Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билет 90
Присоединение к нуклеозиду одного остатка фосфорной кислоты приводит к образованию нуклеозидмонофосфата (НМФ), или нуклеотида. Фосфорная кислота взаимодействует с пятым атомом углерода рибозы или дезоксирибозы. Таким образом, нуклеотиды являются фосфорными эфирами нуклеозидов.
Из нуклеозидов, углеводным компонентом которых является рибоза, образуются рибонуклеотиды:
Аденозинмонофосфат (АМФ, или адениловая кислота); гуанозинмонофосфат (ГМФ, или гуаниловая кислота); цитидинмонофосфат (ЦМФ, или цитидиловая кислота); уридинмонофосфат (УМФ, или уридиловая кислота). Нуклеознды, построенные на основе дезоксирибозы, в результате присоединения остатка фосфорной кислоты образуют дезоксирибонуклеотиды:
Дезоксиаденозинмонофосфат (дАМФ, или дезоксиадениловая кислота);
Дезоксигуанозинмонофосфат (дГМФ, или дезоксигуаниловая кислота);
Дезоксицитидинмонофосфат (дЦМФ, или дезоксицитидиловая кислота);
Дезокситимидинмонофосфат (дТМФ, или дезокситимидиловая кислота).
Строение нуклеотидов можно представить на примере структурных формул аденозинмонофосфата и дезоксици-динмонофосфата.
Нуклеотиды выполняют ряд важнейших биологических функций. Прежде всего, они образуют нуклеиновые кислоты. Кроме этого, нуклеотиды входят в состав некоторых ферментов в качестве коферментов, а также участвуют в построении производных соединений, в которых аккумулируется энергия, Необходимая для протекания процессов жизнедеятельности в клетке.
Строение нуклеозидов(изображение)
Отличия основания, нуклеозида, нуклеотида.
Нуклеоти́ды — фосфорные эфиры нуклеозидов, нуклеозидфосфаты. Свободные нуклеотиды, в частности АТФ, цАМФ, АДФ, играют важную роль в энергетических и информационных внутриклеточных процессах, а также являются составляющими частями нуклеиновых кислот и многих коферментов.
Строение
Нуклеотиды являются сложными эфирами нуклеозидов и фосфорных кислот. Нуклеозиды, в свою очередь, являются N-гликозидами, содержащими гетероциклический фрагмент, связанный через атом азота с C-1 атомом остатка сахара.
Строение нуклеотидов
В природе наиболее распространены нуклеотиды, являющиеся β-N-гликозидами пуриновили пиримидинов и пентоз — D-рибозы или D-2-дезоксирибозы. В зависимости от структуры пентозы различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, которые являютсямономерами молекул сложных биологических полимеров (полинуклеотидов) — соответственно РНК или ДНК.[1]
Фосфатный остаток в нуклеотидах обычно образует сложноэфирную связь с 2'-, 3'- или 5'-гидроксильными группами рибонуклеозидов, в случае 2'-дезоксинуклеозидов этерифицируются 3'- или 5'-гидроксильные группы.
Большинство нуклеотидов являются моноэфирами ортофосфорной кислоты, однако известны и диэфиры нуклеотидов, в которых этерифицированы два гидроксильных остатка — например, циклические нуклеотиды циклоаденин- и циклогуанин монофосфаты (цАМФ и цГМФ). Наряду с нуклеотидами — эфирами ортофосфорной кислоты (монофосфатами) в природе также распространены и моно- и диэфиры пирофосфорной кислоты (дифосфаты, например, аденозиндифосфат) и моноэфиры триполифосфорной кислоты (трифосфаты, например, аденозинтрифосфат).
Номенклатура
|
Буквенные коды для обозначения нуклеотидов |
||
|
Код |
Означает |
Комплементарная пара |
|
A |
A |
T в ДНК; |
|
C |
C |
G |
|
G |
G |
C |
|
T |
T в ДНК; |
A |
|
M |
A |
K |
|
R |
A |
Y |
|
W |
A |
W |
|
S |
C |
S |
|
Y |
C |
R |
|
K |
G |
M |
|
V |
A |
B |
|
H |
A |
D |
|
D |
A |
H |
|
B |
C |
V |
|
X |
A |
любой |
Соединения, состоящие из двух нуклеотидовых молекул, называются динуклеотидами, из трёх — тринуклеотидами, из небольшого числа — олигонуклеотидами, а из многих — полинуклеотидами, или нуклеиновыми кислотами.
Названия нуклеотидов представляют собой аббревиатуры в виде стандартных трёх- или четырёхбуквенных кодов.
Если аббревиатура начинается со строчной буквы «д» (англ. d), значит подразумевается дезоксирибонуклеотид; отсутствие буквы «д» означает рибонуклеотид. Если аббревиатура начинается со строчной буквы «ц» (англ. c), значит речь идёт о циклической форме нуклеотида (например, цАМФ).
Первая прописная буква аббревиатуры указывает на конкретное азотистое основание или группу возможных нуклеиновых оснований, вторая буква — на количество остатков фосфорной кислоты в структуре (М — моно-, Д — ди-, Т — три-), а третья прописная буква — всегда буква Ф («-фосфат»; англ. P).
Латинские и русские коды для нуклеиновых оснований:
Общепринятые буквенные коды для обозначения нуклеотидных оснований соответствуют номенклатуре, принятойМеждународным обществом теоретической и прикладной химии (International Union of Pure and Applied Chemistry, сокращённо — англ. IUPAC, рус. ИЮПАК) и Международным обществом биохимии и молекулярной биологии (International Union of Biochemistry and Molecular Biology, сокращённо — англ. IUBMB). Если при секвенировании последовательностиДНК или РНК возникает сомнение в точности определения того или иного нуклеотида, помимо пяти основных (A, C, T, G, U), используют другие буквы латинского алфавита в зависимости от того, какие наиболее вероятные нуклеотиды могут находиться в данной позиции последовательности.
Длину секвенированных участков ДНК (гена, сайта, хромосомы) или всего генома указывают в парах нуклеотидов (пн), или парах оснований (англ. base pairs, сокращённо bp), подразумевая под этим элементарную единицу двухцепочечной молекулы нуклеиновой кислоты, сложенную из двух спаренных комплементарных оснований.
3. Выступают в роли коферментов (ФАД, ФМН, НАД+, НАДФ+)
4. Циклические мононуклеотиды являются вторичными посредниками при действии гормонов и других сигналов(цАМФ, цГМФ).
5. Аллостерические регуляторы активности ферментов.
6. Являются мономерами в составе нуклеиновых кислот, связанные 3'-5'- фосфодиэфирными связями.
Билет 88
Дезаминирование гуанина(превращение его в ксантин)
Дезаминирование аденина в составе поли-нуклеотида (превращение в гипоксантин) меняет информац. смысл и приводит к точковой мутации. Дезаминирование гуанина (превращение его в ксантин) в составе матричных полинуклеотидов приводит к блокированию репликации и транскрипции. Метилирование П. о. по N-7 в составе матричных полинуклеотидов не сопровождается изменением генетич. смысла основания.
П. о. представляют собой высокоплавкие (т. пл. > 250 °С), бесцв. кристаллич. соед., плохо раств. в горячей воде (особенно гуанин), не раств. в этаноле и диэтиловом эфире. Содержание редких таутомерных форм (иминотаутоме-ры А и G по С-6 и С-2 соотв., енольного таутомера G по С-6) не превышает в норм. условиях 10-3%. Протонирование и депрото-нирование П. о. сопровождается изменениями УФ спектров поглощения (см. табл.) и реакц. способности.
.дезаминирование аденина, цитозина и гуанина...
. Замены, полученные посредством дезаминирования, в триплетных кодах А - аденин; Г - гуанин; Ц - цитозин; У - урацил. Стрелки указывают переходы, вызванные дезаминврованием отдельных нуклеотидов, при допущении, что дезаминиройание дает в результате замещение ЦУ и АГ.
Характер замен, являющихся результатом изменения отдельных нуклеотидов специфическими мутагенами специфичен для каждой схемы кодирования.
