Строениенуклеиновых кислот

Н уклеиновые кислоты — это высокомолекулярные органическиесоединения, конечными продуктами полного гидролиза которых являются азотистые основания (пуриновые или пиримидиновые) пентоза и фосфорнаякислота.

Различают два вида нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновыекислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК), различающихся помолекулярной массе, составу азотистых оснований, сахаров, устойчивостии функциям.

Молекулы ДНК несут наследственную информацию, котораязакодирована в их структуре. Они способны репродуцироваться и служатматрицей при синтезах РНК. РНК передают полученную от ДНК информацию, управляя синтезом тысяч различных белков, содержащихся вживых клетках.

Нуклеиновые кислоты — высокомолекулярные соединения, построенные из блоков (мономерных единиц), которыми являются мононуклеотиды.

Принцип построения нуклеиновых кислот был выяснен при изучениипродуктов гидролиза.

 Азотистые основания: пуриновые, пиримидиновые, майорные и минорные.

Пуриновые и пиримидиновые основания называют майорными.

         β -D-рибофураноза                             β-D-2-дезоксирибофураноза

 

Нуклеиновые кислоты, содержащие, рибозу называют РНК, а дезоксирибозу — ДНК. Нумерацию атомов углерода в пентозах осуществляютцифрами со штрихами. Гликозидный гидроксил в пентозе имеет обязательно β-конфигурацию.

Нуклеиновые кислоты различаются входящими в них гетероциклическими основаниями: урацил входит только в РНК, а тимин -в ДНК:

Нуклеиновые основания образуют связь за счет одного из атомов азота с аномерным центром пентозы (D-рибозы или 2-дезокси-D- рибозы). Этот тип связи аналогичен обычной гликозидной связи и известен как N-гликозидная связь, а сами гликозиды - как N-гликозиды. В химии нуклеиновых кислот их называют нуклеозидами.

Нуклеозиды

В состав природных нуклеозидов пентозы входят в фуранозной форме (атомы углерода в них нумеруют цифрой со штрихом). Гликозидная связь осуществляется с атомом азота N-1 пиримидинового и N-9 пуринового оснований.

Природные нуклеозиды всегда являются β-аномерами.

В зависимости от природы углеводного остатка различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Для нуклеозидов употребительны названия, производимые от тривиального названия соответствующего нуклеинового основания с суффиксами -идин у пиримидиновых и -озин у пуриновых нуклеозидов.

Исключение составляет название «тимидин» (а не дезокситимидин), используемое для дезоксирибозида тимина, входящего в состав ДНК. В тех редких случаях, когда тимин встречается в РНК, соответствующий нуклеозид называется риботимидином.

Трехбуквенные символы нуклеозидов отличаются от символов оснований последней буквой. Однобуквенные символы применяются только для остатков (радикалов) нуклеозидов в более сложных структурах.

В состав нуклеиновых кислот также входят минорные (редко встречающиеся) основания, минорные основания встречаются в структуре НКбактерий, вирусов.

Пиримидиновые и пуриновые основания — ароматические системы,

имеют плоское строение, в структуре НК азотистые основания присутствуют в энергетически более выгодной форме (более устойчивой) лактамной форме (42 кДж/моль).

Для оксопроизводных пиримидина и пурина характерна лактим-лактамнаятаутомерия, а для производных пурина еще и прототропная таутомерия, т. е. миграция водорода между положениями 7 и 9 имидазольного кольца.

Наиболее устойчивы лактамные формы, в виде лактамов азотистыеоснования входят в состав нуклеозидов и нуклеотидов.

В водных растворах таутомера NH-7 в 2,5 раза больше, чем таутомера NH-9.Урацил, тимин и цитозин — твердые высокоплавкие вещества, растворимые в воде, нерастворимые в неполярных органических растворителях.Для них характерно наличие прочных межмолекулярных водородных связей.Такого рода ассоциаты играют важную роль в формировании структуры нуклеиновых кислот.

При действии азотистой кислоты на пуриновые основания аденин игуанин происходит их дезаминирование с образованием соответственногипоксантина и ксантина.

Пуриновые и пиримидиновые основания ДНК несут генетическуюинформацию, тогда как углеводные и фосфатные группы выполняютструктурную роль.

У пуриновых нуклеозидов N-гликозидная связь осуществляется между С-1’-D-рибозы или дезоксирибозы и N-9 азотистого основания, а у пиримидиновых — между С-1’-D-рибозы или дезоксирибозы и N-1 основания. N-гликозидная связь имеет β-конфигурацию.

При назывании пуриновых и пиримидиновых дезоксинуклеозидов добавляется приставка дезокси-дезоксицитидин и так далее, за исключением тимидина.

N-гликозидная связь стабильна по отношению к щелочам, но легко подвергается гидролизу в кислой среде. Пуриновые нуклеозиды легко гидролизуются в кислой среде, а пиримидиновые нуклеозиды гидролизуютсяв более жестких условиях (после продолжительной обработки концентрированными кислотами).

 

Нуклеотиды

Нуклеотиды — это фосфорилированные нуклеозиды по С-2’, C-3’ и С-5’.Нуклеотиды являются сильными кислотами. При физиологических значениях рН (7,35) фосфатная группа ионизирована. Нуклеотиды подразделяются на рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.

Поскольку нуклеотиды находятся в ионизированном состоянии, их еще называют как сложные ионы с окончанием ат. АМФ — аденилат, ТМФ —тимидилат и т.д. Также сохранились и используются старые названия: АМФ-5’ — адениловая кислота, ТМФ — 5’-тимидиловая кислота. Сокращения АМФ, ТМФ всегда относятся к 5’-нуклеотидам.

Гидролизу подвергается как N-гликозидная, так и сложноэфирная связи, в зависимости от этого могут образовываться нуклеозиды или компоненты нуклеотида — азотистое основание, пентоза и фосфорная кислота.