Nukleotidna vez. Zgradba in biološka vloga nukleotidov, nukleinskih kislin

Nukleotidi so kompleksne biološke snovi, ki igrajo ključno vlogo v številnih bioloških procesih. Služijo kot osnova za gradnjo DNK in RNK, poleg tega pa so odgovorni za sintezo beljakovin in genetski spomin, saj so univerzalni viri energije. Nukleotidi so del koencimov in sodelujejo pri presnovi ogljikovih hidratov in sintezi lipidov. Poleg tega so nukleotidi sestavine aktivnih oblik vitaminov, predvsem skupine B (riboflavin, niacin). Nukleotidi prispevajo k nastanku naravne mikrobiocenoze, zagotavljajo potrebno energijo za regenerativne procese v črevesju, vplivajo na zorenje in normalizacijo delovanja hepatocitov.

Nukleotidi so nizkomolekularne spojine, sestavljene iz dušikovih baz (purini, pirimidini), pentoznega sladkorja (riboza ali deoksiriboza) in 1-3 fosfatnih skupin.

Najpogostejši monofosfati so vključeni v presnovne procese: purini - adenozin monofosfat (AMP), gvanozin monofosfat (GMP), pirimidini - citidin monofosfat (CMP), uridin monofosfat (UMP).

Kaj je povzročilo zanimanje za problem vsebnosti nukleotidov v otroški hrani?

Do nedavnega je veljalo, da se vsi potrebni nukleotidi sintetizirajo v telesu in niso veljali za esencialna hranila. Predpostavljalo se je, da imajo prehranski nukleotidi predvsem "lokalni učinek", ki določa rast in razvoj tankega črevesa, presnovo lipidov in delovanje jeter. Vendar pa so nedavne študije (zbornik zasedanja ESPGAN, 1997) pokazale, da postanejo ti nukleotidi potrebni, ko je endogena oskrba nezadostna: na primer pri boleznih, ki jih spremlja pomanjkanje energije - hude okužbe, bolezni uživanja, pa tudi v neonatalnem obdobju. , med hitro rastjo otroka , v stanjih imunske pomanjkljivosti in hipoksičnih okvarah. Hkrati se skupni volumen endogene sinteze zmanjša in postane nezadosten za potrebe telesa. V takih pogojih dobava nukleotidov s hrano "prihrani" porabo energije v telesu za sintezo teh snovi in ​​lahko optimizira delovanje tkiva. Tako zdravniki že dolgo svetujejo uživanje jeter, mleka, mesa, juh, torej živil, bogatih z nukleotidi, po dolgotrajnih boleznih.

Pri hranjenju dojenčkov je izjemno pomembna dodatna oskrba s hrano z nukleotidi. Nukleotide so iz človeškega mleka izolirali pred približno 30 leti. Do danes je bilo v materinem mleku identificiranih 13 v kislini topnih nukleotidov. Že dolgo je znano, da sestava človeškega mleka in mleka različnih živalskih vrst ni enaka. Vendar je bilo že vrsto let običajno, da smo pozorni le na glavne sestavine hrane: beljakovine, ogljikove hidrate, lipide, minerale, vitamine. Hkrati pa se nukleotidi v materinem mleku bistveno razlikujejo, ne samo po količini, ampak tudi po sestavi od nukleotidov v kravjem mleku. Tako na primer orotat, glavni nukleotid v kravjem mleku, ki ga v znatnih količinah najdemo tudi v prilagojenih formulah za dojenčke, ni prisoten v materinem mleku.

Nukleotidi so sestavni del neproteinske dušikove frakcije materinega mleka. Neproteinski dušik predstavlja približno 25 % celotnega dušika v materinem mleku in vsebuje aminosladkorje in karnitin, ki imata posebno vlogo pri razvoju novorojenčka. Nukleotidni dušik lahko spodbuja učinkovitejši vnos beljakovin pri dojenih dojenčkih, ki prejmejo sorazmerno manj beljakovin v primerjavi z dojenčki, hranjenimi s formulo.

Ugotovljeno je bilo, da koncentracija nukleotidov v materinem mleku presega njihovo vsebnost v krvnem serumu. To nakazuje, da ženske mlečne žleze sintetizirajo dodatne količine nukleotidov, ki vstopijo v materino mleko. Obstajajo tudi razlike v vsebnosti nukleotidov glede na stopnjo laktacije. Tako se največja količina nukleotidov v mleku določi v 2-4 mesecu, nato pa se njihova vsebnost po 6-7 mesecu začne postopoma zmanjševati.

Zgodnje zrelo mleko vsebuje pretežno mononukleotide (AMP, CMP, GMP). Njihova količina v pozno zrelem mleku je večja kot v kolostrumu, vendar manj kot v mleku prvega meseca laktacije.

Koncentracija nukleotidov v materinem mleku je pozimi za red velikosti večja kot v podobnih obdobjih hranjenja poleti.

Ti podatki lahko kažejo, da pride do dodatne sinteze nukleotidov v celicah mlečnih žlez, saj v prvih mesecih življenja snovi, dobavljene od zunaj, vzdržujejo potrebno raven metabolizma in energetske presnove otroka. Povečana sinteza nukleotidov v materinem mleku pozimi je zaščitni mehanizem: v tem letnem času je otrok bolj dovzeten za okužbe in lažje pride do pomanjkanja vitaminov in mineralov.

Kot je navedeno zgoraj, se sestava in koncentracija nukleotidov v mleku vseh vrst sesalcev razlikuje, vendar je njihova količina vedno nižja kot v materinem mleku. To je očitno posledica dejstva, da je potreba po eksogenih nukleotidih še posebej velika pri nemočnih mladičih.

