Лекция № 19-21. Химический состав и структура нуклеиновых кислот

1. Химический состав нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты — сложные высокомолекулярные соединения, обеспечивающие хранение, передачу наследствен­ной информации и реализацию этой информации. Их структур­ные компоненты выполняют функции кофакторов, аллостерических эффекторов, входят в состав коферментов, принимают участие в обмене веществ и энергии. При полном гидролизе нук­леиновых кислот образуются пуриновые и пиримидиновые основа­ния, углеводы (рибоза и дезоксирибоза) и фосфорная кислота. Углеводы — рибоза и дезоксирибоза — в молекулах нуклеиновых кислот находятся в e-D-рибофуранозной форме:

Углевод в молекуле РНК представлен рибозой, а в молекуле ДНК — дезоксирибозой, откуда и их названия. Основой струк­туры азотистых оснований являются пурин и пиримидин:

В составе нуклеиновых кислот встречаются три главных пиримидиновых основания: цитозин, урацил и тимин:

Существуют также минорные пиримидиновые основания: 5-метил и 5-оксиметилцитозин, дигидроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротовая кислота, 5-карбоксиурацил, 4-тиоурацил и др. Главные пуриновые основания, входящие в состав нуклеиновых кислот, — это аденин и гуанин:

К минорным пуиновым основаниям относятся инозин, N-метиладенозин, N-метилгуанозин, ксантин, гипоксантин, 7-метилгуанозин и др.

Азотистые основания способны существовать в двух таутомерных формах: лактимной и лактамной (при pH 7,0 они находят­ся в лактамной форме, при снижении pH переходят в лактимную форму).

Все оксипроизводные природных нуклеиновых кислот нахо­дятся в лактамной форме.

2. Особенности структуры нуклеиновых кислот

Существует ряд закономерностей состава и количественно­го содержания азотистых оснований в нуклеиновых кислотах (правила Чаргаффа).

1. Молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов: А + Г = Ц + Т или (А + Г) / (Ц + Т) = 1.

2. Количество аденина и цитозина равно количеству гуани­на и тимина: А + Ц = Г + Т или (А + Ц) / (Г + Т) = 1.

3. Количество аденина равно количеству тимина, а коли­чество гуанина равно количеству цитозина: А = Т и Г = Ц или А / Т = 1 и Г / Ц = 1.

4. Коэффициент специфичности (Г + Ц) / (А + Т) для живот­ных и большинства растений ниже 1 (0,54—0,94), у микроорга­низмов он может быть выше 1 (0,45—2,57).

Структурными единицами нуклеиновых кислот являются нуклеотиды, состоящие из азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты, причем углевод занимает центральное место:

Пентоза соединена с остатком фосфорной кислоты сложноэфирной связью, а с азотистым основанием — N-гликозидной связью. При отщеплении фосфорной кислоты образуются нуклеозиды. В ка­честве радикала R может выступать H- либо OH-группа. Различают пять типов мононуклеотидов в зависимости от азотистого основа­ния — АМФ, ГМФ, УМФ, ЦМФ и ТМФ. Мононуклеотиды , присо­единив к себе еще один остаток фосфорной кислоты, образуют нуклеозиддифосфаты. При присоединении еще одного остатка фосфорной кислоты образуются нуклеозидтрифосфаты. Только нуклеозидтрифосфаты используются для синтеза нуклеиновых кислот.

В организме существуют также циклические нуклеотиды:

Циклический 2', 3'-АМФ образуется в качестве промежуточно­го продукта распада РНК, а циклический 3', 5'-АМФ встречается в свободном состоянии, играя роль медиатора внеклеточных сигна­лов у животных. Аналогичная функция у цГМФ, производных УДФ и ЦТФ и нуклеотидов в составе кофакторов и коферментов.

Синтетические аналоги азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов используются в медицине (в онкологии). Встраиваясь в кле­точные компоненты, они оказывают цитотоксическое действие. К ним относятся 5-фторурацил, 6-тио и 6-меркаптопурин, 8-азагуанин, 6-азауридин и 6-азацитидин, 5-йодпроизводное дезоксиуридина.