26. Нуклеотиды: строение, номенклатура, отношение к гидролизу.

Нуклеотиды образуются в результате частичного гидролиза нуклеиновых кислот, либо путем синтеза. Они содержатся в значительных количествах во всех клетках. Нуклеотиды являются фосфатами нуклеозидов.

В зависимости от природы углеводного остатка различают дезоксирибонуклеотиды и рибонуклеотиды. Фосфорная кислота обычно этерифицирует спиртовый гидроксил при С-5' или при С-З' в остатках дезоксирибозы (дезоксирибонуклеотиды) или рибозы (рибонуклеотиды). В молекуле нуклеотида для связывания трех структурных компонентов используются сложноэфирная связь и N-гликозидная связь.

Принцип строения мононуклеотидов

Нуклеотиды можно рассматривать как фосфаты нуклеозидов (эфиры фосфорной кислоты) и как кислоты (в связи с наличием протонов в остат­ке 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. Один из них включает наименование нуклеозида с указанием положения в нем фосфатно­го остатка, например аденозин-3'-фосфат, уридин-5'-фосфат. Другой вид на­званий строится путем добавления сочетания -иловая кислота к названию ос­татка нуклеинового основания, например 3'-адениловая кислота, 5'-уридиловая кислота.

В химии нуклеотидов также принято использование сокращенных назва­ний. Свободные мононуклеотиды, т. е. не находящиеся в составе полинуклеотидной цепи, называют как монофосфаты с отражением этого признака в сокращенном коде буквой «М». Например, аденозин-5'-фосфат имеет сокра­щенное название АМР (в отечественной литературе — АМФ, аденозинмоно- фосфат) и т. п.

Для записи последовательности нуклеотидных остатков в составе полинуклеотидных цепей применяется другой вид сокращений с использованием однобуквенного кода для соответствующего нуклеозидного фрагмента. При этом 5'-фосфаты записываются с добавлением латинской буквы «р» перед од­нобуквенным символом нуклеозида, 3'-фосфаты — после однобуквенного символа нуклеозида. Например, аденозин-5'-фосфат — рА, аденозин-3'-фосфат — Ар и т. п..

Нуклеотиды способны гидролизоваться в присутствии сильных неорга­нических кислот (НС1, НВr, Н₂SО₄) и некоторых органических кислот (СС1₃СООН, НСООН, СН₃СООН) по N-гликозидной связи, фосфорноэфир­ная связь проявляет при этом относительную устойчивость. В то же время под действием фермента 5'-нуклеотидазы гидролизуется сложноэфирная связь, а N- гликозидная связь сохраняется.

27. Нуклеотидные коферменты: атф–строение, отношение к гидролизу.

Нуклеотиды имеют большое значение не только как мономерные едини­цы полинуклеотидных цепей различных видов нуклеиновых кислот. В живых организмах нуклеотиды являются участниками важнейших биохимических процессов. Особенно они важны в роли коферментов, т. е. веществ, тесно свя­занных с ферментами и необходимых для проявления ими ферментативной активности. Во всех тканях организма в свободном состоянии содержатся моно-, ди- и трифосфаты нуклеозидов.

Особенно известны аденинсодержащие нуклеотиды:

• аденозин-5'-фосфат (АМР, или в русской литературе АМФ);

• аденозин-5'-дифосфат (ADP, или АДФ);

• аденозин-5'-трифосфат (АТР, или АТФ).

Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к взаимо­превращениям путем наращивания или отщепления фосфатных групп. Дифосфатная группа содержит одну, а трифосфатная — две ангидридные связи, обладающие большим запасом энергии и поэтому называемые макроэргическими. При расщеплении макроэргической связи Р-О выделяется -32 кДж/моль. С этим связана важнейшая роль АТФ как «поставщика» энергии во всех живых клетках.

Взаимопревращения фосфатов аденозина.

В приведенной выше схеме взаимопревращений формулы АМФ, АДФ и АТФ со­ответствуют неионизированному состоянию молекул этих соединений. С участием АТФ и АДФ в организме осуществляется важнейший биохи­мический процесс — перенос фосфатных групп.

28. Нуклеотидные коферменты: НАД⁺ и НАДФ⁺ – строение, алкилпиридиниевый ион и его взаимодействие с гидрид–ионом как химическая основа окислительного действия, НАД⁺.

Никотинамидадениндинуклеотиды. К этой группе соединений относят­ся никотинамидадениндинуклеотид (NAD, или НАД) и его фосфат (NADP, или НАДФ). Эти соединения выполняют важную роль коферментов в реакциях биологического окисления органических субстратов путем их дегидрирования (с участием ферментов дегидрогеназ). Поскольку эти коферменты являются участниками окислительно-восстановительных реакций, то они могут существовать как в окисленной (НАД+, НАДФ+), так и в восстановленной (НАДН, НАДФН) формах.

Структурным фрагментом НАД⁺ и НАДФ⁺ является никотинамидный ос­таток в виде пиридиниевого иона. В составе НАДН и НАДФН этот фрагмент превращается в остаток замещенного 1,4-дигидропиридина.

В ходе биологического дегидрирования, являющегося особым случаем окисления, субстрат теряет два атома водорода, т. е. два протона и два элект­рона (2Н+, 2е) или протон и гидрид-ион (Н+ и Н). Кофермент НАД+ рассматривается как акцептор гидрид-иона. В результате восстановления за счет присоединения гидрид-иона пиридиниевое кольцо переходит в 1,4-дигидропиридиновый фрагмент. Данный процесс обратим.

В ходе окисления ароматический пиридиниевый цикл переходит в неарома­тический 1,4-дигидропиридиновый цикл. В связи с потерей ароматичности возраста­ет энергия НАДН по сравнению с НАД+. Увеличение энергетического содержания происходит за счет части энергии, выделяющейся в результате превращения спирта в альдегид. Таким образом, НАДН запасает энергию, которая затем расходуется в дру­гих биохимических процессах, требующих энергетических затрат.