Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты
План лекции
Сформировать представление о
взаимосвязи химического строения
и биологической роли
нуклеиновых кислот
План лекции
1. Структурные компоненты нуклеиновых кислот;
2. Строение нуклеиновых оснований. Лактимлактамная таутомерия;
3. Строение и химические свойства нуклеозидов;
4. Строение и химические свойства нуклеотидов;
5. Строение и биологическая роль АТФ, АДФ,
АМФ;
6. Виды структур нуклеиновых кислот;
7. Медико-биологические свойства нуклеиновых
кислот.
гетероциклическое
основание
(нуклеиновое)
гетероциклическое
основание
(нуклеиновое)
O-P-O
сахар
O
сахар
OH
нуклеотид
Структура нуклеиновых кислот
Классификация нуклеиновых
оснований по характеру
гетероцикла
пиримидиновые
•Урацил (У)
•Цитозин (Ц)
•Тимин (Т)
пуриновые
•Аденин (А)
•Гуанин (Г)
Пиримидиновые основания
O
NH2
O
NH
N
H
урацил
O
H3 C
N
NH
N
H
тимин
O
N
H
O
цитозин
Пуриновые основания
O
NH2
N
N
N
H
N
аденин
N
NH
N
H
N
гуанин
NH2
Классификация таутомерии
нуклеиновых оснований
Лактам-лактимная
Амино-иминная
Азольная
Лактам-лактимная
таутомерия
OH
O:
N
H
4
6
N
O:
H
лактамная форма
урацила
N3
5
1
N
2
OH
2,4-дигидроксипиримидин
лактимная форма
урацила
Минорные основания
O
5
6
O
4 3
NH
2
N1
H
O
Дигидроурацил
5
6
4 3
N-CH3
2
N1
H
O
3-N-метилурацил
Минорные основания
O
O
6
1
CH3- N
H 2N
7
5
N
9
2
N
3
4
N
H
1-N-метилгуанин
8
1
6
N
CH3-N 2 N
CH3 3
O
7
5
N
9
4
6
1
HN
2-N,N-диметилгуанин
N
9
8
N
H
7
5
2
N
3
4
8
N
H
гипоксантин
Лактам-лактимная
таутомерия
O
OH
5
7
N
NH
N
H
N
NH2
лактамная форма
гуанина
N
8
6
9
N
H
4
3
N
N1
2
NH2
лактимная форма
гуанина
2-амино-6-гидроксипурин
Таутомерия нуклеиновых оснований.
1) лактим-лактамная таутомерия урацила
.
O
5
6
O
4 3
NH
2
N1
H
.O.
лактамная
форма
5
6
OH
4 3
NH
2
N1
OH
неполная
лактимная
форма
5
6
4 3
N
2
N1
OH
лактимная
форма
2,4-дигидроксипиримидин
Таутомерия нуклеиновых оснований.
1) лактим-лактамная таутомерия цитозина
NH2
NH2
4
5
6
N3
2
N1
H
O
..
лактамная
форма
5
6
4 3
N
2
N1
OH
лактимная
форма
4-амино-2-гидроксипиримидин
Таутомерия нуклеиновых оснований.
2) амино-иминная таутомерия цитозина
NH2
5
6
4
..NH
.
3N
5
4 3
NH
2
N1
H
O
амино-форма
6
2
N1
H
O
имино-форма
Таутомерия нуклеиновых оснований.
3) Азольная таутомерия
O
6
1
HN
H 2N
2
N
3
O
7
5
4
.
N
9 8
N
H
9-Н гуанин
6
1
HN
H2N
2
N
3
7
5
4
NH
9
8
N
..
7-Н-гуанин
SH2
NH
O
H
F
4
3NH
5
6 1 2
N
H
O
5-фторурацил
5
N7
8
9
6 N1
3
N 4 N
H
2
6-меркаптопурин
Нуклеозиды – это N-гликозиды,
образованные нуклеиновыми основаниями и
пентозой (рибозой или дезоксирибозой).
Классификация нуклеозидов
(в зависимости от природы углеводного остатка):
рибонуклеозиды
(в РНК)
дезоксирибонуклеозиды
(в ДНК)
Общая структурная формула нуклеозидов
пентоза в
фуранозной
форме
HO-H2C
O
нуклеиновое
основание
N-гликозидная
связь
Н- у дезоксирибозы
OH
R
НО – у рибозы
Пиримидиновые основания образуют нуклеозиды по положению 1.
Пуриновые основания образуют нуклеозиды по положению 9.
O
O
4
урацил
HO-CH2 +
O
5
3NH
6 1 2
N
H
OH
4
O
5
3NH
6 1 2
5'
N
HO-CH2
- H2O
O
1'
4'
3'
OH
OH
β-D-рибофураноза
OH
2'
OH
уридин
O
NH2
N
аденин
HO-CH2
NH2
7
5 6
N
1N
2
8 9
3
N 4 N
N
9
+
O
N
H
OH
N
5'
HO-CH2
- H2O
O
1'
4'
3'
OH
β-D-дезоксирибофураноза
2'
OH
дезоксиаденозин
Гидролиз нуклеозидов
проходит по N-гликозидной связи.
N-Гликозидная связь устойчива в щелочной среде
и гидролизуется только в кислой среде.
Продукты гидролиза – нуклеиновое основание и моносахарид.
NH2
N
HO-H2C O
N
O
+
H2O, H
NH2 HO-H2C O OH
N
+
N
H
O
OH OH
цитидин
цитозин
OH OH
b-D-рибофураноза
O
H3 C
O
H3 C
NH
N
HO-CH2
O
NH
N
H
O
H2O,
H+
O
тимин
+
HO-CH2
O
OH
OH
тимидин
OH
дезоксирибоза
NH2
N
N
N
HO-CH2
N
O
HO
OH
арабинозид аденина
O
H3 C
NH
N
HO-CH2
O
N3
азидотимидин
O
Нуклеозид с минорным основанием.
