РОСТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ХИМИИ
Лекция 1
Обмен нуклеиновых кислот, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов
Омельченко Галина Валентиновна Доцент кафедры химии, к.б.н.
Нуклеотид - это химическое соединение трех веществ: азотистого основания, углевода (моносахарида — рибозы, дезоксирибозы) и фосфорной кислоты или (фосфорные эфиры нуклеозидов).
Строение нуклеотидов.
Каждый нуклеотид содержит 3 химически различных компонента: гетероциклическое азотистое основание, моносахарид (пентозу) и остаток фосфорной кислоты.
В состав нуклеиновых кислот входят азотистые основания двух типов: пуриновые – аденин (А), гуанин (G) и пиримидиновые – цитозин (С), тимин (Т) и урацил (U).
Пентозу соединяет с основанием N-гликозидная связь, образованная С1-атомом пентозы (рибозы или дезоксирибозы) и N1 -атомом пиримидина или N9-aтомом пурина
Моносахариды, входящие в состав нуклеиновых кислот
5 |
|
|
|
OH |
|
|
CH2OH O |
|
|
||
4 |
|
1 |
|||
|
H |
H |
|
||
H |
|
|
|||
|
|
H |
|||
|
|
3 |
|
2 |
|
OH OH
β – рибоза (РНК)
5 |
CH2OH O |
|
|
|
OH |
||
|
|
|
|
||||
4 |
|
H |
H |
|
1 |
||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
||
H |
|
|
|
|
H |
||
|
|
|
3 |
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
H |
|
|
||
β – дезоксирибоза (ДНК)
Гетероциклические азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот
Производные пурина
Производные пиримидина
|
|
|
|
NH2 |
|
O |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
N |
|
|
|
|
N |
HN |
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N N |
NH2 N |
|
N |
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
H |
|||||||
урацил (У) |
тимин (Т) |
цитозин (Ц) |
аденин (А) |
гуанин |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
(Г) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Лактим-лактамная таутомерия азотистых оснований
Лактим-лактамная таутомерия азотистых оснований
В зависимости от числа имеющихся в молекуле остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты (НМФ), нуклеозиддифосфаты (НДФ), нуклеозидтрифосфаты (НТФ).
Нуклеотиды, в которых пентоза представлена рибозой, называют рибонуклеотидами, а нуклеиновые кислоты, построенные из рибонуклеотидов, - рибонуклеиновыми кислотами, или РНК. Нуклеиновые кислоты, в мономеры которых входит дезоксирибоза, называют дезоксирибонуклеиновыми кислотами, или ДНК.
Комплементарность азотистых оснований: А = Т , Г ≡ Ц.
|
|
|
|
|
H |
N |
|
H ... |
|
|
O |
|
|
|
|
||||||
N |
|
|
5 |
N 3 |
|
4 |
|
5 C |
|||||||||||||
|
|
6 |
1N ...H |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
C |
C |
|
|
|
|
|
C |
|
|
CH3 |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
2 |
|
|
|
C2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
|
||||||
HC |
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
3 |
CH |
|
|
|
|||||||||||
N |
|
CH |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||||
C |
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
N |
|
O |
|
|
N |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А = Т
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
... |
H |
|
|
N |
|
|
|
|
H |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
N C |
5 |
6 |
|
1N |
|
|
H ... |
N 3 |
|
|
5 CH |
||||||||||||||
|
|
|
4 |
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
4 |
3 |
|
2 |
|
N H ...O C |
2 |
|
|
6 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
HC N C |
N |
|
|
N |
|
|
CH |
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
H
Г ≡ Ц.
Комплементарые основания уложены в стопку в сердцевине спирали. Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникают гидрофобные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль.
Характер химических связей в НК:
|
|
K |
3' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
5' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N |
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
O |
|
P |
|
O |
|
|
|
|
CH2 |
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
OH |
4' |
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
H |
|
1' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
O |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3' |
|
|
|
|
|
|
|
2' |
|
|
|
|
|
HN |
|
|
|
|
|
|
|
N |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
OH |
|
|
|
|
|
|
9 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 |
' |
|
|
|
|
|
NH2 |
N |
N |
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
O |
|
|
|
|
P |
|
|
O |
|
|
|
|
CH2 |
|
|
|
O |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
OH |
4' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
' |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
1 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
|
|
|
2' |
H |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3' |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
O OH
1.сложные 3' - 5' - фосфодиэфирные связи между нуклеотидами;
2.водородные связи во вторичной структуре ДНК (комплементарные пары оснований);
3.1',9 – N – гликозидная; 1',1
– N – гликозидная (между С(1) углеводного остатка и N (9) пуриновых или N (1)
пиримидиновых оснований).
K5'
Структуры РНК
Первичная структура РНК
Вторичная структура РНК
Третичная структура РНК
— порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи
— полинуклеотидная цепь, отдельные участки которой спирализованны
— спирализованная вторичная структура РНК
Первичная структура РНК - порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи. В РНК, как и в ДНК, нуклеотиды связаны между собой 3',5'- фосфодиэфирными связями. Концы полинуклеотидных цепей РНК неодинаковы. На одном конце находится фосфорилированная ОН-группа 5'-углеродного атома, на другом конце - ОН-группа 3'- углеродного атома рибозы, поэтому концы называют 5'- и 3'-концами цепи РНК. Гидроксильная группа у 2'-углеродного атома рибозы делает молекулу РНК нестабильной. Так, в слабощелочной среде молекулы РНК гидролизуются даже при нормальной температуре, тогда как структура цепи ДНК не изменяется.
Вторичная структура РНК
Молекула рибонуклеиновой кислоты построена из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли - "шпильки", за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями A-U и G-C. 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.
Третичная структура РНК
Одноцепочечные РНК характеризуются компактной и упорядоченной третичной структурой, возникающей путём взаимодействия спирализованных элементов вторичной структуры. Так, возможно образование дополнительных водородных связей между нуклеотидными остатками, достаточно удалёнными друг от друга, или связей между ОН-группами остатков рибозы и основаниями. Третичная структура РНК стабилизирована ионами двухвалентных металлов, например ионами Mg2+, связывающимися не только с фосфатными группами, но и с основаниями.