Свойства пиридина и пиррола

Тема 24.
Азотистые основания. Нуклеозиды. Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты
Содержание темы: Азотосодержащие гетероциклические соединения (пиридин,
пиррол, пиримидин, пурин). Их строение и свойства. Азотистые основания, входящие в
состав нуклеиновых кислот. Нуклеозиды. Нуклеотиды. Нуклеиновые кислоты. Их
строение и биологическая роль. Комплементарность.
Гетероциклические соединения — органические соединения циклического
строения, в состав циклов которых кроме атомов углерода входят другие атомы.
Азотистые основания – соединения, содержащие циклы, в образовании которых
принимают участие один или несколько атомов азота.
Свойства пиридина и пиррола
+ HCl
Cl
N
N
H
пиридин
+ H2O
+ OH
N
+ 1/2 H2
+ K
N
N
N
H
пиррол
K
H
Нуклеиновые основания — азотистые основания, входящие в состав нуклеиновых
кислот делят на пиримидиновые (производные пиримидина): урацил, тимин, цитозин и
пуриновые (производные пурина): аденин и гуанин.
Пиримидиновые основания
4
5
6
3
N
1
N
Н
ОН
N
пиримидин
Н
N
N
2
N
О
ОН
NН2
ОН
H3C
О
N
N
N
N
ОН
цитозин
тимин
урацил
(2,4-дигидроксипиримидин)
ОН
(2,4-дигидрокси5-метилпиримидин)
(4-амино-2гидроксипиримидин)
Пуриновые основания
1
5
N
2
9
3
N
N
4
N
H
пурин
8
N
N
N
O
OH
NH2
7
6
N
H
аденин
(6-аминопурин)
N
N
NH2
N
N
H
Н
NH2
N
N
N
гуанин
2-амино-6-гидроксипурин
N
H
Гликозиды — продукты замещения полуацетальной группы углевода.
CH2OH
CH2OH
O
H
O
X
X
H
X =/ OH
Нуклеозиды — это N-гликозиды, образованные β-D-рибофуранозой или 2-дезоксиβ-D-рибофуранозой и нуклеиновым основанием, т.е. соединения, образующиеся в
результате замещения полуацетальной гидроксильной группы в углеводе остатком
нуклеинового основания. Пиримидиновые нуклеозиды имеют окончание -идин,
пуриновые — -озин. Нуклеозиды, в состав которых входит 2-дезоксирибоза, имеют
приставку дезокси-.
Схема образования нуклеозидов, содержащих пиримидиновые основания:
O
N
O
H
O
N
H
HO CH2O OH
H H
H
H
OH OH
N
урацил
– H2O
HO CH2O N
H H
H
H
OH OH
H
O
уридин
β-D-рибофураноза
Чтобы назвать нуклеозид, надо суффикс соответствующего пиримидинового
основания заменить на -идин.
Схема образования нуклеозидов, содержащих пуриновые основания:
NH2
N
NH2
N
N
H
HO CH2O OH
H H
H
H
OH H
N
аденин
– H2O
β-D-дезоксирибофураноза
N
HO CH2O N
H H
H
H
OH H
N
N
дезоксиаденозин
Чтобы назвать нуклеозид, надо суффикс соответствующего пуринового основания
заменить на -озин.
О
Нуклеозиды О
1
НОН2С
О
Н
Н
3'
2'
ОН
1'
Н
Н
ОН
N
НОН2С
Н
1
Н
3'
1'
Н
2'
Н
Н
Н
ОН Н
дезоксицитидин (dC)
Н
NH2
N
9
5'
О НОН2С
N
О
2'
НОН2С
1'
ОН Н
тимидин (dT)
N
уридин (U) NH2
5'
Н
3'
О
N
О
3'
ОН
Н
О
Н
3'
Н 1'
2' Н
ОН
ОН
цитидин (С)
N
1'
Н
ОН
Н
O
N H
9
N НОН2С
2'
О
N
5'
N
О
Н
1
5'
1
Н
N
N
5'
О НОН С
2
N
NH2
H
CH3
N
5'
Н
H
N
О
Н
3'
Н
2'
N
NH2
1'
Н
ОН ОН
гуанозин (G)
аденозин (А)
Нуклеотиды — сложные эфиры нуклеозидов и фосфорных кислот. Нуклеотиды
являются структурными единицами нуклеиновых кислот.