Билет 89
Нуклеиновые кислоты – это линейные полимеры нуклеотидов, состоящих из пуриновых и пиримидиновых оснований (нуклеиновых оснований), углевода и фосфата.
Азотистые основания:
пуриновые основания - аденин (А), гуанин (Г);
пиримидиновые основания - цитозин (Ц), урацил (У), тимин (Т)
В состав мононуклеотидов обычно входят углеводы: D-рибоза, глюкоза (редко) и D-дезоксирибоза.
Нуклеиновые кислоты разделены на два класса: рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК), в зависимости от углевода.
Описание последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте отражает ее первичную структуру. Расположение длинной полинуклеотидной цепи в пространстве отражается в ее вторичной структуре.
В молекулах ДНК (согласно модели Дж.Уотсона и Ф.Крика) полинуклеотидная цепь спирализована в правую спираль с периодом идентичности 3,4 нм и расстоянием между плоскостями оснований 0,34 нм. Две цепи сплетены друг с другом в закрученную вокруг одной оси двойную спираль так, что на каждый виток спирали приходится 10 пар оснований; диаметр спирали 2,0 нм. Обе цепи удерживаются друг около друга за счет водородных связей между основаниями, находящимися внутри двойной спирали.
Особенностью ДНК является эквивалентность количеств пуриновых оснований количествам пиримидиновых оснований, то есть отношения аденин – тимин, гуанин – цитозин всегда равны единице. Это соотношение объясняется тем, что пространственная (вторичная) структура ДНК создается за счет образования водородных связей между остатками нуклеиновых оснований таким образом, что аденин (А) связывается только с тимином (Т), а гуанин (Г) – только с цитозином (Ц).
Парные основания получили название комплементарных: А-Т; Г-Ц. Комплементарность нуклеиновых оснований лежит в основе корреляции между структурой и функцией нуклеиновых кислот.
КОМПЛЕМЕНТАРНОСТЬ в химии, пространственное соответствие структур двух молекул (разных или одинаковых), благодаря к-рому возможно образование между ними водородных связей и осуществление межмол. взаимодействий. В широком смысле также взаимное соответствие противоположных электростатич. зарядов на молекулах и энергий сопряженных р-ций. В последнем случае рассматриваются параллельно протекающие р-ции, связанные друг с другом так, что стадия, сопровождающаяся выделением энергии, сопряжена со стадией, для осуществления к-рой необходимо потребление энергии. Наиб. распространено, особенно в биохимии и биоорг. химии, понятие структурной комплементарности. Благодаря этому виду комплементарности, к-рое осуществляется по принципу "ключ - замок", образуются комплексы антиген - антитело, фермент - субстрат, четвертичная структура белков, вторичная и третичная структура нуклеиновых к-т. В последнем случае комплементарность проявляется особенно ярко. Комплементарность аденина тимину игуанина цитозину (в узком смысле термин "комплементарность" иногда употребляется именно для этого случая) открыта Дж. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 и легла в основу построенной ими модели двойной спирали ДНК. Данный тип комплементарности реализуется благодаря образованию водородных связей между протонодонорными и протоноакцепторными группами в азотистых основаниях (см. рис.). При
Водородные связи (обозначены точками) между комплементарными основаниями, входящими в ДНК и РНК; R остаток фосфорилированной пентозы. этом образуются специфич. пары комплементарных оснований, имеющие почти одинаковые размеры. Поэтому двойная спираль имеет очень однородную регулярную структуру, мало зависящую от конкретной последовательностиоснований - св-во очень важное для обеспечения универсальности механизмов репликации (самовоспроизведение ДНК или РНК),транскрипции (синтез РНК на ДНК-матрице) и трансляции (синтез белков на РНК-матрице). В каждом из этих т.н. матричных процессов комплементарность играет определяющую роль. Напр., при трансляции важное значение имеет комплементарность между тройкойоснований матричной РНК (т.н. кодоном, см. Генетический код) и тройкой оснований транспортной РНК (поставляют во времятрансляции аминокислоты). Комплементарность определяет также вторичную структуру нуклеиновых к-т. Одноцепочечные РНКблагодаря комплементарности оснований, навиваясь сами на себя, образуют относительно короткие двухспиральные области ("шпильки" и "петли"), соединенные одноцепочечными участками. Комплементарность в отдельных парах оснований ДНК может нарушаться из-за появления отклонений в их строении, к-рые могут возникать спонтанно или в результате действия разл. факторов (химических и физических). Следствием этих изменений м. б. мутации. Комплементарность лежит в основе мн. явлений биол.специфичности, связанных с "узнаванием" на мол. уровне, -ферментативного катализа, самосборки биол. структур, высокой точности передачи генетич. информации и др.
