Нуклеиновые кислоты: классификация, структура компонентов, входящих в их состав

Нуклеиновые кислоты: классификация, структура компонентов, входящих в их состав

Нуклеиновые кислоты – это полимеры мононуклеотидов.

Основные функции нуклеиновых кислот – сохранение и передача наследственной информации.

 

 

Состав нуклеиновых кислот

Структура пуриновых азотистых оснований

Строение основных представителей пуринов

Строение основных представителей пиримидинов

В нуклеиновые кислоты входят два вида пентоз: β-D-рибоза в РНК и β-

D-2-дезоксирибоза в молекулу ДНК.

 

Углеродный атом в положении 1 пентозы связывается N-гликозидной связью с атомом азота в положении 1 пиримидина или в положении 9 пурина. Образующиеся соединения называют нуклеозидами. Атомы пентоз, в отличие от атомов азотистых оснований, обозначают номерами со штрихом (1', 2', 3', 4', 5'). Присоединение фосфата в положении 5' пентоз приводит к образованию нуклеотидов.

Строение пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов на примере аденозин и цитидинтрифосфорной кислоты

АТФ

ЦТФ

Номенклатура основных азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов

Первичная структура нуклеиновых кислот – это порядок чередования нуклеотидов, связанных друг с другом в линейной последовательности 3',5'- фосфодиэфирной связью. В результате образуются полимеры с фосфатным остатком на 5'-конце и свободной -ОН-группой пентозы на 3'-конце.

 

Рис.1 Первичная структура нуклеиновых кислот Х = Н для ДНК, Х = ОН для РНК

Связи в молекуле нуклеиновых кислот: 1 - 5'-фосфоэфирная; 2 - N- гликозидная; 3 - 3',5'-фосфодиэфирная противоположное направление, в этих случаях направление цепей обязательно указывается от 5'- к 3'- или от 3'- к 5'- концу.

Вторичная структура ДНК представлена двойной спиралью (рис. 3.4), в которой две полинуклеотидные цепи расположены антипараллельно и удерживаются относительно друг друга за счет взаимодействия между комплементарными азотистыми основаниями. Полинуклеотидные цепи молекулы ДНК неидентичны, но комплементарны друг другу.

Основные виды РНК

В зависимости от первичной структуры, размера молекул и их функций в клетках выделяют три основных вида РНК.

Матричные РНК (мРНК), или информационные, составляют 2-4% всей РНК клетки. Они чрезвычайно разнообразны по первичной структуре, и их количество столь же велико, как и число белков в организме, так как каждая молекула мРНК является матрицей в синтезе соответствующего белка.

Транспортные РНК (тРНК) являются молекулами-адапторами, у которых к 3'-концу присоединяется аминокислота, а участок антикодона - к мРНК. Семейство тРНК включает более 30 различных по первичной структуре молекул, состоящих примерно из 80 нуклеотидов. Особенностью тРНК является содержание 10-20% модифицированных или минорных нуклеотидов, в состав которых входят метилированные или восстановленные азотистые основания, нуклеотиды с С-С-связью между азотистым основанием и рибозой, а также некоторые другие варианты.

Вторичная структура тРНК описывается как структура клеверного листа, где наряду с 70% спирализованных                         участков имеются                       одноцепочечные петлеобразные фрагменты. На долю тРНК приходится около 15% всей РНК клетки.

Рис.4 Строение т-РНК

 

Нуклеотиды поступают в организм с пищей, главным образом, в составе нуклеопротеинов. После воздействия протеолитических ферментов желудка и кишечника из них освобождаются нуклеиновые кислоты и белковая часть.

Белки перевариваются обычным порядком, нуклеиновые кислоты с помощью дополнительных ферментов.

Панкреатический сок содержит рибонуклеазы и дезоксирибонуклеазы, гидролизующие нуклеиновые кислоты до полинуклеотидов.

Гиперурикемия

Возникает у пациентов, когда концентрация мочевой кислоты в плазме крови превышает норму. Она является причиной развития подагры - заболевания, при котором кристаллы мочевой кислоты и уратов откладываются в суставных хрящах, связках и мягких тканях с образованием подагрических узлов или тофусов, вызывая воспаление суставов и нефропатию.

Подагра - довольно частое заболевание, ею страдает от 0,3 до 1,7 % населения. У мужчин сывороточный фонд уратов в 2 раза выше, чем у женщин, поэтому мужчины болеют подагрой в 20 раз чаще, чем женщины. Заболевание генетически детерминировано и чаще всего вызывается:

· дефектами ФРДФ-синтетазы, сопровождающимися гиперактивацией либо устойчивостью фермента к ингибированию конечными продуктами синтеза

· частичной потерей активности гипоксантин-

гуанинфосфорибозилтрансферазы, уменьшающей повторное использование пуринов

При      полной      потере      активности       гипоксантин- гуанинфосфорибозилтрансферазы развивается тяжелая форма гиперурикемии

- синдром Леша-Нихана, при котором наблюдаются неврологические и психические отклонения. Болезнь наследуется как рецессивный признак, сцепленный с Х-хромосомой, и встречается только у мальчиков.