Materino mleko ni le najbolj uravnotežen izdelek za racionalen razvoj otroka, ampak tudi subtilen fiziološki sistem, ki se lahko spreminja glede na potrebe otroka. Materino mleko bomo še dolgo celovito preučevali, ne le njegovo količinsko in kakovostno sestavo, temveč tudi vlogo posameznih sestavin pri delovanju sistemov rastočega in razvijajočega se organizma. Izboljšane bodo tudi formule za umetno hranjenje dojenčkov, ki se bodo postopoma spremenile v prave »nadomestke materinega mleka«. Podatki, da imajo nukleotidi materinega mleka širši fiziološki pomen za rastoči in razvijajoči se organizem, so bili osnova za njihovo uvajanje v formulo za dojenčke ter njihovo koncentracijo in sestavo približali tistim v materinem mleku.

Naslednja faza raziskave je bil poskus ugotavljanja vpliva nukleotidov, vnesenih v formulo za dojenčke, na zorenje ploda in razvoj dojenčka.

Najbolj očiten podatek je bila aktivacija otrokovega imunskega sistema. Kot je znano, se IgG registrira v maternici, IgM se začne sintetizirati takoj po rojstvu otroka, IgA se sintetizira najpočasneje, njegova aktivna sinteza pa se pojavi do konca 2-3 meseca življenja. Učinkovitost njihove proizvodnje je v veliki meri odvisna od zrelosti imunskega odziva.

Za študijo so bile oblikovane 3 skupine: otroci, ki so prejemali samo materino mleko, samo formule z nukleotidi in formule za dojenčke brez nukleotidov.

Posledično je bilo ugotovljeno, da so imeli otroci, ki so prejemali formule z nukleotidnimi dodatki, do konca 1. meseca življenja in v 3. mesecu raven sinteze imunoglobulina M približno enako tisti pri dojenih otrocih, vendar bistveno višjo od pri otrocih, ki prejemajo preprosto formulo. Podobni rezultati so bili pridobljeni pri analizi ravni sinteze imunoglobulina A.

Od zrelosti imunskega sistema je odvisna učinkovitost cepljenja, saj je sposobnost oblikovanja imunskega odziva na cepivo eden od pokazateljev razvitosti imunosti v prvem letu življenja. Kot primer smo preučili stopnjo proizvodnje protiteles proti davici pri otrocih na "nukleotidni" formuli, dojenju in formulah brez nukleotidov. Nivo protiteles smo merili 1 mesec po prvem in po zadnjem cepljenju. Ugotovljeno je bilo, da so bili tudi prvi kazalniki višji, drugi pa bistveno višji pri otrocih, ki so prejemali mešanice z nukleotidi.

Pri preučevanju vpliva krmne mešanice z nukleotidi na telesni in psihomotorični razvoj otrok je bila ugotovljena težnja k boljšemu pridobivanju telesne teže in hitrejšemu razvoju motoričnih in duševnih funkcij.

Poleg tega obstajajo dokazi, da dodajanje nukleotidov spodbuja hitrejše zorenje živčnega tkiva, možganskih funkcij in vidnega analizatorja, kar je izjemno pomembno pri nedonošenčkih in morfofunkcionalno nezrelih otrocih ter otrocih z oftalmološkimi težavami.

Vsi poznajo težave pri oblikovanju mikrobiocenoze pri majhnih otrocih, zlasti v prvih mesecih. To so simptomi dispepsije, črevesne kolike, povečanega napenjanja. Poraba "nukleotidnih" mešanic vam omogoča hitro normalizacijo stanja, brez potrebe po popravku s probiotiki. Otroci, ki so prejemali mešanice z nukleotidi, so manj verjetno imeli motnje v delovanju prebavil in nestabilnost blata, lažje so prenašali uvedbo kasnejših dopolnilnih živil.

Vendar pa je pri uporabi mešanic z nukleotidi treba upoštevati, da zmanjšajo pogostost blata, zato jih je treba priporočiti previdno pri otrocih z zaprtjem.

Te mešanice so lahko še posebej pomembne pri otrocih s podhranjenostjo, anemijo in tistih, ki so v neonatalnem obdobju utrpeli hipoksične motnje. Mešanice z nukleotidi pomagajo rešiti številne težave, ki se pojavijo pri negi nedonošenčkov. Zlasti govorimo o slabem apetitu in nizkem pridobivanju telesne teže v prvem letu življenja, poleg tega uporaba formul prispeva k popolnejšemu psihomotoričnemu razvoju dojenčkov.

Na podlagi navedenega je uporaba mešanic z nukleotidnimi dodatki zelo zanimiva za nas, zdravnike. Te mešanice lahko priporočamo širokemu krogu otrok, še posebej, ker mešanice niso zdravilne. Hkrati menimo, da je pomembno opozoriti na možnost individualnih okusnih reakcij pri majhnih otrocih, zlasti pri prehodu otroka z navadne formule na nukleotidno. Tako smo v nekaterih primerih tudi pri uporabi formul istega podjetja opazili negativne reakcije pri otroku, celo do zavračanja predlagane formule. Vendar pa vsi literarni viri trdijo, da nukleotidi ne le negativno vplivajo na okus, ampak jih, nasprotno, izboljšajo, ne da bi spremenili organoleptične lastnosti mešanice.

Predstavljamo pregled mešanic z dodatki nukleotidov, ki so na voljo na našem trgu. To so mešanice sirotke iz Friesland Newtrition (Nizozemska) “Frisolak”, “Frisomel”, ki vsebujejo 4 nukleotide, enake nukleotidom materinega mleka; mešanica sirotke "Mamex" (Intern Nutrition, Danska), NAS (Nestle, Švica), "Enfamil" (Mead Johnson, ZDA), mešanica "Similak formula plus" (Abbott Laboratories, Španija/ZDA). Število in sestava nukleotidov v teh mešanicah sta različna, kar določi proizvajalec.

Vsa proizvodna podjetja poskušajo izbrati razmerje in sestavo nukleotidov, tako da jih, kolikor je tehnično in biokemično mogoče, približajo podobnim kazalcem materinega mleka. Jasno je, da mehanski pristop ni fiziološki. Seveda je uvedba nukleotidov v formulo za dojenčke revolucionaren korak v proizvodnji nadomestkov za materino mleko, ki pripomore k čim bolj približani sestavi človeškega materinega mleka. Vendar pa nobene mešanice še ni mogoče šteti za fiziološko popolnoma identično temu edinstvenemu, univerzalnemu in otroku potrebnemu izdelku.

Literatura

1. Gyorgy. P. Biokemijski vidiki. Am.Y.Clin. Nutr. 24 (8), 970-975.
2. Evropsko združenje za pediatrično gastroenterologijo in prehrano (ESPGAN). Odbor za prehrano: Smernice o prehrani dojenčkov I. Priporočila o sestavi prilagojene formule. Asta Paediatr Scand 1977; Suppl 262: 1-42.
3. James L. Leach, Jeffreu H. Baxter, Bruce E. Molitor, Mary B. Ramstac, Marc L\ Masor. Vsi potencialno razpoložljivi nukleotidi v materinem mleku med dojenjem // American Journal of Clinical Nutrition. - junij 1995. - T. 61. - št. 6. - Str. 1224-30.
4. Carver J. D., Pimental B., Cox W. I., Barmess L. A. Učinki prehranskih nukleotidov na imunsko funkcijo pri dojenčkih. Pediatrija 1991; 88; 359-363.
5. Uauy. R., Stringel G., Thomas R. in Quan R. (1990) Vpliv dietnih nukleozidov na rast in zorenje razvijajočega se črevesja pri podganah. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 10, 497-503.
6. Brunser O., Espinosa J., Araya M., Gruchet S. in Gil A. (1994) Vpliv dodajanja dietnih nukleotidov na drisko pri dojenčkih. Asta Pediatr. 883. 188-191.
7. Keshishyan E. S., Berdnikova E. K. // Mešanice z nukleotidnimi dodatki za hranjenje otrok v prvem letu življenja // Otroška hrana 21. stoletja. - Str. 24.
8. David. Nove tehnologije za izboljšanje izdelkov za otroško hrano // Pediatrics. - 1997. - št. 1. - Str. 61-62.
9. Keshishyan E. S., Berdnikova E. K. Mešanice z nukleotidnimi dodatki za hranjenje dojenčkov. Pričakovani učinek // Pediatrics. Consilium medicum. - Priloga št. 2. - 2002. - Str. 27-30.

E. S. Keshishyan, doktor medicinskih znanosti, profesor
E. K. Berdnikova
Moskovski raziskovalni inštitut za pediatrijo in otroško kirurgijo Ministrstva za zdravje Ruske federacije, Moskva

Nukleotidi.

Nukleinske kisline

Nukleotidi

Nukleotidi so naravne spojine, sestavljene iz 1) ostankov dušikove nukleinske baze, 2) ostankov ogljikovih hidratov in 3) fosfatnih skupin.

Dušikove nukleinske baze

Dušikove baze so derivati ​​dveh heterociklov - pirimidina in purina.

Pirimidinske baze

Purinske baze

TAVTOMERIJA DUŠIKOVIH BAZ

a) laktam-laktim

Podobna tavtomerija je možna pri timinu, citozinu in gvaninu.

b) amino-imin

Podobna tavtomerija je možna za gvanin in citozin.

Laktami so stabilnejši od laktimov, amini pa stabilnejši od iminov. Vsi razlogi v vitro in v vivo obstajajo in sodelujejo pri presnovi v laktamski in amino obliki.

Derivati ​​in analogi nukleinskih baz se v medicini uporabljajo kot protitumorska zdravila:

Nukleozidi

Nukleozidi so spojine, sestavljene iz ostankov nukleinske baze in ogljikovih hidratov, povezanih z β-n-glikozidna vez.

Reakcija tvorbe nukleozida v vivo nastane pod delovanjem encimov.

V kislem okolju (vendar ne v nevtralnem ali alkalnem) nukleozidi hidrolizirajo, razpadejo na prvotno bazo in ogljikove hidrate. Pirimidinske nukleozide je težje hidrolizirati, purinske pa lažje.

Nukleozidna nomenklatura

Nukleotidi

Nukleotidi so nukleozidi, ki vsebujejo fosfatno skupino na položaju 5" (5" fosforirani nukleozidi).

Nukleotidi nastanejo in vivo kot posledica encimske fosforilacije nukleozidov:

Nukleotidi se hidrolizirajo v kislem in alkalnem okolju: s kislo hidrolizo nastanejo baza, ogljikovi hidrati in fosforna kislina, z alkalno hidrolizo pa nastane nukleozid in natrijev fosfat:

Nukleotidna nomenklatura

dinukleotidi

NAD in FAD sta koencima, ki sodelujeta pri OB reakcijah prenosa vodika v telesu:

Adenozin trifosfat (ATP)

ATP je baterija in nosilec energije v biokemičnih reakcijah.

Biološke reakcije ATP

1. Fosforilacija– prenos fosfatnih skupin iz ATP na druge substrate:

2. Hidroliza s sproščanjem energije, ki se uporablja v reakcijah sintetaze:

Nukleinske kisline

Nukleinska kisline so polinukleotidi – polimeri, sestavljeni iz nukleotidnih ostankov, povezanih s sladkorno-fosfatnimi estrskimi vezmi.

Shema strukture polinukleotidne verige:

Vrste NC: DNA – vsebujejo ostanke 2 -deoksiriboze, ne vsebujejo uracila;

D N K

Primarna struktura DNK

Primarna struktura DNK je določen vrstni red zaporedja nukleotidov v verigi:

Primarna struktura jedrske DNK vsebuje genetsko kodo. Med procesom prepisovanja se "prepiše" na messenger RNA, nato pa pride do prevoda: v ribosomu se polipeptidna veriga beljakovin sintetizira na matriki messenger RNA. Ključ genetske kode je, da je en aminokislinski ostanek v sintetizirani polipeptidni verigi kodiran s tremi nukleotidnimi ostanki (triplet) v NA in tako je 20 aminokislin kodiranih s 4 vrstami nukleotidov.

Kemijske lastnosti nukleinskih kislin

Estrske vezi, ki povezujejo polinukleotidne verige, so nestabilne v kislem in alkalnem okolju, NC pa so podvrženi hidrolizi pod temi pogoji:

KOMPLEMENTARNOST DUŠIKOVIH BAZ

Komplementarnost je ujemanje oblike dveh zapletenih linij, ki se ujemata skupaj »kot ključ do ključavnice«.

Komplementarni bazni pari:

V paru A-T se lahko timin (med prehodom DNA → RNA) nadomesti z uracilom in par postane A-U (»zamenljivost« timina in uracila).

Biološki pomen komplementarnih interakcij je, da zagotavljajo točnost prenosa informacij iz enega NK v drugega.

Sekundarna struktura DNA

Je vijačnica, sestavljena iz dveh komplementarnih in antiparalelnih polinukleotidnih verig (»dvojna vijačnica«):

Biološka vloga "dvojne vijačnice":

1) Zagotavlja varnost genetskih informacij (jedrski nukleoproteinski kompleks "DNA-Histoni");

2) Zagotavlja obnovitev informacij v primeru poškodbe DNK (popravilo po mutacijah).

R N K

Vrste RNA: ribosomski, informacijski, transportni.

Ribosomska RNA (r-RNA) je strukturni material ribosomov (ribosomski nukleoproteinski kompleks).

Informacijska (matrična) RNA (i-RNA) je vmesna stopnja v procesu transformacije DNA-proteinske informacije. Sintetizira se na predlogi DNK in sam služi kot predloga za sintezo beljakovin v ribosomu. mRNA ima relativno nizko molekulsko maso in nima razvite sekundarne strukture.

Prenosna RNA (t-RNA) je nizkomolekularna RNA, ki opravlja naslednje funkcije: 1) določanje "lastne" aminokisline (vsaka AK ima svojo t-RNA); 2) vezava na AK in njen transport na ribosom; 3) določitev mesta AK v rastoči polipeptidni verigi.

Prenosne RNA imajo sekundarno strukturo deteljice:

Štrleči konec CCA-3 OH je mesto vezave na karboksilno skupino AA.

Trojček nukleotidov na najnižji točki je kodon, komplementaren ustreznemu antikodonu na mRNA.

LITERATURA:

Glavni

1. Tyukavkina N.A., Zurabyan S.E., Beloborodov V.L. in drugi - Organska kemija (posebni tečaj), knjiga 2 - Bustard, M., 2008, str. 157-178.

2. N.A. Tyukavkina, Yu.I. Baukov - Bioorganska kemija - DROFA, M., 2007, str. 420-444.

Človeško telo vsebuje veliko število organskih spojin, brez katerih si ni mogoče predstavljati stabilnega poteka presnovnih procesov, ki podpirajo vitalne funkcije vsakogar. Ena od teh snovi so nukleotidi - to so fosforjevi estri nukleozidov, ki igrajo ključno vlogo pri prenosu informacijskih podatkov, pa tudi kemičnih reakcijah s sproščanjem znotrajcelične energije.

Kot samostojne organske enote tvorijo polnilno sestavo vseh nukleinskih kislin in večine koencimov. Oglejmo si podrobneje, kaj so nukleozidni fosfati in kakšno vlogo imajo v človeškem telesu.

Iz česa je sestavljena snov nukleotid? Velja za izjemno ester, ki spada v skupino fosforjevih kislin in nukleozidov, ki se po svojih biokemijskih lastnostih uvrščajo med N-glikozide in vsebujejo heterociklične fragmente, povezane z molekulami glukoze in atomom dušika.

V naravi so najpogostejši nukleotidi DNK.

Poleg tega se razlikujejo tudi organske snovi s podobnimi strukturnimi značilnostmi: ribonukleotidi, pa tudi deoksiribonukleotidi. Vse brez izjeme so monomerne molekule, ki pripadajo biološkim snovem polimernega tipa, ki so kompleksne strukture.

Iz njih nastaneta RNK in DNK vseh živih bitij, od najpreprostejših mikroorganizmov in virusnih okužb do človeškega telesa.

Preostanek molekularne strukture fosforja med nukleozidnimi fosfati tvori estrsko vez z dvema, tremi in v nekaterih primerih s petimi hidroksilnimi skupinami hkrati. Skoraj vsi nukleotidi brez izjeme so esencialne snovi, ki nastanejo iz ostankov ortofosforne kisline, zato so njihove vezi stabilne in ne razpadejo pod vplivom neugodnih dejavnikov notranjega in zunanjega okolja.

Pozor! Struktura nukleotidov je vedno kompleksna in temelji na monoestrih. Zaporedje nukleotidov se lahko spremeni pod vplivom stresnih dejavnikov.

Biološka vloga

Vpliv nukleotidov na potek vseh procesov v telesu živih bitij preučujejo znanstveniki, ki proučujejo molekularno strukturo znotrajceličnega prostora.

Na podlagi laboratorijskih ugotovitev, pridobljenih na podlagi rezultatov dolgoletnega dela znanstvenikov z vsega sveta, se razlikuje naslednja vloga nukleozidnih fosfatov:

• univerzalni vir vitalne energije, zaradi katere se celice hranijo in s tem ohranjajo normalno delovanje tkiv, ki tvorijo notranje organe, biološke tekočine, epitelijski pokrov in žilni sistem;
• so prenašalci monomerov glukoze v celicah katere koli vrste (to je ena od oblik presnove ogljikovih hidratov, ko se zaužiti sladkor pod vplivom prebavnih encimov pretvori v glukozo, ki se skupaj z nukleozidnimi fosfati prenaša v vse kotičke telesa). );
• opravljajo funkcijo koencima (vitaminske in mineralne spojine, ki pomagajo celicam zagotoviti hranila);
• kompleksni in ciklični mononukleotidi so biološki prevodniki hormonov, ki se širijo skupaj s krvnim tokom, in tudi povečajo učinek živčnih impulzov;
• alosterično uravnavajo aktivnost prebavnih encimov, ki jih proizvaja tkivo trebušne slinavke.

Nukleotidi so del nukleinskih kislin. Povezani so s tremi in petimi fosfodiestrskimi vezmi. Genetiki in znanstveniki, ki so svoje življenje posvetili molekularni biologiji, nadaljujejo laboratorijske raziskave nukleozidnih fosfatov, zato svet vsako leto izve še več zanimivosti o lastnostih nukleotidov.

Nukleotidno zaporedje je vrsta genetskega ravnovesja in ravnovesja razporeditve aminokislin v strukturi DNA, svojevrsten vrstni red umestitve estrskih ostankov v sestavo nukleinskih kislin.

Določi se s tradicionalno metodo sekvenciranja biološkega materiala, izbranega za analizo.

T – timin;

A – adenin;

G – gvanin;

C – citozin;

R – GA adenin v kompleksu z gvaninom in purinskimi bazami;

Y – TC pirimidinske spojine;

K – GT nukleotidi, ki vsebujejo keto skupino;

M – AC vključen v amino skupino;

S – GC močan, odlikujejo ga tri vodikove spojine;

W – AT so nestabilni, tvorijo le dve vodikovi vezi.

Zaporedje nukleotidov se lahko spremeni, oznake z latinskimi črkami pa so potrebne v primerih, ko vrstni red razporeditve etrskih spojin ni znan, nepomemben ali že obstajajo rezultati primarnih raziskav.

Največje število variant in kombinacij nukleozidnih fosfatov je značilno za DNA. Za zapis RNK etrskih spojin zadoščajo simboli A, C, G, U. Zadnja črkovna oznaka je snov uridin, ki se nahaja le v RNK. Zaporedje simbolnih zapisov je vedno zapisano brez presledkov.

Koristen video: nukleinske kisline (DNA in RNA)

Koliko nukleotidov je v DNK

Da bi čim bolj podrobno razumeli, o čem govorimo, morate jasno razumeti samo DNK. To je ločena vrsta molekul, ki imajo podolgovato obliko in so sestavljene iz strukturnih elementov, in sicer nukleozidnih fosfatov. Koliko nukleotidov je v DNK? Obstajajo 4 vrste eterskih spojin te vrste, ki so del DNK. To so adenin, timin, citozin in gvanin. Vsi tvorijo eno samo verigo, iz katere nastane molekularna struktura DNK.

Strukturo DNK sta davnega leta 1953 prva razvozlala ameriška znanstvenika Francis Crick in James Watson. Ena molekula deoksiribonukleinske kisline vsebuje dve verigi nukleozidnih fosfatov. Postavljeni so tako, da izgledajo kot spirala, ki se suka okoli svoje osi.

Pozor!Število nukleotidov v DNK je konstantno in omejeno na samo štiri vrste – to odkritje je človeštvo približalo dešifriranju celotne človeške genetske kode.

V tem primeru ima struktura molekule eno pomembno lastnost. Vse nukleotidne verige imajo lastnost komplementarnosti. To pomeni, da so ena nasproti druge postavljene samo etrske spojine določene vrste. Znano je, da se adenin vedno nahaja nasproti timina. Nasproti citozina ni mogoče najti nobene druge snovi razen gvanina. Takšni nukleotidni pari tvorijo princip komplementarnosti in so neločljivi.

Teža in dolžina

S pomočjo zapletenih matematičnih izračunov in laboratorijskih študij je znanstvenikom uspelo ugotoviti natančne fizikalne in biološke lastnosti eterskih spojin, ki tvorijo molekularno strukturo deoksiribonukleinske kisline.

Znano je, da je podaljšana dolžina enega znotrajceličnega ostanka, sestavljenega iz aminokislin v eni polipeptidni verigi, 3,5 angstroma. Povprečna masa enega molekularnega ostanka je 110 amu.

Poleg tega so izolirani tudi monomeri nukleotidnega tipa, ki se tvorijo ne samo iz aminokislin, ampak imajo tudi etrske komponente. To so monomeri DNA in RNA. Njihova linearna dolžina se meri neposredno znotraj nukleinske kisline in znaša najmanj 3,4 angstroma. Molekulska masa enega nukleozid fosfata je znotraj 345 amu. To so začetni podatki, ki se uporabljajo pri praktičnem laboratorijskem delu, namenjenem eksperimentiranju, genetskim raziskavam in drugim znanstvenim dejavnostim.

