 |
Азотистые основания. Рис. 1. Основные азотистые основания. Рис. 2. Минорные азотистые основания. Таутомерия азотистых оснований
|
|
|
|
Азотистые основания
Азотистые основания – производные ароматических гетероциклических соединений – пурина и пиримидина. В состав нуклеиновых кислот входят два производных пурина – аденин и гуанин, и три производных пиримидина – цитозин, урацил и тимин (рис. 1). Все пять азотистых оснований называются главными (мажорными).
N 7
1 N N
NH2 O
N N
HN
|
|
|
3 H H
H2N N
Пурин Аденин Гуанин
(6-аминопурин) (2-амино-6-оксопурин)
3N 5
2 6
N
NH2 O
N HN
O N O N
H H
O
CH3
HN
O N
H
| Пиримидин Цитозин | Урацил | Тимин |
| (2-оксо-4-амино- | (2, 4-диоксо- | (2, 4-диоксо- |
| пиримидин) | пиримидин) | 5-метилпиримидин; |
| 5-метилурацил) |
Рис. 1. Основные азотистые основания
В составе некоторых нуклеиновых кислот обнаружены (~0, 1 – 1% всех оснований) разнообразные минорные (редко встречающиеся) азотистые основания (рис. 2).
Например, много (до 10%) минорных азотистых оснований содержится в составе транспортных РНК - дигидроурацил, ксантин, гипоксантин и др.
|
|
|
В молекулах ДНК в небольшом количестве содержится 5-метилцитозин и 6- метиладенин. Вероятно, метилированные основания защищают “свою” ДНК от расщепления ферментами – ДНКазами.
O O O
N N
HN HN HN
|
|
|
H H
дигидроурацил ксантин
NH2
HN CH3
гипоксантин
CH3
N
|
O N H
H
5-метилцитозин 6-метиладенин
Рис. 2. Минорные азотистые основания
Таутомерия азотистых оснований
Азотистые основания содержат сопряженную систему кратных двойных связей и заместителей (группы О= и NH2-), что обусловливает их способность к различным типам таутомерных превращений: лактам – лактимному для оксипроизводных и амин – иминному для аминопроизводных (рис. 3). В составе нуклеиновых кислот пуриновые и пиримидиновые основания находятся в лактамной и аминной формах.
O OH
NH2 NH
|
|
|
|
|
H H H
лактам
лактим
амин имин
Рис. 3. Таутомерия азотистых оснований
Углеводные компоненты
Углеводная часть нуклеиновых кислот представлена двумя сходными моносахаридами правого ряда: дезоксирибозой (в ДНК) и рибозой (в РНК), находящимися в β -D-фуранозной форме (рис. 4). Углеродные атомы пентоз номеруются со знаком «штрих», чтобы отличать их от атомов азотистых оснований.
Доказано, что замена у дезоксирибозы при С-2’ OH-группы на протон упрочняет связь между С-2’ и С-3’ атомами, что увеличивает прочность молекулы ДНК и способствует компактности её пространственной структуры.
HO 5’
CH2 O
HO 5’
OH CH2 OH
O
4’ H3’ 2’H 1’
4’ H3’
2’H 1’
H H
OH H
H H
OH OH
дезоксирибоза рибоза
Рис. 4. Углеводные компоненты нуклеотидов
Нуклеозиды и нуклеотиды
Взаимодействие азотистых оснований с пентозой приводит к образованию нуклеозида (рис. 5). Нуклеозиды, содержащие рибозу, называются рибонуклеозидами, а нуклеозиды, содержащие дезоксирибозу – дезоксирибонуклеозидами.
Пентоза углеродным атомом в первом положении связывается N-гликозидной связью с атомом азота в 9 положении пурина или атомом азота в 1 положении пиримидина. Так, аденин, соединяясь с рибозой, образует аденозин, гуанин дает гуанозин, из цитозина образуется цитидин, из урацила – уридин, из тимина – риботимидин. Приставка «дезокси» указывает на наличие дезоксирибозы в составе нуклеозида: дезоксиаденозин, дезоксигуанозин и т. д. (табл. 1).
Нуклеотидами называют фосфорные эфиры нуклеозидов. К одному атому пентозы может присоединяться от одного до трех остатков фосфорной кислоты.
Название мононуклеотида состоит из названия нуклеозида, указания места присоединения и числа остатков фосфорной кислоты (табл. 1).
Например, если к аденозину присоединить один остаток фосфорной кислоты в положении С5', то такой мононуклеотид будет называться аденозин-5'-монофосфорная кислота (адениловая кислота) или аденозин-5'-монофосфат (АМФ). Если к АМФ присоединить еще один остаток фосфорной кислоты, то образуется аденозин-5'-дифосфат (АДФ). И, наконец, добавление третьего остатка приведет к образованию аденозин-5'- трифосфата (АТФ) (рис. 6).
|
|
|
В молекулах нуклеозиддифосфатов и нуклеозидтрифосфатов остатки фосфорной кислоты соединены ангидридной связью (обозначается знаком “~” - тильда), обладающей большим запасом потенциальной энергии. Такие связи называют макроэргическими.
Если один остаток фосфорной кислоты соединен сложноэфирной связью с С5'-атомом рибозы, то нуклеотиды принято обозначать АМФ, ГМФ, ЦМФ, УМФ, или с С5'-атомом дезоксирибозы – дАМФ, дГМФ, дЦМФ, ТМФ.
Если один остаток фосфорной кислоты соединен эфирной связью с С3'-атомом пентозы, то нуклеотиды обозначают: А-3'-МФ, дА-3'-МФ, и т. д.
Аденозин Дезоксицитидин
|
|
|
