4.4 Нуклеиновые и кислоты и нуклеотиды
Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные соединения, молекулярная масса которых колеблется от 25 тыс. до 1 млн и более.
Полимерные цепи нуклеиновых кислот построены из мономерных единиц - нуклеотидов, в связи с чем нуклеиновые кислоты назы- вают полинуклеотидами.
Обычно «неделимое» мономерное звено (например, аминокислотный остаток в белках) у нуклеотидов представляет собой трехкомпонентное образование, включающее гетероциклическое основание, углеводный остаток и фосфатную группу.
Углеводными компонентами служат пентозы - D-рибоза и 2-дезокси-D-рибоза. В зависимости от этого нуклеиновые кислоты делятся нарибонуклеиновые(РНК), содержащие рибозу, идезоксирибонуклеиновые(ДНК), содержащие дезоксирибозу.
ДНК содержатся в основном в ядрах клеток, РНК находятся преимущественно в рибосомах, а также протоплазме клеток. РНК непосредственно участвуют в биосинтезе белка.
4.4.1. Нуклеотиды
Нуклеозиды
В химии нуклеиновых кислот входящие в их состав гетероциклические соединения пиримидинового и пуринового рядов обычно называютнуклеиновыми основаниями.
Нуклеиновые основания в качестве заместителей в гетероцикле могут содержать:
• либо оксогруппу, как в урациле и тимине;
• либо аминогруппу, как в аденине;
• либо одновременно обе эти группы, как в цитозине и гуанине.
Кислородсодержащие основания представлены лактамными таутомерными формами, в которых ароматичность не нарушена. Для всех оснований приняты сокращенные трехбуквенные обозначения, составленные из первых букв их латинских названий.
Нуклеиновые кислоты различаются входящими в них гетероциклическими основаниями: урацил входит только в РНК, а тимин -в ДНК:
Нуклеиновые основания образуют связь за счет одного из атомов азота с аномерным центром пентозы (D-рибозы или 2-дезокси-D- рибозы). Этот тип связи аналогичен обычной гликозидной связи и известен какN-гликозидная связь, а сами гликозиды - как N-гликози- ды. В химии нуклеиновых кислот их называютнуклеозидами.
В состав природных нуклеозидов пентозы входят в фуранозной форме (атомы углерода в них нумеруют цифрой со штрихом). Гликозидная связь осуществляется с атомом азота N-1 пиримидинового и N-9 пуринового оснований.
Природные нуклеозиды всегда являютсяβ-аномерами.
В зависимости от природы углеводного остатка различаютрибонуклеозидыидезоксирибонуклеозиды.Для нуклеозидов употребительны названия, производимые от тривиального названия соответствующего нуклеинового основания с суффиксами–идину пиримидиновых и–озину пуриновых нуклеозидов.
Цитозин +Рибоза → Цитидин
Цитозин +Дезоксирибоза → Дезоксицитидин
Аденин +Рибоза → Аденозин
Аденин + Дезоксирибоза → Дезоксиаденозин
Исключение составляет название «тимидин» (а не дезокситимидин), используемое для дезоксирибозида тимина, входящего в состав ДНК. В тех редких случаях, когда тимин встречается в РНК, соответствующий нуклеозид называется риботимидином.
Трехбуквенные символы нуклеозидов отличаются от символов оснований последней буквой. Однобуквенные символы применяются только для остатков (радикалов) нуклеозидов в более сложных структурах.
Нуклеозиды устойчивы к гидролизу в слабощелочной среде, но гидролизуются в кислой. Пуриновые нуклеозиды гидролизуются легко, пиримидиновые труднее.
В качестве лекарственных средств в онкологии используют синтетические производные пиримидинового и пуринового рядов, по строению похожие на естественные метаболиты (в данном случае - на нуклеиновые основания), но не полностью им идентичные, т. е. являющиеся антиметаболитами. Например,5-фторурацилвыступает
в роли антагониста урацила и тимина,6-меркаптопурин- аденина. Конкурируя с метаболитами, они нарушают синтез нуклеиновых кислот в организме на разных этапах.
Нуклеотиды
Нуклеотидами называют фосфаты нуклеозидов. Фосфорная кислота обычно этерифицирует спиртовый гидроксил при С-5' или С-3' в остатке рибозы (рибонуклеотиды) или дезоксирибозы (дезоксирибонуклеотиды).
Общий принцип строения нуклеотидов показан на примере фосфатов аденозина. Для связывания трех компонентов в молекуле нуклеотида используются сложноэфирная и N-гликозидная связи.
Нуклеотиды можно рассматривать, с одной стороны, как эфиры нуклеозидов (фосфаты), а с другой - 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 полностью ионизированном состоянии.
Для нуклеотидов используют два вида названий (табл. 4.4). Одно включает наименование нуклеозида с указанием положения в нем фосфатного остатка, например, аденозин-3'-фосфат, уридин-5'-фосфат; другое строится с добавлением сочетания-иловая кислотак названию остатка пиримидинового основания, например, 5'-уридиловая кислота, или пуринового основания, например 3'-адениловая кислота.
Таблица 4.4 - Важнейшие нуклеотиды, входящие в состав нуклеиновых кислот
Название нуклеотидов |
Сокращенное название |
|
как фосфатов |
как кислот |
|
Аденозин –5′– фосфат |
5′– Адениловая кислота |
AMP |
Гуанозин – 5′– фосфат |
5′– Гуаниловая кислота |
GMP |
Цитидин – 5′– фосфат |
5′– Цитидиловая кислота |
CMP |
Урадин – 5′– фосфат |
5′– Уридиновая кислота |
UMP |
Дезоксиаденозин – 5′– фосфат |
5′– Дезоксиадениловая кислота |
dAMP |
Дезоксигуанозин– 5′– фосфат |
5′– Дезоксигуанидовая кислота |
dGMP |
Дезонсицитидин– 5′– фосфат |
5′– Дезоксицитидиновая кислота |
dCMP |
Тимидин – 5′– фосфат |
5′–Тимидиновая кислота |
dTMP |
Используя принятый для нуклеозидов однобуквенный код, 5'-фосфаты записывают с добавлением латинской буквы «р»перед символом нуклеозида, 3'-фосфаты – после символа нуклеозида. Аденозин-5'-фосфат обозначается рА, аденозин-3'-фосфат - Ар и т. п. Эти сокращенные обозначения используют для записи последовательности нуклеотидных остатков в нуклеиновых кислотах. По отношению к свободным нуклеотидам в биохимической литературе широко используют их названия как монофосфатов с отражением этого признака в сокращенном коде, например АМР (или АМФ) для аденозин-5'-фосфата и т. д
Циклофосфаты.
К ним относятся нуклеотиды, у которых одна молекула фосфорной кислоты этерифицирует одновременно две гидроксильные группы углеводного остатка. Практически во всех клетках присутствуют два нуклеозидциклофосфата - аденозин-3',5'- циклофосфат (cAMP) и гуанозин-3',5'-циклофосфат (cGMP).
