Geum.ru

«Технология бродильных производств и виноделие»

Вид материалаМетодические рекомендации

Содержание


2.4 Нуклеиновые кислоты
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

2.4 Нуклеиновые кислоты



Нуклеиновые кислоты открыты в XIX веке Мишером в ядрах гнойных клеток.

Нуклеиновые кислоты – это вещества белого цвета, волокнистого строения, плохо растворимы в воде в свободном виде, но хорошо – в виде солей щелочных металлов. Они также хорошо растворяются в солевых растворах. РНК неустойчива к воздействию щелочей, а ДНК стабильна в щелочной среде. Молекулярная масса ДНК – от 0,5 млн. до 20 млн. и выше, РНК – от 30 тыс. до 2 млн.

Так как нуклеиновые кислоты резко асимметричны, растворы их обладают высокой вязкостью и двойным лучепреломлением. Располагая большим отрицательным зарядом, молекулы нуклеиновых кислот подвижны в электрическом поле. Нуклеиновые кислоты прочно связывают многовалентные ионы металлов, подвергаются алкилированию и дезаминированию. Характерным свойством нуклеиновых кислот является способность поглощать в ультрафиолетовой области спектра вблизи 260 мкм.

Нуклеиновые кислоты обладают сильно выраженными кислотными свойствами, при физиологическом значении рН несут высокий отрицательный заряд (содержат 15 % азота и 10 % фосфора), молекулярная масса – миллионы единиц.

Нуклеиновые кислоты – полинуклеотиды, состоящие из мононуклеотидов, которые при гидролизе расщепляются на азотистые основания (пуриновые и пиримидиновые), углевод – на пентозу (рибозу или дезоксирибозу) и фосфорную кислоту. Пуриновые основания: аденин (А) и гуанин (Г). Пиримидиновые основания: урацил (У), тимин (Т), цитозин (Ц), а также 5-метилцитозин и 5-оксиметилцитозин.

Рибоза или 2-дезоксирибоза в нуклеиновых кислотах представлены в виде -D-рибофуранозной формы. Помимо рибозы и дезоксирибозы в нуклеиновых кислотах может находиться глюкоза. Пуриновые, пиримидиновые основания, рибоза, дезоксирибоза и фосфорная кислота в молекулах нуклеотидов связаны однотипно. Пентозы своим первым углеродным атомом соединяются с соответствующим основанием: с пуриновым – по его девятому атому, с пиримидиновым – по его третьему атому азота. Пентозы соединены с основаниями через
-глюкозидные связи. Пентоза с фосфорной кислотой соединены эфирной связью.

При наличии в нуклеотиде дезоксирибозы сложноэфирная связь образуется с фосфорной кислотой в 3/- и 5/-положениях, а при наличии рибозы – в 2/-, 3/- и 5/-положениях. Известны также циклические монофосфаты аденозина (3/-, 5/-АМФ). При отщеплении от нуклеотида остатка фосфорной кислоты образуется соединение, называемое нуклеозид. Нуклеотиды – это фосфорные эфиры нуклеозидов.

В мононуклеотиде имеются:

– гликозидная связь (между азотистым основанием и пентозой);

– диэфирная связь (между нуклеотидами);

– эфирная связь (между пентозой и фосфорной кислотой).

Все эти связи прочные, ковалентные, они создают первичную структуру нуклеиновых кислот. В молекулах нуклеиновых кислот имеются водородные связи, играющие важную роль в их конформации.

Вторичная структура ДНК предложена Уотсоном и Криком в 1953 г., а позднее для РНК. В основу легли закономерности химического состава ДНК (правила Чаргаффа):

1) молярное содержание в ДНК пуринов равно содержанию пиримидинов, а именно:

(А=Т или А/Т = 1), (Г=Ц или Г/Ц = 1),

(А+ Г) = (Ц+ Т) (А+Г)/(Ц+Т) = 1,2;

2) количество аминогрупп, входящих в состав ДНК оснований (А и Ц), равно количеству кетогрупп, имеющихся там оснований (Г и Т), следовательно:

(Г+Т)=(А+Ц) или (Г+Т)/(А+Ц)=1.

Это представление предполагает наличие в ДНК двух антипараллельных полинуклеотидных цепей спиральной формы, закрученных друг на друга. Каждая цепь представляет собой полинуклеотид, в котором диэфирной связью связаны друг с другом мононуклеотиды. Вдоль отдельной цепи на каждые 0,34 нм приходится один мононуклеотид. Угол между смежными мононуклеотидами каждой цепи равен 36. Азотистые основания находятся внутри, а пентоза и фосфорная кислота снаружи.

Две параллельно идущие цепи обвиты вокруг общей оси, связаны друг с другом азотистыми основаниями вдоль всей молекулы ДНК с помощью водородных связей. Водородные связи направлены от
NH2-группы аденина к ОН-группе тимина и от NH2-группы гуанина к ОН-группе цитозина. Пары А-Т и Г-Ц являются комплементарными.

При определенных условиях происходит разрушение вторичной структуры ДНК, называемое денатурацией, она может быть обратимой. При совместной денатурации различных ДНК и последующей ренатурации могут возникнуть гибридные молекулы ДНК.

Разберите строение нуклеозидов и нуклеотидов, их названия и способ соединения нуклеотидов в полинуклеотид. Обратите внимание на то, что молекулы нуклеиновых кислот имеют характерную для каждой из них первичную, вторичную и третичную структуры. Изучите особенности этих структур у ДНК и РНК, уясните биологическую роль каждой из нуклеиновых кислот.

При изучении данной темы обратите внимание на то, что нуклеотиды – не только составные части нуклеиновых кислот, но и участники многих реакций обмена веществ. Нуклеотиды, участвующие в обмене веществ, имеют в своем составе еще один или два остатка фосфорной кислоты, присоединенных последовательно один за другим. Такие нуклеотиды называют нуклеозиддифосфатами и нуклеозидтрифосфатами (НДФ и НТФ). Обратите внимание на обозначение связей в этих соединениях.

Важнейшими представителями этой группы соединений являются аденозиндифосфорная (АДФ) и аденозинтрифосфорная (АТФ) кислоты. АТФ – основной носитель энергии в клетке (макроэргическое соединение); она служит движущей силой огромного числа реакций, сопровождающихся потреблением энергии, которая при участии ферментов переносится от АТФ на другие соединения вместе с остатком фосфорной кислоты.

При дефосфорилировании АТФ, сопровождающемся освобождением энергии, образуются АДФ и АМФ, за счет энергии, освободившейся при окислении органических веществ, АДФ фосфолируется в АТФ. Подобно АМФ происходит фосфорилирование других нуклеозидфосфатов:

ГМФ  ГДФ  ГТФ 

УМФ  УДФ  УТФ 

ЦМФ  ЦДФ  ЦТФ.

Эти соединения играют важную роль в обмене веществ и энергии, в частности, в биосинтезе липидов и углеводов.

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД) и никотинамид-аденин-динуклеотидфосфат (НАДФ), флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинадениндинуклеотид (ФАД) являются переносчиками водорода в окислительно-восстановительных реакциях.

Коэнзим А (КоА), построенный по нуклеотидному признаку, играет ведущую роль в процессах активирования переноса и обмена жирных кислот и других процессах.

С этими реакциями вы ознакомились при изучении обмена веществ. Для простоты расчетов принято, что в физиологических условиях изменение свободной энергии при переносе фосфатного остатка от АТФ составляет в среднем 40 кДж/моль.

Образование АТФ в организме растений осуществляется в результате окислительного, субстратного и фотосинтетического фосфорилирования; есть и другие пути образования АТФ. Другие нуклеозидди- и нуклеозидтрифосфаты (УТФ, ЦТФ и др.) образуются в основном при участии соответствующих ферментов и АТФ, например:

УДФ + АТФ → УТФ + АДФ.


2.4.1 Вопросы для самопроверки


1. Какие пуриновые и пиримидиновые основания, входящие в состав каждой из нуклеиновых кислот, вы знаете? Напишите их формулы.

2. Назовите нуклеозиды и нуклеотиды, входящие в состав РНК и ДНК. Напишите их формулы.

3. Напишите формулы АДФ, AТФ, УДФ, УТФ, ЦДФ, ЦТФ.

4. PНK, ее состав, строение, типы, биологическая роль.

5. ДНК, ее состав, строение, биологическая роль. Принцип комплементарности, правило Чаргаффа.