Харківський національний медичний університет
Кафедра медичної та біоорганічної хімії
Лекція
Нуклеїнові кислоти.
Лектор: доцент кафедри медичної та біоорганічної хімії Макаров В.О.
.
ПЛАН ЛЕКЦІЇ
1. Структура та біохімічні функції нуклеозидів, нуклеотидів та нуклеїнових
кислот.
2. Нуклеозидполіфосфати.
3. Нікотинаміднуклеотиди.
СТРУКТУРА І БІОХІМІЧНІ ФУНКЦІЇ НУКЛЕОЗИДІВ, НУКЛЕОТИДІВ І
НУКЛЕЇНОВИХ КИСЛОТ (НК).
Nucleus – ядро. 1868 г. – Мишер виявив НК.
НК ↔ в ядрах і в протоплазмі клітин.
НК – ВМС, гетерополімери, відповідає за збереження і передачу генетичної
інформації;
НК контролює матричний біосинтез білка.
НК в організмі існує у вигляді складних Б (нуклеопротеїдів)
НУКЛЕОПРОТЕЇДИ
гідроліз
Білок
НК
гідроліз
Нуклеотиди
Н3РО4
Нуклеозиди
гідроліз
Гетероцикличні сполуки
Альдопентози:
РНК
Рибоза
ДНК
Дезоксирибоза
НК забезпечують:
-зберігання та передачу спадкових ознак,
- управління синтезом клітинних білків.
НК входять в структуру складних білків - нуклеопротеїдів, що
містяться у всіх клітинах організму людини, тварин, рослин, бактерій,
вірусів.
Нуклеїнові кислоти - полінуклеотіди - біополімери, мономерами
яких є мононуклеотиди, які гідролізуються з утворенням:
піримідинової або пуринової основи;
моносахаридів рибози (РНК) або дезоксирибози (ДНК);
фосфорної кислоти.
Ортофосфорна
Нуклеїнова
Мононуклеотиди
кислота
кислота
Нуклеозиди
Вуглеводи
Гетероциклічні
основи
Вуглеводи:
!!! -аномери,
фуранозна форма
HO
CH2 O
HH
HO
OH
HH
OH
HH
H
OH
-D-дезоксирибофураноза
OH
CH2 O
HH
OH
-D-рибофураноза
Азотисті основи:
!!! Урацил – тільки РНК, Тимін – тільки ДНК, до складу нуклеїнових кислот
азотисті основи входять в лактамній (оксо-) формі.
ПІРИМІДИНОВІ ОСНОВИ:
O
H
N3
2
O
4
N H2
O
5
H
1 6
N
H
У р а ц и л (У )
2 ,4 -д и о к с о п ір и м ід и н
N3
2
O
4
1
N
H
5
6
CH3
N3
O
4
5
2 1 6
N
H
Ц и т о зи н (Ц )
Т и м ін (Т )
4 -а м ін о -2 -о к с о п ір и м ід и н
5 -м е т и л у р а ц и л
5 -м е т и л -2 ,4 -д и о к с о п ір и м ід и н
ПУРИНОВІ ОСНОВИ
N H
N
1
2
6 5
4
3
N
O
2
7
9
H
N
N1
8
2
N
H 2 N
H
А д е н ін (А )
6 -а м ін о п у р и н
6
3
5
4
N
7
N
9 8
N
H
Г у а н ін (Г )
2 -а м ін о -6 -о к с о п у р и н
Для оксопохідних пурину і піримідину характерна лактам-лактимна
таутомерія:
OH
O
H
N
N
O
N
HO
N
H
Л актам н а
форма
Л акти м н а
форма
Нуклеозиди (N-глікозиди), їх агліконом є гетероциклічні основи, а цукровим
фрагментом рибоза або дезоксирибоза
NH2
рибонуклеозиди;
N
дезоксирибонуклеозид
O
Глікозидний зв'язок (між
N
1
дезоксирибози (1С) і
O
N
O
CH2OH
1'
H
H
OH
OH
H
здійснюється за
гідроксилу рибози або
HO
1'
і основою
1
- H2O O
N
H
моносахаридом)
участю глікозидного
NH2
N
першого атома N
піримідинової (1N) основи
OH
OH
H
- H2O
N
H
N
N
9
N
H
NH2
NH2
N
H
H
H
CH2OH
HO
H
H
H
N
CH2OH
O
1'
9
N
H
H
H
OH
H
H
або дев'ятого атому нітрогену (9N)
пуринової основи.
Назви нуклеозидів піримідинового ряду: Уридин, Тимидин, Цитидин.
Назви нуклеозидів пуринового ряду: Аденозин, Гуанозин.
CH2OH
O
1'
H
H
OH
Нуклеотиди - продукти фосфорилювання нуклеозидів. Це фосфати нуклеозидів по
5| - положенню залишку моносахарида: рибонуклеотиди (мономери РНК) і
дезоксирибонуклеотидів (мономери ДНК) . Фосфатна група (має кислотні
властивості ) знаходиться в 3 'або 5' положенні => нуклеотиди - це естери і кислоти.
