Опорный конспект по теме: «Нуклеиновые кислоты»

Опорный конспект по теме: «Нуклеиновые кислоты»
Нуклеиновые кислоты – природные высокомолекулярные соединения (биополимеры), макромолекулы которых состоят из мононуклеотидов.
Таким образом, нуклеиновые кислоты являются полинуклеотидами.
Нуклеиновые кислоты впервые были обнаружены в 1868 г швейцарским химиком Ф. Мишером в клеточном ядре, чем и объясняется их название (лат. «nucleus» - ядро).
Относительная молекулярная масса нуклеиновых кислот варьируется от 104 до 1010.
Фрагмент полинуклеотида
Остаток
Остаток
углевода
ортофосфорной
кислоты
Остаток
гетероциклического
азотистого основания
Структурное звено полинуклеотида – остаток мононуклеотида (состоит их трёх компонентов)
Компоненты мононуклеотида
1. Гетероциклические азотистые основания
Пиримидиновые основания – производные пиримидина – шестичленного гетероцикла, содержащего
2 атома азота. Для пиримидиновых оснований, содержащих в молекулах OH-группы, характерна кетоенольная таутомерия, связанная с миграцией протона между атомами азота и кислорода. Енольные
формы содержат гидроксильные группы – OH и двойные связи у одних и тех же атомов углерода в
цикле пиримидина. Кето-формы содержат атомы кислорода, связанные двойной связью с атомами углерода в цикле пиримидина. В состав нуклеиновых кислот пиримидиновые основания входят в кетоформах.
Пуриновые основания – производные пурина, который представляет собой конценсированный гетероцикл, состоящий из цикла пиримидина и пятичленного гетероцикла, также содержащего два атома
азота.
2. Углеводные компоненты
Углеводы, входящие в состав нуклеотидов, содержат 5 атомов углерода (пентозы). Это β-рибоза
C5H10O5 и β-дезоксирибоза C5H10O4 в циклической форме. X = H – в дезоксирибозе, X = OH – в рибозе.
β- Дезоксирибоза содержит в молекуле на один атом кислорода меньше, чем β-рибоза.
3. Ортофосфорная кислота
Нуклеиновые кислоты являются многоосновными кислотами, потому что в их молекулах содержатся
остатки ортофосфорной кислоты H3PO4.
Схема образования полинуклеотида
конденсация
1. У
+
N
У – N + H2O
углевод
азотистое основание
гидролиз
нуклеозид
Нуклеозиды – это двухкомпонентные системы, состоящие их углеводных остатков и азотистых оснований, связанных β-гликозидной связью, которая образуется между атомами C углевода и N в пуриновых или N в пиримидиновых азотистых основаниях.
N
‫׀‬
конденсация
2. У – N
+
P
P–У
+ H2O
нуклеозид
ортофосфорная
нуклеотид
гидролиз
кислота
Нуклеотиды – это фосфаты нуклеозидов, т. е. сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты.
Разные нуклеотиды отличаются между собой природой углеводов и азотистых оснований, которые
входят в их состав.
Нуклеозиды и нуклеотиды
Основание
Углеводный остаток
Название нуклеозида
Название нуклеотида
Аденин
Рибоза
Аденозин
Адениловая кислота
Аденин
Дезоксирибоза
Дезоксиаденозин
Дезоксиадениловая к-та
Гуанин
Рибоза
Гуанозин
Гуаниловая кислота
Гуанин
Дезоксирибоза
Дезоксигуанозин
Дезоксигуаниловая к-та
N
‫׀‬
3. … P - У
N
‫׀‬
+ P-У +…
мононуклеотиды
поликонденсация
гидролиз
N
N
N
‫׀‬
‫׀‬
‫׀‬
…- P – У – P – У –P – У -…
полинуклеотид
+ n H2O
Нуклеиновые кислоты бывают двух типов:
Дезоксирибонуклеиновые кислоты
(ДНК)
1. Содержат остатки дезоксирибозы
2. Содержат остатки азотистых оснований: А, Г, Ц, Т
3. Как правило, представляют собой
двухцепочечные молекулы
Хранят и передают генетическую информацию
Рибонуклеиновые кислоты (РНК)
1. Содержат остатки рибозы
2. Содержат остатки азотистых осноРазличия в строении
ваний: А, Г, Ц, У
3. В большинстве случаев одноцепочечные молекулы
Копируют генетическую информацию;
Роль в живых оргапереносят её к месту синтеза белка;
низмах
участвуют в процессе синтеза белка
Нуклеиновые кислоты, как и белки, обладают первичной структурой (под которой понимается и последовательность чередования нуклеотидных остатков) и трехмерной структурой (вторичной, третичной, четвертичной).
Трехмерная структура молекулы ДНК
Английские ученые Джеймс Уотсон и Френсис Крик в 1953 г предложили пространственную модель
молекулы ДНК. Согласно этой модели, макромолекула ДНК представляет собой спираль, состоящую
из двух полинуклеотидных цепей, закрученных вокруг общей оси. Азотистые основания располагаются внутри спирали. На 1 виток спирали приходится, как правило, 10 нуклеотидов. Цепи выстраиваются
в противоположных направлениях и удерживаются вместе с водородными связями. Водородные связи
образуются лишь между определенными основаниями: А=Т; Г=Ц. Такие пары оснований называются
комплементарными парами. Таким образом, вторичная структура ДНК – это двойная спираль, образующаяся за счет водородных связей между комплементарными парами гетероциклических оснований.
Длина молекулы ДНК хромосомы человека достигает 8 см, но умещается в хромосоме длиной в несколько нанометров. Это объясняется тем, что двухцепочечная спираль ДНК в пространстве укладывается в ещё более сложную кольцевую форму, или суперспираль.
Генетическая информация, необходимая для управления синтезом белков со строго определенной
структурой, закодирована нуклеотидной последовательностью цепи ДНК.
Трехмерная структура молекулы РНК
Макромолекула РНК, как правило, представляет собой одну полинуклеотидную цепь, принимающую
различные пространственные формы, в том числе и спиралеобразные.
Химическая структура и биологическая роль АТФ (аденозинтрифосфорной кислоты)
Роль нуклеотидов в организмах не ограничивается тем, что они являются мономерами нуклеиновых
кислот. Например, молекула аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) содержит остатки аденина, рибозы и фосфорной кислоты, т. е. по своему составу также является нуклеотидом. Существенное отличие
АТФ от нуклеотида нуклеиновых кислот состоит в том, что вместо одного остатка фосфорной кислоты в АТФ содержится три таких остатка.
При окислении белков, углеводов и жиров, поступающих в организм с пищей, выделяется энергия, аккумулирующаяся в АТФ, т. е. накапливается в процессе превращения аденозинмонофосфорной кислоты и аденозиндифосфорной кислоты в АТФ.
За счет обратной реакции (гидролиза АТФ) АТФ + H2O → АДФ + H3PO4 +40 кДж/моль, запасенная в
макроэргических связях энергия выделяется и используется живыми организмами на энергетические
процессы: сокращение мышц, биосинтез белка, поддержание температуры тела у теплокровных животных и т. д.
Таким образом, АТФ играет центральную роль в энергетическом обмене клетки.