Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Полифункциональные производные органических соединений. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.08.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1713 14 15 16 17 > Следующая >>>

NH2

CH2 O

HOCH2

H H

H H H H

OH OH

CH2 O

NH2

CH2

H H

III

OH OH

NH2

CH2 O

H H

OH H

H3C

NH2

HOC

H2 O

CH2 O

H H

H H H H

VII

VIII

OH H

Рис. 17. Строение нуклеозидов

121

NH2

P OCH2 O

NH2

P OCH

H H

OH X

NH2

CH2 O

NH2

P OCH

P O

H H

OH X

где Х=Н или ОН, P

OH -остаток фосфорной кислоты

Рис.18. Строение нуклеотидов

Значение нуклеотидов заключается не только в том, что они являются мономерами для построения полинуклео- тидных цепей нуклеиновых кислот. Находящиеся в свобод- ном состоянии в клетке нуклеотиды фосфорилируются с об-

разованием нуклеотиддифосфатов и нуклеотидтрифосфа-

тов, которые являются важнейшими переносчиками энергии для внутриклеточных процессов (внутриклеточного метабо- лизма).

Нуклеотиддифосфаты, которыми являются адено-

зиндифосфат (АДФ), гуанозиндифосфат (ГДФ) и т.д., со-

держат в молекуле одну ангидридную макроэргическую связь:

122

NH2

O CH -O-

P-O

P-OH

H H

OH OH АДФ

Нуклеозидтрифосфаты. К ним относятся аденозин-

трифосфат (АТФ), гуанозинтрифосфат (ГТФ) и т.д. Каж-

дая такая молекула имеет две ангидридные макроэргические связи:

H2N

O CH -O-

P-O

P-O P-OH

H H

OH OH

ГТФ

Макроэргической (высокоэнергетической) называют связь, которая в процессах внутриклеточного метаболизма гидролизуется с выделением значительного количества энер- гии.

Первичная структура нуклеиновых кислот. Под пер-

вичной структурой нуклеиновых кислот понимают опреде- ленную последовательность нуклеотидов (мономеров), кото- рая и определяет специфические, химические и биологиче- ские свойства полимерной полинуклеотидной молекулы. Достаточно заменить хотя бы один нуклеотид на другой, что- бы возникла новая молекула с новыми характерными свойст- вами. Молекулярная масса нуклеиновых кислот очень велика: она варьируется от десятков тысяч до нескольких миллионов. Молекулы ДНК и РНК образуют полинуклеотидную цепочку, длина которой в отдельных случаях может достигать не- скольких сантиметров.

123

Первичная структура РНК. При деградации РНК бы-

ло выделено четыре нуклеотида, а именно: АМФ, УМФ, ГМФ и ЦМФ. При этом была установлена следующая закономер- ность: количество АМФ соответствует УМФ, а содержание ГМФ – ЦМФ. Другими словами, на один нуклеотид, содер- жащий пиримидиновый гетероцикл, приходится нуклеотид, содержащий пуриновый гетероцикл. Эта закономерность но- сит правило Чаргаффа, которое, как мы видим, в дальнейшем объясняет строение вторичной структуры РНК.

Взаимодействие нуклеотидов друг с другом происхо- дит по типу поликонденсации: выделяется молекула воды из гидроксила фосфорной кислоты и гидроксила у 3/ атома угле- рода рибозы (РНК). Такая связь обозначается так: 5/ 3/ . Строение динуклеотида, состоящего из ГМФ (гуаниновый нуклеотид) и УМФ (уридиновый нуклеотид), приведено на рис. 19.

					O
О	ОН			N	NH
	Р			N
	Р
НО	O			N	Гуаниновый нуклеотид
	СН	2	O	N	N NH
		2			2
	H H			H Н
О	O			OH
О				O
НО Р O					NH
					NH
				N	Уридиновый нуклеотид
	СН2 O			N	O
	СН2 O
	H H			H Н

ОН ОН

Рис. 19. Строение динуклеотида Г-У

Первичная структура ДНК. Деградация ДНК фермен-

тами-нуклеазами заканчивается образованием четырех нук- леотидов: дАМФ, дГМФ, дЦМФ и дТМФ.

Таким образом, имеется два различия между молеку-

124

лами ДНК и молекулами РНК: во-первых, вместо гетероцик- ла урацила, который входит в состав РНК, в построении мо- лекулы ДНК участвует гетероцикл тимин; во-вторых, рибоза в молекуле РНК замещена в молекуле ДНК дезоксирибозой. Структура из трех нуклеотидов представлена на рис 20. Со- кращенное обозначение тринуклеотида – дА-дТ-дЦ.

