Гетероциклы с конденсированной системой ядер. Нуклеозиды и их производные Содержание Гетероциклы с конденсированной системой ядер Пуриновые основания: Нуклеозиды Нуклеотиды Нуклеиновые кислоты Структура РНК: Структура ДНК: Биологическая роль ДНК и РНК Список использованной литературы Гетероциклы с конденсированной системой ядер Сюда относятся следующие соединения: 1. Индол СН Ядро индола состоит из ароматического ядра, сконденсированного с пиррольным ядром. СН НС С СН НС С СН СН NH 2. Скатол - производная индола СН Скатол и индол содержатся в организме животных. Образуются при гниении , при пищеварении и обладают неприятным запахом, при их окислении образуется индоксил и скатоксил: СН НС С С – СН3 НС С СН СН NH СН НС С С – ОН - Индоксил НС С СН СН NH СН НС С С – СН3 - Скатоксил НС С С – ОН СН NH Ядро индоксила входит в состав красителей типа индиго. Пурин – состоит из конденсированных гетероциклов: пиримидина и имидазола. Пурин это слабое основание, устойчивое к действию окислителей, хорошо растворимое в воде. Сам пурин биологического значения не имеет, имеют окси и аминопроизводные урина, так называемые пуриновые основания. Они входят в состав нуклеотидов и нуклеиновых кислот. СН N С N НС С СН NNH Пуриновые основания: 1. Аденин – 6 –аминопурин 2. Гуанин – 2 – амино- 6- оксипурин 3. Гипоксантин – 6 – оксипурин – проводит окисление аденина 4. Ксантин – 2,6 –диоксипурин – проводит окисление гуанина. 5. Мочевая кислота – 2,6,8 –триоксипурин Мочевая кислота является конечным продуктом обмена пуриновых оснований в живых организмах и выводится из организма с мочой. В почве мочевая кислота разлагается с образованием NH3 . У животных и человека при нарушении обмена веществ мочевая кислота откладывается в суставах и возникает болезнь подагра. Пуриновые основания также существуют в двух формах: енольная и кетонная, то есть обладают кето-енольной таутомерией. Аденин Аденин С – NH2 C = NH N С NHNCN НС С СН HCCCH NNHNNH Енольная форма Кетонная форма Гуанин С – ОHC = O N С NHNCN NH2 – C С СН NH2 – CCCH NNHNNH Енольная форма Кетонная форма Гипоксантин С – OHC = O N С NHNCN НС С СН HCCCH NNHNNH Енольная форма Кетонная форма Ксантин С – ОHC = O N С NHNCN HO– C С СН O = CCCH NNHNHNH Енольная форма Кетонная форма Мочевая кислота С – ОHC = O N С NHNCNН HO– C С С – ОН O = CCC = О NNHNHNH Енольная форма Кетонная форма Нуклеозиды Это соединения, состоящие из пуриновых или пиримидиновых оснований (основания берутся в кетонной форме), связанных с рибозой или дезоксирибозой ( форма β,d- фурановая). Азотистые основания связаны с гликозидным гидроксилом рибозы или дезоксирибозы через атом азота в положении 9 пуринового кольца и а положении 3 пиримидинового кольца. Эти соединения в дальнейшем образуют нуклеотиды. Название нуклеозида складывается из названия соответствующего основания, с окончание «зин». Нуклеозид, в который входит аденин, называется аденозином, гуанин - гуанозином. Если нуклеозид содержит цитозин, он называется – цитидином, урацил – уридином, если тимин – тимидином. Если в нуклеозид входит дезоксирибоза, то к названию добавляется приставка «дезокси», например, дезоксиаденозин и тд. Напишем реакцию образования нуклеозида из аденина и рибозы: С – NH2 C – NH2 N С NNCN НС С СН - НОН HCCCH NNHNN + СН2 ОН О ОН CH2 OHO С Н Н С CHHC Н С С Н HCCH ОН ОН OHOH β-d-рибофураноза аденозин Образование нуклеозида из цитозина и дезоксирибозы: С – NH2 C – NH2 N CH N CH O = C CH - HOH O = C CH N N + CH2 OH O OH CH2 OH O C H H C C H H C H C C H H C C H OH H OH H дезоксицитидин Нуклеотиды Это соединения нуклеозида с фосфорной кислотой. В состав нуклеотида может входить один, два и три остатка фосфорной кислоты. Нуклеотид, содержащий рибозу, называется рибонуклеотид, а