Лекция № 12

Лекция № 12.

Нуклеиновые кислоты (НК).

Нуклеиновые кислоты осуществляют хранение и передачу генетической информации (наследственности), а также управление процессом синтеза белка.

Нуклеиновые кислоты – это природные полимеры. Молярная масса их колеблется от 25 тыс. до 1 млн. Структурной единицей НК является мононуклеотид, поэтому НК – это полинуклеотиды.

Мононуклеотид состоит из трех компонентов: нуклеинового основания, углевода и фосфорной кислоты (Н₃РО₄).

В качестве углевода служат две пентозы: D–рибоза и 2–дезокси–D–рибоза в –форме, поэтому НК делятся на рибонуклеиновые (РНК), содержащие рибозу и дезоксирибонуклеиновые (ДНК), содержащие дезоксирибозу.

D–рибоза ,D–рибофураноза 2–дезокси–,D–рибофураноза

В состав НК в качестве нуклеиновых оснований входят пуриновые – аденин, гуанин и пиримидиновые – урацил, цитозин, тимин. ДНК и РНК отличаются по составу не только углеводом, но и основаниями. В состав ДНК никогда не входит урацил, в состав РНК – тимин.

Состав

РНК ДНК

1. аденин 1. аденин

гуанин гуанин

цитозин цитозин

урацил тимин

2. D–рибоза 2. 2–дезокси–D–рибоза

3. Н₃РО₄ 3. Н₃РО₄

Нуклеиновые основания входят в состав НК в лактамной форме.

Пуриновые:

аденин гуанин

Пиримидиновые:

урацил тимин цитозин

Нуклеиновые основания образуют с углеводом N–гликозиды, которые называют нуклеозиды. N–гликозидная связь образуется при взаимодействии полуацетального гидроксила (ОН) углевода и атома водорода (Н) при атоие азота N₁–пиримидинового или N₉–пуринового основания.

Покажем на примере:

урацил

аденин

+

– Н₂О N–гликозидная

связь

,D–рибофураноза нуклеозид нуклеозид

аденозид уридин

Название нуклеозида образуется от названия основания с суффиксами –озин (пуриновые основания) и –идин (пиримидиновые основания).

Нуклеозиды РНК

аденин + рибоза  аденозин

гуанин + рибоза  гуанозин

урацил + рибоза  уридин

цитозин + рибоза  цитидин

Нуклеотиды ДНК

аденин + дезоксирибоза  дезоксиаденозин

гуанин + дезоксирибоза  дезоксигуанозин

цитозин + дезоксирибоза  дезоксицитидин

тимин + дезоксирибоза  тимидин

При взаимодействии нуклеозида с фосфорной кислотой образуется нуклеотид (мононкулеотид). Мононуклеотид – это фосфат нуклеозида по гидроксилу при С₅ или С₃ углевода.

+

– Н₂О

аденозин нуклеотид АМФ

Аденозин–5–фосфат

Аденозин–5–монофосфат

нуклеотид

Аденозин–3–фосфат

В процессе синтеза НК участвуют 5–фосфаты, а при гидролизе из образуются и 5– и 3–фосфаты.

Нуклеотиды РНК

АМФ – аденозинмонофосфат

ГМФ – гуанозинмонофосфат

ЦМФ – цитидинмонофосфат

УМФ – уридинмонофосфат

Нуклеотиды ДНК

д–АМД – дезоксиаденозинмонофосфат

д–ГМФ – дезоксигуанозинмонофосфат

д–ЦМФ – дезоксицитидинмонофосфат

ТМФ – тимидинмонофосфат

ТМФ д–ГМФ

Мононуклеотид – структурная единица НК.

Мононуклеотиды связаны друг с другом в полинуклеотидную цепь. Связь образуется через фосфатную группу от С₃ предыдущего нуклеотида (первого) к С₅ последующего (второго). Покажем на примере д–АМФ и ТМФ.

