Материал: Каминская Л.А.. Биоорганическая химия. Справочник-Словарь основных терминов и понятий
Нуклеотиды -фосфорные эфиры нуклеозидов. Химический состав: азотистое основание (А.О.) +пентоза +фосфорная кислота. Фосфорные эфиры образуются с участием гидроксильных групп пентоз. Места положения фосфорноэфирных групп принято обозначать, используя обозначение ('), например: 5', 3'
Классификация нуклеотидов. Нуклеотиды, состоящие из одной молекулы азотистого основания, пентозы, фосфорной кислоты, называются мононуклеотидами. Мононуклеотиды могут содержать одну молекулу фосфорной кислоты, две или три молекулы фосфорной кислоты, соединенных друг с другом.
Комбинация из двух мононуклеотидов называется динуклеотидом. см( .)
В составе динуклеотида обычно присутствуют разные азотистые основания или одно другое циклическое соединение,например,витамин.
Особую роль |
вбиохимическихпроцессахиграютциклическиемононуклеотиды(см). |
||
Номенклатура |
мононуклеотидов: к названию нуклеозида обавляют |
||
«монофосфат», |
«дифосфат», «трифосфат», в зависимости от количества фосфатных |
||
остатков, с указаниемих |
места положения в цикле пентозы - цифровое обозначение |
||
места со значком (')Положение. |
фосфатной группы в положении(5')является |
||
наиболее распространенным и типичным, поэтому его можно не указывать (АМФ, ГТФ, УТФ, д АМФ и т.д.). Остальные положения обозначаются обязательно (3'-
АМФ, 2'- АМФ , 3'- дАМФ и т.д.) таблица( |
4). |
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NH2 |
|
|
CH2OPO3H2 |
|
|
N |
|
N |
|||||
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
N |
N |
||||||||
|
|
O |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
H |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
H |
|
|
|
H |
|
|
|
||||
|
|
OH |
|
OH |
|
|
|
|
|
|
|
5'- аденозинмонофосфат |
|
(5'АМФ- |
|
или АМФ ) |
|||||||
131
Таблица 4
Названия наиболее распространенных нуклеотидов
нуклеозид |
нуклеозидмонофосфат |
нуклеозиддифосфат |
нуклеозидтрифосфат |
|||
|
|
|
|
|||
аденозин |
5'-Аденозинмонофосфат |
5'-Аденозиндифосфат |
5'-Аденозинтрифосфат |
|||
(5'-АМФ |
или АМФ) |
(5'АДФ- |
или АДФ) |
( 5'АТФ- |
или АТФ ) |
|
|
5' -адениловая кислота |
|||||
|
|
|
|
|||
аденозин |
3'-аденозинмонофосфат |
не встречается |
не встречается |
|||
( 3'АМФ- |
) |
in vivo |
|
in vivo |
|
|
|
3' -адениловая кислота |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
гуанозин |
5'-гуанозинмонофосфат |
5'-гуанозиндифосфат |
5'-гуанозинтрифосфат |
|||
|
(5'-ГМФ |
или ГМФ) |
(5'-ГДФ |
или ГДФ ) |
(5'-ГТФ |
или ГТФ) |
|
|
|
|
|||
гуанозин |
3'-гуанозинмонофосфат |
не встречается |
не встречается |
|||
(3'-ГМФ) |
|
in vivo |
|
in vivo |
|
|
|
3'-гуаниловая кислота |
|
|
|||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||
дезокси |
5'-дезоксиаденозин |
5'-дезоксиаденозин |
5'-дезоксиаденозин |
|||
аденозин |
монофосфат |
дифосфат |
трифосфат |
|||
(5'-д АМФ или дАМФ) |
(5'д- АДФили дАДФ) |
(5'д- АТФили дАТФ) |
||||
|
|
|
|
|||
уридин |
5'-уридинмонофосфат |
5'-уридиндифосфат |
5'-уридинтрифосфат |
|||
|
(5'-УМФ |
или УМФ) |
(5'-УДФ |
или УДФ) |
(5'-УТФ |
или УТФ) |
|
|
|
|
|||
цитидин |
5'-цитидинмонофосфат |
5'-цитидиндифосфат |
5'-цитидинтрифосфат |
|||
|
(5'-ЦМФ |
или ЦМФ) |
(5'-ЦДФ |
или ЦДФ) |
(5'-ЦТФ |
или ЦТФ) |
|
|
|
|
|
|
|
Нуклеотиды, образованные с участием рибозы, могут содержать остатки фосфорной кислоты в трех положениях (5', 3', 2'), а с участием дезоксирибозы –
только в двух положениях (5', 3') , в положении2' |
гидроксигруппа отсутствует. |
||||
Это обстоятельство очень важно для структуры ДНК. |
|
|
|||
Отсутствие гидроксигруппы |
во втором положении 2-О--дезоксирибозы |
имеет |
|||
позитивные последствия: |
|
|
|
|
|
- уменьшается поляризация |
гликозидной связи |
в |
ДНК, и она становится |
||
более устойчивой к гидролизу. |
|
|
|
|
|
- 2-О-дезоксирибоза не можетподвергаться |
ни |
эпимеризации |
, ни |
||
превращению в кетозу. |
|
|
|
|
|
132
Нуклеозидмонофосфаты –кристаллические вещества, с высокими Т плавл, часто
при плавлении разлагаются. |
Хорошо растворимы в воде, |
не растворимы |
в органических растворителях, |
обладают кислотными свойствами, которые выше, чем |
|
у входящей в их состав ортофосфорной кислоты. Образуют соли с ионами металлов, органическими основаниями. При длительном облучении УФ –лучами происходит разрушение, фотолиз пуриновых и пиримидиновых оснований. Пиримидиновые нуклеотиды более устойчивы к гидролизу по сравнению с пуриновыми.
Нуклеотиды |
- биологически |
активные вещества и |
очень |
важные |
для |
|
жизнедеятельности |
организма: |
нуклеозидтрифосфаты АТФ, |
ГТФ, |
ЦТФ и |
др. |
|
макроэргические соединения, которые обеспечивают транспорт веществ в клетки, мышечное сокращение, передачу нервных импульсов, процессы синтеза новых веществ, детоксикацию конечных продуктов обмена и ксенобиотиков. Необходимы для поддержания гомеостаза (постоянства внутренней среды организма). Циклические нуклеотиды являются внутриклеточными регуляторами метаболизма. Динуклеотиды
(НАД+, ФАД) – коферменты, |
обеспечивающие протекание окислительно- |
восстановительных реакций. |
|
Нуклеофил( нуклеофильная частица). Отрицательно заряженную частицу,
или молекулу, в которой есть атом с неподеленной парой электронов, называют нуклеофильной (символ Nu). Нуклеофил (любящий положительно заряженное ядро) атакует во время реакции участки другой молекулы с недостатком электронной плотности, где сосредоточен заряд( б +).Наиболеераспространенные нуклеофилы в реакциях с биоорганическими веществами:
а)отрицательно заряженныеН –,НО —, RO— RCOO— , RS— ,С 1— ,Вг –, I–,
б) содержащие атомы с неподеленными парами электронов НОН , ROН , RSН, NH3, RNH2.
Нуклеофилы, по определению БренстедаЛоури, являются основаниями. Донорные заместители уменьшают устойчивость нуклеофила, т.к. увеличивают заряд
(-), акцепторные |
заместители увеличивают устойчивостьнуклеофила, |
поскольку |
|
уменьшают |
отрицательный заряд (чем меньше заряд, тем более устойчива частица). |
||
Нуклеофилы, |
в |
которых отрицательный заряд сосредоточен на атоме углерода, |
|
называются карбоанионами. Образование карбоанионов в реакциях с биоорганическими веществами встречается редко. С участием нуклеофилов проходят
реакциинуклеофильного |
замещения SN в ряду спиртов, галогеналканов, карбоновых |
||
кислот (образование сложных эфиров, амидов), |
гидролиз белков , |
липидов, |
|
полисахаридов, олигосахаридов, нуклеофильного |
присоединения АN |
в ряду |
|
карбонильных соединений (образование |
полуацеталей, оксинитрилов, азометинов). |
В окислении и восстановленбиологически |
активных соединений коферментами |
НАД+ и НАДФ+ участвует нуклеофил анион гидрид Н -.
133
Нуклеофильное замещение. Реакции нуклеофильного замещения заключаются в вытеснении одной нуклеофильной частицы, связанной с атомом углерода, другой нуклеофильной частицей. В общем виде можно представить:
|
У – + R –> X |
<==> |
R –> У |
+ X– |
|
||
У – + |
| б+ б - |
|
|
б- |
| б+ |
|
Х – |
– CХ –> |
<==> |
У <– C – |
+ |
||||
нуклеофил(1) |
| |
|
|
|
| |
нуклеофил(2) |
|
приходящая |
|
|
|
|
|
уходящая группа |
|
группа |
|
|
|
|
|
|
|
Приходящий нуклеофил |
должен |
иметьдоступную |
электронную пару (это |
||||
может быть анион или молекула, |
в |
которойесть |
атом |
с неподеленной парой |
|||
электронов) и атаковатьдругую |
|
молекулу по электрофильному центру, замещая |
|||||
имеющуюся нуклеофильную группу. |
|
|
|
|
|||
Наиболее распространеннымиin vitro |
являются превращения: |
||||||
А . Обратимая реакция: спирт – галогенопроизводное / галогенопроизводное
–спирт
R-OH + НHal <==> R- Hal + Н2О
Б . Галогенопроизводное-цианопроизводное
R- HalН+ CN ——> R- CN + ННа1
В . Галогенопроизводное-амин
R- Hal + NH3 ——> R- N H2 +НС 1
Г . Этерификация карбоновая( кислота -сложный эфир) R COOH + R1ОН<==> RCOOR 1 +Н 2 О
Д. Переэтерификация (сложный эфир превращается в другой сложный эфир, этерифицированный новым спиртом)
R COOR1 |
+ R2ОН<==> R COOR 2 + R1 ОН |
||
Е . Амидирование (сложный эфир -амид ) |
|
||
RCOOR1 + |
NH3 <==> RCO- N H2 |
+ R1ОН |
|
Ж . Гидролиз сложный эфир – кислота,амид- |
кислота) |
||
RCOOR1 +Н 2О <==> RCOOH + |
R1ОН |
||
RCO NH2 |
+Н 2 О <==> R COOH + |
N H3 |
|
З .Образование ангидрида |
|
|
|
R COOH + R COOH <==> R C- O- С R + Н2 О |
|||
|
|| |
|| |
|
|
О |
О |
|
|
134 |
|
|
В биохимических процессах in vivo встречаютсяреакции |
(Д– З). |
|||
Выделяют реакцииS |
N 1 и SN 2,которые |
различаются между собой образованием |
||
переходных |
состояний, |
и, вследствие этого, могут сопровождаться изомерными |
||
отличиями |
в пространственном строении |
продуктов |
реакции . Реакция S N2.- |
|
бимолекулярная: в образовании переходного состояния участвуют оба нуклеофила: «приходящий и уходящий». Процесс присоединения одного и удаления другого – синхронный: один нуклеофил с противоположной стороны подходит, а другой уходит.
RCOOR1 + R2 ОН <==> RCOOR 2 + R1 ОН
Если атом углерода в электрофильном центре, у которого происходит замещение, был оптически активным, то обязательно изменяется пространственное
строение – сменаодного |
стереоряда на другой. |
|
|
|
|
|||||
У – |
|
| б+ б - |
<==> У – … |
+ |
– … Х– <==> |
| |
|
Х – |
||
+ – C –> Х |
С> |
У – С – |
+ |
|||||||
|
|
| |
|
атом углерода |
|
| |
|
|
||
|
атом |
углерода |
|
тригональный плоское |
|
атом углерода |
||||
|
тетраэдрический |
|
строение |
тетраэдрический |
||||||
|
|
|
|
карбокатион |
– |
изменение стереоряда |
||||
|
|
|
переходное |
|
состояние |
|
|
|
|
|
Изменение стереоряда носит название« |
Вальденовское обращение» по имени |
|||||||||
ученого, впервые обратившего внимание на этот процесс. |
|
|
|
|
||||||
Скорость реакцииS |
N 2 |
зависит от концентрации обоих реагирующих веществ. |
||||||||
|
|
|
|
V = k [ Y– ] • [ RX ] |
|
|
|
|
||
Заместителиакцепторы |
оттягивают |
электронную |
плотность, |
увеличивают |
||||||
заряд |
б +на |
атоме углерода в электрофильном центре |
и увеличивают |
скорость |
||||||
реакции нуклеофильного замещения. |
|
реакцийin vivo |
|
|
|
|
||||
Реакция S N 1 -мономолекулярная |
. Для |
характерен механизм |
||||||||
нуклеофильного замещения |
мономолекулярный S N 1, что связано с участием в |
|||||||||
реакции катализаторафермента |
. Этот же механизм возможен in vitro |
в случае |
||||||||
образования устойчивого промежуточного карбокатиона |
|
|
|
|
||||||
КритерииS |
N 1: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
-концентрация приходящего нуклеофила Y– не влияет на скорость реакции. |
||||||||||
-добавление в среду уходящего нуклеофила X – снижает скорость реакции. |
||||||||||
Скорость реакцииS |
N 1 зависит от концентрации только |
RX и стабильности |
||||||||
образующегося промежуточного устойчивого карбокатиона. |
|
|
|
|||||||
V = k [ RX ]
135