1 НУКЛЕОТИДЫ И НУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Нуклеиновые основания N N N NH N N Пиримидин Пурин НУКЛЕИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ (В ЛАКТАМНОЙ ФОРМЕ) Пиримидиновые O HN 3 2 O 4 1 N NH2 O CH3 HN 5 N 6 H O N H O N H Урацил Ura Тимин Thy Цитозин Cyt (2,4-диоксопиримидин) (5-метил-2,4- (4-амино-2- диоксопиримидин, оксопиримидин) 5-метилурацил) 2 Пуриновые O NH2 N 7 8 9 N N1 6 5 4 2 3 N N HN H2N N N H H Аденин Ade Гуанин Gua (6-аминопурин) (2-амино-6-оксопурин) O OH N N H2N N N H H H2N O N N N N H H H2N H N N N N 3 а б Рис. Плоское строение молекул пиримидина (а) и пурина (б) РНК ДНК Урацил Тимин Цитозин, аденин, гуанин Цитозин, аденин, гуанин Нуклеозиды Гетероциклическое основание HOH2C OH HOH C 2 O HO R B O HO N-гликозидная связь R R=OH β-D-рибофураноза Общая структура нуклеозида R=H 2-Дезокси-β-D- R=OH Рибонуклеозид рибофураноза R=H Дезоксирибонуклеозид 4 Цитозин + Рибоза Цитидин Цитозин + Дезоксирибоза Дезоксицитидин Аденин + Рибоза Аденозин Аденин + Дезоксирибоза Дезоксиаденозин НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ РНК (РИБОНУКЛЕОЗИДЫ) NH2 O N HOH2C H HOH2C O N N Урацил N HO OH O O O HO OH Цитидин (C) Уридин (U) NH2 N O N N HOH2C N Аденин HOH2C N O NH HN 1 Гипоксантин 6 N HOH2C Инозин HO 2 5 Урацил 3 NH 4 O С-гликозидная связь O O OH NH2 OH C HO Гуанин Гуанозин (G) Аденозин (А) HOH2C N H O HO OH N N N N O HO Цитозин OH Псевдоуридин 5 НУКЛЕОЗИДЫ, ВХОДЯЩИЕ В СОСТАВ ДНК (ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДЫ) NH2 O CH3 HOH2C H N N Тимин N HOH2C O O N O O HO HO Дезоксицитидин (dC) Тимидин (dU) NH2 N N HOH2C Цитозин O HO Дезоксиаденозин (dА) O N Аденин N N N HOH2C O HO Дезоксигуанозин (dG) N N H Гуанин NH2 6 Нуклеотиды NH2 N O HO N N P O CH2 N -г л и к о зи д н а я св я зь OH HO Сложноэфирная связь N O HO Аденин D-рибоза Аденозин-5'-фосфат, 5'-адениловая кислота NH2 N N Аденин N HO CH2 N O N-гликозидная связь 3' OH O HO P O OH Сложноэфирная связь Аденозин-3'-фосфат, 3'-адениловая кислота 7 O RO O P OH k1 RO O OH k2 O- P RO O- P O- OH Циклофосфаты NH2 N N CH2 N N N OH O N CH2 O OH NH2 O O P NH N O O O O O P OH OH Аденозин-3',5'-циклофосфат Гуанозин-3',5'-циклофосфат СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Строение полинуклеотидной цепи 5'-Конец (P-конец) 5' - 3' 3'-Конец (OH-конец) Сложноэфирные связи 5' фосфат 3' пентоза Основание Нуклеотидное звено 3' 5' фосфат пентоза Основание Гликозидные связи Рис. Общее построение полинуклеотидной цепи 3' 5' фосфат пентоза Основание 8 NH2 N N N O CH2 A N 5'-Конец O NH2 пентоза N O O P O CH2 OH C фосфат O N N O P CH2 OH N O P пентоза основание фосфат O пентоза основание фосфат NH O O G NH2 H3C основание фосфат NH N O пентоза O O O основание T O CH2 OH N O 3'-Конец O O O P OH d(A—С—G—Т...) Рис. Первичная структура участка цепи ДНК Первичная структура нуклеиновых кислот Щелочной гидролиз Рибонуклеотиды Щелочной гидролиз Рибонуклеозиды + Фосфорная кислота Кислотный гидролиз Гетероциклические основания + D-Рибоза 9 Вторичная структура ДНК Рис. Двойная спираль ДНК 10 NH O NH C N H H3C O H NH N N N N N К цепи N К цепи O Тимин Аденин 1,11 нм H N N H O H N N N N N К цепи O H N H Цитозин Гуанин 