Medicinske oznake

Genetika se je kot veda razvila v obdobju, ko na molekularni ravni še ni bilo raziskovanja zgradbe DNK človeka in drugih živih bitij. Zato so v obdobju predmolekularne genetike nukleotidne vezi označevali kot najmanjši element v strukturi molekule DNA. Tako prej kot zdaj so bile esencialne snovi te vrste izpostavljene. Lahko je spontana ali inducirana, zato se izraz rekon uporablja tudi za označevanje nukleozidnih fosfatov s poškodovano strukturo.

Za opredelitev koncepta pojava možne mutacije v dušikovih spojinah nukleotidnih vezi se uporablja izraz "mouton". Te oznake so bolj povpraševane pri laboratorijskem delu z biološkim materialom. Uporabljajo jih tudi genetiki, ki preučujejo strukturo molekul DNK, načine prenosa dednih informacij, metode kodiranja in možne kombinacije genov, ki nastanejo kot posledica zlitja genetskega potenciala dveh spolnih partnerjev.

Koristen video: struktura nukleotidov

Zaključek

Na podlagi navedenega lahko sklepamo, da so nukleozidni fosfati pomembna sestavina znotrajcelične strukture v človeškem telesu in vseh živih bitjih. Zaradi bistvenih snovi te vrste se večina ne le genetskih informacij prenaša od staršev do potomcev, temveč se v tkivih vseh vitalnih organov izvajajo tudi presnovni procesi.

Nukleinske kisline so visokomolekularne spojine, katerih molekulska masa se giblje od 25 tisoč do 1 milijona ali več.

Polimerne verige nukleinskih kislin so zgrajene iz monomernih enot – nukleotidov, zato nukleinske kisline imenujemo polinukleotidi.

Običajno je "nedeljiva" monomerna enota (na primer aminokislinski ostanek v beljakovinah) v nukleotidih trikomponentna tvorba, vključno s heterociklično bazo, ostankom ogljikovih hidratov in fosfatno skupino.

Sestavine ogljikovih hidratov so pentoze - D-riboza in 2-deoksi-e-riboza. Glede na to delimo nukleinske kisline na ribonukleinske(RNA), ki vsebuje ribozo, in deoksiribonukleinska kislina(DNK), ki vsebuje deoksiribozo.

DNK se nahaja predvsem v jedrih celic, RNK se nahaja predvsem v ribosomih, pa tudi v protoplazmi celic. RNA neposredno sodelujejo pri biosintezi beljakovin.

14.1. Nukleotidi

14.1.1. Nukleozidi

V kemiji nukleinskih kislin se običajno imenujejo heterociklične spojine pirimidinske in purinske serije, ki so vključene v njihovo sestavo. nukleinske baze.

Nukleinske baze kot substituenti v heterociklu lahko vsebujejo:

Ali okso skupina, kot v uracilu in timinu;

Bodisi amino skupina, kot v adeninu;

Ali pa obe skupini hkrati, kot pri citozinu in gvaninu.

Baze, ki vsebujejo kisik, so predstavljene z laktamskimi tavtomernimi oblikami, pri katerih aromatičnost ni oslabljena (glej 13.4). Za vse baze so sprejete skrajšane tričrkovne oznake, sestavljene iz prvih črk njihovih latinskih imen.

Nukleinske kisline se razlikujejo po heterocikličnih bazah, ki jih vsebujejo: uracil najdemo samo v RNA, timin pa -

v DNK:

Nukleinske baze tvorijo vez preko enega od atomov dušika z anomernim središčem pentoze (D-riboza ali 2-deoksi-D-riboza). Ta vrsta vezi je podobna običajni glikozidni vezi in je znana kot N-glikozidna vez, sami glikozidi pa se imenujejo N-glikozidi. V kemiji nukleinskih kislin se imenujejo nukleozidi.

Naravni nukleozidi vsebujejo pentoze v obliki furanoze (ogljikovi atomi v njih so oštevilčeni s številko s praštevilo). Glikozidna vez se izvaja z atomom dušika N-1 pirimidinske in N-9 purinske baze.

Naravni nukleozidi so vednoβ-anomeri.

Glede na naravo ostanka ogljikovih hidratov jih ločimo ribonukleozidi in deoksiribonukleozidi. Za nukleozide se uporabljajo imena, ki so izpeljana iz trivialnega imena ustrezne nukleinske baze s priponami -idin v pirimidinu in -osin v purinskih nukleozidih.

Izjema je ime "timidin" (ne deoksitimidin), ki se uporablja za deoksiribozid timin, ki je del DNK. V tistih redkih primerih, ko se timin pojavi v RNA, se ustrezni nukleozid imenuje ribotimidin.

Tričrkovni simboli za nukleozide se od simbolov za baze razlikujejo po zadnji črki. Enočrkovni simboli se uporabljajo samo za nukleozidne ostanke (radikale) v kompleksnejših strukturah.

Nukleozidi so odporni na hidrolizo v rahlo alkalnem okolju, vendar hidrolizirajo v kislem okolju. Purinski nukleozidi so zlahka hidrolizirani, pirimidinski nukleozidi pa težje hidrolizirani.

Sintetični derivati ​​pirimidinske in purinske serije se uporabljajo kot zdravila v onkologiji, njihova struktura je podobna naravnim metabolitom (v tem primeru nukleinskim bazam), vendar jim ni popolnoma enaka, to je, da so antimetaboliti. na primer 5-fluorouracil stojala

kot antagonist uracila in timina, 6-merkaptopurin- adenin. S konkurenco z metaboliti motijo ​​sintezo nukleinskih kislin v telesu na različnih stopnjah.

