Нуклеопротеины – химия и биосинтез. Строение ДНК и РНК

Нуклеопротеины – химия и биосинтез. Строение ДНК и РНК

ХИМИЯ НУКЛЕОПРОТЕИНОВ

Нуклеиновые кислоты — биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара (пентозы) и остатков фосфорной кислоты.

Свойства АО: гидрофобность, копланарность, поглощение УФ при 260 нм.

Нуклеозид = АО + пентоза (рибоза или дезоксирибоза). Пентоза присоединяется N-гликозидной связью.

Свойства нуклеозидов: гидрофильность.

Нумерация атомов: в АО нумеруют 1, 2, 3 и т. д., в пентозе — 1/, 2/, 3/, и т. д.

Нуклеотид = нуклеозид + 1–4 остатка H3PO4.

Свойства нуклеотидов: кислотность, отрицательный заряд.

Номенклатура:

АЗОТИСТОЕ ОСНОВАНИЕ НУКЛЕОЗИД (+ рибоза) НУКЛЕОТИД (+ фосфат)
Пурины

АДЕНИН

 

ГУАНИН

 

ГИПОКСАНТИН

АДЕНОЗИН*

ГУАНОЗИН

ИНОЗИН

АДЕНОЗИН монофосфат (АМФ)*;

дифосфат (АДФ);

трифосфат (АТФ).

ГУАНОЗИН монофосфат (ГМФ), …

ИНОЗИН монофосфат (ИМФ), …

Пиримидины

УРАЦИЛ

 

ЦИТОЗИН

ТИМИН

УРИДИН

ЦИТИДИН

ТИМИДИН (+дезоксирибоза)

УРИДИН монофосфат (УМФ), …

ЦИТИДИН монофосфат (ЦМФ), …

ТИМИДИН монофосфат (ТМФ), …

* — если сахар дезоксирибоза — дезоксиАДЕНОЗИН, дАМФ.

Биологическая роль нуклеотидов:

  1. являются универсальными источниками энергии в клетке (АТФ, ГТФ);
  2. являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке (например, УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин);
  3. являются аллостерическими регуляторами активности ферментов;
  4. входят в состав коферментов (НАД+, НАДФ+, ФАД, КоА- SH);
  5. циклические мононуклеотиды (цАМФ, цГМФ) являются вторичными посредниками действия гормонов и других сигналов на клетку;
  6. являются мономерами в составе нуклеиновых кислот.

СТРОЕНИЕ ДНК

СТРОЕНИЕ ДНК

В ДНК входят 4 типа АО: А, Т, Г, Ц; сахар дезоксирибоза. Связь между нуклеотидами образуется с участием 3/-ОН-группы одного нуклеотида и 5/-остатком фосфорной кислоты другого (3/–5/-фосфодиэфирная связь). В результате молекула полинуклеотида приобретает направленность — у нее есть 3/-конец и 5/-конец.

Под первичной структурой ДНК понимают последовательность нуклеотидов в одной полинуклеотидной цепи.

СТРОЕНИЕ ДНК

Вторичная структура ДНК
(1953 г., Д. Уотсон, Ф. Крик) — двойная спираль, построенная по принципам комплементарности (А — Т, Г — Ц) и антипараллельности (3/-концу одной цепи соответствует 5/-конец другой).

Силы, стабилизирующие двойную спираль: 1) горизонтальные водородные связи между АО (А = Т, Г ≡ Ц); 2) вертикальные «стейкинг»-взаимодействия между АО; 3) гидрофобные взаимодействия (АО обращены внутрь, к оси спирали, а полярные пентозы и фосфаты — наружу).

Силы, дестабилизирующие двойную спираль: электро-статические взаимодействия между отрицательно заряженными фосфатами: а) в пределах одной цепи; б) между цепями.

Поверхность двойной спирали имеет две спиральные бороздки — большую и малую. Белки связываются с ДНК в области большой бороздки, куда выступают АО.

Денатурация (плавление) ДНК — процесс расхождения нитей и формирования одноцепочечных молекул. Происходит при повышении температуры (около 70°С), при репликации и транскрипции (в отдельных участках). При постепенном снижении температуры наблюдается ренатурация.

Третичная структура ДНК — формируется только в связи с белками и служит для компактной упаковки ДНК в ядре. Белки, входящие в состав нуклеопротеинов:

  1. Гистоновые: богаты аргинином и лизином, имеют «+» заряд (основные). Связь с НК — ионная.

5 классов гистонов — Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.

  1. Негистоновые.

Уровни упаковки генетического материала:

  1. Нуклеосомный. Нуклеосома состоит из октамера гистонов (содержит 8 молекул гистонов — по два каждого класса, кроме Н1), вокруг этого ядра молекула ДНК делает 1,5–2 оборота.
  2. Соленоидный — обеспечивается гистоном Н1.
  3. Петлевой — в образовании петель принимают участие негистоновые белки.
  4. Уровень метафазной хромосомы — высший уровень спирализации хроматина.

Модификации гистонов (фосфорилирование, ацетилирование) приводят к уменьшению их заряда, в результате чего гистоны легче отсоединяются от ДНК, и она становится доступна ферментам репликации и транскрипции.

Функции ДНК: хранение, воспроизводство и передача по наследству генетического материала, экспрессия генов.

СТРОЕНИЕ РНК

Отличия от ДНК: по локализации (цитоплазма), по функциям (обеспечивает биосинтез белка), по размерам, по строению (содержит У вместо Т, сахар — рибоза). РНК бывает нескольких типов — иРНК, рРНК, тРНК, гяРНК (гетерогенная ядерная РНК), мяРНК (малая ядерная РНК).

