Матеріали підготовки до лекції з біоорганічної хіміії

НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

Нуклеїнові кислоти, подібно до білків, являють собою високомолекулярні органічні сполуки, проте на відміну від білків, які утворюють при гідролізі a-амінокислоти, мономерними одиницями нуклеїнових кислот є нуклеотиди. Тому нуклеїнові кислоти називають ще полінуклеотидами. Мономери нуклеїнових кислот — нуклеотиди — мають також доволі складну будову. При гідролізі нуклеотидів утворюються вуглевод, ортофосфорна кислота та гетероциклічні основи.

Хімічна структура, що складається з вуглеводу та гетероциклічної основи, називається нуклеозндом.

У залежності від природи вуглеводу, що входить до складу нуклеотидів, нуклеїнові кислоти розподіляють на два види дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК), які містять вуглевод 2-дезокси-D-рибозу, та рибонуклеїнові кислоти (РНК), які вміщують вуглевод D-рибозу.

2-Дезокси-D-рибоза та D-рибоза знаходяться в нуклеїнових кислотах у b-фуранозній формі:

Гетероциклічні основи, що входять до складу нуклеїнових кислот, є похідними пурину та піримідину. До основ групи пурину відносяться аденін (A) і гуанін (G):

До складу ДНК входять аденін, гуанін, цитозин і тимін, а до складу РНК — аденін, гуанін, цитозин і урацил. Для гуаніну, урацилу, тиміну та цитозину властива лактим-лактамна таутомерія:

Для зручності нуклеїнові основі прийнято позначати однолітерними

символами.

Поряд із зазначеними основами, до складу нуклеїнових кислот можуть входити також інші гетероциклічні основи, наприклад: гіпоксантин, метильні похідні урацилу та гуаніну, гідровані похідні урацилу.

У нуклеїнових кислотах органічні основи сполучені N-глікозидним зв'язком з залишком D-рибози або 2-дезокси-D-рибози. Глікозидний зв'язок здійснюється за участю напівацетального гідроксилу моносахариду (С1')*.

N-Глікозиди, що складаються з залишків нуклеїнових основ D-рибози або 2-дезокси-D-рибози, називають нуклеозидами.

У залежності від природи вуглеводного залишку розрізняють рибонуклеозиди та дезоксирибонуклеозиди.

Для відрізняння вуглецевих атомів рибози та дезоксирибози від вуглецевих атомів, які входять до складу пуринових і піримідинових основ, перші прийнято позначати символом «шитрих».

Назви нуклеозидів утворюють аналогічно назвам глікозидів. Так, нуклеозид, який складається з рибози та урацилу, називають b-урацилрибофуранозидом, нуклеозид з дезоксирибози і аденіну b-аденіндезоксирибофуранозидом тощо. Проте, частіше застосовують назви, котрі для рибонуклеозидів утворюють з тривіальних назв відповідних нуклеїнових основ із закінченням -идин (-ідин) у

піримідинових і -озин у пуринових нуклеозидів. Наприклад аденозин, гуанозин, цитидин і уридин:


У назвах дезоксирибонуклеозидів додатково вводиться префікс дезокси- (дезоксі-), наприклад: дезоксіаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитидин. Винятком є назва нуклеозиду, що складається з дезоксирибози та тиміну тимідин (замість дезокситимідину).

Будучи N-глікозидами, нуклеозиди в лужному середовищі піддаються гідролізу. Пуринові алкалоїди гідролізуються дуже легко, піримідинові - важче.

У нуклеїнових кислотах гідроксильна група біля С^5' або С³ пентозного залишку нуклеозиду етерифікована ортофосфорною кислотою.
Складний ефір фосфорної кислоти (фосфат) нуклеозиду називають нуклеотидом.
У залежності від природи пентози розрізняють рибонуклеотиди та

дезоксирибонуклеотиди.

В номенклатурі нуклеотидів використовують два підходи. З одного боку, їх розглядають як складні ефіри —-монофосфати, а з іншого —як кислоти .

При гідролізі нуклеїнових кислот, поряд з нуклеозид-5'-фосфатами, утворюються також нуклеозид-З'-фосфати.

Положення залишку фосфорної кислоти визначається місцем розриву фосфодіефірного зв'язку між сусідніми нуклеотидами.

Нуклеїнові кислоти являють собою продукти полімеризації мононуклеотидів. Нуклеотиди сполучаються в довгі ланцюги за допомогою фосфодіефірних зв'язків, які утворюються за участю гідроксилу при С³ попередньої нуклеотидної ланки та гідроксилу, що належить С ⁵' дальшої нуклеотидної ланки:
Мононуклеотиди, їх похідні та динуклеотиди присутні в клітинах також у вільному вигляді та виконують важливу роль в обміні речовин. В усіх тканинах організму, поряд з нуклеозидмонофосфатами, містяться ди- та трифосфати нуклеозидів.

Обливо широко відомі аденозин-5'-фосфат (АМФ), аденозин-5'-дифосфат (АДФ) і аденозин-5'-трифосфат (АТФ).

Ці нуклеотиди здатні до взаємоперетворення шляхом фосфорилювання (приєднання одного або двох залишків фосфорної кислоти до АМФ) або ж дефосфорилювання (відщеплення одного або двох залишків фосфорної кислоти від АТФ). При дефосфорилюванні виділяється значна кількість енергії, котра використовується в організмі для проходження тих чи інших біологічних процесів, наприклад, у біосинтезі білка.
Зв'язок Р—О між залишками фосфорної кислоти в молекулах нуклеозидполіфосфатів є макроергічним зв'язком , при розриві котрого виділяється значна кількість енергії. Тому АТФ у багатьох біохімічних процесах виконує роль постачальника енергії.
РИБОНУКЛЕЇНОВІ (РНК) І ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕЇНОВІ

(ДНК) КИСЛОТИ

Нуклеїнові кислоти являють собою високомолекулярні гетеро полімери, які складаються з залишків ортофосфорної кислоти та рибози або дезоксирибози, що чергуються, сполучених з нуклеїновими основами, котрі виступають у полімерному ланцюзі як «бокові групи».

основ двох паралельних спіралей.

За моделлю Уотсона та Крика діаметр спіралі 1,8-2,0 нм. Кожний виток спіралі містить 10 пар основ. Крок спіралі складає 3,4 нм. Відстань між площинами основ по вертикалі дорівнює 0,34 нм. Полінуклеотидні ланцюги подвійної спіралі розташовані в протилежних напрямках. На одній нитці подвійної спіралі фосфодіефірні зв'язки утворені за типом 5'-3', а на другій навпаки, за типом 3'-5'. Між піримідиновими та пуриновими нуклеїновими основами паралельних ниток подвійної спіралі ДНК утворюються водневі зв язки. При цьому аденін утворює зв язок з тиміном, а гуанін — з цитозином. Тому їх називавють комплементарними парами (AT і GC):

В комплементарній парі GС є три водневі зв'язки, а в комплементарній парі АТ два водневі зв'язки.