11.4. Нуклеотиды

Нуклеотиды- фосфорные эфиры нуклеозидов.

Их химический состав: азотистое основание( А.О.) + пентоза + фосфорная кислота

Фосфорные эфиры образуются с участием гидроксильных групп пентоз . Места положения фосфорноэфирных групп принято обозначать, используя обозначение ( ' ) , например: 5' , 3 '

Предварительная краткая информация: нуклеотиды играют чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности клетки.

Классификация нуклеотидов

Нуклеотиды, состоящие из одной молекулы А.О, пентозы, фосфорной кислоты, называются мононуклеотидами. Мононуклеотиды могут содержать одну молекулу фосфорной кислоты , две или три молекулы фосфорной кислоты, соединенных друг с другом.

Комбинация из двух мононуклеотидов называется динуклеотидом. В составе динуклеотида обычно присутствуют разные азотистые основания или одно другое циклическое соединение, например, витамин..

Особую роль в биохимических процессах играют циклические мононуклеотиды.

Номенклатура мононуклеотидов.

К названию нуклеозида добавляют в зависимости от количества фосфатных остатков, « монофосфат », « дифосфат », « трифосфат », с указанием их места положения в цикле пентозы- цифровое обозначение места со значком ( ' ) ,

Положение фосфатной группы в положении (5') является наиболее распространенным и типичным, поэтому его можно не указывать ( АМФ, ГТФ, УТФ, дАМФ и т.д.)

Остальные положения обозначаются обязательно ( 3'- АМФ, 2'- АМФ , 3'- дАМФ )

5'-аденозинмонофосфат

(5'- АМФ или АМФ )

Названия наиболее распространенных нуклеотидов

нуклеозид	нуклеозидмонофосфат	нуклеозиддифосфат	нуклеозидтрифосфат
аденозин	5'-Аденозинмонофосфат (5'- АМФ или АМФ ) 5' -адениловая кислота	5'-Аденозиндифосфат ( 5'-АДФ или АДФ)	5'-Аденозинтрифосфат ( 5'-АТФ или АТФ )
аденозин	3'-аденозинмонофосфат ( 3'-АМФ) 3' -адениловая кислота	не встречается in vivo	не встречается in vivo
гуанозин	5'-гуанозинмонофосфат (5'- ГМФ или ГМФ )	5'-гуанозиндифосфат (5'- ГДФ или ГДФ )	5'-гуанозинтрифосфат (5'- ГТФ или ГТФ )
гуанозин	3'-гуанозинмонофосфат (3'- ГМФ) 3'-гуаниловая кислота	не встречается in vivo	не встречается in vivo
дезокси аденозин	5'-дезоксиаденозин монофосфат (5'- дАМФ или дАМФ )	5'-дезоксиаденозин дифосфат (5'-дАДФили дАДФ)	5'-дезоксиаденозин трифосфат (5'-дАТФили дАТФ)
уридин	5'-уридинмонофосфат (5'- УМФ или УМФ)	5'-уридиндифосфат (5'- УДФ или УДФ)	5'-уридинтрифосфат (5'- УТФ или УТФ)
цитидин	5'-цитидинмонофосфат (5'- ЦМФ или ЦМФ)	5'-цитидиндифосфат (5'- ЦДФ или ЦДФ)	5'-цитидинтрифосфат (5'- ЦТФ или ЦТФ)

Нуклеотиды, образованные с участием рибозы, могут содержать остатки фосфорной кислоты в трех положениях ( 5', 3', 2' ), а с участием дезоксирибозы – только в двух положениях (5', 3' ) , в положении 2' гидроксигруппа отсутствует.. Это обстоятельство очень важно для структуры ДНК.

Отсутствие гидроксигруппы во втором положении имеет два важных последствия:

- уменьшается поляризация гликозидной связи в ДНК и она становится более устойчивой к гидролизу.

- 2-О-дезоксирибоза не может подвергаться ни эпимеризации, ни превращению в кетозу.

В клетке происходит последовательное превращение нуклеозидмонофосфата в дифосфат, а затем в трифосфат .

Для примера : АМФ ———> АДФ ———> АТФ

Биологическая роль нуклеотидов

Все нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты относятся к высокоэнергетическим (макроэргическим ) соединениям.

Нуклеозидтрифосфаты участвуют в синтезе нуклеиновых кислот, обеспечивают активацию биоорганических соединений и биохимические процессы, которые проходят с затратой энергии. Аденозинтрифосфат ( АТФ) является наиболее распространенным в организме человека макроэргическим соединением. Содержание АТФ в скелетных мышцах млекопитающих до 4г/ кг, общее содержание около 125 г. У человека скорость обмена АТФ достигает 50 кг/ сутки. При гидролизе АТФ образуется аденозиндифосфат ( АДФ)

Макроэргические связи

В составе АТФ присутствуют разные типы химических связей:

- N -β- гликозидная

- сложноэфирная

- две ангидридные( в биологическом отношении макроэргические)

В условиях in vivo гидролиз макроэргической связи АТФ сопровождается выделением энергии( около 35 кДж/ моль), которая обеспечивает другие энергозависимые биохимические процессы.

АТФ + Н2О —фермент АТФгидролаза——> АДФ + Н3 РО4

В водных растворах АДФ и АТФ неустойчивы. При 0⁰ С АТФ стабильна в воде всего несколько часов, а при кипячении в течение 10 мин.

Под действием щелочи два концевых фосфата( ангидридные связи) гидролизуются легко, а последний( сложноэфирная связь) - трудно. При кислотном гидролизе N- гликозидная связь разрушается легко.

Впервые АТФ выделена из мышц в 1929 г. К. Ломаном. Химический синтез осуществил в 1948 г. А. Тодд.

Циклические нуклеотиды являются посредниками в передаче сигналов гормонов, изменяя в клетке активность ферментов.

Они образуются из нуклеозидтрифосфатов.

АТФ —фермент циклаза——> цАМФ + Н4 Р2 О7

После выполнения действия происходит гидролиз циклического нуклеотида. . Могут образоваться два соединения 5'- АМФ и 3' -АМФ, но в биологических условиях образуется только 5'-АМФ,

Циклический аденозинмонофосфат ( цАМФ)