O
H
N
O
5'
HO P O CH2
OH
H
O
N
O
H
N-гликозидная связь
H
H
OH OH
сложноэфирная связь
уридин-5'-монофосфат
О
Нуклеотиды
N
О
5'
ОСН2
Р
НО
ОН
сложноэфирная
связь
H
Н
О
N
О
Н
Н
ОН
ОН
N-гликозидная
связь
Н
уридин-5'-фосфат
(уридинмонофосфат УМФ)
NH2
NH 2
N
О
НО
Р О СН2
ОН
Н
N
О
Н
Н
Н
ОН
ОН
О
N
5'
НО
N
НО Р ~ О
ОН
Р ~О Р
О СН2
ОН
ОН
О СН2
Н
О
О
Р
ОН
Н
О
Н
Н
N
О
О
Н
Н
3'
N
О
Н
НО Р О
ОН
NH2
цитидин-3',5'-дифосфат
N
N
N
аденозин-5'-фосфат
(аденозинмонофосфат АМФ)
О
N
5'
Н
Н
ОН ОН
Аденозинтрифосфат (АТФ)
Гидролиз нуклеотидов:
NH2
NH2
H
N
O
HO P O CH2
OH
H
H
O
N
N
O +2H O / OH–
2
H
H
H
–2H3PO4
O
HO P O
OH
дезоксицитидин-3',5'-дифосфат
HO CH2
N
O
H
O
OH
H
H
OH H
дезоксирибоза
H
O
H
H
H
OH H
цитидин
+H2O / H+
H
NH2
HO CH2
H
N
H
O
N
H
цитозин
В молекулах ДНК и РНК отдельные нуклеотиды связаны в полимерную цепь за счет
образования сложноэфирных связей между остатками фосфорной кислоты и гидроксильными
группами при 3-м и 5-м атомах углерода моносахарида (фосфодиэфирных связей).
Первичная структура ДНК
NH2
О 5'
СН2
Н
Н
N
N
О
dA
N
Н
3'
Н
Н
О
НО
N
Р О
NH2
N
5'
О СН2
3'-5'-фосфодиэфирные
связи
Н
Н
3'
О
НО
N
О
Н
Н
О
dC
Н
Р О
О
Комплементарные пары азотистых оснований ДНК (А-Т, Г-Ц) удерживаются
вместе водородными связями. В каждой паре оснований одно из оснований – пуриновое,
другое – пиримидиновое.
Домашнее задание для подготовки к занятию
1.
Проработайте главу 13, § 13.5 ОХ и материал лекций.
2.
Выучите формулы пяти нуклеиновых оснований. Какие из них входят в состав
ДНК и РНК? Какие углеводы входят в состав ДНК и РНК?
3.
Напишите структурные формулы дезоксицитидина, гуанозина, аденозин-3',5'дифосфата и аденозин-5'-трифосфата. Укажите сложноэфирные и N-гликозидные связи.
САРС «Нуклеиновые основания, нуклеозиды и нуклеотиды»
1.
Напишите уравнения реакций пиридина с серной кислотой и пиррола с натрием.
Какие свойства проявляют гетероциклы в этих реакциях?
Напишите уравнения реакций гидролиза по стадиям дезоксигуанозин-5'2.
дифосфата. Укажите условия каждой стадии гидролиза.
3.
При полном гидролизе нуклеотида были получены рибоза, аденин и фосфорная
кислота в молярном соотношении 1 : 1 : 3. Напишите не менее четырех возможных
структурных формул исходного нуклеотида.
4.
Органическое основание, входящее в состав нуклеиновых кислот, сожгли в 4.48 л
кислорода (н.у.), в результате чего образовалось 0.9 г воды и 5.264 л (н.у.) газовой смеси
с плотностью по кислороду 1.133, объем которой после пропускания через избыток
раствора щелочи уменьшился до 3.024 л. Предложите структурную формулу сожженного
вещества. (Ответ: гуанин).
5.
В результате сжигания образца двухцепочечной ДНК образовалось 54.88 мл
углекислого газа и 10.36 мл азота. Определите соотношение числа остатков тимина и
цитозина, входящих в состав этой ДНК, если известно, что обе цепи имеют одинаковую
длину и все азотистые основания строго комплементарны. (Ответ: 1.5:1).
Пример билета контрольной работы «Нуклеотиды»
Напишите возможные формулы нуклеотида, при гидролизе которого образуются
рибоза, урацил и фосфорная кислота в молярном соотношении 1 : 1 : 1. Назовите
нуклеотиды.
Домашнее задание для подготовки к модульной контрольной работе:
1. Ознакомиться с программой модульной контрольной работы.
2. Разобрать пример билета.