СТРОЕНИЕ РНК

Вторичная структура — всегда одна цепь (у тРНК — «лист клевера»).

Третичная структура — у тРНК формируется самостоятельно и похожа на объемную букву L; у рРНК и иРНК образуется в связи с белками (рРНК+белок = рибосома, иРНК+белок = информосома).

ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ

ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИНОВ

Схема переваривания и всасывания нуклеопротеинов в ЖКТ:

Как правило, экзогенные АО, нуклеозиды и нуклеотиды не используются в клетке для синтеза собственных нуклеиновых кислот. Они разрушаются до конечных продуктов и выводятся из организма.

Конечные продукты распада пиримидинов — β-аланин, β-аминоизомасляная кислота, NH3, CO2.

Конечный продукт распада пуринов — мочевая кислота.

Схема распада пуринов:

Схема распада пуринов

Мочевая кислота содержит нерасщепленное пуриновое кольцо, поэтому плохо растворяется в воде.

У человека мочевая кислота является конечным продуктом метаболизма и выводится с мочой.

БИОСИНТЕЗ НУКЛЕОТИДОВ

Существует 2 пути биосинтеза нуклеотидов в клетке. Во-первых, путь повторного использования АО и нуклеозидов (не только экзогенных, но и образовавшихся в клетке в процессе репарации ДНК или при распаде «отработавших» РНК). Наиболее активно протекает в клетках интенсивно размножающихся тканей (эмбриональных, регенерирующих, эпителиальных, опухолевых). Во-вторых, синтез de novo (из низкомолекулярных предшественников).

Пути повторного использования АО и нуклеозидов: наличие этих путей позволяет использовать синтетические аналоги пуринов и пиримидинов для химиотерапии опухолей и лечения вирусных инфекций (например, 5-фторурацил, меркаптопурин, ацикловир, АЗТ и др.). Такие препараты включаются клеткой в состав нуклеотидов, встраиваются в молекулу ДНК и вызывают цитотоксический эффект.

Чаще используется для повторного использования пиримидинов (тимидинкиназа, цитидинкиназа).

2. Синтез нуклеотидов на основе готовых азотистых оснований больше характерен для пуринов и проходит в 2 этапа:

а) образование активной формы рибозо-5-фосфата (фосфорибозилпирофосфата):

б) взаимодействие ФРПФ с азотистым основанием:

 

De novo синтез пуриновых нуклеотидов

Особенностью синтеза пуринов de novo является то, что за основу берется рибозо-5-фосфат и на его основе формируется пуриновое кольцо. N-гликозидная связь формируется уже на ранних этапах синтеза.

Источником всех атомов азота для пуринового ядра являются аминокислоты (глицин, глутамин, аспартат). Источники атомов углерода: СО2 и формил-ТГФК (активная форма фолиевой кислоты, В9). Общим предшественником для адениловых и гуаниловых нуклеотидов является инозинмонофосфат (ИМФ).

Ключевой фермент синтеза пуринов: амидотрансфераза.

Регуляция:

  1. аллостерическая: избыток конечных продуктов (АТФ, ГТФ) ингибирует ключевой фермент; избыток пиримидиновых нуклеотидов его активирует;
  2. ГМФ ингибирует образование ксантиловой кислоты, а АМФ — аденилоянтарной;
  3. перекрестная: для синтеза АМФ требуется ГТФ, а для синтеза ГМФ требуется АТФ;

Наиболее распространенной формой нарушения обмена пуринов является подагра. Основная причина — повышение уровня мочевой кислоты в крови (гиперурикемия) и ее отложение в почках и суставах. Причины: а) избыточный синтез пуриновых нуклеотидов (нечувствительность ферментов к регуляторам); б) дефект ферментов реутилизации пуринов;
в) патология почек (недостаточное выведение). Способствует избыточное потребление пуринов с пищей. В лечении подагры используется аллопуринол — ингибитор ксантиноксидазы.

De novo синтез пиримидиновых нуклеотидов

В отличие от пуринов, при биосинтезе пиримидинов de novo вначале образуется пиримидиновое кольцо, а лишь затем к нему присоединяется рибозо-5-фосфат.

Источниками атомов для пиримидинового кольца являются глутамин, аспартат и СО2. Синтез начинается с образования карбамоилфосфата:

В отличие от карбамоилфосфатсинтетазы I, фермент синтеза пиримидинов использует амидный азот глутамина (а не свободный аммиак) и локализован в цитоплазме.

Ключевой фермент — аспартаткарбамоилтрансфераза.

Регуляция: избыток пиримидиновых нуклеотидов ингибирует ключевой фермент, а избыток пуриновых — активирует.

Образование дезоксирибонуклеотидов

Образование дезоксирибонуклеотидов, необходимых для биосинтеза ДНК, происходит на уровне нуклеозиддифосфатов. С участием специального белка тиоредоксина фермент редуктаза восстанавливает 2/-ОН группу в рибозе и образуется дезоксирибоза. Затем:
дНДФ дНТФ синтез ДНК.

 

А Вам помог наш сайт? Мы будем рады если Вы оставите несколько хороших слов о нас.
Оставить отзыв
Категории
Рекомендации
Подсказка
Нажмите Ctrl + F, чтобы найти фразу в тексте
Помощь проекту
А знаете ли вы, что нажав сочетание клавиш Ctrl+F - можно воспользоваться поиском по сайту?
X
Copyrights © 2015: FARMF.RU - тесты, лекции, обзоры
Яндекс.Метрика
Рейтинг@Mail.ru