тель 3. Из озонатора 2 озон поступает в смеситель 3,... та (III) окисляется до азотной кислоты. Полученная после окисления

тель 3. Из озонатора 2 озон поступает в смеситель 3, где оксид азота (III) окисляется до азотной кислоты. Полученная после окисления
свободная от окислов азотная кислота направляется в хранилище 5,
из которого насосом подается в аппарат нейтрализации 7. Нейтрализация осуществляется газообразным аммиаком, подаваемым в
аппарат нейтрализации ИТН (использование теплоты нейтрализации) из баллонов 8. По завершении процесса нейтрализации образуется 25,8 %-ный раствор аммиачной селитры. Этот раствор
насосом 9 подается в выпарной аппарат 10 с естественной циркуляцией и выносной греющей камерой, где упаривается до концентрации 56 %. Из выпарного аппарата 10 упаренный раствор
поступает в смеситель 11, снабженный мешалкой, где смешивается
с мочевиной, которая подается в смеситель из бункера 12. Целевой
продукт КАС-28 из аппарата 11 поступает в вакуум-воронку, где
удаляются механические примеси, и подается в хранилище 14 и далее на узел фасовки и упаковки в тару. Реализация разработанного
технологического процесса позволяет получать из 1000 т кислого
стока мастерской кислотной окислительной очистки ДНА 742 т КАС28 при оптовой цене 9000 руб. за 1 т продукции.
Таким образом, при совмещении производства ДНА и КАС-28
возможна реализация практически безотходной технологии и соответственно значительное улучшение экологических параметров
технологии получения ДНА.
Н. А. Соловьёв, И. Г. Широкова
Олигонуклеотиды: их свойства и практическое применение
Олигонуклеотиды – природные или синтетические олигомерные
соединения, состоящие из немногих остатков нуклеотидов (мононуклеотидов), соединённых фосфодиэфирной связью 1. Олигонуклеотиды можно рассматривать как продукты неполного химического,
ферментативного гидролиза нуклеиновых кислот (полинуклеотидов)2 или как продукт химического биосинтеза мононуклеотидов3.
Термин «олиго» заимствован из химии углеводов, где олигомерами
(от греческого «олигос» – мало, «мерос» – часть) называют соединения, которые по размеру молекул занимают промежуточное положение между мономерами и полимерами. Впервые термин
1
Молекулярная биология / А.А. Баев [и др.]. СПб.: Наука, 1967. Т. 1. С. 503.
Биохимический справочник / Н.Е. Кучеренко [и др.]. – М.: Высш. шк., 1979.
С. 321.
3
Ингрем В. Биосинтез макромолекул. М.: Мир, 1966. С. 198.
2
394
«олигонуклеотиды» применил Микельсон в 1963 г., когда число мономерных единиц в молекуле составляло от 2 до 7. Спустя некоторое время под терминологию олигонуклеотидов начали входить
соединения, имеющие большее количество мононуклеотидных
звеньев. По классификации З.А. Шабаровой и А.А. Богданова1 олигонуклеотиды – природные и синтетические нуклеотидные полимеры, включающие до десяти мономерных единиц. В настоящее
время принято считать, что олигомерная форма нуклеиновой кислоты может содержать до 20-100 нуклеотидов.
Структурными компонентами олигонуклеотидов являются: азотистое основание (АО) пуринового или пиримидинового ряда, пентоза
(β-D-рибофураноза
или
β-D-2-дезоксирибофураноза)
и
фосфорная кислота.
Существуют рибоолигонуклеотиды и дезоксиолигонуклеотиды
(в зависимости от углеводного компонента), а также пиримидиновые
и пуриновые олигонуклеотиды (в зависимости от АО).
Кроме того, различают гомоолигонуклеотиды, построенные из
остатков одного и того же мононуклеотида, и гетероолигонуклеотиды, построенные из остатков разных мононуклеотидов.
В олигонуклеотидах сохраняются многие химические свойства,
характерные для мононуклеотидов: свойства оснований, углеводного и фосфорного остатков. Так как олигонуклеотиды состоят из мононуклеотидов,
то
характерным
свойством
для
данных
низкомолекулярных полимеров будет гидролиз, приводящий к распаду цепи.
Устойчивость полимерной молекулы олигонуклеотида определяется реакционной способностью межнуклеотидного узла в водных
растворах. Реакции, приводящие к расщеплению олигонуклеотидной цепи, могут протекать по двум различным механизмам.
Реакции первого типа, включающие разрыв связи Р – О, как
нуклеофильное замещение у межнуклеотидного атома фосфора,
который в этом случае проявляет электрофильные свойства:
1
Шабарова З.А., Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М.: Химия, 1978. С. 379.
395
Нуклеофильная атака атома фосфора может осуществляться
как межмолекулярно, так и внутримолекулярно.
Реакции второго типа, включающие разрыв связи С - О, осуществляются в том случае, когда в динуклеозидфосфатном фрагменте
полинуклеотида в β-положении к фосфодиэфирной группе появляется карбонильная группировка. Эти реакции протекают как
β-элиминирование, катализируемое основаниями:
Как и при расщеплении связи Р – О, движущей силой
β-элиминирования является электрофильность атома фосфора, поскольку способность к расщеплению связи С – О в этом случае определяется
устойчивостью
уходящего
аниона.
Этот
тип
расщепления межнуклеотидных связей является непрямым и приводит к появлению в β-положении к межнуклеотидной фосфодиэфирной группировке карбонильной группы. По такому механизму
протекает кислотный гидролиз олигорибонуклеотидов1:
1
Звонкова Е.Н. Химия биологически активных природных соединений. М.:
Химия, 1970. С. 298.
396
По остаткам гетероциклических оснований возможны реакции
электрофильного замещения, а также присоединение по двойной
связи С5, С6.
В качестве примеров электрофильного замещения протонов в
гетероциклическом ядре можно привести оксиметилирование цитидин-5'-фосфата:
Оксиметилирование ядер урацила и цитозина в их рибо- и дезоксирибонуклеотидах
позволяет
получать
труднодоступные
1
5-оксиметилпроизводные .
Широкое применение для модификации оснований в нуклеотидах и олигонуклеотидах нашло присоединение по связи С5,С6 пиримидиновых производных бисульфит-иона (HSO3-). Реакцию
проводят в нейтральных водных растворах. Реакция с бисульфитом
протекает намного быстрее, чем с другими нуклеофильными реагентами и в случае производных урацила заканчивается насыщением двойной связи С5,С62:
По остаткам гетероциклических оснований и пентозы возможны
реакции алкилирования (например, метилирование) и ацилирование.
1
Барам Г.И. Алкилирующие производные компонентов нуклеиновых кислот. Синтез 4-(N-2-хлорэтил-N-метиламино) бензилиденовых производных
адениловых олигонуклеотидов // Известия Сиб. отделения акад. наук СССР.
Серия химические науки. Сиб. отделение: Наука, 1972. № 4. С. 116.
2
Шабарова З.А., Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М.: Химия, 1978. С. 404.
397
Реакции метилирования1 на уровне нуклеотидов и олигонуклеотидов протекают как по гетероциклу, так и по фосфатному остатку.
Так, при метилировании диазометаном уридин-5'-фосфата образуется смесь N3-метилурадин-5'-фосфата и уридин-5'-метилфосфата
в соотношении 3:1:
При обработке нуклеотидов ангидридами (например, уксусным
ангидридом (Ас2О)) или хлорангидридами карбоновых кислот происходит замещение на ацильные группы всех подвижных атомов водорода в остатке пентозы и ацилирование аминогрупп
гетероциклических оснований. Если последние не содержат аминогрупп, то можно получать только производные по углеводному фрагменту. При этом в качестве промежуточного соединения, повидимому, образуется смешанный ангидрид с участием фосфатной
группы, который, однако, легко гидролизуется при обработке реакционной смеси водой. В случае 5'-фосфатов эта реакция протекает
без осложнений. Например:
1
Дэвидсон Дж. Биохимия нуклеиновых кислот. М.: Мир, 1968. С. 60.