O
HN
N
9
N
N
HO-H2C O
b-D-рибофураноза
OH OH
ИНОЗИН
гипоксантин
NH2
N
N
9
N
N
HO-H2C O
b-D-3-дезоксирибофураноза
NH2
аденин
N
9
N
N
HO-H2C O
HO
b-D-арабиноза
3’
OH
кордицепин
Антибиотик,
получаемый из грибницы
Cordyceps militaris
N
2’
OH
противовирусное
средство
Нуклеотиды – сложные эфиры
нуклеозидов и фосфорной кислоты
(фосфаты нуклеозидов)
O
NH
O
5'
N
HO-CH2
O
1'
4'
3'
OH
O
H3PO4
2'
OH
уридин
HO
3N H
6 1 2
5
HO
5'
N
P-O-CH2
O
4
O
O
1'
4'
3'
OH
2'
OH
уридин-5’-фосфат
5’-уридиловая кислота
O
N
5'
NH
N
HO-CH2
N
NH2
O
1'
4'
3'
2'
O
O=P
OH
OH
дезоксигуанозин-3’-фосфат
3’-дезоксигуаниловая кислота
NH2
N
5'
N
N
O-CH2
N
O
HO
P
O
3'
O
OH
аденозинозин-3’,5’-циклофосфат
3’,5’-циклоадениловая кислота
ГИДРОЛИЗ НУКЛЕОТИДОВ
1.Щелочной гидролиз (неполный) – только по
сложно-эфирной связи. Образуются нуклеозид и
соль фосфорной кислоты.
O
O
OH
CH3
O=P- O-H2C O N
OH
NH
CH3
NH
O
O
HO-H2C O N
NaOH
+ NaH2PO4
OH H
Тимидин-5’-фосфат
5’-тимидиловая кислота
OH H
Тимидин
Дигидрофосфат
натрия
ГИДРОЛИЗ НУКЛЕОТИДОВ
2.Кислотный гидролиз (полный)– по сложно-эфирной и
гликозидной связям. Образуются фосфорная кислота,
пентоза и нуклеиновое основание.
O
O
CH3
NH
CH3
OH
NH
O HO-H C
O=P O-H2C O N
2
O OH
OH
H2O, H+
+
N
H
O
тимин
OH H
OH H
+ H3PO4
Тимидин-5’-фосфат
b-D-дезоксирибоФосфорная
фураноза
5’-тимидиловая кислота
кислота
NH2 NH2
N N
NN
OH OH
OH OH OH
OH
N
N
N
N
P-O-CH
HO-PO-P-OHO-P-O-CH
P-O-CH
HO-P-O2
2
2
O
O O
OO O
O O O
OH OH
OH OHOH
АДФ
АТФ(аденозинмонофосфат)
(аденозиндифосфат
(аденозинтрифосфат
) )
АМФ
NH2
N
N
N
H33PO44
OH
N
сложноэфирная
связь
N
OH OH OH
O
N
N
HO-P- O-P-O- P-O-CH2
O
NH2
N-гликозидная
связь
O
O
OH
ангидридные
связи (макроэргические)
N
OH
Биологическая роль АТФ
1. Участвует в реакциях фосфорелирования как
источник фосфатных групп.
2. Источник энергии для биохимических процессов.
3. Активация аминокислот при биосинтезе белка.
CH2 OH
O OH
OH
HO
+ АТФ
OH
глюкоза
HO
O=P-O-CH2
HO
OH
HO
O OH
OH
глюкозо-6-фосфат
+ АДФ
CH3 -CH-COOH +
NH2
NH2
аланин
N
OH OH OH
N
HO-P- O-P-O- P-O-CH2
O
O
O
O
OH
АТФ
N
OH
N
ангидридная
связь
NH2
N
OH
N
CH3 -CH-C-O- P-O-CH2
NH2 O
O
N
N
O
+
OH OH
OH
аминоациладенилат
OH HO-P-O-P-OH
O
O
пирофосфорная
кислота
никотинамид
аденин
O
C
NH2
+
N
NH2
O
N
O
CH2 -O-P-O-P-O-CH2
OH
HO
O
N
O
OH OH
OH
OH
Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+)
N
N
Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные
полимеры, мономерами которых являются
нуклеотиды.
Первичная структура нуклеиновой кислотыэто последовательность нуклеотидных звеньев,
связанных ковалентными связями в непрерывную
цепочку полинуклеотида.
Её определяют две характеристики:
1.Нуклеотидный состав -набор и соотношение нуклеотидов.
2.Нуклеотидная последовательность -порядок чередования
нуклеотидных звеньев.
O
NH
У
O
N
-O-CH2
NH2
O
3'
O
N
OH
N
N
5'
HO-P-O-CH2
O
O
NH2
3'
O
A
N
N
OH
5'
N
HO-P-O-CH2
Ц
O
O
3'
O
HO-P-OO
O
OH
Вторичная структура нуклеиновых кислот –
пространственная
организация
полинуклеотидных цепей, т.е. определенное
расположение полинуклеотидной цепи в
пространстве
Пары комплементарных оснований
:O
NH2
N:
N
N
H
N
А
CH3
HN
O
N
H
Т
Пары комплементарных оснований
H2 N
O:
N
:N
NH
N
H
N
Г
NH2
:O
N
H
Ц
OH
NH2
N
N
N
HNO2 N
N
N
N
аденозин
N
O
N
NH
N
N
инозин