Нуклеозиды и их гидролиз. Строение и гидролиз мононуклеотидов. Первичная структура нуклеиновых кислот. Фосфодиэфирная связь. ДНК и РНК: состав и гидролиз. Вторичная структура РНК и ДНК.

N-гликозиды D-рибозы или 2-дезокси- D-рибозы и гетероциклических пуриновых и пиримидиновых оснований называются нуклеозиды. В них появляется т.н. N-гликозидная связь, возникающая на месте гликозидного гидроксила. Сахара в составе нуклеозидов входят в фуранозной форме и в виде b-аномеров.

D-рибоза 2-дезокси- D-рибоза

В зависимости от природы углеводного остатка различают рибонуклеозиды (в РНК) и дезоксирибонуклеозиды (в ДНК).

Нуклеозиды могут находиться в различных конформациях. В син - конформации гетероцикл развернут функциональными группами «внутрь» нуклеозида, в анти- конформации – «наружу». В ДНК и РНК нуклеозиды находятся в анти- конформации.

Являясь гликозидами нуклеозиды устойчивы к гидролизу в щелочной среде, но гидролизуются в кислой среде до сахара и нуклеиновых оснований.

Нуклеотиды – мономеры НК. Принцип строения нуклеотидов

Нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов. Мономерами НК являются именно нуклеотиды. Нумерация атомов углерода в пентозе нуклеотида идет с добавлением верхнего штриха к номеру углерода, а в гетероцикле без штриха.

Фосфорная кислота образует сложноэфирные связи с первичноспиртовой группой рибозы по 5¢-углероду или со вторичноспиртовой группой при 3¢- углероде. Нуклеотиды можно рассматривать и как эфиры и как кислоты, так как они содержат остаток фосфорной кислоты с двумя кислотными центрами, При рН = 7 остаток фосфорной кислоты находится в ионизированном состоянии

Для связывания трех компонентов нуклеотидов используется сложноэфирная и N-гликозидная связи

Нуклеотиды гидролизуются как в кислой, так и в щелочной среде но с образованием разных продуктов. В щелочной среде разрушаются сложноэфирные связи, образуются нуклеозиды и анион фосфорной кислоты. В кислой среде разрушаются и сложноэфирные и гликозидные связи, образуются: фосфорная кислота, пентоза (рибоза или дезоксирибоза) и нуклеиновые основания. Поскольку нуклеотиды – мономеры НК, ДНК и РНК при гидролизе в кислой или щелочной среде образуют те же продукты, что и нуклеотиды.

В полинуклеотидных цепях нуклеиновые звенья связываются через фосфатную группу. Фосфатная группа образует две сложноэфирные связи с третьим углеродом вышестоящей рибозы (дезоксирибозы) и с пятым углеродом нижестоящей.

Рис. Первичной структуры РНК.

Тот конец полинуклеотидной цепочки, где остается свободный первичноспиртовой гидроксил у 5¢ атом углерода пентозы, называется 5¢-конец. Там, где находится свободный гидроксил на 3¢-атоме углерода пентозы называется 3¢-конец.

Гидролиз Рнк и ДНк различен. Днк устойчивы к гидролизу в щелочной среде, а РНК гидролизируются в этих же условиях в мягких условиях. Хим. Гидролиз ДНК не применяется из-за массы побочных процессов. Более предпочтителен ферментативный катализ с участием нуклеаз, змеиного яда, в котором содержатся ферменты, расщепляющие фосфодиэфирные связи.

Под вторичной структурой понимают пространственную организацию полинуклеотидной цепи. Согласно модели Уотсона-Крика молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных вокруг общей оси с образованием двойной спирали

Водородные связи образуются между аминогруппой одного основания и карбонильной группой другого -NH...O=C-, а также между амидным и иминным атомами азота -NH...N.

Первичная структура, т.е. нуклеотидная последовательность, одной цепи предопределяет первичную структуру второй цепи.

Комплементарность цепей и последовательность звеньев составляют химическую основу важнейшей функции ДНК - хранения и передачи наследственной информации.

В стабилизации молекулы ДНК наряду с водородными связями, действующими поперек спирали, большую роль играют межмолекулярные взаимодействия, направленные вдоль спирали между соседними пространственно сближенными азотистыми основаниями -- стэкинг-взаимодействиями

Сильное стэкинг-взаимодействие всегда усиливает водородные связи между основаниями, способствуя уплотнению спирали. Вследствие этого молекулы воды из окружающего раствора связываются в основном с пентозофосфатным остовом ДНК, полярные группы которого находятся на поверхности спирали. При ослаблении стэкинг-взаимодействия молекулы воды, проникая внутрь спирали, конкурентно взаимодействуют с полярными группами оснований, инициируют дестабилизацию и способствуют дальнейшему распаду двойной спирали

­­­­38. Строение АТФ АДФ АМФ. Строение НАД+ и его фосфата НАДФ+.

аденозин-5'-фосфат (АМР), аденозин-5'-дифосфат (ADP)и аденозин-5'-трифосфат (ATP) Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к взаимопревращениям путем наращивания или отщепления фосфатных групп. Дифосфатная группа содержит одну, а трифосфатная - две ангидридные связи, называемые макроэргическими, поскольку они обладают большим запасом энергии. Необходимые для образования такой связи энергетические затраты восполняются за счет энергии, выделяемой в процессе метаболизма углеводов. При расщеплении макроэргической связи Р~О (обозначаемой волнистой линией) выделяется ~32 кДж/моль. С этим связана важнейшая роль АТФ как «поставщика» энергии во всех живых клетках.

В показанных ниже взаимопревращениях АМФ, АДФ и АТФ формулы этих соединений соответствуют их неионизированному состоянию. В физиологических условиях при рН ~7 фосфатные группы почти полностью ионизированы, поэтому в биохимической литературе эти и любые другие нуклеотиды записывают соответственно в виде анионов.

Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах. - перенос фосфатных групп. в. Все стадии гликолиза (превращения глюкозы в пируват) осуществляются только в фосфатной форме. Получение фосфатов гидроксилсодержа- щих соединений можно представить в виде общей схемы.

Так, галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, на начальной стадии метаболического превращения в глюкозу взаимо- действует с АТФ с образованием монофосфата.

Никотинамиднуклеотиды

Наиболее важными представителями этой группы соединений являются никотинамидадениндинуклеотид (NAD, или в русской литературе НАД) и его фосфат (NADP, или НАДФ). Эти соединения выполняют важную роль коферментов в осуществлении многихокислительно-восстановительных реакций. В соответствии с этим они могут существовать как в окисленной (НАД+, НАДФ+), так и восстановленной (НАДН, НАДФН) форме.

Структурным фрагментом НАД⁺ и НАДФ⁺ является никотинамидный остаток в виде пиридиниевого катиона. В составе НАДН и НАДФН этот фрагмент превращается в остаток 1,4-дигидропиридина.

В ходе биологического дегидрирования субстрат теряет два атома водорода, т. е. два протона и два электрона (2Н+, 2е) или протон и гидрид-ион (Н+ и Н^-). Кофермент НАД+ обычно рассматривается как акцептор гидрид-иона Н^- (хотя окончательно не установлено, происходит ли перенос атома водорода к этому коферменту одновременно с переносом электрона или эти процессы протекают раздельно).

В результате восстановления путем присоединения гидрид-иона к НАД+ пиридиниевое кольцо переходит в 1,4-дигидропиридиновый фрагмент. Этот процесс обратим.

В реакции окисления ароматический пиридиниевый цикл переходит в неароматический 1,4-дигидропиридиновый цикл. В связи с потерей ароматичности возрастает энергия НАДН по сравнению с НАД⁺. Таким способом НАДН запасает энергию, которая затем расходуется в других биохимических процессах, требующих энергетических затрат.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: