7. Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) — это биополимеры, мономерными звеньями которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид представляет собой трехкомпонентную структуру, состоящую из моносахарида, связанного N-гликозидной связью с гетероциклическим основанием и сложноэфирной связью с остатком фосфорной кислоты.

Важнейшими нуклеиновыми кислотами являются дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК), моносахаридные компоненты которых представляют собой 2-дезоксирибозу и рибозу соответственно. При гидролизе нуклеотидов в щелочной среде гидролитическому расщеплению подвергается только сложноэфирная связь и образуются нуклеозиды, состоящие из остатка монозы и основания. Нуклеотиды подвергаются гидролизу только в кислой среде.

Гетероциклические основания являются производными азотсодержащих гетероциклических соединений — пиримидина или пурина. Пиримидиновые основания, выделенные в составе полинуклеотидных цепей ДНК, представлены тимином и цитозином; в составе РНК — урацилом и цитозином. Они обнаруживают способность к лактим-лактамной таутомерии

Следует отметить, что пиримидиновые основания в составе полинуклеотидов представлены лактамной формой (содержащей карбонильные группы С=О), что обусловлено возможностью образования водородных связей между остатками оснований в цепях нуклеиновых кислот: тимин – аденин; цитозин – гуанин в ДНК; урацил – аденин и цитозин – гуанин в РНК.

Аденин и гуанин являются представителями пуриновых нуклеиновых оснований. Эти гетероциклические соединения способны к лактим-лактамной таутомерии и таутомерии азолов

В лактамной и лактимной форме гетероциклы имеют ароматический характер и плоское строение. Ароматичность гетероциклов является причиной их высокой термодинамической стабильности.

7.1. Нуклеозиды.

Гетероциклические основания образуют N-гликозиды с D-рибозой или 2-дезокси-D-рибозой. В химиии нуклеиновых кислот такие N-гликозиды называют нуклеозидами. D-рибоза и 2-дезокси- D -рибоза в состав природных нуклеозидов входят в фуранозной форме. Гликозидная связь осуществляется между аномерным атомом углерода С-1 рибозы (или дезоксирибозы) и атомом азота N-1 пиримидинового и N-9 пуринового оснований. Природные нуклеозиды всегда b-аномеры.

В зависимости от природы углеводного остатка различают рибонуклеозиды и дезоксирибонуклеозиды. Названия нуклеозидов строятся как для гликозидов, например b- аденинрибофуранозид и т. п. Однако более употребительны названия, производимые от тривиального названия соответствующего нуклеинового основания с суффиксами -идин у пиримидиновых и -озин у пуриновых нуклеозидов: цитидин — это соединение цитозина и рибозы; дезоксицитидин — цитозина и дезоксирибозы; аденозин — соединение аденина и рибозы; дезоксицитидин — аденина и дезоксирибозы и т.д. 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.

Являясь N-гликозидами, нуклеозиды устойчивы к гидролизу а слабощелочной среде, но расщепляются в кислой. Пуриновые нуклеозиды гидролизуются легко, пиримидиновые труднее.

Рисунок 10 – Формулы нуклеозидов

В состав некоторых РНК входят необычные нуклеозиды. Довольно часто встречаются рибонуклеозид инозин, который можно рассматривать как продукт дезаминирования аденозина, а также псевдоуридин, являющийся не N-, а С-гликозидом, с чем связана его высокая устойчивость к гидролизу.

При лечении некоторых опухолевых заболеваний в качестве лекарственных средств используют синтетические производные пиримидинового и пуринового рядов, по строению похожие на естественные метаболиты (в данном случае – на нуклеиновые основания), но не полностью им идентичные, т. е. являющиеся антиметаболитами. Например, 5-фторурацил выступает в роли антагониста урацила и тимина, 6-меркаптопурин — аденина. Конкурируя с метаболитами, они нарушают на разных этапах синтез нуклеиновых кислот в организме.

В клетках в свободном состоянии содержатся некоторые нуклеозиды, не являющиеся компонентами нуклеиновых кислот. Эти нуклеозиды обладают антибиотической активностью и приобретают все большее значение при лечении злокачественных образований. Нуклеозиды-антибиотики отличаются от обычных нуклеозидов некоторыми деталями строения либо углеводной части, либо гетероциклического основания.