ТИМИН (Т) комплементарен АДЕНИНУ (А).Водородные связи
Билет 91
Циклические пуриновые нуклеотиды — аденозин-3´, 5´-монофосфат (цАМФ) и гуанозин-3´, 5´-монофосфат (цГМФ) — играют важную физиологическую роль практически во всех видах обмена веществ в клетке в их фенотипическом проявлении.
Помимо этого, имеются прямые указания на участки аденилциклазной системы в контроле механизмов генетической информации за счет изменения активности ферментов, регулирующих фосфорилирование гистонов.
Обнаружено также участие цАМФ в формировании иммунного ответа и механизмах фагоцитоза. Следовательно, многообразие физиологических эффектов цАМФ реализуется на молекулярном, клеточном и организменном уровнях.
Хотя функции цГМФ исследованы мало, полагают, что этот пуриновый нуклеотид является антагонистом цАМФ, выполняющего роль универсального регулятора репликации, транскрипции, трансляции, активности многих ферментов и экстрацеллюлярного передатчика («сигнал»-молекула) специфических стимулов и информации от одних типов клеток к другим.
Считают, что, если цАМФ является стоп-сигналом пролиферации и одновременно пусковым сигналом дифференцировки, то цГМФ тормозит эти процессы. Существенное значение определенного уровня цАМФ в сохранении специфической дифференцировки было показано на различных опухолевых и трансформированных клетках, которые восстанавливали исходную дифференцировку при увеличении концентрации цАМФ внутри клетки.
В то же время неопластическая трансформация всегда сопровождалась статистически достоверным снижением содержания цАМФ.
На ts-мутантах онковирусов выявлена прямая корреляция между внутриклеточным уровнем цАМФ и некоторыми свойствами трансформированных клеток, такими как адгезивность, морфология, нечувствительность к межклеточным контактам, увеличение агглютинируемости под действием растительных лектинов и др. Более злокачественные клетки характеризуются низким содержанием цАМФ и большей чувствительностью к воздействию экзогенного цАМФ или же веществам, индуцирующим его внутриклеточный синтез.
Добавление дибутирил-цАМФ и экзогенного цАМФ ингибирует рост злокачественно трансформированных клеток in vivo и in vitro, а также восстанавливает их морфологические и функциональные свойства (Р. Е. Кавецкий, 1977).
Вместе с тем во многих быстрорастущих неоплазмах, наоборот, иногда определяется высокое содержание цАМФ и при повышенном уровне цАМФ стимулируется синтез ДНК. Вероятно, такие противоречивые данные можно объяснить сложностью взаимосвязей в этой регуляторной системе клетки.
Очевидно, цАМФ активирует фосфорилирование регуляторных и структурных клеточных белков. Предполагают, что морфологическая нормализация трансформированных клеток цАМФ обусловлена его действием на активность поверхностных гликозилтрансфераз.
Таким образом, большая совокупность признаков воздействия цАМФ, характеризующих трансформированный фенотип клеток in vitro, находится под контролем цАМФ. Получены менее убедительные данные, свидетельствующие о влиянии цАМФ на процессы дифференцировки, так как наблюдались и повышение, и снижение уровня дифференцировки при воздействии цАМФ на клетки.