фосфоэфирная связь

цепочка ДНК

Цепь НК образована чередующимися остатками пентозы и Н₃РО₄, основания находятся в стороне.

Нуклеиновые кислоты имеют первичную, вторичную и третичную структуру.

Первичная – это полинуклеотидная цепь, с определенным нуклеотидным составом и определенной нуклеотидной последовательностью.

Вторичная – это пространственная организация полинуклеотидной цепи в виде спирали. Для ДНК – двойная спираль. Она была предложена в 1953 году английским ученым Дж. Уотсоном и Ф. Криком на основе работ М. Уилкинсона, Э. Чаргаффа, Л. Полинга. За это открытие они получили Нобелевскую премию. Согласно модели Уотсона и Крика двойная спираль ДНК состоит из 2х антипаралллельных правозакрученных цепей. Нуклеиновые основания расположены внутри спирали. Стабилизируется спираль водородными связями между пуриновым основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти основания составляют комплиментарные пары.

Комплиментарные пары: аденин и тимин (А и Т), гуанин и цитозин (Г и Ц).

Между аденином и тимином – 2 водородные связи, а гуанином и цитозином – 3 водородные связи. А Т, Г Ц

На основании закономерностей, которым подчиняются нуклеотидный состав ДНК, Э. Чаргаффом сформулированы правила.

Правила Чаргаффа:

1. Количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых. А + Г = Ц + Т

2. Количество аденина равно количеству тимина. Количество гуанина количеству цитозина.

А = Т; Г = Ц.

3. Суммы некомплиментарных оснований равны. А + Ц = Г + Т

4. Для каждого вида ДНК вводится коэффициент специфичности, характерный для данного вида.

Г + Ц

А + Т

Третичная структура – это укладка вторичной структуры в пространстве, суперспирализация. Длина цепочки ДНК – 8 см, диаметр суперспирали – 5 нм.

Локализация и функции нуклеиновых кислот.

ДНК находится в ядре клеток, хранит и передает наследственность. РНК находится в рибосомах, ее роль – биосинтез белков.

Существует 3 вида РНК:

т–РНК – транспортная

м–РНК – матричная (информационная)

р–РНК – рибосомальная

Роль нуклеотидов.

1. Нуклеотиды входят в состав ДНК и РНК, а также могут быть в клетке в свободном виде, участвовать в обмене веществ.

2. Кроме нуклеозидмонофосфатов существуют нуклеозидполифосфаты, содержащие два или три остатка Н₃РО₄.

Например, аденозиндифосфат (АДФ), аденозинтрифосфат (АТФ), которые способны к взаимопревращениям за счет энергии, выделяющейся в процессе метаболизма.

Е Е

АМФ + Н₃РО₄ АДФ + Н₃РО₄ АТФ

+ Н₃РО₄ + Н₃РО₄

АМФ АДФ АТФ

АДФ и АТФ – макроэргические соединения, которые содержат макроэргические связи. Одна такая связь аккумулирует 32 кДж (7,4 ккал) энергии. Поэтому АТФ – это универсальный источник энергии во всех живых клетках.

3. Нуклеотиды входят в состав коферментов, таких например, как никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺) и никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ⁺). Это коферменты окислительно-восстановительных реакций.

В качестве основания в состав НАД⁺ и НАДФ⁺ входят никотинамид (витамин РР).

витамин РР, является рабочей частью кофермента НАД⁺

R = H НАД⁺

R = РО₃Н₂ НАДФ⁺

Механизм действия НАД⁺.

+ + Н⁺ + S

субстрат

субстрат окисленная

восстановл. форма

форма

НАД⁺ НАДН

окисленная восстановл.

форма форма

СН₃–СН–СООН + НАД⁺ СН₃–С–СООН + НАДН + Н⁺

окисл.ф. восст.ф.

молочная кислота

субстрат ПВК

5