Азотистых оснований

Соединения азотистых оснований с пентозой называют нуклеозидами. Нук­леозиды (аденозин, гуанозин, цитидин, тимидин, уридин), выделяемые из нуклеиновых кислот, представляют собой N-гликозиды. Нуклеозиды, содержащие в качестве углеводной части D-рибозу, называют рибонуклеозидами, а содержащие 2-дезокси-D-рибозу — дезоксирибонуклеозидами.

Нуклеотиды — мономерные звенья нуклеиновых кислот — представляют собой монофосфорные эфиры нуклеозидов.

У рибонуклеотидов остаток фосфорной кислоты может находиться в по­ложениях 2', 3' и 5'. В случае дезоксирибонуклеотидов остаток фосфорной кислоты может на­ходиться только в положениях 3' и 5':

Основными фрагментами, полученными из РНК и ДНК, являются сле­дующие мононуклеотиды.

Мононуклеотиды РНК: аденозин-3'- и 5'-фосфаты (адениловые кислоты), гуанозин-3'- и 5'-фосфаты (гуаниловые кислоты), цитидин-3'- и 5'-фосфаты (цитидиловые кислоты), уридин-3'- и 5'-фосфаты (уридиловые кислоты).

Мононуклеотиды ДНК: 2'-дезоксиаденозин-3'- и 5'-фосфаты (дезоксиадениловые кислоты); 2'-дезоксигуанозин-3'- и 5'-фосфаты (дезоксигуаниловые кислоты); 2'-дезоксицитидин- 3'- и 5'-фосфаты (дезоксицитидиловые кисло­ты); 2'-дезокситимидин-3'- и 5'-фосфаты (тимидиловые кислоты).

Исходя из принятого сокращенного обозначения нуклеозидов (А, Г, Ц, Т, У), монофосфаты принято обозначать АМФ, ГМФ, dAMФ («d» - от дезокси-) и т. д., если фосфат присоединен к углероду 5'- рибозы или дезоксирибозы. Соответствующие мо­нофосфаты с фосфатной группой, присоединенной к третьему атому углерода, обозначаются А-3'-МФ, dA-3'-МФ.

Помимо нуклеотидмонофосфатов, в живых организмах встречаются нуклеотиддифосфаты (например АДФ, УТФ) и нуклеотидтрифосфаты (АТФ, ГТФ), а также циклические нуклеотиды (цАМФ, цГМФ), являющиеся внутриклеточными посредниками различ­ных внеклеточных сигналов (гормонов, нейромедиаторов и т. д.). Особое место занимают нуклеотиды в составе коферментов, являющиеся производ­ными аденозинмонофосфата: никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺), никотинамидадениннуклеотид-фосфат (НАДФ⁺), флавинадениндинуклеотид (ФАД⁺), коэнзим А (КоА) и др.

СТРОЕНИЕ ДНК

Молекулы нуклеиновых кислот всех ти­пов живых организмов — это длинные неразветвленные полимеры мононуклеотидов. Роль мостика между нуклеотидами выпол­няет 3',5'-фосфодиэфирная связь, соединяю­щая 5'-фосфат одного нуклеотида и 3'-гидроксильный остаток рибозы (или дезоксирибозы) следующего. В связи с этим полинуклеотидная цепь оказывается полярной. На одном ее конце остается свободной 5'-фосфатная группа, на другом 3'-ОН-группа.

ДНК, подобно белкам, имеет первич­ную, вторичную и третичную структуры.

Первичная структура ДНК. Данная структура определяет закодированную в ней информацию, представляя собой последова­тельность чередования дезоксирибонуклеотидов в полинуклеотидной цепи.

Молекула ДНК состоит из двух спиралей, имеющих одну и ту же ось и противоположные направления. Сахарофосфатный остов располагается по периферии двойной спирали, а азотистые основания находятся внутри. Остов содержит ковалентные фосфодиэфирные связи, а обе спирали между основаниями соединены водородными связями и гидрофобными взаимодействиями.

Эти связи впервые были открыты и изучены Э.Чаргаффом в 1945 г. и получили название принципа комплементарности, а особенности образования водородных свзей между основаниями называются правилами Чаргаффа:

­ пуриновое основание всегда связывается с пиримидиновым: аденин - с тимином (А®Т), гуанин – с цитозином (Г®Ц);

­ молярное соотношение аденина к тимину и гуанина к цитозину равно 1 (А=Т, или А/Т=1 и Г=Ц, или Г/Ц=1);

­ сумма остатков А и Г равно сумме остатков Т и Ц, т.е. А+Г=Т+Ц;

­ в ДНК, выделенных из разных источников, отношение (Г+Ц)/(А+Т), называемое коэффициентом специфичности, неодинаково.

Правила Чаргаффа основаны на том, что аденин образует две связи с тимином, а гуанин образует три связи с цитозином:

На основани правил Чаргаффа можно представить двуспиральную структуру ДНК, которая приведена на рисунке 2.19.

Вторичная структура ДНК. В соответствии с моделью, предложенной в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком, вторичная структура ДНК представляет собой двухцепочечную правозакрученную спираль из комплементарных друг другу антипараллельных полинуклеотидных цепей.

Для вторичной структуры ДНК решающим являются две особенности строения азотистых оснований нуклеотидов. Первая заключается в наличии групп, способных образовывать водородные связи. Вторая особенность заключается в том, что пары комплементарных оснований А—Т и Г—Ц оказываются одинаковы­ми не только по размеру, но и по форме.

Благодаря способности нуклеотидов к спариванию, образуется жесткая, хорошо стабилизированная двухцепочечная структура. Основные элементы и параметрические характеристики такой структуры наглядно изображены на рисунке 2.20.

На основе тщательного анализа рентгенограмм выделенных ДНК установ­лено, что двойная спираль ДНК может существовать в виде нескольких форм (А, В, С, Z и др.). Указанные формы ДНК различаются диаметром и шагом спирали, числом пар оснований в витке, углом наклона плоскости оснований по отношению к оси молекулы (рисунок 2.21).

П р и м е ч а н и е: A-аденин, G-гуанин, C-цитозин, T-тимин

Рисунок 2.19 - Схематическое изображение двуспиральной

большая бороздка пары оснований сахарофосфатный остов малая бороздка 0,34 нм 3,4 нм Рисунок 2.20 - Модель двуцепочной спирали ДНК

2,2 нм 2,0 нм 700 900 3` 5` 5` 3` 5` 3` 5` 3` 3,4 нм 2,8 нм Рисунок 2.21 - Схематическое