Білки і нуклеїнові кислоти - навчальний посібник, сторінка 8

Нуклеопротеїнами - одна з найважливіших груп білків, що складається з простих білків пов'язаних з нуклеїновими кислотами. Ці білки відіграють першорядну роль в зберіганні і передачі генетичної інформації і біосинтезі білка і міститися в основному в ядрах клітин. Дезоксірібонуклеопротеіни містять дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). Рибонуклепротеіну містять рибонуклеїнової кислоту (РНК)

Фосфопротеіни - ці білки містять органічно пов'язаний, лабільний фосфат, абсолютно необхідний для виконання клітиною ряду біологічних функцій. Крім того, вони є цінним джерелом енергетичного і пластичного матеріалу в процесі росту і розвитку зародків і молодого зростаючого організму. Найбільш вивчені Фосфопротеіни - казеїн молока, вителлин яєчного жовтка, іхтулін ікри риб. Металопротеїни поряд з білком містять іони будь-якого металу або декількох металів. Металопротеїни виконують різні функції. Наприклад, білок трансферин (містить залізо) служить фізіологічним переносником заліза в організмі. Інші металопротеїни є біологічними каталізаторами-ферментами - амілази (містять Са 2+) гідролізують крохмаль, карбоангідроза (Zn 2+) розщеплює вугільну кислоту, аскорбінотоксідаза (Cu 2+) руйнує вітамін С і т.д.

2. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ

Нуклеїнові кислоти були відкриті в 1868р. швейцарським лікарем Ф. Мішер. Біологічна функція цієї речовини залишалася невідомою ще протягом майже століття, і тільки в 40-х роках минулого століття Евері, Маклеод і Маккарті встановили, що нуклеїнові кислоти, відповідають за зберігання, реплікацію (відтворення), транскрипцію (передачу) і трансляцію (відтворення на білок) генетичної (спадкової) інформації. Коротше, саме нуклеїнові кислоти визначають вид, форму, хімічний склад і функції живої клітини і всього організму в цілому.

У 1953 р Уотсон і Крик повідомили про розшифрування молекулярної структури ДНК. У кожному живому організмі присутні два типи нуклеїнових кислот: рибонуклеїнова кислота (РНК) і дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). У той же час віруси містять тільки один який-небудь тип нуклеїнових кислот: або РНК, або ДНК.

Нуклеїнові кислоти - це високомолекулярні сполуки, розмір яких сильно варіює. Молярна маса транспортної РНК становить 25000, тоді як окремі молекули ДНК мають масу від 1 000 000 до 1 000 000 000.

Нуклеїнові кислоти володіють сильно вираженими кислотними властивостями і при фізіологічних значеннях рН несуть високий негативний заряд. У зв'язку з цим в клітинах організмів вони легко взаємодіють з різними катіонами і перш за все з основними білками, утворюючи нуклеопротеїнами.

Склад нуклеїнових кислот

Нуклеїнові кислоти при повному їх гідролізі розпадаються на три типи речовин - азотисті основи (пуринові і піримідинові підстави), цукру (пентози) і фосфорну кислоту.

Пентози нуклеїнових кислот представлені D-рибоза або 2-D-дезоксирибозою. Обидва ці цукру містяться в складі нуклеїнових кислот в фуранозной формі і мають -конфігурацію:

Нуклеїнова кислота називається рибонуклеїнової (РНК), якщо до її складу входить рибоза, або дезоксирибонуклеїнової (ДНК), якщо до її складу входить дезоксирибоза. Нещодавно встановлено, що рибоза і дезоксирибоза не є єдиними вуглеводами, що входять до складу нуклеїнових кислот: в ряді фагових ДНК і РНК деяких видів ракових клітин знайдена глюкоза.

Азотисті основи, які зазвичай зустрічаються в нуклеїнових кислотах - це похідні пурину аденін (А) і гуанін (G) -і похідні піримідину - цитозин (С), тимін (Т) і урацил (U). Самі пурин і піримідин до складу нуклеїнових кислот не входять.

Будова основних азотистих основ-компонентів нуклеїнових кислот:

Цитозин, аденін, гуанін містяться в нуклеїнових кислотах обох типів, урацил входить тільки до складу РНК, а тимін в ДНК.

Для гуаніну, цитозину, тиміну і урацила відома кето-енольна таутомерія, однак кетоструктури набагато стабільніші і домінують при фізіологічних умовах.

У нуклеїнових кислотах все оксосодержащіе азотисті основи присутні в кетоформе.

У складі ДНК і РНК зустрічаються так звані незвичайні або «мінорні» азотисті основи. До них відносяться, наприклад, 5-метілцітозін, 4-тиоурацил, дігідроураціл і ін.

5 метілцітозін - тиоурацил дігідроураціл

(В ДНК) (в тРНК) (в тРНК)

Розглянуті пуринові і піримідинові підстави, а також деякі інші похідні пурину і піримідину, які не входять до складу нуклеїнових кислот, часто містяться в рослинах в значній кількості у вільному стані. Найбільш часто в вільному стані в рослинах зустрічаються гипоксантин (6-гідроксіоксіпурін), знайдений в насінні гірчиці і люпину. Ксантин (2,6-дігідроксіоксіпурін) і аллонтоін дуже широко поширені в рослинах. У формі цих підстав, як і в формі амідів амінокислот, відбувається запасання і транспорт азоту в рослинах.

