ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ, СВОРЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕОТИДОВ

 

Нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение и передачу наследственной информации путем контроля синтеза белка. Мононуклеотиды игра ют важную роль в реакциях обмена веществ и энергии. Различные нуклеотиды участвуют в качестве коферментов в реакциях переноса энергии и в реакциях переноса остатков уксусной кислоты, сахаров, аминов и других биомолекул. Они служат коферментами в окислительно- восстановительных реакциях.

Нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные полимеры, состоящие из большого числа нуклеотидов. Мононуклеотиды построены из трех главных компонентов: 1) азотистого основания, 2) сахара пентозы и 3) фосфорной кислоты.

 

Строение нуклеотидов. Компоненты нуклеотидов

 

В нуклеотидах обнаружено 2 класса азотистых оснований, являющихся производыми двух ароматических гетероциклических соединений - пурина и пиримидина. Пурин - производное пиримидина, молекула состоит из конденсированных колец пиримидина и имидазола.

Пурин Пиримидин

 

В составе нуклеотидов встречается 3 главных пиримидиновых основания - урацил, тимин, цитозин, обозначаемые соответственно У, Т и Ц. В нуклеотидах найдено также некоторое количество минорных пиримидинов.

2 главных пуриновых основания – аденин и гуанин, обозначаемые как А и Г. В них найдены также некоторые минорные основания.

Согласно структурному анализу, молекулы пиримидинов имеют плоское строение, молекулы пуринов – почти плоское с небольшой складкой.

Сахар, входящий в состав нуклеотида, содержит 5 углеродных атомов и представляет собой пентозу. В зависимости от вида пентозы различают 2 вида нуклеиновых кислот – рибонуклеиновую кислоту (РНК), которая содержат рибозу и дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), в которой на один атом кислорода меньше.

 

 

Рибоза

Нуклеиновые кислоты являются кислотами потому, что в их молекуле имеется фосфорная кислота.

 

Образование нуклеотида

 

В результате соединения сахара с основанием образуется нуклеозид. Соединение происходит с выделением молекулы воды, т.е. представляет собой реакцию конденсации. Для образования нуклеотида требуется еще одна реакция конденсации, в результате которой между нуклеозидом и фосфорной кислотой возникает фосфорноэфирная связь.

Разные нуклеотиды отличаются друг от друга природой сахаров и оснований, которые входят в их состав. Роль нуклеотидов, помимо строительных блоков аминокислот, заключается в том, что они входят в состав коферментов -– аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ), аденозинтрифосфат (АТФ), циклический АМФ, кофермент А, никотинамиддинуклеотид (НАД), никотинамиддинуклеотидфосфат (НАДФ), флавинадениндинуклеотид (ФАД).

Строение динуклеотидов и полинуклеотидов

 

Два нуклеотида, соединяясь, образуют динуклеотид путем конденсации, в результате которой между фосфатной группой одного нуклеотида и сахаром другого возникает фосфорнодиэфирный мостик. При синтезе полинуклеотида этот процесс повторяется несколько миллионов раз. Неразветвленный сахарофосфатный остов полинуклеотида строится путем образования фосфорнодиэфирных мостиков между 3` и 5` углеродами остатков сахаров. Фосфодиэфирные мостики возникают за счет прочных ковалентных связей и это сообщает всей нуклеотидной цепи прочность и стабильность.

 

Структурная формула никотинамиддинуклеотида (НАД)

Фрагмент полинуклеотида

 

Структура ДНК

 

Нуклеиновые кислоты, подобно белкам, обладают первичной структурой (под которой подразумевается нуклеотидная последовательность) и трехмерной структурой.

