Нуклеозиды. Нуклеиновые кислоты

Цели лекции:
Обучающая - Сформировать знания о строении и биологической роли нуклеозидов и нуклеиновых кислот.
Развивающая – Расширить кругозор обучающихся на основе интеграции знаний; развивать логическое мышление.
Воспитательная – Содействовать формированию у обучающихся устойчивого интереса к изучению дисциплины «Органическая химия»

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
1. Нуклеозиды – это N-гликозиды, образованные азотистым гетероциклическим основанием и пентозой – D-рибозой или 2-дезокси-D-рибозой.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
В зависимости от азотистого основания различают:
а) пиримидиновые нуклеозиды
б) пуриновые нуклеозиды

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Азотистое основание присоединяется к углеводному компоненту вместо полуацетального гидроксила через атом азота в положении 1 для пиримидинов и 9 для пуринов, образуя N-гликозидную связь.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Азотистое основание присоединяется к углеводному компоненту вместо полуацетального гидроксила через атом азота в положении 1 для пиримидинов и 9 для пуринов, образуя N-гликозидную связь.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Образование аденозина – пуринового нуклеозида:

аденозин рибоза аденин
Реакция обратима. В результате гидролиза образуются исходные азотистое основание и пентоза:
Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Образование уридина – пиримидинового нуклеозида:

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Название нуклеозида производится от тривиального названия соответствующего азотистого основания с суффиксами –идин у пиримидиновых и –озин у пуриновых нуклеозидов.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Пространственное строение нуклеозидов.
Фуранозный цикл по конформационному строению подобен циклопентану. Он имеет конформацию конверта с предпочтительным выведением из плоскости одного атома углерода — С-3' или С-2'.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Плоские гетероциклы располагаются приблизительно перпендикулярно плоскости углеводного фрагмента.
Гетероциклическое основание может вращаться вокруг гликозидной связи. Поскольку это вращение заторможено, то из общего числа конформаций имеют значение наиболее устойчивые — син - и анти-конформеры.

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
Они различаются положением атома кислорода оксогруппы пиримидинового основания или атома N3 пуринового цикла (обозначим их X) относительно пентозного цикла: в син-конформере X повернут «внутрь» пентозного цикла, в aнти-конформере — «наружу».
син- конформер
нуклеозида
анти- конформер
нуклеозида

Уридин
Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
син- конформер
анти- конформер

Нуклеозиды-компоненты нуклеиновых кислот. Состав, строение. Номенклатура.
син- конформер
анти- конформер
Дезоксигуанозин

Нуклеозиды-антибиотики
2. Нуклеозиды-антибиотики отличаются от обычных нуклеозидов некоторыми деталями строения либо углеводной части, либо гетероциклического основания.
Например, антибиотик кордицепин отличается от аденозина только отсутствием в углеводном остатке 3’-OH-группы:

Нуклеозиды-антибиотики
Сильными антивирусными и антигрибковыми свойствами обладают арабинозилцитозин и арабинозиладенин, в состав которых вместо рибозы входит ее эпимер по C2 – β-арабиноза.

Нуклеозиды-антибиотики
Выраженным действием на вирус СПИДа, снижающим его размножение, обладает азидотимидин:

Строение мононуклеотидов
3. Нуклеиновые кислоты(НК) - полинуклеотиды, полимерные цепи которых состоят из мономерных единиц - мононуклеотидов.
Каждый мононуклеотид включает:
а) Азотистое гетероциклическое основание - пуриновое или пиримидиновое (в лактамной форме)
б) Углеводный компонент - остаток пентозы: рибозы или дезоксирибозы (в форме β-фуранозного цикла)
в) Фосфатную группу (остаток ортофосфорной кислоты)

Строение мононуклеотидов
Нуклеотиды – это фосфаты нуклеозидов.
Фосфорная кислота присоединяется к 5’-атому углерода пентозы, образуя сложноэфирную связь. Например:
сложноэфирная связь

гликозидная связь
сложноэфирная связь
Строение мононуклеотидов
Уридин-5’-фосфат (UMP)
5’-Уридиловая кислота

Строение мононуклеотидов
Аденозин-5’-фосфат (AMP)
5’-Адениловая кислота

гликозидная связь
сложноэфирная связь
Строение мононуклеотидов
Дезоксиаденозин-5’-фосфат (dAMP)
5’-Дезоксиадениловая кислота

Строение мононуклеотидов
Названия мононуклеотидов
Мононуклеотид имеет 2 названия:
как монофосфат нуклеозида
как кислота
Нуклеотиды являются достаточно сильными кислотами, при физиологических значениях pH фосфатная группа ионизирована. H
H

Строение мононуклеотидов
Табл. Названия важнейших нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот.