Лечение подагры - аллопуринолом (аллопур, милурит, апурин) - структурным аналогом гипоксантина. Ксантиноксидаза окисляет препарат в оксипуринол, который прочно связывается с активным центром фермента и останавливает катаболизм пуринов на стадии гипоксантина, который в 10 раз лучше растворяется в жидкостях организма, чем мочевая кислота

 

Образование дезоксирибонуклеотидов

Обычно внутриклеточная концентрация дезоксирибонуклеотидов очень низка, но она возрастает в S-фазу клеточного цикла во время репликации ДНК. В образовании дезоксирибонуклеотидов участвуют два ферментных комплекса: рибонуклеотидредуктазы и тимидилатсинтазы.

Восстановление всех рибонуклеотидов в дезоксипроизводные катализирует рибонуклеотидредуктазный комплекс, который включает:

· собственно рибонуклеотидредуктазу

· белок-восстановитель тиоредоксин, сульфгидрильные группы которого окисляются в ходе этой реакции

фермент тиоредоксинредуктазу, участвующий в регенерации тиоредоксина с помощью NADPH.

Рибонуклеотидредуктаза - аллостерический фермент, активность которого зависит от концентрации отдельных дНТФ, причем, дАТФ является ингибитором восстановления всех рибонуклеотидов. Это обстоятельство объясняет возникновение тяжелейших форм иммунодефицитов при снижении активности ферментов катаболизма пуринов – аденозиндезаминазы или пуриннуклеозидфосфорилазы

Недостаточность ферментов приводит к накоплению в В- и Т- лимфоцитах дАТФ и дГТФ, которые аллостерически ингибируют рубонуклеотидредуктазу и лишают клетки предшественников ДНК.

Рис.11 Восстановление рибонуклеозиддифосфатов в дезоксипроизводные 1 - рибонуклеотидредуктаза; 2 - тиоредоксинредуктаза

Синтез       тимидиловых      нуклеотидов       катализирует тимидилатсинтазный комплекс, в который входят:

· тимидилатсинтаза, катализирующая включение одноуглеродного радикала в молекулу дУМФ

дигидрофолатредуктаза, обеспечивающая восстановление Н2-фолата в Н4-фолат с участием NADPH

· сериноксиметилтрансфераза, осуществляющая перенос оксиметильной группы Сер на Н4-фолат с образованием N5N10 метилен-Н4-фолaтa.

Аналоги азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов широко используются в медицинской практике в качестве лекарственных препаратов, поскольку они могут: ингибировать определенные ферменты, участвующие в синтезе нуклеотидов или нуклеиновых кислот; включаться в растущие цепи РНК или ДНК и останавливать рост цепей. Наиболее часто используемые препараты приведены в таблице.

Наследственная форма

Наследственная форма оротовой ацидурии весьма редка связана с одновременным дефектом оротатфосфорибозилтрансферазы и оротидилдекарбоксилазы, так как эти ферменты являются двумя активными центрами одного белка. Заболевание проявляется на втором полугодии жизни гипохромной мегалобластической анемией, лейкопенией, отставанием умственного и физического развития. Диагноз ставится при обнаружении в охлажденной моче оранжевых игольчатых кристаллов оротовой кислоты. Болезнь осложняется тем, что при недостатке УТФ и ЦТФ активируются первые реакции синтеза оротовой кислоты. При отсутствии лечения гибель наступает в первые годы жизни.

Однако, так как первопричиной заболевания является "пиримидиновый голод", его можно достаточно успешно корректировать с помощью приема уридина, при этом серьезно не опасаясь передозировки.

Приобретенная форма

Эта более частая форма оротовой ацидурии может наблюдаться:

· при дефекте каких-либо ферментов синтеза мочевины, кроме карбамоилфосфатсинтетазы. При этом карбамоилфосфат митохондрий (в норме        используемый для образования мочевины)            выходит        из        них и используется  для    избыточного        синтеза оротовой        кислоты. Заболевание обычно сопровождается гипераммониемией.

· при лечении подагры аллопуринолом, который превращается в оксипуринолмононуклеотид,            являющийся             ингибитором оротатдекарбоксилазы, что опять же ведет к накоплению оротата.

Нуклеиновые кислоты: классификация, структура компонентов, входящих в их состав

Нуклеиновые кислоты – это полимеры мононуклеотидов.

Основные функции нуклеиновых кислот – сохранение и передача наследственной информации.

 

 

Состав нуклеиновых кислот