14.1.2. Nukleotidi

Nukleotidi se imenujejo fosfati nukleozidov. Fosforna kislina običajno zaestri alkoholni hidroksil pri C-5" ali C-3" v ostanku riboze (ribonukleotidi) ali deoksiriboze (deoksiribonukleotidi).

Splošno načelo zgradbe nukleotidov ponazorimo na primeru adenozin fosfatov. Za povezavo treh komponent v nukleotidni molekuli se uporabljajo estrske in N-glikozidne vezi.

Nukleotide lahko obravnavamo po eni strani kot estre nukleozidov (fosfatov), ​​po drugi strani pa za kisline (zaradi prisotnosti ostanka fosforne kisline).

Zaradi fosfatnega ostanka imajo nukleotidi lastnosti dibazične kisline in so v fizioloških pogojih pri pH ~7 v popolnoma ioniziranem stanju.

Za nukleotide uporabljamo dve vrsti imen (tabela 14.1). Ena vključuje ime nukleozida, ki označuje položaj fosfatnega ostanka v njem, na primer adenozin-3"-fosfat, uridin-5"-fosfat; drugi je zgrajen z dodatkom kombinacije -ilinska kislina na ime ostanka pirimidinske baze, na primer 5"-uridilne kisline, ali purinske baze, na primer 3"-adenilne kisline.

Z uporabo enočrkovne kode, sprejete za nukleozide, so 5"-fosfati zapisani z dodatkom latinske črke "p" prej nukleozidni simbol, 3"-fosfati - po nukleozidni simbol. Adenozin-5"-fosfat je označen kot pA, adenozin-3"-fosfat - Ap itd. Te okrajšave se uporabljajo za zapis zaporedja nukleotidnih ostankov v nukleinskih kislinah. V zvezi s prostimi nukleotidi v biokemijski literaturi

Touri pogosto uporabljajo svoja imena kot monofosfate, pri čemer se ta lastnost odraža v skrajšani kodi, na primer AMP (ali AMP) za adenozin-5"-fosfat itd. (glejte tabelo 14.1).

Tabela 14.1.Najpomembnejši nukleotidi, ki sestavljajo nukleinske kisline

Ciklofosfati.Sem sodijo nukleotidi, pri katerih ena molekula fosforne kisline hkrati zaestri dve hidroksilni skupini ostanka ogljikovih hidratov. Skoraj vse celice vsebujejo dva nukleozidna ciklofosfata - adenozin-3,5"-ciklofosfat (cAMP) in gvanozin-3,5"-ciklofosfat (cGMP).

14.2. Struktura nukleinske kisline

14.2.1. Primarna struktura

V polinukleotidnih verigah so nukleotidne enote povezane preko fosfatne skupine. Fosfatna skupina tvori dve estrski vezi: s C-3" prejšnje in s C-5" naslednjih nukleotidnih enot (slika 14.1). Hrbtenico verige sestavljajo izmenjujoči se pentozni in fosfatni ostanki, heterociklične baze pa so "stranske" skupine, vezane na pentozne ostanke. Nukleotid s prosto 5"-OH skupino imenujemo 5"-terminal, nukleotid s prosto 3"-OH skupino pa 3"-terminal.

Slika 14.2 prikazuje strukturo poljubnega odseka verige DNA, vključno s štirimi nukleinskimi bazami. Zlahka si je predstavljati, koliko kombinacij lahko dobimo s spreminjanjem zaporedja štirih nukleotidnih ostankov. Načelo konstrukcije verige RNA je enako kot pri DNA, z dvema izjemama: pentozni ostanek v RNA je D-riboza, niz heterocikličnih baz pa uporablja uracil namesto timina.

Primarno strukturo nukleinskih kislin določa zaporedje nukleotidnih enot, povezanih s kovalentnimi vezmi v neprekinjeno polinukleotidno verigo.

Za lažji zapis primarne strukture je na voljo več okrajšav. Eden od njih je uporaba prej navedenih skrajšanih imen nukleozidov. Na primer, prikazano na sl. 14.2 lahko zapišemo fragment verige DNK

riž. 14.1.Splošno načelo zgradbe polinukleotidne verige

riž. 14.2.Primarna struktura odseka verige DNA

kot d(ApCpGpTp...) ali d(A-C-G-T...). Črka d je pogosto izpuščena, ko je očitno, da gre za DNK.

Pomembna značilnost nukleinskih kislin je nukleotidna sestava, to je nabor in količinsko razmerje nukleotidnih komponent. Nukleotidno sestavo praviloma določimo s preučevanjem produktov hidrolitične cepitve nukleinskih kislin.

DNA in RNA se razlikujeta po obnašanju v pogojih alkalne in kisle hidrolize. DNA je odporna na hidrolizo v alkalnem okolju. RNA se v blagih pogojih v alkalnem okolju zlahka hidrolizira v nukleotide, ki pa lahko v alkalnem okolju odcepijo ostanek fosforne kisline in tvorijo nukleozide. Nukleozidi v kislem okolju hidrolizirajo v heterociklične baze in ogljikove hidrate.

14.2.2. Sekundarna struktura DNA

Sekundarna struktura se nanaša na prostorsko organizacijo polinukleotidne verige. Po Watson-Crickovem modelu je molekula DNK sestavljena iz dveh polinukleotidnih verig, ki sta desnosučno zasukani okoli skupne osi in tvorita dvojno vijačnico. Purinske in pirimidinske baze so usmerjene proti notranjosti vijačnice. Vodikove vezi nastanejo med purinsko bazo ene verige in pirimidinsko bazo druge verige. Te baze sestavljajo komplementarni pari.