Уотсон и Крик показали, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей (рис.10). Каждая цепь закручена в спираль вправо, и обе они свиты вместе, т.е. закручены вправо вокруг одной и той же оси, образуя двойную спираль. Цепи антипараллельны, т.е. направлены в противоположные стороны, так что 3<sup>`</sup>-конец одной цепи располагается напротив 5`-конца. Каждая цепь состоит из сахарофосфатного остова, вдоль которого перпендикулярно длинной оси двойной спирали располагаются основания, связанные между собой водородными связями. Расстояние между сахарофосфатными остовами двух цепей постоянно и равно расстоянию, занимаемому парой оснований, т.е. одним пурином и одним пиримидином. Полный оборот спирали приходится на 10 пар оснований. Никаких ограничений относительно последовательности нуклеотидов в одной цепи не существует, но в силу правила спаривания оснований эта последовательность в одной цепи определяет собой последовательность нуклеотидов в другой. Обе цепи двойной спирали комплементарны друг другу. Молекула ДНК обладает полиморфизмом – способностью принимать различную конфигурацию. В настоящее время описано 6 конформаций молекулы ДНК – A, B, C, D, E, Z. Некоторые из форм способны переходить друг в друга. Предполагают, что взаимные переходы регулируют работу генов.

 

 

Рис.10. Вторичная структура ДНК и схема упаковки ДНК

 

Структура РНК

 

В клетках существует 3 главных типа РНК – информационная (или матричная) – мРНК, рибосомная – рРНК, транспортная – тРНК. Все эти 3 типа РНК характеризуются определенным молекулярным весом и определенным нуклеотидным составом. Молекулы всех трех типов РНК одноцепочечные. В большинстве клеток содержание РНК во много раз превышает содержание ДНК.

Матричная РНК содержит только 4 основания – аденин, гуанин, цитозин и урацил. Она синтезируется в ядре в процессе транскрипции, в ходе которого нуклеотидная последовательность одной из цепей хромосомной ДНК переписывается ферментативным путем (транскрибируется) с образованием одиночной цепи мРНК. Основания образующейся цепи мРНК комплементарны основаниям соответствующей цепи ДНК. После завершения транскрипции мРНК переходит на рибосомы, где используется в качестве матрицы, определяющей последовательность аминокислот в растущей полипептидной цепи.

Молекулы транспортной РНК сравнительно невелики (рис.11). Они содержат от 75 до 90 мононуклеотидных единиц. Их функция состоит в том, чтобы в ходе белкового синтеза переносить на рибосому определенные аминокислоты. Молекула тРНК может находиться в свободной форме и нагруженной специфической аминокислотой. Для тРНК характерно наличие до 10% минорных оснований. В основном, это метилированные формы обычных оснований.

На долю рибосомной РНК приходится до 65% всей массы рибосом. Все субчастицы рибосом состоят из рРНК, которые синтезируются в структуре ядрышек. В цитоплазме рибосомы упаковываются с рибосомными белками. Нуклеиновые кислоты часто бывают связаны со специфическими белками в очень крупные надмолекулярные нуклеопротеидные комплексы. Такими комплексами являются, в частности, рибосомы и вирусы.

Рис.11. Транспортная РНК

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

 

Витамины

Витамины – низкомолекулярные органические соединения, которые являются необходимой составной частью пищи и присутствует в ней в чрезвычайно малых количествах, это необходимый элемент пищи, поскольку человек не способен к их синтезу. Витамины – это вещества, обеспечивающие нормальное течение биохимических и физиологических процессов в организме. Они могут быть отнесены к группе биологически активных соединений, оказывающих свое действие на обмен веществ в ничтожно малых количествах. Большинство водорастворимых витаминов представляют собой компоненты коферментов.

Витамины подразделяют на 2 группы: жирорастворимые и водорастворимые. Каждая из этих групп содержит большое количество различных витаминов, которые обычно обозначают буквами латинского алфавита.

Водорастворимые витамины

 

ВИТАМИН В₁ (тиамин)

Витамин В₁ – соединение, состоящее из пиридинового и тиазолового колец.

Наличие серы и аминогруппы дало основание назвать его тиамином. Витамин устойчив в кислой среде. В щелочной среде быстро разрушается.

Пирофосфорный эфир представляет собой кофермент карбоксилазы и дегидрогеназ, катализирующих окислительное декарбоксилирование кетокислот (например, пирувата). В отсутствие тиамина невозможен нормальный углеводный обмен. Нарушаются и другие виды обмена. В отсутствие витамина увеличивается количество пирувата и лактата в крови. Особенно резко нарушается углеводный обмен в мозгу. Витамин оказывает специфическое угнетающее действие на холинэстеразу – фермент, расщепляющий ацетилхолин.