Строение мононуклеотидов

Аденозин-5’-фосфат
Аденозинмонофосфат (АМР)
5’-адениловая кислота
Гуанозин-5’-фосфат
Гуанозинмонофосфат (GМР)
5’-гуаниловая кислота
Строение мононуклеотидов
РНК
H

Уридин-5’-фосфат
Уридинмонофосфат (UМР)
5’-уридиловая кислота
Цитидин-5’-фосфат
Цитидинмонофосфат (CМР)
5’-цитидиловая кислота
Строение мононуклеотидов
РНК

Сокращения АМP, GМP и т.д. относят к 5’-нуклеотидам.
У других нуклеотидов в сокращённом названии указывают
положение фосфата
Аденозин-3’-фосфат
3’- Аденозинмонофосфат (3’- АМP)
3’-адениловая кислота
Строение мононуклеотидов

Циклический аденозинмонофосфат (cAMP) — циклический нуклеотид, играющий роль вторичного посредника некоторых гормонов (глюкагона или адреналина), которые не могут проходить через клеточную мембрану.
У прокариот cAMP участвует в регуляции метаболизма.
Строение мононуклеотидов

Строение мононуклеотидов
Нуклеотиды способны гидролизоваться.
Гидролизу подвергаются как N-гликозидная, так и сложноэфирная связи. В зависимости от этого могут образовываться или нуклеозиды или компоненты нуклеотида.
нуклеотиды нуклеозиды пентоза
Нукл.
Осн.
РНК
ДНК

аденин
рибоза
Строение мононуклеотидов
аденозин
АМP

Структура нуклеиновых кислот
2. Структура нуклеиновых кислот
ДНК
Структура ДНК расшифрована Д.Д. Уотсоном и Ф.Х.К. Криком(1953г).
ДНК включает несколько уровней структурной организации.
1) Первичная структура – последовательность нуклеотидных звеньев, соединенных с помощью (3’-5’)-фосфодиэфирных связей.

Структура нуклеиновых кислот
Соединим дезоксиадениловую и дезоксицитидиловую кислоты:

Структура нуклеиновых кислот

Структура нуклеиновых кислот
Полинуклеотидная цепь включает в себя сотни мононуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями.

Структура нуклеиновых кислот
2)Вторичная структура ДНК – это пространственное расположение полинуклеотидных цепей в молекуле.
Молекула ДНК состоит из двух антипараллельных правозакрученных полинуклеотидных цепей.
Пуриновые и пиримидиновые основания направлены внутрь спирали.

Структура нуклеиновых кислот
Двойная спираль стабилизируется за счет водородных связей, образующихся между парами комплементарных азотистых оснований.

Структура нуклеиновых кислот
Между аденином и тимином возникают две водородные связи:

Структура нуклеиновых кислот
Между гуанином и цитозином – три водородные связи.

Структура нуклеиновых кислот
Таким образом, первичная структура одной полинуклеотидной цепи предопределяет структуру второй цепи.

Структура нуклеиновых кислот
3)Третичная структура ДНК представляет собой многократную спирализацию вторичной структуры, обеспечивая плотную упаковку ДНК в ядре клетки.

Структура нуклеиновых кислот
РНК
Локализованы РНК в цитоплазме и рибосомах.
В зависимости от функций, местонахождения и состава РНК делятся на три основных вида:
а) Информационная или матричная (мРНК)
б) Рибосомная (рРНК)
в) Транспортная (тРНК)

Структура нуклеиновых кислот
Информационная РНК несет точную копию генетической информации, закодированной в определенном участке ДНК, а именно информацию о последовательности аминокислот в белках.
Каждой АК соответствует в мРНК триплет нуклеотидов, т.н. кодон:
Например, аланин – ГЦУ, лизин – ЦУУ.
Последовательность кодонов в цепи мРНК определяет последовательность АК в белках.

Структура нуклеиновых кислот
Рибосомная РНК составляет большую часть клеточных РНК.
Будучи ассоциирована со специфическими белками, она образует сложную структуру – рибосому.
Рибосомы являются центром биосинтеза белков.
Транспортные РНК доставляют аминокислоты к месту синтеза белка.

Структура нуклеиновых кислот
РНК имеет в основном первичную структуру, которая сходна с ДНК, только у РНК углеводный компонент – рибоза и вместо азотистого основания тимина – урацил.

Структура нуклеиновых кислот
Транспортные РНК обладают вторичной структурой, напоминающей лист клевера. Это частично спирализованная одинарная полинуклеотидная цепь.

Структура нуклеиновых кислот
Участки спирализации “шпильки” удерживаются за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями: гуанин-цитозин аденин-урацил.
Участки, не вовлекаемые в образование водородных связей, образуют петли. Антикодоновая петля содержит триплет нуклеотидов – антикодон, который соответствует кодону матричной РНК.