Вопросы для самоконтроля

1. Каковы основные характеристики моноаминомонокарбоновых, моноамино-дикарбоновых и диаминомонокарбоновых кислот? 2. Какие стереоизомеры аминокис-лот синтезируются в живых организмах? 3. Каковы структурные и биологические особенности протеино­генных аминокислот? 4. Что выражает понятие «незаменимые амино­кислоты»? 5. В виде каких форм находятся аминокислоты в растворе и как они взаимодействуют с кислотами и основаниями? 6. Какие продукты образуются при взаимо­действии аминокислот с редуцирующими сахарами и кислородом воздуха и как они влияют на товарные свойства растительной продукции? 7. В зависимости от каких факторов меняется концентра­ция аминокислот в тканях растений? 8. По каким незаме-нимым аминокислотам отмечается наибольший дефицит в растительной продукции? 9. В чем состоят принципиальные особенности технологий производства кормовых препаратов лизина, триптофана и метионина? 10. Как изменяется концентрация амино-кислот в вегетативных органах сельскохозяйственных растений?

1.4. Нуклеотиды

Наряду с аминокислотами важнейшей группой азотистых веществ являются нуклеотиды. Их биологическое значение для жизнедеятельности организмов определяется тем, что они используются для построения моле-кул нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновой (ДНК) и рибонуклеи-новой (РНК); в качестве активных группировок входят в состав каталити-ческих центров многих ферментов; участвуют в биоэнергетических про-цессах и синтезе углеводов, липидов, белков, алкалоидов и других ве-ществ. Некоторые нуклеотиды и их производные способны выполнять ре-гуляторные функции.

Главные структурные компоненты молекул нуклеотидов – азо-тистые основания, моносахаридная группировка (рибоза или дезоксири-боза) и остаток ортофосфорной кислоты. В зависимости от углеводного компонента различают два вида нуклеотидов: рибонуклеотиды, содержа-щие остаток рибозы, и дезоксирибонуклеотиды, имеющие в своем составе остаток дезоксирибозы. Дезоксирибонуклеотиды используются организма-ми для синтеза ДНК, а рибонуклетидные остатки входят в состав молекул РНК, ферментов и макроэргических нуклеозидполифосфатов.

Рибоза и дезоксирибоза в составе молекул нуклеотидов находятся в b-D-фуранозной форме:

Нуклеотиды образуются из двух типов азотистых оснований – произ-водных пиримидина и пурина. Свойства оснований они проявляют в вод-ном растворе при взаимодействии с молекулами воды. Из пиримидиновых оснований наиболее важное значение имеют урацил, тимин и цитозин как основные структурные единицы нуклеотидов, образующих нуклеиновые кислоты. Кроме них известны и другие основания – 5-метилцитозин, псевдоурацил, 5-оксиметилцитозин и др. Остатки 5-метилцитозина и 5-оксиметилцитозина в небольшом количестве могут содержаться в составе нуклеотидов ДНК и РНК, псевдоурацила – в транспортной РНК.

Из пуриновых оснований наибольшее значение имеют аденин и гуа-нин, так как они используются для синтеза нуклеиновых кислот. В составе нуклеиновых кислот в небольшом количестве обнаружены также и другие основания, которые образуются в результате химической модификации аденина и гуанина: 7-метилгуанин, 2-метиладенин, N-диметилгуанин и др. Важными промежуточными метаболитами являются гипоксантин, ксантин, аллантоин. В некоторых растениях они могут накапливаться в свободном состоянии.

Все азотистые основания интенсивно поглощают ультрафиолетовый свет при длинах волн 200–280 нм.

При взаимодействии азотистых оснований с молекулой рибозы или дезоксирибозы образуются соединения, называемые нуклеозидами, так как между остатками пентозы и основания возникает гликозидная связь. Основание в данном случае можно рассматривать как агликон по отношению к пентозе.

В нуклеозидах гликозидная связь возникает между первым углерод-ным атомом пентозы в b-фуранозной форме и азотом пуринового (в девя-том положении) или пиримидинового (в первом положении) основания. Азотистые основания аденин, гуанин, цитозин и урацил образуют при сое-динении с рибозой нуклеозиды – аденозин, гуанозин, цитидин и уридин, а с дезоксирибозой – дезоксиаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитидин, дезоксиуридин. Тимин, соединяясь с дезоксирибозой, дает дезокситими-дин.

При интенсивном распаде нуклеиновых кислот азотистые основания и нуклеозиды могут накапливаться в растениях в значительном количес-тве.

Фосфорнокислые эфиры нуклеозидов называют нуклеотидами. В со-ставе нуклеотидов остатки ортофосфорной кислоты могут присоединяться к пятому или третьему атому углерода рибозы или дезоксирибозы, а у некоторых рибонуклеотидов еще и ко второму атому углерода рибозы. У свободных нуклеотидов фосфатная группа обычно находится у пятого углеродного атома рибозы или дезоксирибозы. В нейтральной среде остат-ки ортофосфорной кислоты в молекулах нуклеотидов сильно диссоцииро-ваны, вследствие чего могут присоединять катионы, поэтому при химичес-ком выделении нуклеотиды кристаллизуются в виде солей.

Изучение пространственной структуры азотистых оснований мето-дом рентгеноструктурного анализа показывает, что все они имеют почти плоскую конформацию. У них довольно легко происходит перегруппи-ровка двойных связей, которая сопровождается таутомерными превраще-ниями. Например, гуанин может существовать в виде двух таутомерных форм:

Плоскость гетероциклического ядра основания в структуре нуклео-зидов и нуклеотидов может занимать в пространстве два положения по отношению к пентозе, образуя две противоположные конформации – син-конформацию и анти-конформацию. В анти-конформации структура азо-тистого основания развернута в сторону от плоскости пентозы, а в син-конформации ориентирована над её плоскостью (см. стр. 67). В свободном состоянии пиримидиновые нуклеотиды находятся преимущественно в анти-конформации, а пуриновые довольно легко переходят из одной формы в другую.

Поскольку у нуклеотидов сильно выражены кислотные свойства, их называют кислотами с учетом названий азотистых оснований и углевод-ного компонента. Так, например, рибонуклеотид, имеющий остаток адени-на, называют адениловой кислотой или аденозинмонофосфатом (АМФ). Дезоксирибонуклеотид, образованный из тимина, называют дезокситими-диловой кислотой, или дезокситимидинмонофосфатом (дТМФ). Названия других нуклеотидов представлены в таблице 1.2.

В растениях обнаружены циклические формы нуклеотидов – адено-зинмонофосфата и гуанозинмонофосфата, которые, по-видимому, выпол-няют регуляторные функции. Строение циклического АМФ можно пред-ставить слудующей формулой: