Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Нуклеозиды - частный случай молекул, состоящих из углеводной части и неса­
харной части - агликонной и называемых гликозидами. Вообще в гликозидах агликонная
часть может быть остатком любой молекулы, способной реагировать с полуацетальным
гидроксилом углеводной части. Это, например, может быть спирт, дающий О-
алкилгликозид:

Получившийся в данном случае гликозид, является О-метилгликозидом.

О-гликозидами являются также ди-, три-, олиго- и полисахариды. Кроме них в природе имеются и другие О-гликозиды, например, красители антоцианы: комплексы металлов Ni, Cu, Fe, Мо с пигментной частью:

Наряду с О-гликозидами в природе существуют S-гликозиды и N-гликозиды. Среди N-гликозидов особенно важными являются нуклеозиды - производные пуриновых и пиримидиновьк оснований. Общая формула нуклеозидов следующая:

Имеются и другие нуклеозиды, мало отличающиеся по строению от названных в
таблице, расположенной ниже. Как правило в этих нуклеозидах в агликоновой части по­
являются лишние метильные или оксиметильные группы.,

Свободные нуклеозиды содержатся в небольших концентрациях в различных
тканях. Но основная их масса входит в виде фрагментов в молекулы нуклеиновых кислот
и нуклеотидов.. ■

Нуклеозиды - бесцветные кристаллические вещества с высокой температурой плавления. Например: у тимидина - 187°С, у аденозина - 229°С. Все нуклеозиды оптиче­ски активны, но не мутаротируют, т.к. у них нет свободного полуацетального гидроксила. У тимидина [a]_D = +32.2°С. У аденозина [a]_D = +60°С. Большинство нуклеозидов хорошо растворимы в горячей воде, хуже в холодной, гораздо лучше, чем в холодной воде, они растворимы в кислых и щелочных растворах. Пиримидинсодержащие нуклеозиды при прочих равных условиях растворимы лучше пуринсодержащих.

Химические свойства нуклеозидов определяются природой азотистых оснований, строением углеводной части и прочностью N-гликозидной связи.

Нуклеозиды имеющие в агликоне -ОН группу обладают свойствами слабых ки­слот (на уровне фенолов). Их 9 < рК_а < 10. Нуклеозиды имеющие свободную аминогруппу обладают свойствами слабых оснований.

Наиболее важные N-гликозиды. Таблица.

Название нуклеозида	Название пуриновых или пиримидиновьгх оснований (агликонов)	R	R’ (название моносахарида)
Аденозин (9-β-D-рибофуранозиладенин)	Аденин		1. ОН D-рибоза Н 2' - D- дезоксирибоза
Гуанозин (9-β-D-рибофуранозилгуанин)	гуанин		1. ОН D-рибоза Н 2' - D- дезоксирибоза
Цитидин (3-β-D-рибофуранозилцитозин, цитозинрибозид)	цитозин		1. ОН D-рибоза 2. Н 2' - D- дезоксирибоза
Уридин (3-β-D-рибофуранозил-урацил, урацилрибо-зид)	урацил		ОН D-рибоза
тимидин [(3-β-D-2'-дезоксирибофу-ранозил)-2,4-диокси-5-метилпиримидин]	тимин		Н 2' - D- дезоксирибоза

N-гликозидная связь пуринсодержащих нуклеозидов достаточно легко гидроли-зуется с получением моносахарида и азотистого основания. Например в 10% серной ки­слоте за 1час при t = 100°C. Пиримидиновые нуклеозиды гораздо устойчивее. Они не гид-ролизуются при кипячении в кислоте, однако гидролизируется в щелочах, при этом раз­рушается углеводная часть молекулы. Устойчивость к гидролизу теряется при гидрирова­нии так называемой двойной связи в положении 4,5. Кроме того она теряется при броми-ровании производных пиримидина в положение 5.

Нуклеозиды могут быть проалкилированы и проацилированы по атомам азота кольца и аминогруппам. В пиримидиновых нуклеозидах водород в положении 5 может замещаться на галоген, нитро- и нитрозогруппу.

При действии нитрита натрия и соляной кислоты в аденозине_, гуанозине и цити-дине NH₂-группы «дезаминируются» по известной реакции:

и получаются другие нуклеозиды: инозин, ксантозин и уридин.

В отличие от нуклеозидов, содержащих 2-D-дезоксирибозу, нуклеозиды, содер­жащие рибозу, подвергаются периодатному окислению.

Получают нуклеозиды химическим или ферментативным гидролизом ДНК или

РНК.

Имеются и синтетические методы получения нуклеозидов, что используется для получения аналогов природных нуклеозидов для биологических исследований, в фармакологии и медицине. Например, для получения антибиотика – пуроницина:

Нуклеотиды - сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты - природные
биологически активные соединения, широко распространенные в животных и раститель­
ных тканях и микроорганизмах, как в свободном виде, так и в составе соединений: нук­-
леиновых кислот, некоторых коферментов, и витаминов.

Мононуклеотидами, или собственно нуклеотидами называют соединения, обра­зованные из одного фрагмента азотистого основания, одного фрагмента моносахарида и одного остатка фосфорной кислоты. Например, тимидинмонофосфорная кислота.

Такие нуклеотиды, содержащие остатки тимина, аденина, гуанина, цитозина и
урацила являются мономерами полимерных молекул дезоксирибонуклеиновых кислот
(ДНК) и рибонуклеиновых кислот (РНК), образованных путем поликонденсации с выде-­
лением воды:

Мононуклеотиды, соединяясь друг с другом с выделением воды от фрагментов
фосфорных кислот, образуют динуклеотиды, например, никотинамидадениндинуклеотид НАД⁺:

По количеству остатков фосфорной кислоты различаютнуклеозидмонофосфор-ные (как выше представленная тимидинмонофосфорная кислота), нуклеозиддифосфорные и нуклеозидтрифосфорные кислоты.

В качестве примера можно привести аденозинтрифосфорную кислоту:

При кислотном гидролизе АТФ отщепляются γ и β-остатки фосфорной кислоты и разрывается N-гликозидная связь, а α-остаток остаётся связанным с рибозой. При мягком щелочном гидролизе разрывется β-связь и получается пирофосфат и аденозин-5'-монофосфат.

АТФ, как диамин, образует в воде медные комплексы и, как 1,2-диол, окисляется йодной кисло­той. Действие нитрита натрия и соляной кислоты приводит к замене группы NH₂ в остат­ке аденина на группу ОН и превращение АТФ в инозинтрифосфорную кислоту.

При отщеплении каждого из первых двух фосфатных остатков выделяется при­близительно 40 кДж/моль энергии, которая используется на энергетические нужды орга­низма.