Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые кислоты

Лекция 5.1
ƒ Нуклеозиды, нуклеотиды, нуклеиновые
кислоты
1
Нуклеопротеины (нуклеопротеиды)
денатурация
белки
нуклеиновые кислоты
ферментативный
гидролиз
ферментативный
гидролиз
мононуклеотиды
синий – белки.
коричневый – РНК
олигонуклеотиды
щелочной
гидролиз
нуклеозиды + Н3РО4 (фосфат)
нуклеозиды
кислотный
гидролиз
азотистые основания
(нуклеиновые основания)
моносахариды
рибоза
(РНК)
пиримидиновые
урацил (РНК)
тимин (ДНК)
цитозин (ДНК и РНК)
пуриновые
аденин
гуанин
(ДНК и РНК)
дезоксирибоза
(ДНК)
Пиримидиновые основания
4
N
5
6
ОН
3
1
N
ОН
H 3C
N
N
2
N
N
ОН
пиримидин
урацил (Ura)
ароматический
гетероцикл, слабое
основание
NН2
N
ОН
тимин (Thy)
цитозин (Cyt)
Таутомерия урацила и тимина
ОН
(CH3)
(CH3)
N
N
ОН
(CH3)
ОН
ОН
N
О
N
N
N
H
O
H
N
О
H
лактамная
лактимная
(оксо-форма)
(гидрокси-форма)
Все формы ароматичны,
равновесие сдвинуто в сторону лактамной формы
Таутомерия цитозина
NН2
NН2
N
N
N
Н
ОН
N
лактимная
(гидрокси-форма)
NН
Н
N
N
О
О
Н
лактамная
(оксо-форма)
иминная
форма
Дезаминирование цитозина
ОН
NН2
N
N
+ HNO2
ОН
N
N
+ N2 + H2O
ОН
урацил
Пуриновые основания
7
кольцо имидазола
N
8
9
N
6
5
4 3
N
кольцо пиримидина
1
2
N
H пурин
ароматический конденсированный гетероцикл,
проявляет слабые кислотные и слабые основные свойства
Таутомерия пурина
N
N
N
N
9
Н
N
7
N
N
N
H
NH2
N
N
H
N
N
аденин (Ade)
O
OH
N
N
H
N
N
N
NH2
гидроксигуанин (Gua)
форма
N
H
N
N
NH2
H
оксо-форма
NH2
N
N
N
дезаминирование
(HNO2)
N
H
аденин
OH
N
N
N
гипоксантин
N
H
гидроксилирование
OH
N
N
N
H
N
OH
NH2
гуанин
N
ксантин
ОH
N
НО
N
N
N
H
OH
N
N
N
ОH
H
мочевая кислота
(двухосновная)
соли – ураты
При подагре мочевая кислота образует
отложения в суставах – подагрические шишки.
Уратные камни в почках – мочевая кислота и
ее кислые соли
Нуклеозиды – N-гликозиды, образованные углеводами
и азотистыми основаниями
Большинство природных нуклеозидов образовано D-рибозой или
D-2-дезоксирибозой в β-фуранозной форме.
Пиримидиновые основания образуют гликозидную связь первым
атомом азота, пуриновые – девятым.
О
О
H
CH3
N
5'
1
НОН2С
Н
N
О
Н
3'
ОН
Н
2'
N
5'
О
1'
Н
ОН
уридин (U)
рибонуклеозид
1
НОН2С
N-гликозидная
связь
Н
N
О
Н
3'
ОН
H
Н
2'
О
1'
Н
Н
тимидин
дезокситимидин (dT)
дезоксирибонуклеозид
NH2
N
N
1
5'
НОН2С
Н
NH2
N
О
Н
3'
ОН
5'
О
НОН2С
1'
Н
Н
2'
Н
ОН
N
Н
N
9
О
Н
3'
ОН
N
Н
Н
3'
2'
N
1'
Н
2' Н
ОН
аденозин (А)
О
1'
Н
Н
дезоксицитидин (dC)
O
NH2
НОН2С
N
О
ОН
цитидин (С)
5'
1
N
5'
9
НОН2С
Н
N H
О
Н
3'
ОН
N
N
1'
Н
2' Н
ОН
гуанозин (G)
NH2
Нуклеотиды – сложные эфиры нуклеозидов и фосфорных кислот
О
О
НО
Р
N
5'
ОСН2
ОН
сложноэфирная
связь
H
Н
N
О
Н
Н
ОН
ОН
Н
О
N-гликозидная
связь
уридин-5’- фосфат (уридинмонофосфат, УМФ
или уридиловая кислота)
NH2
О
НО
О
N
НО Р
N
5'
Р О СН2
ОН
NH2
Н
N
О
Н
ОН
Н
N
Н
ОН
N
5'
О СН2
ОН
Н
N
О
Н
Н
О
Н
3'
О
Н
НО Р О
ОН
аденинозин-5’-монофосфат
(аденозинмонофосфат или АМФ
или адениловая кислота)
цитидин-3’,5’-дифосфат
Первичная структура
нуклеиновых кислот –
последовательность
мононуклеотидных фрагментов,
связанных 3’→5’фосфодиэфирными связями.