гипоксантин ксантин алантоїн

Пуринів і піримідинів поглинають електромагнітну енергію в ультрафіолетовому (УФ) діапазоні, причому кожне з'єднання має характеристичний спектр поглинання, проте для всіх цих сполук максимум поглинання спостерігається поблизу 260 нм. Нуклеїнові кислоти так само поглинають в УФ-області. На цій властивості засновані методи кількісного визначення нуклеїнових кислот.

У процесі обміну речовин у тварин і рослин пуринові підстави утворюють такі продукти, як сечова кислота, кофеїн, теобромін, останні використовуються як ліки.

нуклеозиди

Азотистих основ з приєднаним до нього вуглеводним залишком, називають нуклеозидом. У нуклеозидами ковалентний зв'язок утворена З 1 -атом цукру і N 1 - атомом пиримидина або N 9 - атомом пурину, такий зв'язок називається гликозидной. Що б уникнути плутанини в нумерації, атоми вуглеводної частини відрізняють штрихом. Для найбільш поширених нуклеозидов прийняті тривіальні назви: аденозин, гуанозин, уридин і цітідін. Дезоксирибонуклеозид називаються дезоксиаденозин, дезоксигуанозину, дезоксіцітідін і тимидин.

Нуклеозиди є фрагментом структури нуклеотидів; проте багато нуклеозиди зустрічаються у вільному стані. Деякі з них мають лікувальні властивості. Різні мікроорганізми виділяють арабінозілцітозін і арабінозіладенін, до складу яких входить -D-арабиноза замість рибози. Ці речовини використовуються в якості потужних антивірусних і антигрибкових агентів і проти деяких видів раку. Механізм дії ara -А і ara -С заснований на пригнічення біосинтезу ДНК.

нуклеотиди

Нуклеотиди - це фосфорні ефіри нуклеозидів. В освіті зв'язку беруть участь 5 1 -вуглецевого атом пентози. Залежно від будови пентози все нуклеотиди можна розділити на рибонуклеотиди і дезоксирибонуклеотидів.

Залежно від числа наявних залишків фосфорної кислоти розрізняють нуклеозідмонофосфати, нуклеозіддіфосфати і нуклеозидтрифосфат. Всі ці три види нуклеотидів постійно присутні в клітинах.

Малюнок 3 - моно-, ди-і тріфосфонуклеотіди (5 1) аденозину.

Назви окремих нуклеотидів часто позначають скорочено великими першими літерами назв відповідних підстав. Нижче наведені нуклеотиди, що входять до складу нуклеїнових кислот, і дано їх умовні скорочені позначення.

Таблиця 2 - Скорочені назви окремих нуклеотидів

Нуклеотиди - це сильні кислоти, так як залишок фосфорної кислоти, що входить до їх складу, сильно іонізований.

Головна функція нуклеотидів в клітці полягає в тому, що вони є складовими частинами нуклеїнових кислот.

Все нуклеозіддіфосфати і нуклеозидтрифосфат містять високоенергетичні зв'язку (позначені значком «»). При гідролізі зв'язку з цим звільняється від 30 до 50 кДж / моль енергії, в той час як при гідролізі звичайної складноефірного фосфатного зв'язку звільняється енергія рівна 8-12 кДж / моль.

Під впливом відповідних ферментів фосфатні групи містять високоенергетичні зв'язку, можуть бути перенесені на інші речовини. Таким чином енергія, накопичена в високоенергетичних з'єднаннях, може бути використана далі в обміні речовин. Наприклад: АДФ і АТФ беруть участь в біосинтезі білка. Урідінтріфосфат (U ТФ) і уридиндифосфат (U ДФ) необхідні для дії ферментів, які каталізують перетворення і синтез цукрів (СДФ і СТФ) цітідіндіфосфат і цітідінтріфосфат беруть участь в біосинтезі фосфоліпідів.

Циклічні нуклеотиди були виділені в 1959р. Сазерлендом (лауреат Нобелівської премії 1971 р.) При вивченні механізму дії деяких гормонів при регулюванні метаболізму вуглеводів. У циклічних нуклеотидах фосфорна кислота зв'язує два атоми кисню пентозного залишку в одному і тому ж нуклеотиде. Відомі три циклічних нуклеотиду - циклічний аденозинмонофосфат (з АМФ), циклічний гуанозинмонофосфат (з G МФ) і циклічний цітозінмонофосфат (з СМФ).

Ці нуклеотиди утворюються з відповідних нуклеозідтрі-фосфатів під дією ферментів аденілатциклази і гуанілатциклази. У біологічних процесах вони виступають в якості проміжного посредственніка регуляторного дії гормонів.

аденозин-3 /, 5 / -цікломонофосфат гуанозин-3 /, 5 / -цікломонофосфат

(3 /, 5 / - сАМФ) (3 /, 5 / -з G МФ)

Фосфатні залишки можуть утворювати один з одним кислотні ангідриди. Тому у нуклеотидів є можливість зв'язуватися один з одним через фосфатні залишки. При цьому виникають дінуклеотід з фосфоангідрідной структурою.

До цієї групи належать деякі кофактор ферментів - НАД + і НАДФ + (никотинамидадениндинуклеотид), ФАД (флавінаденіндінуклео-тідфосфат) і т. Д.