11.1. Классификация нуклеиновых кислот, отличия в строении и составе как следствие различных биологических функций
Непрерывность жизненных процессов связана с существованием особых макромолекулярных соединений –нуклеиновых кислот.
Молекулярная масса этих гигантских молекул достигает 10 7 Д.Долгое время исследования физико-химических свойств и состава нуклеиновых кислот упирались в их неустойчивостьin vitro:существует утверждение, что цепь нуклеиновой кислоты разрывается даже при резком перемешивании раствора, в к котором она находится. Тем не менее,in vivoтакие легко разрушающиеся молекулы безукоризненно сохраняют и передают генетическую информацию у всех живых организмов.
Нуклеиновые кислоты( НК ) включают в себя два класса :
РНК- рибонуклеиновые кислоты
ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты
Они отличаются биологическими функциями и химическим составом. В условиях in vivo
НК обязательно связаны с белками- образуют единый нуклеопротеидный комплекс.
Последовательный гидролиз нуклеопротеинов можно представить схемой:
Нуклеопротеин ——>нуклеиновая кислота + белок
↓ ОН–
Нуклеотиды
↓ ОН–
Нуклеозиды + Н3Р О4
↓ Н+
Азотистые основания + пентоза
Обратите внимание, гидролиз полинуклеотидов и нуклеотидов проходят в щелочной среде, а нуклеозидов – в кислой. Это связано с тем, что гидролизу подвергаются разные типы связей: при гидролизе полинуклеотидов и нуклеотидов- сложные фосфорноэфирные, а нуклеозидов- гликозидные.
Гидролиз выявляет также различный состав ДНК и РНК :
ДНКсодержит азотистые основания - аденин(А), гуанин(Г), тимин (Т) и цитозин(Ц)
и пентозу- 2-D- дезоксирибозу
РНКсодержит азотистые основания - аденин(А), гуанин(Г), урацил (У) и цитозин (Ц)
и пентозу- D- рибозу
Различают три вида РНК- информационную иРНК, транспортную тРНК, рибосомальную рРНК .
Нуклеиновые кислоты – ДНК, иРНК. рРНК - представляют собой нуклеопротеины.
11.2.Азотистые основания нуклеиновых кислот
Азотистые основания нуклеиновых кислот являются производными двух различных гетероароматических соединений: пиримидина и пурина.
Производные пиримидина урацил, тимин, цитозин.
Производные пурина : аденин, гуанин
Азотистые т основания- производные пиримидина
( урацил, тимин, цитозин)
пиримидин
Пиримидин!( 1,3 - диазин) – гетероароматическое соединение. слабое основание( оба атома азота сохраняют основные свойства)
Производные пиримидина , содержащие в цикле гидрокси- и аминогруппы- входят в состав нуклеиновых кислот, и их называют пиримидиновые азотистые основания. К ним относятся урацил, тимин, цитозин.
В клетке исходным соединением в синтезе пиримидиновых азотистых оснований является оротовая кислота–2,6–диоксопиримидин-4-карбоновая кислота.(4-карбоксиурацил). После декарбоксилирования в составе нуклеозида образуется урацил, а из него тимин( путем метилирования) и цитозин.
Оротовая кислота
Урацил Тимин Цитозин
2,4-диоксопиримидин 2,4- диоксо-5-метилпиримидин 2 –оксо -4-аминопиримидин
Важным свойством пиримидиновых азотистых оснований является способность к лактим-лактамной таутомерии. На рисунках представлена лактамная форма, характерная для структуры нуклеиновых кислот..
Лактимная форма, в которой классическая ароматическая система( переход атомов водорода к атомам кислорода группы С=О восстанавливает ароматическую шести электронную систему в цикле), непригодна для нуклеиновых кислот по следующим обстоятельствам:
1). только в лактамной форме есть группа - N-H, которая участвует в образовании
N- гликозидной связи.
2). В лактамной форме есть фрагмент - NH- С - , необходимый для образования связей
||
О
в омплементарной ля образования связей в комплементарной паре в структкре ДНК называют пиримидиновые азотистые основаникомплементарных парах в структуре ДНК и в комплементарных парах, которые возникают в процессах репликации, транскрипции и трансляции.
Между урацилом и тимином имеются некоторые отличия: донорная метильная группа в тимине увеличивает электронную плотность в гетероциклической системе, снижает поляризацию связи -N-H( снижает кислотностьNH–кислотного центра) и способствует созданию менее полярной и более прочной гликозидной связи в ДНК .