5'-конец
О
НО Р О
N
5'
О СН2
Н
Н
Н
Н
О
Н
3'
T
О
N
О
НО Р О
фрагмент молекулы ДНК
H
CH3
NH2
N
5'
О СН2
Н
N
О
Н
Н
О
Н
3'
НО Р О
N
N
Н
NH2
N
5'
О СН2
3'-5'-фосфодиэфирные
связи
A
Н
N
О
Н
Н
О
Н
3'
3'-конец
Н
C
О
Вторичная структура ДНК– две антипараллельные
полинуклеотидные цепи, связанные водородными связями между
комплементарными азотистыми основаниями
H
Н3С
О ... H
N
Н ...
N
N
N
N
цепь Б
N
N
О
цепь А
комплементарная пара тимин – аденин (Т=А)
H
N
N ... H
O... H
N
N
N
цепь А
N
H ... O
цепь Б
N
N
H
комплементарная пара цитозин – гуанин C≡G)
О
СН3
N ... H
O... H
N
N
N
цепь А
N
H... O
цепь Б
N
N
H
аномальная комплементарная пара тимин (гидрокси-форма) – гуанин (Т≡G)
Примеры вторичной структуры РНК
транспортная РНК
РНК вируса птичьего гриппа
Нуклеотиды – биорегуляторы
Нуклеозидполифосфаты
NH2
О
О
N
О
НО Р~ О Р~ О Р О СН2 О N
ОН
ОН
ОН
Н
Н
Н
Н
ОН
N
N
ОН
аденозинтрифосфат (АТФ)
универсальный источник энергии для большинства
биохимических процессов, протекающих~в живых системах.
- макроэргическая связь (∆Gгидролиза > 30 кДж/моль).
Кроме АТФ существуют другие макроэргические нуклеозид трифосфаты – УТФ (уридинтрифосфат), ГТФ (гуанозинтрифосфат) и др.
Примеры основных типов биохимических реакций с участием АТФ
1) фосфорилирование
НОСН2
О
Н
Н
НО Н
НО
Н
ОН
О
ОН
+
НО
О
О
Р~ О Р~ О Р О СН2 О Ade
ОН
ОН
ОН
Н
Н
Н
Н
ОН
D-глюкоза
ОН
О
НО Р О СН2
НО Н
НО
Н
НО
О
Н
Н
ОН
О
ОН
+
НО Р~ О Р О СН2
ОН
глюкозо- 6-фосфат
О
ОН
Н
Ade
О
Н
Н
ОН
ОН
Н
аденозиндифосфат (АДФ)
2) активация карбоксильной группы в пептидном синтезе
О
O
R
NH2
НО
+
CH C
OH
О
О
Р~ О Р~ О Р О СН2 О Ade
ОН
ОН
ОН
Н
Н
Н
Н
ОН
α-аминокислота
O
R
CH C
NH2
О
O Р О СН2
ОН
Н
О
Ade
О
Н
Н
ОН
ОН
аминоациладенилат
Н
+
НО
ОН
О
Р~О Р ОН
ОН
ОН
дифосфорная кислота
(пирофосфат)
3) алкилирование
СН3SСН2СН2 CH C
NH2
+
НО
OH
О
О
О
O
Р~О Р~ О Р О СН2 О Ade
ОН
ОН
ОН
Н
Н
Н
Н
метионин
СН3
+
S СН2
ОН
Ade
О
СН2 Н
СН2 Н
СН
ОН
Н2N
COOH
Н
Н
ОН
S-аденозилметионин
основной метилирующий реагент
в биохимических реакциях
+
НО
ОН
О
О
О
Р~ О Р~ О Р ОH
ОН
ОН
ОН
трифосфорная кислота
(трифосфат)
Циклофосфаты
NH2
N
О
О
СН2
Р
НО
Н
О
Н
N
О
Н
N
N
Н
ОН
циклический аденозинмонофосфат (цАМФ)
Выполняет роль вторичного посредника, использующегося для
внутриклеточного распространения сигналов некоторых гормонов
(например адреналина), которые не могут проходить через
клеточную мембраны.
циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) выполняет ту же роль
в отношении пептидных гормонов
Коферменты окислительно-восстановительных процессов
О
С
NН2
+
О
N
СН2
О
НО Р О
Н
Н
Н
Н
О
NH2
ОН ОН
N
N
О Р О
ОН
СН2
Н
N
О
N
Н
Н
ОН
ОН (РО3Н2)
Н
никотинамидадениндинуклеотид – НАД+ (ОН)
никотинамидадениндинуклеотидфосфат – НАДФ+ (РО3Н2)
Кофермент реакций ацилирования и биохимических превращений
карбоновых кислот.
CH3
О
О
O
O
HSCH2CH2NHC СН2СН2NНС СН С СН2 О Р О Р О СН2 О Ade
OH CH3
ОН ОН
Н
Н
Н
Н
фрагмент пантотеновой кислоты
витамина В5
О
ОН
НО Р О
ОН
кофермент А (HSCoA)
Лекарственные препараты – производные нуклеиновых оснований
и нуклеозидов.
O
F
SH
H
N
N
N
H
N
O
5-фторурацил
O
CH3
HOCH2
H
H
N3
O
N
6-меркаптопурин
NH2
H
N
N
N
H
O
H
H
азидотимитдин
Противовирусное средство. Лечение и профилактика ВИЧ-инфекции
Цитостатические
(противо-опухолевые)
препараты
N
HOCH2
H
H
H
O
N
N
N
H
H
OH
кордицепин
Содержится в грибе кордицепс, паразитирующем на насекомых . Подавляет
неконтролируемый рост и деление клеток.