398
При ацилировании нуклеотидов, содержащих аминогруппы в
ядре гетероциклического основания, также образуются соответствующие амиды. Дезоксицитидин-5'-фосфат, например, превращается при обработке n-анизоилхлоридом в 3',6-дианизоилдезоксицитидин-5'-фосфат:
При обработке подобных амидов концентрированными водными
растворами аммиака (NH3) протекает аммонолиз. Атака аммиаком возможна как по карбонильному углероду, так и по углероду гетероцикла.
В результате в обоих случаях проиcходит удаление ацильной группы.
Щелочной гидролиз сложноэфирной связи в ацилированных
нуклеотидах протекает по обычному механизму, и его скорость пропорциональна концентрации гидроксилъных ионов.
При обработке ацилированных по углеводному остатку нуклеотидов водным растворами аммиака протекает, видимо, как гидролиз, так и аммонолиз сложноэфирной связи.
Различие в свойствах амидной и сложноэфирной связей используется для избирательного удаления ацильной группы, связанной с пентозой, например, для получения дезоксинуклеотидов, у
которых блокирована только аминогруппа гетероциклического основания. Для этого ацилированный как по остатку пентозы, так и по гетероциклу дезоксинуклеотид обрабатывают щелочью (обычно 1 н
раствором NaОН) и с хорошим выходом получают N-ацилирован-ный
нуклеотид. Так, из N2,3'-диизобутирил-дезоксигуанозин-5'-фосфата был
получен N2-изобутирилдезоксигуанозин-5'-фосфат:
399
Устойчивость амидных связей в N-ацилнуклеотидах в описанных выше условиях зависит от структуры гетероциклического основания и природы ацильного остатка. Для производных уксусной
кислоты устойчивость амидной связи падает в ряду: гуанозин, аденозин, цитидин.
С участием фосфатной группы идёт алкилирование. При алкилировании нуклеозид-5'-фосфатов в нейтральном водном растворе
диазометаном (при 20 °С) образуются соответствующие метиловые эфиры нуклеотидов, например (для производных аденина и
цитозина):
Нуклеотиды образуют с ионами металлов и неметаллов комплексные соли, в том числе и хелатного типа. Сведения о взаимодействии различных ионов с нуклеотидами приведены ниже
(отнесение проведено по месту связывания с нуклеотидом).
Центр связывания
Ионы
Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg2+, Ca2+,
Sr2+, Ba2+
Фосфатная группа и остаток рибозы
B3+
Фосфатная группа и остаток гетеро- Co2+, Ni2+, Mn2+, Zn2+, Cd2+, Pb2+,
циклического основания
Cu2+
Остатки рибозы и гетероциклического
Co3+
основания
Остаток гетероциклического основания Ag+, Hg2+
Фосфатная группа
Атом элемента в зависимости от его природы может связываться с нуклеотидом как путём замещения протона в группах, способных к ионизации, так и путём присоединения к атомам азота
гетероцикла, обладающим повышенной электронной плотностью
(донорно-акцепторная связь). С металлами, не способными к комплексообразованию, например, со щелочными и щелочноземельными, нуклеотиды образуют соли по фосфатной группе. В виде
таких солей нуклеотиды обычно выделяются из гидролизатов нуклеиновых кислот и хранятся. Если в нуклеотидах или нуклеозидах
имеется свободная цис-диольная группировка, то они могут давать
400
комплексы с борной кислотой. В зависимости от концентрации диола (в данном случае нуклеотида или нуклеозида) одна молекула
борной кислоты может координироваться с одной или двумя молекулами диола:
С ионами двухвалентной меди нуклеотиды также образуют соли
хелатного типа. В этом случае в образовании связи с металлом участвуют фосфатная группа и азот остатка гетероциклического основания.
В отсутствие фосфатного остатка, т.е. в случае нуклеозидов,
взаимодействие со способными к комплексообразованию элементами и веществами может происходить за счет первичной гидроксильной группы рибозы и аминогруппы основания1.
Олигонуклеотиды находят широкое применение в биохимии,
генной инженерии, молекулярной биологии. Потребность в них растёт, и это стимулирует химиков к постоянному изучению свойств и
методов синтеза.
Синтетические олигонуклеотиды применяются для изучения закономерностей поведения нуклеиновых кислот: нуклеиновокислотного и нуклеиново-белкового узнавания, структурной топографии активных центров белков и сложных рибонуклеотидных комплексов, а также создания на их основе диагностических систем и
потенциальных терапевтических препаратов с улучшенными фармакокинетическими и фармакодинамическими свойствами.
Ярким примером использования синтетических олигонуклеотидов в молекулярной биологии служит расшифровка генетического
кода. Огромные перспективы для молекулярной биологии, молекулярной генетики, а также генетической инженерии открывает созданная в последние годы методология синтеза двутяжевых
олигодезоксирибонуклеотидов, узнаваемых ферментами рестрикции, однотяжевых олигонуклеотидов, комплементарных различным
участкам вирусных РНК и тРНК. Это создаёт новые возможности исследования функционирования гена (промоторной и терминаторной
его функции) и процессов белково-нуклеиновых взаимодействий.
Кроме того, доступность олигонуклеотидов делает возможным
изучение физико-химических свойств НК, взаимодействия НК с ан1
Шабарова З.А., Богданов А.А. Химия нуклеиновых кислот и их компонентов. М.: Химия, 1978. С. 138.
401
тибиотиками и белками (в том числе различными ферментами нуклеинового обмена), а также определение первичной структуры НК
путём частичного ферментативного копирования с помощью затравок и т. д. Синтетические олигонуклеотиды также широко используются в качестве матриц и затравок для ДНК- и РНК-полимераз,
обратной транскриптазы. Всё это свидетельствует об исключительно важной роли олигонуклеотидов как инструмента исследований в
современной науке о химических основах жизни.
И. Г. Широкова, Н. А. Соловьёв
Источники химического загрязнения и их влияние
на гидросферу и здоровье человека
Источниками загрязнения признаются объекты, с которых
осуществляется сброс или иное поступление вредных веществ,
ухудшающих качество поверхностных вод, ограничивающих их
использование, а также негативно влияющих на состояние дна и
берегов водных объектов1.
На территории России практически все водоёмы подвержены
антропогенному влиянию. Качество воды в большинстве из них не
отвечает нормативным требованиям2. Источники загрязняющих
веществ разнообразны, а виды отходов и характер их воздействия на
компоненты биосферы многочисленны. Можно назвать следующие
источники загрязнения гидросферы: промышленность, сельское
хозяйство, добыча, транспортировка и переработка горючих полезных
ископаемых; производство энергии; коммунальное хозяйство;
транспорт; кислотные осадки.
Огромный вред наносят водным ресурсам сточные воды
целлюлозно-бумажной,
пищевой,
деревообрабатывающей,
нефтехимической промышленности, а постоянное возрастание
масштабов морских перевозок вызвало почти повсеместное
загрязнение морей и океанов нефтью и нефтепродуктами.
Массовое применение минеральных удобрений и химических
средств защиты растений привело к появлению ядохимикатов в
природных водах и к загрязнению биогенными элементами
водоёмов3.
1
2
Новиков Ю.В. Экология, окружающая среда и человек. М., 2002. С. 158.
Бастман Т. Кризис окружающей среды. СПб.: Прогресс-погода, 1995.
С. 83.
3
Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении. М.: Высш. шк., 2008. С. 18.
402