Полинуклеотиды и нуклеиновые кислоты

При образовании полинуклеотидов мононуклеотидные остатки соединяются между собой в строго определенной последовательности и образуют неразветвленные цепи. Как было показано выше, отдельные нуклеотидные остатки связаны между собой в полинуклеотидных цепях 3′- 5′-фосфодиэфирными связями.

Таким образом, нуклеиновые кислоты, по существу, являются полинуклеотидами.

Различие между ДНК и РНК по гетероциклическим основаниям заключается в том, что тимин – один из основных (мажорных) пиримидинов ДНК, крайне редко встречается в РНК. Наоборот, урацил один из основных (мажорных) пиримидинов РНК очень редко встречается в составе ДНК.

Таким образом в составе нуклеиновых кислот преобладающим являются:

· ДНК: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (Т).

· РНК: аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), урацил (U)

В ДНК кроме главных оснований содержится также небольшое число так называемых минорных оснований. Обычно минорные основания это метилированнные формы главных оснований, однако в ряде вирусных ДНК некоторые основания могут быть гидроксиметилированы или глюкозидированы.

Такие измененные или необычные основания в молекулах ДНК во многих случаях играют важную роль в реализации генетической информации или в обеспечении ее сохранности.

Минорные основания были обнаружены также в РНК, в основном в т-РНК.

Последовательность расположения нуклеотидов, связанных между собой фосфодиэфирными связями, по существу определяет первичную структуру нуклеиновых кислот. Ниже приведены фрагменты ДНК и РНК в качестве примера первичной структуры нуклеиновых кислот. Следует отметить, что фосфорные остатки, соединяющие пары нуклеотидов, имеют кислый характер и при специфических для клеток значениях рН заряжены отрицательно. Пуриновые и пиримидиновые основания гидрофобны. Межнуклеотидные фосфодиэфирные связи ориентированы вдоль цепи одинаково, благодаря чему ДНК и РНК обладают определенной полярностью. В связи с этим каждая полинуклеотидная цепь вверху слева имеет 5′-конец, а внизу справа – 3′, т.е. в направлении 5′®3′.

Рисунок 25.1. Участки цепи ДНК и РНК

Вторичная структура ДНК представляет собой двойную спираль, состоящую из двух переплетенных полинуклеотидных цепей. Одна цепь изогнута в виде спирали и удерживает около себя вторую полинуклеотидную цепь. Образовавшаяся двойная спираль закручена вокруг общей оси, и основания обеих цепей обращены внутрь спирали. Здесь адениновые остатки одной цепи за счет водородных связей связаны с тиминовыми остатками второй цепи, а гуаниновые – с цитозиновыми. Благодаря такому взаимодействию оснований обеспечивается достаточная прочность двойной спирали ДНК (рис 25.3)

Пары оснований, между которыми формируются водородные связи (А…Т; Г…Ц) называются комплементарными, т.е. взаимно дополняющими друг друга (рис. 25.4).

Рисунок 25.4. Комплементарные пары тимин – аденин с двумя водородными связями

ДНК является основным строительным материалом генов, в которых хранится наследственная информация организма. РНК выполняет различные функции, так как существует в виде трех разновидностей: рибосомная (рРНК), транспортная (тРНК) и матричная (мРНК). мРНК кодирует наследственную информацию с участка молекулы ДНК-гена и переносит ее к месту сборки белковой молекулы; тРНК – присоединяет аминокислоты и переносит в рибосому; рРНК – входит в состав рибосомы.

Любая РНК в отличие от ДНК представляет собой одноцепочечный полирибонуклеотид, для которого характерны строго определенная молекулярная масса, специфическая нуклеотидная последовательность и определенная биологическая функция.

Вопросы для самоподготовки

1. Почему пиридин является π-дефицитной системой по сравнению с бензолом. Ответ обоснуйте.

2. Особенности электронного вклада гетероатома пиридинового типа в π-электронную систему и строение пиридина.

3. Основные и нуклеофильные свойства пиридина; реакции электрофильного и нуклеофильного замещения.

4. Сравните химические свойства хинолина и нафталина и приведите примеры реакций электрофильного и нуклеофильного замещения в хинолине.

5. Электронное строение пиридазина, пиримидина, пиразина. Понятие о гетероатоме пиридинового типа.

6. Шестичленные гетероциклы с атомом кислорода. a- и g-Пироны. Строение катиона пирилия, его ароматичность.

Глава 26. Алкалоиды

Общая характеристика

Алкалоиды — это низкомолекулярные азотсодержащие органические соедине­ния, характеризующиеся основными свойствами, а также широким спектром фармакологической активности. Они являются спе­цифическими продуктами обмена, свойственными главным образом рас­тительной клетке, хотя некоторые алкалоиды выделены из микроорга­низмов и животных.

Название "алкалоид" (от латинского al­kali- щелочь и греческого eidos – подобный) было предложено Мейснером в 1819 г. В настоящее время из растений в индивидуальном состоянии выделено более 10000 алкалоидов, и для подавляющего большинства из них установлено строение. Наиболее широко алкалоиды распространены среди цветковых растений: особенно ими богаты растения семейств маковых (Papaveraceae), пасленовых (Solanaceae), бобовых (Fabaceae), кутровых (Аросуnасеае), мареновых (Rubiaceae), лютиковых (Ranunculaceae), логаниевых (Loganiaceae), кактусовых (Cactaceae), барбарисовых (Berberidaceae) и др. В водорослях, грибах, мхах, папоротниках и голосеменных они встречают­ся сравнительно редко.

В растениях алкалоиды находятся в виде солей органических кислот, например, щавелевой, яблочной, лимонной и др. Они растворены в клеточном соке, накапливаются в листьях, плодах, семенах, коре, подземных органах. Обычно концен­трация алкалоидов в растении невелика и составляет сотые и десятые до­ли процента. При содержании 1 -3% растение считается высокоалкалоидоносным. Только немногие растения, например, культивируемые фор­мы хинного дерева содержат до 15-20% суммы алкалоидов.

Динамика распределения алкалоидов в растениях сильно варьирует: у большинства растений они, как правило, преобладают в каком-либо одном органе или части растения. У других алкалоиды находятся практически во всех частях растения. Наи­большее количество алкалоидов может накапливаться в листьях (чай китайский, белена черная, секуринега полукустарниковая); в плодах или семенах (дурман индейский, мордовник шароголовый, чилибуха); у третьих – в подземных органах (раувольфия змеиная, скополия карниолийская) или в коре (цинхона красносоковая).

В большинстве растений содержится несколько алкалоидов, среди которых преобладает один, два или три алкалоида, содержание же остальных – значительно меньше.

Алкалоиды растений, относящихся к одному роду, а иногда и семейству, обычно близки по строению и образуют группу «родственных» алкалоидов.