Vodikove vezi se tvorijo med amino skupino ene baze in karbonilno skupino druge -NH...O=C-, kot tudi med dušikovima atomoma amida in imina -NH...N- Na primer, kot je prikazano spodaj, se med adeninom in timinom tvorita dve vodikovi vezi in ti bazi tvorita komplementarni par, tj. adenin v eni verigi bo ustrezal timin v drugih verigah. Drugi par komplementarnih baz sta gvanin in citozin, med katerima nastanejo tri vodikove vezi.

Vodikove vezi med komplementarnimi bazami so ena od vrst interakcij, ki stabilizirajo dvojno vijačnico. Dve verigi DNK, ki tvorita dvojno vijačnico, nista enaki, ampak sta komplementarni. To pomeni, da primarna struktura, tj. nukleotidno zaporedje, ene verige določa primarno strukturo druge verige (slika 14.3).

riž. 14.3.Komplementarnost polinukleotidnih verig v dvojni vijačnici

DNK

14.3. Nukleotidni koencimi

Nukleotidi so zelo pomembni ne le kot gradbeni material za nukleinske kisline. Sodelujejo v biokemičnih procesih in so v svoji vlogi še posebej pomembni koencimi, t.j. snovi, ki so tesno povezane z encimi in so potrebne za njihovo encimsko aktivnost.

14.3.1. Nukleozidni polifosfati

Vsa tkiva v telesu vsebujejo mono-, di- in trifosfate nukleozidov. Še posebej splošno znani so nukleotidi, ki vsebujejo adenin - adenozin-5"-fosfat (AMP), adenozin-5"-difosfat (ADP)

in adenozin-5"-trifosfat (ATP) (za te spojine se poleg navedenih okrajšav v latinici v domači literaturi uporabljajo tudi okrajšave ustreznih ruskih imen - AMP, ADP, ATP).

Nukleotidi, fosforilirani v različnih stopnjah, so sposobni medsebojne pretvorbe z rastjo ali eliminacijo fosfatnih skupin. Difosfatna skupina vsebuje eno, trifosfatna skupina pa dve anhidridni vezi, imenovani makroergični, ker imajo veliko zalogo energije. Stroški energije, potrebni za nastanek takšne povezave, se napolnijo z energijo, ki se sprosti med presnovo ogljikovih hidratov. Ko se visokoenergijska vez P~O (označena z valovito črto) razcepi, se sprosti ~32 kJ/mol. S tem je povezana kritična vloga ATP kot "dobavitelja" energije v vseh živih celicah.

Pri medsebojnih pretvorbah AMP, ADP in ATP, prikazanih spodaj, formule teh spojin ustrezajo njihovemu neioniziranemu stanju. V fizioloških pogojih pri pH ~7 so fosfatne skupine skoraj popolnoma ionizirane, zato so v biokemijski literaturi ti in vsi drugi nukleotidi ustrezno zapisani kot anioni.

Nukleozidni polifosfati v biokemičnih procesih. S sodelovanjem ATP in ADP se v telesu pojavi najpomembnejši biokemični proces - prenos fosfatnih skupin. Na primer, tvorba estrov (fosfatov) je tipična reakcija pri presnovi ogljikovih hidratov. Vse stopnje glikolize (pretvorba glukoze v piruvat) potekajo samo v obliki fosfata. Priprava fosfatov spojin, ki vsebujejo hidroksil, je lahko predstavljena v obliki splošne sheme.

Tako galaktoza, ki nastane med razgradnjo laktoze, na začetni stopnji presnovne pretvorbe v glukozo sodeluje z ATP in tvori monofosfat.

14.3.2. Nikotinamidni nukleotidi

Najpomembnejši predstavniki te skupine spojin so nikotinamid adenin dinukleotid(NAD ali v ruski literaturi NAD) in njegov fosfat (NADP ali NADP). Te spojine igrajo pomembno vlogo kot koencimi v mnogih

redoks reakcije. V skladu s tem lahko obstajajo tako v oksidirani (NAD +, NADP +) kot reducirani (NADH, NADPH) obliki.

Strukturni fragment NAD + in NADP + je nikotinamidni ostanek v obliki piridinijevega kationa. Kot del NADH in NADPH se ta fragment pretvori v 1,4-dihidropiridinski ostanek.

Med biološko dehidrogenacijo substrat izgubi dva atoma vodika, to je dva protona in dva elektrona (2H+, 2e) ali proton in hidridni ion (H+ in H -). Koencim NAD+ se običajno obravnava kot akceptor H - hidridnega iona (čeprav ni dokončno ugotovljeno, ali poteka prenos vodikovega atoma na ta koencim sočasno s prenosom elektrona ali pa se ti procesi odvijajo ločeno).

Kot rezultat redukcije z dodatkom hidridnega iona k NAD+ se piridinijev obroč pretvori v 1,4-dihidropiridinski fragment. Ta proces je reverzibilen.

V reakciji oksidacije se aromatski piridinijev obroč pretvori v nearomatski 1,4-dihidropiridinski obroč. Zaradi izgube aromatičnosti se energija NADH poveča v primerjavi z NAD +. Na ta način NADH shranjuje energijo, ki se nato uporablja v drugih biokemičnih procesih, ki zahtevajo energijo.

Tipični primeri biokemičnih reakcij, ki vključujejo NAD+, so oksidacija alkoholnih skupin v aldehidne skupine (na primer pretvorba retinola v retinal, glej 15.4) in s sodelovanjem NADH redukcija karbonilnih skupin v alkoholne skupine (pretvorba piruvična kislina v mlečno kislino, glej 9.2).