ДНК
|
РНК
|
Одинаковые компоненты
|
H3PO4
|
H3PO4
|
Аденин
|
Аденин
|
Гуанин
|
Гуанин
|
Цитозин
|
Цитозин
|
Различающиеся компоненты
|
Тимин
|
Урацил
|
Дезоксирибоза
|
Рибоза
|
1.2. Компоненты нуклеиновых кислот
В составе нуклеиновых кислот рибоза существует не в линейной, а в циклической полуацетальной форме, которая образуется в результате внутримолекулярного нуклеофильного присоединения гидроксильной группы, находящейся при атоме С4, к карбонильной группе. Это приводит к образованию пятичленного фуранозного кольца. Рибоза и дезоксирибоза входят в состав нуклеотидов в фуранозной форме, причем они всегда являются D-изомерами и β-аномерами (рис. 1.2).
Скелетные системы нуклеиновых оснований – такие же, как у двух ароматических гетероциклических соединений – пиримидина и пурина (рис. 1.3):
На рис. 1.4 приведены пять главных азотистых оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот. Цитозин, урацил и тимин являются производными 2,4-дигидрокси- и 2-гидрокси-4-аминопиримидина, и соответствующие нуклеотиды поэтому называются пиримидиновыми. Для описания этих оснований используются следующие обозначения: цитозин (4-амино-2-пиримидон), сокращенно – Cyt или С, урацил (пиримидин-2,4-дион,) – Ura или U, тимин (5-метил-пиримидин-2,4-дион) – Thy или T. Основные пиримидиновые основания, найденные в РНК – урацил и цитозин, в ДНК – тимин и цитозин. В некоторых нуклеиновых кислотах найдены метилированные и другие производные пиримидина, называемые минорными. Кроме участия пиримидиновых нуклеотидов в построении нуклеиновых кислот, некоторые производные пиримидинов играют важную роль в процессах обмена углеводов и липидов.
Аденин (6-аминопурин), сокращенно Ade или А, и гуанин (2-амино-6-пуринон) – Guа или G, постоянно встречающиеся в составе нуклеиновых кислот, являются производными пурина, и содержащие их нуклеотиды соответственно называются пуриновыми нуклеотидами. Они входят в качестве агликонов (неуглеводного компонента) не только в состав нуклеиновых кислот, но и являются фрагментами коферментов, витаминов и т.п. В ДНК и РНК обнаруживаются и минорные нуклеозиды пуринового ряда.
Рис. 1.4. Нуклеиновые основания
В ДНК с самым различным нуклеотидным составом отношения Аde/Thy и Guа/Cyt всегда равны единице. Эта закономерность строения ДНК известна как правило Чаргаффа.
Все пиримидиновые и пуриновые основания способны к таутомерным превращениям, например, благодаря перемещению протонов, связанных с атомами азота, в гетероциклических молекулах на атомы кислорода кетогруппы. В незамещенных основаниях может происходить прототропная перегруппировка типа N7-H ↔ N9-H в пуринах и N1-H ↔ N3-H в пиримидинах. Это приводит к тому, что в растворе молекулы существуют в разных таутомерных формах, быстро переходящих одна в другую. Однако в таутомерных смесях преобладают те таутомеры, формулы которых показаны на рис.1.4.
Основания в составе всех нуклеозидов и нуклеотидов замещены сахарными остатками. Замещенные и незамещенные основания имеют сходную структуру; различия касаются лишь деталей, связанных с окружением атома азота гликозидной связи. Пиримидиновые и пуриновые гетероциклы обычно планарны.
Пиримидиновые и пуриновые основания представляют собой высокоплавкие (т. пл. > 250-300°С) бесцветные кристаллические соединения, не растворимые в этаноле и диэтиловом эфире. Пиримидины умеренно растворимы в горячей воде, пурины, особенно гуанин, плохо растворимы.
Наиболее характерные реакции пиримидиновых оснований с нуклеофилами – присоединение гидросульфита, гидроксиламина, галогена и др. по связи C=C, а также замещение экзоциклической аминогруппы цитозина (напр., реакции с гидроксиламинами, гидразинами). Двойная связь C=C легко восстанавливается каталитическим гидрированием или действием боргидрида натрия NaBH4 при УФ-облучении. Атом H у С5 легко замещается на галоген, гидрокси- или аминометильную группу. При действии P2S5 один или оба атома О в урациле и тимине могут замещаться на атом S. При действии на цитозин HNO2 происходит его дезаминирование с образованием урацила. Реакции пиримидиновых оснований с электрофильными реагентами (наиболее изучено алкилирование) идут преимущественно по атомам N1 и N3, в меньшей степени – по экзоциклической аминогруппе цитозина. В щелочной среде идет также алкилирование по атомам О. Довольно легко протекает ацилирование аминогруппы цитозина. Реакции замещения у атомов углерода включают галогенирование в положении 5 пиримидинового гетероцикла.
Аминогруппы пуриновых оснований могут ацилироваться и дезаминироваться действием азотистой кислоты. При дезаминировании аденин превращается в гипоксантин, а гуанин в ксантин.
При действии гидроксиламинов происходит замещение аминогруппы аденина. Алкилирование пуриновых оснований идет по атомам N циклов (реакционная способность уменьшается в ряду: N9 > N7 >> N3 > N1), по экзоциклическим аминогруппам и по атому О6 гуанина. Возможно прямое галогенирование по атому С8.
Как канонические, так и минорные пиримидиновые и пуриновые основания обычно получают препаративно из нуклеиновых кислот путем их кислотного гидролиза и последующего разделения.
Достарыңызбен бөлісу: |