Отсутствие в пище человека тиамина приводит к заболеванию бери-бери. Специфическими признаками этого заболевания являются 1) полиневрит – дегенеративное изменение нервов, 2) нарушение сердечной деятельности – сердце увеличено, ритм учащается, появляются некротические участки, 3) нарушение водного обмена – отеки, 4) нарушение секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта – понижение выделения желудочного и кишечного соков.

Витамин В₁ широко распространен в продуктах растительного происхождения (неочищенный рис, мука грубого помола, горохе и др.). Содержится исключительно в поверхностном слое семян. Высокое содержание в дрожжах. В организме животных больше всего – в печени, почках, сердечной мышце и мозгу. Потребность человека в витамине определена приблизительно. Величина меняется в зависимости от состава и калорийности пищи, интенсивности процессов обмена и пр. В среднем можно считать, что взрослый человека должен получать ежедневно 2-3 мг тиамина.

 

ВИТАМИН В₂ (рибофлавин)

Витамин представляет собой метилированное производное изоаллоксазина, к которому в 9 положении присоединен спирт рибитол. Наличие активных двойных связей в циклической структуре рибофлавина обусловливает некоторые химические реакции, лежащие в основе его биологического действия. Присоединяя водород по месту двойных связей рибофлавин таким образом принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях – входит в состав простетических групп флавинзависимых дегидрогеназ (ФАД). Рибофлавин входит в состав оксидаз аминокислот, которые осуществляют окислительное дезаминирование аминокислот. Недостаток рибофлавина приводит к падению интенсивности тканевого дыхания и обмена веществ в целом.

При отсутствии рибофлавина наблюдается остановка роста, нередко наблюдается выпадение волос и заболевание глаз – вначале легкая утомляемость, а затем воспаление глазного яблока, при этом происходит интенсивная васкуляризация (сосудоснабжение) роговицы, кератит (воспаление) и наступающая затем катаракта (помутнение хрусталика). У людей часто наблюдается воспалительное поражение слизистой ротовой полости и губ. Витамин В₂ принимает участие в образовании гемоглобина, в его отсутствие может возникать анемия.

Витамин В₂ широко распространен во всех животных и растительных тканях. Особенно много в дрожжах, печени, почках, сердечной мышце, рыбе.

Ежедневная потребность человека в витамине – 2-4 мг.

 

ВИТАМИН РР (В₅) (никотинамид)

Никотиновая кислота (ее амид) играет исключительно важную роль в обмене веществ. Никотинамид входит в состав НАД и НАДФ. Отсутствие никотинамида в пище приводит к нарушению синтеза ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции, и, соответственно, к нарушению окисления.

При отсутствии в пище никотинамида возникает заболевание пеллагра, проявлением которой является дерматит и расстройство нервной системы (потеря памяти, галлюцинация и бред).

Никотинамид широко распространен. Большое количество в рисовых отрубях, дрожжах, пшеничных отрубях, в печени. Суточная потребность – 15-25 мг для взрослых и 15 мг – для детей.

 

ВИТАМИН В₆ (пиридоксин)

Вещества группы витамина В₆ по своей химической природе являются производными пиридина. Пиридоксин –общее название группы веществ (пиридоксол, пиридоксаль, пиридоксамин).

Два важных производных пиридоксола ­ – пиридоксаль и пиридоксамин – играют важную роль в обмене аминокислот. Они участвуют в реакциях переаминирования. Система пиридоксаль – фосфопиридоксамин выполняет коферментную функцию в процессе переаминирования. Фосфопиридоксаль – кофермент декарбоксилаз некоторых аминокислот.

При недостатке витамина В₆ развивается дерматит. Он достаточно широко распространен в продуктах животного и растительного происхождения. Особенно богаты им рисовые отруби, зародыши пшеницы, бобы, дрожжи, почки, печень, мышцы. Потребность человека – 2 мг в день. У человека чаще всего недостаточность витамина возникает в результате приема антибиотиков, угнетающих рост кишечных микробов, в норме синтезирующих пиридоксин в достаточном количестве.

 

⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒

Поделиться: