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
3) Вольхин В.В. Общая химия. Избранные главы. - СПб, М, Краснодар., 2008
|
