Лекція № 19-21. Хімічний склад і структура нуклеиновых кислот
1. Хімічний склад нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоти — складні високомолекулярні сполуки, що забезпечують зберігання, передачу спадкоємної інформації й реалізацію цієї інформації. Їхні структурні компоненти виконують функції кофакторов, аллостерических эффекторов, входять до складу коферментів, беруть участь в обміні речовин і енергії. При повному гідролізі нуклеиновых кислот утворюються пуринові й пиримидиновые підстави, вуглеводи (рибоза й дезоксирибоза) і фосфорна кислота. Вуглеводи — рибоза й дезоксирибоза — у молекулах нуклеиновых кислот перебувають в eоdорибофуранозной формі:
Вуглевод у молекулі РНК представлений рибозой, а в молекулі ДНК — дезоксирибозой, звідки і їхньої назви. Основою структури азотистих підстав є пурин і пиримидин:
У складі нуклеиновых кислот зустрічаються три головні пиримидиновых підстави: цитозин, урацил і тимин:
Існують також мінорні пиримидиновые підстави: 5имітив і 5иоксиметилцитозин, дигидроурацил, псевдоурацил, 1иметилурацил, оротовая кислота, 5икарбоксиурацил, 4итиоурацил і ін. Головні пуринові підстави, що входять до складу нуклеиновых кислот, — це аденин і гуанін:
До мінорних пуиновым підставам ставляться инозин, NиМетиладенозин, N-метилгуанозин, ксантин, гипоксантин, 7иметилгуанозин і ін.
Азотисті підстави здатні існувати у дві таутомерных формах: лактимной і лактамной ( при ph 7,0 вони перебувають у лактамной формі, при зниженні ph переходять у лактимную форму).
Усі оксипроизводные природних нуклеиновых кислот перебувають у лактамной формі.
2. Особливості структури нуклеиновых кислот
Існує ряд закономірностей сполуки й кількісного змісту азотистих підстав у нуклеиновых кислотах (правила Чаргаффа).
Молярна частка пуринів дорівнює молярній частці пиримидинов: А + Г = Ц + Т або (А + Г) / (Ц + Т) = 1.
Кількість аденина й цитозина дорівнює кількості гуаніну й тимина: А + Ц = Г + Т або (А + Ц) / (Г + Т) = 1.
Кількість аденина дорівнює кількості тимина, а кількість гуаніну дорівнює кількості цитозина: А = Т и Г = Ц або А / Т = 1 і Г / Ц = 1.
Коефіцієнт специфічності (Г + Ц) / (А + Т) для тварин і більшості рослин нижче 1 (0,54—0,94), у мікроорганізмів він може бути вище 1 (0,45—2,57).
Структурними одиницями нуклеиновых кислот є нуклеотиды, що полягають із азотистої підстави, вуглеводу й фосфорної кислоти, причому вуглевод займає центральне місце:
Пентоза з'єднана із залишком фосфорної кислоти сложноэфирной зв'язком, а з азотистою підставою — NоГликозидной зв'язком. При відщіпленні фосфорної кислоти утворюються нуклеозиды. У якості радикала R може виступати H- або OhпГрупа. Розрізняють п'ять типів мононуклеотидов залежно від азотистої підстави — АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ і ТМФ. Мононуклеотиды, приєднавши до себе ще один залишок фосфорної кислоти, утворюють нуклеозиддифосфаты. При приєднанні ще одного залишку фосфорної кислоти утворюються нуклеозидтрифосфаты. Тільки нуклеозидтрифосфаты використовуються для синтезу нуклеиновых кислот.
В організмі існують також циклічні нуклеотиды:
Циклічний 2', 3'-АМФ утворюється в якості проміжного продукту розпаду РНК, а циклічний 3', 5'-АМФ зустрічається у вільному стані, відіграючи роль медіатора позаклітинних сигналів у тварин. Аналогічна функція в цгмф, похідних УДФ і ЦТФ і нуклеотидов у складі кофакторов і коферментів.
Синтетичні аналоги азотистих підстав, нуклеозидов і нуклеотидов використовуються в медицині (в онкології). Вбудовуючись у клітинні компоненти, вони виявляють цитотоксическое дія. До них ставляться 5ифторурацил, 6итио й 6имеркаптопурин, 8иазагуанин, 6иазауридин і 6иазацитидин, 5ойодпроизводное дезоксиуридина.