содержащий дезоксирибозу – дезоксирибонуклеотид. Если нуклеотид имеет один остаток фосфорной кислоты, то есть является мононуклеотидом, то такие соединения называются кислотами и называют их в зависимости от названия основания. Если в их состав входит основание: Аденин – адениловая кислота, Гуанин – гуаниловая кислота, Урацил – уридиловая кислота, Тимин – тимидиловая кислота, Цитозин – цитидиловая кислота. Если в нуклеотид входит дезоксирибоза, то к этим названиям добавляется приставка «дезокси», например, дезоксиадениловая кислота, дезоксигуаниловая кислота и тд. Нуклеотиды с двумя и тремя остатками фосфорной кислоты называется тремя заглавными буквами: первая буква – название основания, вторая буква – число остатков фосфорной кислоты, третья буква – фосфорная кислота. Например, АДФ: А- аденозин, Д – ди(два), Ф – фосфат, то есть аденозиндифосфат; АТф – А- аденозин, Т – три, Ф – фосфат , то есть аденозинтрифосфат. Ди и три нуклеотиды являются аккумуляторами химической энергии в организме. В молекулах этих нуклеотидов остатки фосфорной кислоты вязаны между собой макроэргическими связями. Обозначаются макроэргические связи так – ~. При отщеплении остатка фосфорной кислоты от этих нуклеотидов выделяется большое количество энергии, за сет расщепления макроэргических связей 34-46кДж/моль (обычная связь дает 8-12 кДж/моль). Важнейшими источниками энергии в организме являются АДФ и АТФ. Строение АТФ: C – NH2 N C N HC C CH N N O O O HO – P ~ O – P ~ O – P ~ O – H2 C O OH OH OH C H H C H C C H OHOH Аденозин Адениловая кислота АДФ АТФ При дефосфорилировании АТФ образуется АДФ (и АМФ). Дефосфорилирование АТФ сопровождается освобождением энергии, которая используется в клетках для различных процессов синтеза и других видов работ. В свою очередь АДФ за счет энергии, освобождающейся при окислении органических веществ, фосфорилириуется в АТФ. В клетках организма постоянно происходит процесс фосфорилирования АТФ и фосфорилирования АДФ и АМФ. Подобным образом происходит фосфорилирование и других нуклеотидов. Все эти соединения в организме играют важную роль в обмене веществ и энергии, и, в частности, в биосинтезе липидов и углеводов. Нуклеиновые кислоты Это высокомолекулярные полимеры, мономерами которых являются мононуклеотиды, то есть в состав нуклеиновых кислот в виде отельных звеньев входят нуклеотиды с одним остатком фосфорной кислоты. Число нуклеотидных звеньев достигает у них десятков и сотен тысяч. Нуклеиновые кислоты делятся на два вида: рибонуклеиновые кислоты – РНК (в их состав входит рибоза); дезоксирибонуклеиновые кислоты – ДНК (в их состав входит дезоксирибоза). Отличаются они и по содержанию азотистых оснований. В состав РНК входят: аденин, гуанин, цитозин и урацил. В состав ДНК входят: аденин, гуанин, цитозин и тимин. Все нуклеиновые кислоты построены однотипно, а именно: первое нуклеотидное звено связано с вторым, второе с третьим, третье с четвертым и так далее; через кислород от фосфорной кислоты, то есть через фосфорноэфирную связь между 3 углеродным атомом пентозы одного мононуклеотида и пятым углеродным атомом пентозы соседнего нуклеотида. ДНК является носителем генетической информации. РНК - является переносчиком информации между синтезирующимися белками. Структура РНК С = O HNCH O =C CH У N –O – H2 C O C – NH2 C H H C N N H C C H HC CH А O OH N N HO – P ~ O – H2 C O C = O O C H H C HN CH H C C H C CH У O OH O N HO – P ~O – H2 C O C = O O C H H C N N H C C H NH2 –C CH Г O OH N N HO – P ~ O – H2 C O C – NH2 O C H H C N CH Ц H C C H O=C CH O OH N HO – P ~ O – H2 C O O C H H C HCCH О ОН Структура ДНК С = O HN C – CH3 O =C CH Т N –O – H2 C O C – NH2 C H H C N N H C C H HC CH А O H N N HO – P ~ O – H2 C O C = O O C H H C HN C – CH3 H C C H C CH Т O H O N HO – P ~O – H2 C O C = O O C H H C N N H C C H NH2 –C CH Г O H N N HO – P ~ O – H2 C O C – NH2 O C H H C N CH Ц H C C H O=C CH O H N HO – P ~ O – H2 C O O C H H C H C C H O H Биологическая роль ДНК и РНК В состав клеток входит три типа ЗНК: 1. Информационная РНК (и -РНК) или матричная РНК (м-РНК) . Она синтезируется в ядре и ее нуклеотидный состав близок к нуклеотидному составу ДНК. И-РНК снимает с ДНК информацию и переносит ее к месту синтеза белка в рибосому. Потому она выполняет роль матрицы для синтеза белка. Существуют разнообразные функции и-РНК как по нуклеотидному составу, так и по величине молекул, так как каждый белок для своего синтеза требует своей матрицы, то есть своей РНК. 2. Транспортные РНК (т-РНК) – выполняют роль переносчика аминокислот к месту синтеза белка. Одна специфическая т-РНК осуществляет транспорт одной аминокислоты. 3. Рибосомальные РНК (р- РНК) – входят в состав рибосом (субклеточных образований), в которых происходит биосинтез белка. Считается, что р – РНК выполняет структурную роль: в сочетании с соответствующими белками она образует структуру рибосомы. ДНК содержит информацию наследственности. Отдельные участки длинной цепи ДНК содержат азотистые основания в определенной последовательности. Эти участки и являются носителями определенных наследственных признаков. Передача наследственных признаков происходит преимущественно с помощью ДНК при делении ядер клеток. При помощи ДНК в клетке идет синтез РНК, который обеспечивает синтез специфических белков. Молекула РНК представляет собой одноцепочечную спираль, то есть имеет только первичную структуру, которая показывает последовательность нуклеотидных звеньев. Молекула ДНК имеет еще и вторичную и третичную структуру. Вторичная структура ДНК имеет двухцепочечную спираль. Каждая цепь представляет собой полинуклеотид, в котором диэфирной связью связаны друг с другом мононуклеотиды. В цепи мононуклеотиды расположены таким образом, что азотистые основания их находятся внутри, а пентоза и фосфорная кислота – снаружи. Две параллельно идущие цепи, обвитые вокруг общей оси, связаны друг с другом своими азотистыми основаниями вдоль всей молекулы ДНК с помощью водородных связей. Последовательность расположения азотистых оснований в какой-либо одной из двух цепей может быть любая, но последовательность расположения азотистых оснований в другой цепи будет находиться в строгой зависимости от последовательности оснований в первой цепи. То есть должно соблюдаться правило Чаргофа, которое заключается в том, «что содержание в ДНК пуринов равно содержанию пиримидинов», а именно содержание аденина равно содержанию тимина (А=Т), содержание гуанина – содержанию цитозина (Г=Ц). Пары аденин-тимин и гуанин - цитозин являются комплементарными (дополняющими) друг другу. Эти пары соединены водородными связями. Из этого следует, что макромолекула ДНК складывается из двух коплементарных друг другу цепей. Третичная структуру ДНК связана с пространственным расположением двойной спирали, она не может быть закручена в клубок или быть в виде компактной палочки. Нуклеиновые кислоты – вещества белого цвета, волокнистого строения, плохо растворимы в воде в свободном состоянии, но хорошо растворимы в виде солей металлов, они также хорошо растворимы в солевых растворах. ДНК находится преимущественно в ядре клетки (в составе хромосом), однако несколько процентов общей клеточной ДНК сосредоточено в митохондриях, хлоропластах растительных клеток. РНК встречается как в ядре, так и в цитоплазме. Список использованной литературы 1) Биологическая химия./Под ред.Ю.Б.Филипповича,Н.И.Ковалевская,Г.А.Севастьяновой . - М., 2005 2) Биохимия./Под редакцией В.Г.Щербакова. - СПб., 2003