NH2

HO	O		N		N
HO	O				N
HO	P		N	N O
	СН2 O			N O
	H H	H H H C
	O	H	3		NH
	O	H	O		NH
	HO	P			N		O
	HO		OCH2 O		N		O		NH2
			OCH2 O						NH2
			H H		H H				N
			O		H O				N
			O	P	H O
			HO	P			O		N O
					OCH				N O
					OCH	2
						2
					H H			H H

OH H

Рис. 20. Строение тринуклеотида дА-дТ-дЦ

Вторичная структура нуклеиновых кислот – это оп-

ределенная пространственная конфигурация (пространствен- ное расположение) цепей полимерных высокомолекулярных молекул полинуклеотидов. Движущей силой образования та- кой молекулой различных пространственных структур явля- ется возможность образования дополнительных связей, на- пример, водородных между отдельными участками молекул или между двумя отдельными молекулами. Для того чтобы водородные связи могли возникнуть, отдельные части моле-

125

кул должны иметь геометрическое соответствие друг другу. Такое пространственное соответствие структуры одной моле- кулы структуре другой носит название комплементарности (правило Чаргаффа).

В настоящее время рентгеноструктурным анализом ус- тановлено, что входящие в состав НК гетероциклы попарно комплементарны друг другу: аденин комплементарен ураци- лу, гуанин – цитозину и аденин - тимину.

Геометрическое соответствие гетероциклов приводит к тому, что между ними возникают водородные связи (рис. 21):

O ........................... H N

N		....	.............
	N	H
			N

H .....

цитозин

гуанин

..................O

..................

...

CH3

NH	N	O	NH	NH	N	O	NH


аденин			урацил	аденин			гуанин

Рис. 21. Образование водородных связей между гетероцик-

лами

Между аденином и урацилом, аденином и тимином возникают две водородные связи; структурное соответствие гуанина и цитозина способствует образованию между ними трех водородных связей. Для обозначения таких пар гетеро- циклов используют следующие символы:

... ... ....

А ...У, А ... Т, Г Ц.

126

Вторичная структура РНК. Молекулы РНК представ-

ляют собой полимерные линейные молекулы, состоящие из одной полинуклеотидной цепочки. В тех случаях, когда от- дельные участки длинной полимерной молекулы РНК в про- странстве сближаются настолько, что между ними может проявиться принцип комплементарности, тогда между этими отдельными участками РНК возникают водородные связи:

... ...

А ...У, Ц.... Г.

На рис. 22 показана вторичная структура РНК и часть спаренных водородными связями оснований.

Г A

Ц А Г У А Г

	У		Г	У	Ц
		А		У		А


A							Ц
A		У					Ц
		У

Рис. 22. Вторичная структура РНК

Вторичная структура ДНК. В отличие от одноцепо-

чечной молекулы РНК молекула ДНК состоит из двух поли- нуклеотидных цепочек. При построении такой “двойной спи- рали” также осуществляется принцип комплементарности, поэтому последовательность нуклеотидов одной цепи опре- деляется порядком расположения нуклеотидов в другой по- линуклеотидной цепи. Так, только при условии расположения аденина (А) в одной цепи против тимина (Т) в другой, а гуа- нина (Г) против цитозина (Ц), между двумя полинуклеотид- ными цепями возникают водородные связи, и образуется ста- бильная двойная спираль ДНК. Следовательно, две полинук- леотидные молекулы расположены друг против друга таким образом, что дезоксиаденозинмонофосфат (ДАМФ) соответ- ствует дезокситимидинмонофосфату (ДТМФ), а дезоксици-

127

тидинмонофосфат (ДЦМФ) – дезоксигуанозинмонофосфату (ДГМФ).

Схематически “двойная спираль” ДНК показана на

рис.23.

.А. .А. .Г. . .Ц. . .Т. .Г. . .Т. .А. .Ц. .

. .	. .	. . .	. . .	. .	. . .	. .	. .	. . .
. .	. .	. . .	. . .	. .	. . .	. .	. .	. . .

Т Т Ц Г А Ц А Т Г

Рис. 23. Комплементарная последовательность нуклеотидов

в ДНК

Отметим еще одну особенность молекулы ДНК - две полинуклеотидные цепочки являются антипараллельными. На рис. 24 представлен участок цепи ДНК. Из рисунка видно,

что в одной цепи связи фосфор-сахар идут в направлении 5/3/, а в другой – наоборот: 3/5/.

N H

.................

.......

CH3

CH2 O

O N H

H H

O СH2

.........................

................

CH		O	N

	2
H H			H H

	..
....		H
O

N	N	N	H
N	N		H	H H
			H	H H
H		H	O	СH2
				O	O
				P
				O	OH

Рис. 24. Участок структуры ДНК

Двойная спираль с многочисленными водородными связями образует достаточно устойчивую и в то же время

128

подвижную структуру, что отражается на ее свойствах.

Некоторые свойства ДНК

Денатурация. При нагревании или при добавлении спиртов, щелочей или под действием ферментов водородные связи между спиралями разрываются вплоть до образования двух отдельных полинуклеотидных цепей. Этот процесс рас- кручивания спирали называется денатурацией. При денатура- ции все ковалентные связи сохраняются. Процесс «расплета- ния» двойной спирали ДНК и обратной рекомбинации посто- янно происходит в живой клетке.

Деградация. Это гидролиз ДНК с участием ферментов- нуклеаз до отдельных нуклеотидов. Эндонуклеазы отщепля- ют нуклеотиды с концов полинуклеотидных цепей.

Репликация ДНК. Репликация – это точное воспроиз- ведение молекулы ДНК, когда из одной материнской молеку- лы появляются две дочерние молекулы, являющиеся полной копией исходной (рис. 25).

						T	Г
						Ц	Г
старая цепь 5	T	ЦЦ			Г T	A	Г
	T	ЦЦ	A	Ц	Г T
	A A		A	Ц	A	T
	A A	Г	Г		A	T
		Г	Г	T Ц		Г
		Г		T Ц		Г
старая цепь 3	T		T Ц	A Г		A
старая цепь 3							Ц
							Ц
							Ц Ц

A Г T

A Ц

T A T

A Г

T Ц

A TAT

T Ц	5'старая цепь
A
Г
	новая цепь

TЦ новая цепь

3' старая цепь

Рис. 25. Схема репликации ДНК.

Репликация ДНК – очень сложный процесс. Для осу- ществления его необходимы четыре дезоксирибонуклеозид- трифосфата (ДАТФ, ДЦТФ, ДГТФ, ДТТФ) и ферменты ДНК- полимераза и РНК-полимераза. Процесс репликации состоит из следующих стадий. Сначала происходит раскручивание двойной спирали ДНК. Затем на каждой из двух образовав- шихся полинуклеотидных цепей, называемых матрицей (шаблоном), начинает собираться (синтезироваться) компле- ментарная ей вторая полинуклеотидная цепь. После полного

129

раскручивания исходной молекулы из каждой одноцепочеч- ной полинуклеотидной цепи образуется двойная спиральная молекула. Таким образом, появляются две новые молекулы ДНК.

Такой механизм репликации называют полуконсерва- тивным, так как в каждой из двух новых ДНК одна из цепей старая, и только одна синтезируется вновь. Механизм репли- кации лежит в основе передачи генетической информации от одного поколения клеток к следующему. Поразительно, что с помощью этой хрупкой молекулы ДНК на протяжении мил- лионов поколений без изменений происходит передача на- следственных признаков у всех живых организмов.

Понятие о мутациях. В ходе репликации (образования двух дочерних ДНК из одной матричной) возникает неболь- шое количество ошибок. Такого рода ошибки называют ген- ными мутациями. Они заключаются в изменении порядка мононуклеотидных звеньев в полинуклеотидной цепи. Замена только одного нуклеотида другим называется точечной му- тацией. В этом случае генетическая информация меняется незначительно. Такой организм способен существовать и вы- полнять те же функции, что и исходный материнский. При большом количестве ошибок, заключающихся в замене зна- чительного количества одних мононуклеотидов на другие, происходят серьезные нарушения в жизнедеятельности орга- низма, что может привести к летальному исходу. Мутагенез – процесс возникновения наследственных изменений (мута- ций), вызываемых различными факторами, которые называют мутагенами. Разработанные в настоящее время искусствен- ные способы мутагенеза лежат в основе новой отрасли науки

– генной инженерии.

8. ВИТАМИНЫ

Все известные к настоящему времени механизмы био- химических реакций тесно связаны с различными превраще- ниями витаминов, входящих в состав ферментов. При изуче-

130

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1213 / 1713 14 15 16 17 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]