11.1. Классификация нуклеиновых кислот, отличия в строении и составе как следствие различных биологических функций

Непрерывность жизненных процессов связана с существованием особых макромолекулярных соединений –нуклеиновых кислот.

Молекулярная масса этих гигантских молекул достигает 10 ⁷ Д. Долгое время исследования физико-химических свойств и состава нуклеиновых кислот упирались в их неустойчивость in vitro: существует утверждение, что цепь нуклеиновой кислоты разрывается даже при резком перемешивании раствора, в к котором она находится. Тем не менее, in vivo такие легко разрушающиеся молекулы безукоризненно сохраняют и передают генетическую информацию у всех живых организмов.

Нуклеиновые кислоты( НК ) включают в себя два класса :

РНК- рибонуклеиновые кислоты

ДНК – дезоксирибонуклеиновые кислоты

Они отличаются биологическими функциями и химическим составом. В условиях in vivo

НК обязательно связаны с белками- образуют единый нуклеопротеидный комплекс.

Последовательный гидролиз нуклеопротеинов можно представить схемой:

Нуклеопротеин ——>нуклеиновая кислота + белок

↓ ОН^–

Нуклеотиды

↓ ОН^–

Нуклеозиды + Н3Р О4

↓ Н⁺

Азотистые основания + пентоза

Обратите внимание, гидролиз полинуклеотидов и нуклеотидов проходят в щелочной среде, а нуклеозидов – в кислой. Это связано с тем, что гидролизу подвергаются разные типы связей: при гидролизе полинуклеотидов и нуклеотидов- сложные фосфорноэфирные, а нуклеозидов- гликозидные.

Гидролиз выявляет также различный состав ДНК и РНК :

ДНК содержит азотистые основания - аденин(А), гуанин(Г), тимин (Т) и цитозин(Ц)

и пентозу- 2-D- дезоксирибозу

РНК содержит азотистые основания - аденин(А), гуанин(Г), урацил (У) и цитозин (Ц)

и пентозу- D- рибозу

Различают три вида РНК- информационную иРНК, транспортную тРНК, рибосомальную рРНК .

Нуклеиновые кислоты – ДНК, иРНК. рРНК - представляют собой нуклеопротеины.

11.2. Азотистые основания нуклеиновых кислот

Азотистые основания нуклеиновых кислот являются производными двух различных гетероароматических соединений: пиримидина и пурина.

Производные пиримидина урацил, тимин, цитозин.

Производные пурина : аденин, гуанин

1. Азотистые т основания- производные пиримидина

( урацил, тимин, цитозин)

пиримидин

Пиримидин!( 1,3 - диазин) – гетероароматическое соединение. слабое основание( оба атома азота сохраняют основные свойства)

Производные пиримидина , содержащие в цикле гидрокси- и аминогруппы- входят в состав нуклеиновых кислот, и их называют пиримидиновые азотистые основания. К ним относятся урацил, тимин, цитозин.

В клетке исходным соединением в синтезе пиримидиновых азотистых оснований является оротовая кислота–2,6–диоксопиримидин-4-карбоновая кислота.(4-карбоксиурацил). После декарбоксилирования в составе нуклеозида образуется урацил, а из него тимин( путем метилирования) и цитозин.

Оротовая кислота

Урацил Тимин Цитозин

2,4-диоксопиримидин 2,4- диоксо-5-метилпиримидин 2 –оксо -4-аминопиримидин

Важным свойством пиримидиновых азотистых оснований является способность к лактим-лактамной таутомерии. На рисунках представлена лактамная форма, характерная для структуры нуклеиновых кислот..

Лактимная форма, в которой классическая ароматическая система( переход атомов водорода к атомам кислорода группы С=О восстанавливает ароматическую шести электронную систему в цикле), непригодна для нуклеиновых кислот по следующим обстоятельствам:

1). только в лактамной форме есть группа - N-H , которая участвует в образовании

N- гликозидной связи.

2). В лактамной форме есть фрагмент - NH- С - , необходимый для образования связей

||

О

в омплементарной ля образования связей в комплементарной паре в структкре ДНК называют пиримидиновые азотистые основани комплементарных парах в структуре ДНК и в комплементарных парах, которые возникают в процессах репликации, транскрипции и трансляции.

Между урацилом и тимином имеются некоторые отличия: донорная метильная группа в тимине увеличивает электронную плотность в гетероциклической системе, снижает поляризацию связи -N -H ( снижает кислотность NH –кислотного центра) и способствует созданию менее полярной и более прочной гликозидной связи в ДНК .