Гетероциклы с конденсированной системой ядер. Нуклеозиды и их производные
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
N NH
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 N
HN C N
НС С СН HC C CH
N NH N NH
Енольная форма
Кетонная форма
Гуанин
С – ОH C = O
N С N HN
C N
NH2 – C
С СН NH2
– C C CH
N
NH N NH
Гипоксантин
С – OH
C = O
N С N
HN C N
НС С СН HC C CH
N NH N NH
Енольная
форма Кетонная форма
Ксантин
С – ОH C = O
N С N HN
C N
HO – C
С СН O = C C
CH
N
NH NH NH
Енольная
форма Кетонная форма
Мочевая
кислота
С – ОH C = O
N С N HN
C NН
HO – C
С С – ОН O = C C
C = О
N
NH NH NH
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 N
N
C N
НС С СН - НОН HC C CH
N
NH N N
+
СН2ОН
О ОН CH2OH O
С Н Н С
C H
H C
Н
С С Н
H C
C H
ОН ОН
OH OH
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
+
CH2OH O
OH CH2OH 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
O
O O
HO – P ~ O – P ~ O
– P ~ O – H2C O
OH
OH OH C H H C
H
C C H
OH OH
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
HN CH
O =C
CH У
N
–O – H2C O C
– NH2
C H H C N
N
H C C H
HC CH
А
O OH N N
HO – P ~ O – H2C
O C = O
O C H H C
HN CH
H C C
H C CH У
O OH
O N
HO – P ~O – H2C
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 – H2C
O C – NH2
O C H H C
N CH Ц
H C C H O=C CH
O
OH N
HO – P ~ O – H2C O
O C H H C
H
C C H
О ОН
Структура
ДНК
С = O
HN C – CH3
O =C
CH Т
N
–O – H2C O C
– NH2
C H H C
N N
H C C H HC
CH А
O H N N
HO – P ~ O – H2C
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 – H2C
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 – H2C
O C – NH2
O C H H C
N CH Ц
H C C H O=C CH
O
H N
HO – P ~ O – H2C 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.
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