Аденозин-3', 5'-циклофосфат. Этот нуклеотид
Нуклеозидтрифосфаты (Nucleoside triphosphate, NTP) — это нуклеозиды с тремя фосфатами. Природные нуклеозидтрифосфаты представлены аденозинтрифосфатом(ATP), гуанозинтрифосфатом (GTP), цитидинтрифосфатом (CTP), тимидинтрифосфатом (TTP) и уридинтрифосфатом (UTP). Данные термины означают, что нуклеотиды содержат сахар рибозу.
Нуклеотиды, содержащие сахар дезоксирибозу, имеют приставку дезокси- в имени и d- в сокращении: дезоксиаденозинтрифосфатом (dATP), дезоксигуанозинтрифосфатом (dGTP), дезоксицитидинтрифосфатом (dCTP), дезокситимидинтрифосфатом (dTTP) и дезоксиуридинтрифосфатом (dUTP).
К фосфатным остаткам нуклеотидов могут присоединяться один или два остатка фосфорной кислоты с образованием, соответственно, нуклеозиддифосфатов (НДФ) или нуклеозид — трифосфатов (НТФ).
На основе рибонуклеотидов образуются следующие рибонуклеозиддифосфаты и рибонуклеозидтрифосфаты:
Аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ); гуанозиндифосфат (ГДФ) и гуанозинтрифосфат (ГТФ); цитидиндифосфат (ЦДФ) и цитидинтрифосфат (ЦТФ); уридиндифосфат (УДФ) и уридинтрифосфат (УТФ).
Из дезоксирибонуклеотидов образуются дезоксирибонукле-озиддифосфаты и дезоксирибонуклеозидтрифосфаты:
Дезоксиаденозиндифосфат (дАДФ) и дезоксиаденозинтри-фосфат (дАТФ);
Дезоксигуанозиндифосфат (дГДФ) и дезоксигуанозинтри-фосфат (дГТФ);
Дезоксицитидиндифосфат (дЦДФ) и дезоксицитидинтри-фосфат (дЦТФ);
Дезокситимидиндифосфат (дТДФ) и дезокситимидинтри-фосфат (дТТФ).
Нуклеозиддифосфаты и нуклеозидтрифосфаты являются производными нуклеотидов. В них остатки фосфорной кислоты соединены между собой связями, обладающими большим запасом энергии. Такие связи принято называть макроэргическими (высокоэнергетическими) и обозначать значком а молекулы, содержащие такие связи, — макроэргическими соединениями.
Среди всех НДФ и НТФ особое место занимает аденозинтрифосфорная кислота (АТФ):
В ходе реакции гидролиза макроэргической фосфатной связи в молекуле АТФ происходит значительное уменьшение свободной энергии, составляющее около 7 ккал/моль. Эту энергию клетка может использовать для выполнения какой-либо химической работы. Для сравнения при гидролизе немакроэргической фосфатной связи уменьшение свободной энергии составляет приблизительно 2—3 ккал/моль.
АТФ является первичным аккумулятором энергии в клетке.
Энергия, необходимая для «зарядки» АТФ, поставляется в процессах диссимиляции — дыхания и брожения, а у зеленых растений — также в процессе фотосинтеза. В ходе диссимиляции в макроэргических связях АТФ запасается энергия химических связей распадающихся веществ, а при фотосинтезе — непосредственно световая энергия.
АТФ расходует энергию на процессы ассимиляции — различные биосинтезы, а также на транспорт веществ, совершение механической работы. Другие НТФ также участвуют в процессах ассимиляции. Например, УТФ обеспечивает энергией процесс биосинтеза сахарозы в растениях, ГТФ — клетчатки, ЦТФ — фосфолипидов. Однако все они являются вторичными аккумуляторами энергии в клетке, т. к. получают энергию от АТФ.
Таким образом, АТФ является не только первичным аккумулятором, но и универсальным источником энергии в клетке.
Это — энергетическая «валюта» клетки.
Фосфодиэфирная связь — высокоэнергетическая совокупность ковалентных связей, образуемая атомом фосфора в фосфатной группе и двумя молекулами посредством двух эфирных связей. Фосфодиэфирные связи играют ключевую роль во всех биологических системах, образуя остов нуклеиновых кислот ДНК и РНК.
Диаграмма фосфодиэфирных связей между нуклеотидами