рибоза и 2 -дезокси- D -рибоза в состав нуклеозидов входят в фуранозной форме и являются β -аномерами:

N N H OO OC H 2 H O HH HOH нуклеозид — уридин 1′ 2’3’4′ 5′ 1 Гликозидная связь образуется между атомом углерода С-1 ’ углевода и атомом азота N-1 пиримидинового и N- 9 пуринового оснований. N NH 2 O CH 2 H OH H H OH N 1′ 2’3’4′ 5′ 9 нуклеозид — аденозин -N-гликозидная свя зь

Цитозин + рибоза = цит идин Цитозин + дезоксирибоза = дезоксицит идин Аденин + рибоза = аден озин Аденин + дезоксирибоза = дезоксиаден озин. Номенклатура нуклеозидов Названия строят от тривиального названия соответствующих азотистых оснований с суффиксами –идин у пиримидиновых, и -озин у пуриновых нуклеозидов. Исключение: Тимин + дезоксирибоза = тимидин

НУКЛЕОТИДЫ — фосфаты нуклеозидов Фосфорная кислота образует сложноэфирную связь с ОН-группой при С-5 ’ или C-3’ атомах в углеводе: N NH 2 O CH 2 H OH H H NOP O OH OH 1′ 2’3′ 4′ 5′ 9 аденозин-5′ — фосфат сложноэфирная свя зь -N-гликозидная свя зь (5′-адениловая кислота, 5′-АМФ, или АМФ)

N NN N H 2 OC H 2 H H O HH H NOH O PO O HOH 1′ 2’3’4′ 5′ 9 аденозин-3′ — фосфат (3′-адениловая кислота, 3′-АМФ)

NH N NO CH 2 H H H N O N H 2 OP OOH N N O NH 2 O CH 2 H O H H O N NN NH 2 O CH 2 H O H H NO P OOH N NH O O O CH 2 H H H O O P OOH CH 3 1′ 2’3′ 4′ 5’9 1′ 2’3′ 4′ 5’1 A GC TПолинуклеотидная цепь Участок первичной структуры ДНК:

Вторичная структура ДНК • Предложена в 1953 г. : Д. Уотсон, Ф. Крик. • Двойная правая антипараллельная спираль диаметром 1, 8 -2, 0 нм с шагом 3, 4 нм. Остов спирали (ветви) – сахарофосфатный, связи 3′, 5′-фосфодиэфирные. • Спираль имеет 10 нуклеотидов на виток. • Стабилизирована множеством водородных связей внутри спирали, перпендикулярно её ходу между комплементарными азотистыми основаниями ( А — Т и Г — Ц )

O O O OP P P A C TG 5′ 3′ PPP ACT G 5’3′. . . . . . . .

N HO OCH 3 N H N ON H 2 N N HN N NH 2 N N HNH NO NH 2 Thy Cyt Ade Gua. . . . . Водородные связи между АО

Состав ДНК подчиняется правилам Чаргаффа : — количество А равно количеству Т , а количество Г – количеству Ц (А = Т, Г = Ц). — количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых (А + Г = Т + Ц).

Вторичная структура т. РНК Форма листа клевера: включает 60 -95 рибонуклеотидных остатков, имеет 5 функциональных доменов и топологические элементы 2 типов – шпильки и петли. Шпильки образуются при образовании водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями нуклеотидов (( А — У и Г — Ц и др. ). РНК имеют в составе много модифицированных азотистых оснований (нуклеотидов) и не подчиняются правилам Чаргаффа.

Метаболизм пуриновых соединений in vivo Синтезируемые в организме и поступающие с пищей пуриновые основания в конечном итоге превращаются в мочевую кислоту: аденин гипоксантин гуанин мочевая кислота

NH N H N H O OO NH N N H N O OHOH NH N N H N O Na. OONa 2 Na. OH — 2 H 2 O 2, 6, 8 -триоксопурин 2, 8 -дигидрокси-6 — оксопуринлактам лактим. Мочевая кислота — бесцветное кристаллическое вещество, плохо растворима в воде, выделяется из организма в составе мочи. Образует двузамещенные соли: При мочекаменной болезни и подагре мочевая кислота и ее соли – ураты образуют камни в мочевом пузыре, почках, откладываются в суставах, закупоривают протоки слюнных и слезных желез.

Свободные нуклеотиды нуклеозидфосфаты никотинамиднуклеотиды Аденозинмонофосфат (АМФ) Аденозиндифосфат (АДФ) Аденозинтрифосфат (АТФ) Гуанозинтрифосфат (ГТФ) Уридинтрифосфат (УТФ) Цитидинтрифосфат (ЦТФ) Никотинамидаденин- динуклеотид (НАД) и его фосфат (НАДФ) Флавинаденин- динуклеотид (ФАД)In vivo выполняют роль коферментов Стр. 440 , 286 Стр. 444 , 359 специальные нуклеотиды Фосфоаденозилфосфосульфат ФАСФ, УДФ-глюкоза, ц-АМФ, ц-ГМФ

Биологическая роль нуклеозидов и азотистых оснований • Составляющие компоненты нуклеотидов и НК. • Модифицированные синтетические и полусинтетические азотистые основания ( 5 -фторурацил, 6 -меркаптопурин и др. ) и нуклеозиды ( фторафур, 3′-азидотимидин, рибавирин и др. ) – большая группа лекарственных препаратов (противоопухолевые, противовирусные, противогрибковые и антибактериальные средства).

Биологическая роль свободных нуклетидов • Нуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ и др. ) используются в биосинтезе НК и специальных нуклеотидов (УДФ-глюкоза, ФАФС). • Используются для регуляции метаболических процессов, АМФ и АДФ стимулируют выработку энергии в клетках, ц-АМФ и ц-ГМФ передают гормональный сигнал в клетку. • УДФ-глюкоза используется для синтеза гликогена, УДФ-глюкуроновой кислоты. • УДФ-глюкуроновая кислота и ФАФС используются для детоксикации ксенобиотиков и в биосинтезе полисахаридов — ГАГ соединительной ткани.

P OH OH OP O OH O N NH 2 O CH 2 H H OH H H NO OH 1′ 2’3′ 4′ 5′ 9 аденозин-5′ — трифосфат ~~макроэргические свя зи сложноэфирная свя зь -N-гликозидная свя зь АТФ

Важнейшее макроэргическое соединение человеческого организма, используется для кратковременного запасания энергии ( < 1 мин. ), скорость обмена ~ 50 кг/сут. Образуется при тканевом дыхании ( окислительное фосфорилирование ) и при субстратном фосфорилировании. Используется для активации и биосинтеза метаболитов, биосинтеза НК и циклических нуклеотидов (ц. АМФ), для энергообеспечения физиологических процессов (секреция, клеточное деление и движение, мышечное сокращение и др. ).