1,08 нм К цепи 11 Рис. Характеристики двойной спирали ДНК 12 Роль комплементарных взаимодействий в осуществлении биологической функции ДНК 13 Комплементарная пара не образуется O O H3C H H N N N N N К цепи К цепи N H2N O Тимин (лактамная форма) Гуанин Комплементарная пара образуется O H3C O H N H N N N N К цепи N H O К цепи N H Тимин (лактимная форма) Гуанин NH2 N N O N N R Адеенозин (R-остаток рибозы) HNO2 N N NH N R Ионозин 14 Нуклеопротеины НУКЛЕОЗИДПОЛИФОСФАТЫ. НИКОТИНАМИДНУКЛЕОТИДЫ Нуклеозидполифосфаты NH2 N N O HO P O O N CH2 N HO +H3PO4 O HO P HO O O P O CH2 HO Ade O + H 3PO4 -H3PO4 -H3PO4 OH OH OH Ангидридная группа Аденозинмонофосфат АМФ OH Аденозиндифосфат АДФ O HO P HO O O P O O HO P O CH2 HO Ангидридные группы OH Ade O OH Аденозинтрифосфат АТФ Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах O С O P OH Сложный эфир O OH C O O P OH Ангидрид OH 15 O ROH + АТФ RO P OH + АДФ OH HOCH2 HO O O OH OH + HO P O O -O O P O -O P O CH2 Ade O -O OH D-галактоза OH АТФ OH HOCH2 HO O O OH OP O O- + O- -O P O O P -O CH2 O Ade O -O OH OH 1-фосфат D-галактопиранозы O -OOC CHCH2CH2 C OH АДФ O O- + АТФ NH3 -OOC CHCH2CH2 C O O P O- + АДФ O- NH3 Глутамат нуклеофильная атака O -OOC CHCH2CH2 NH3 C O O P O- O O- + NH3 -OOC CHCH2CH2CNH2 + NH3 Глутамин O -O P O- O- 16 O O RCOO- + АТФ + KoASH фермент RCO SKoA + АМФ + -O O P O- O O RC -O P O- O O O P - O CH2 O O O АТФ OH O OH O RС O P O O Ade CH2 + -O O -O OH P O O -O P P O P O Ade CH2 + O -O O- O- +NH 3 α-аминокислота OH O C O O COO- CH R OH R P Дифосфат-ион OH АТФ CH O O -O +NH 3 O O- Ациладенилат -O O- Ade - O Ацилат O O- O P - P P O O CH2 -O Ангидридная группа Ade O + -O P O- OH Аминоациладенилат OH O O P O- O- 17 Никотинамиднуклеотиды Никотинамид Аденин O C NH2 N NH2 O N CH2O OH HO O P O HO N N P O CH2 N O HO O OH R=H OR Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+) R=PO3H2 Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ+) H H O C NH2 N NH2 O N CH2O OH HO P HO O O P N O CH2 HO O O OH R=H OR Никотинамидадениндинуклеотид (НАДH) R=PO3H2 Никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФH) N N 18 H CONH2 + H N Субстрат H CONH2 Фермент + H+ + Субстрат N Восстановленная форма R H Окисленная форма R НАДН НАД+ HO HO НАД+ + 4 НАД+ + 4 НАДН + O C-4 D-глюкопиранозы C-4 D-галактопиранозы Hа Hб H H CONH2 H N Рис. Энантиотопные атомы Hа (про-R) и Нб (про-S) в молекуле НАДН R D CONH2 + N H D C O CONH2 CH3 HO R НАД+ H + CH3 N R R-1-дейтероэтанол НАДD + C H H+ 19 H CONH2 H D H + N O CONH2 C CH3 + CH3 HO H+ H N R + C R НАД+ S-1-дейтероэтанол НАДН Активный центр фермента CONH2 CH3 H H C H O CONH2 N CH3 R H D N C H O R H НАДD НАД+ R-конфигурация Рис.13.9. Стереоспецифичность окислительно-восстановительной реакции с участием кофермента. H H CONH2 CH3 + N R НАДН CONH2 COOH C O 2-оксопропановая (пировиноградная) кислота N R НАД+ COOH + CH3 C HO H 2S-гидроксипропановая (L-молочная) кислота 20 NH2 OH CH2O Фрагмент рибитола P HO H O HO H HO H H H CH3 P O N N OCH2 N O N O N N OH O OH Нуклеотидный фрагмент NH N CH3 OH O Фрагмент изоаллоксазина Флавинадениндинуклеотид (ФАД) R CH3 N O N CH3 R H N N O +2H CH3 NH N O ФАД (оксиленная форма) -2H CH3 NH N H O ФАДН2 (восстановленная форма)