Відомі нуклеотиди,
в яких фосфорна
кислота етерифікує
дві ОН групи - 3 | і 5 |:
циклічна 3 |, 5 |
- аденілова (цАМФ)
і циклічна 3 |, 5 |
- гуанілова (цГМФ)
кислоти.
O
NH2
P OH
N
N
O
O
H2C
H
N
H
H
O
OH
цАМФ
H
N
O
O
P OH
N
N
O
N
O
H2C
H
H
H
O
OH
цГМФ
H
N
H
NH2
....
O
O
NH2
P OH
O
O
H2C
HH
N
N
H
N
N
H
O
H
OH
Утворення НК - полінуклеотіда:
Нуклеотиди зв'язуються фосфатною
групою з С-3 | моносахариду
попереднього мононуклеотида і
з С-5 | подальшого мононуклеотида:
NH2
HO P OH
O
O
H2C
Генетична інформація записана
(закодована) в нуклеотидній
послідовності (первинна структура) ДНК.
H
H
N
N
H
O
H
OH H
O
O
HO P OH
O
O
H2C
H
H
N
N
H
OH H
O
N
H
NH2
H
H
HO P O C
OH H
дА- дЦ- дГ- Т
N
O
H3C
N
O
N
H
H
O
.
H
.
..
H
H
O
Вторинна структура ДНК - просторова організація полінуклеотидних
ланцюгів - подвійна праворучзакручена спіраль, стабілізована водневими
зв'язками між комплементарними азотистими основами двох ниток: d спіралі
- 1,8-2,0 нм., в кожному витку 10 пар основ, крок спіралі - 3,4 нм .
Комплементарними парами є:
H N H ............................... O
O ......................... N H
H3C
N
N
N H ...........: N
N : ................... H N
N
R
Т
O
N
N
R
А
N
R
O ...........H
N
H
N
N
R
Г
А
Ц
Ц
Комплементарність - хімічна основа збереження і передачі спадкових
ознак. Збереження нуклеотидної послідовності - запорука безпомилкової
передачі генетичної інформації. Мутації - зміна нуклеотидної послідовності
під дією різних факторів:
зрушення таутомерної рівноваги: тимін в лактамной формі не утворює
комплементарної пари з гуаніном, а в лактімной - утворює, що призводить до
заміни пари тимін-аденін на пару тимін-гуанін;
вплив хімічних чинників і випромінювань: дезамынування аміногрупи в
аденозин під дією азотистої кислоти призводить до заміни пари А-Т на
«аномальну» пару гипоксантин – цитозин.
Полінуклеотидні ланцюги в спіралі антипаралельні, тобто у одного
ланцюга фосфодіефірні зв'язки утворюються в напрямку 5 | -3|, в іншій - 3| -5|.
Два ланцюга ДНК в спіралі не ідентичні, але комплементарні, тобто первинна
структура одного ланцюга визначає первинну структуру другого ланцюга.
Залежно від функцій
розрізняють три види РНК:
транспортна РНК (тРНК),
матрична РНК (мРНК)
і рибосомна РНК (рРНК).
Розрізняються за місцерозташуванням
в клітці, складом,
розмірами і функціями.
тРНК (10-20% від усіх клітинних РНК) транспортування амінокислот до місця синтезу
білка - в рибосоми. Структура тРНК - єдиний
ланцюг, яка в просторі утворює
вторинну структуру, що отримала
назву «лист конюшини».
мРНК є матрицею для синтезу білка. Складається з одного ланцюга,
довжина якого визначається довжиною синтезованої білкової молекули.
Кодону ДНК відповідає антикодон у мРНК. До мРНК, що знаходиться в
рибосомі, приходить тРНК, яка несе α-амінокислоти.
Рибосомна РНК (рРНК) безпосередньо приймає участь у синтезі
білків у рибосомах. На частку рРНК доводиться до 80% від суми клітинних
РНК.
НУКЛЕОЗИДПОЛІФОСФАТИ
Утворення АДФ АТФ
O
супроводжується
HO P OH
N
акумулюванням
O
енергії в ангідриN
H2C
O
дних (макроергічних)
зв'язках Р ~ O. При гідролізі H H
H
АТФ і АДФ ця енергія
H
OH OH
(32 кДж / моль) виділяється
АМФ
і тому АТФ у
біохімічних
HO
перетвореннях
+ H3P O4
(супряжених реакціях)
H3P O4
виступає у якості
«джерела» енергії.
N H2
N
+ H3P O4
N
H3P O4
O
O
HO P O P OH
O
OH
H2C
N H2
N
N
O
H
H
OH
H
OH
H
АДФ
O
O
O
P O P O P OH
O
OH
OH
H2C
М а к р о е р гіч н і
зв 'я зк и
N H2
N
N
O
H
H
OH
H
OH
H
АТФ
N
N
N + H PO
3
4
N
H3P O4