Биохимия человека Том 2 - Марри Р. 1993

Структура, функция и репликация информационных макромолекул
Нуклеотиды
Нуклеозиды и нуклеотиды

Свободные основания значительно менее распространены в природе, чем соответствующие нуклеозиды и нуклеотиды. Молекулы нуклеозидов (рис. 34.8) построены из пуринового или пиримидинового основания, к которому ß-связью присоединен углевод (обычно D-рибоза или 2-дезоксирибоза) в N₉ или N₁-положении соответственно. Таким образом, адениновый рибонуклеозид (аденозин) состоит из аденина и D-рибозы, присоединенной в положении N₉; гуаноин — из гуанина и D-рибозы в положении N₉; цитидин — из цитозина и рибозы в положении N₁; уридин — из урацила и рибозы в положении N₁.

В состав 2'-дезоксирибонуклеозидов входят пуриновые или пиримидиновые основания и 2'-дезоксирибоза, присоединенная по тем же атомам N₁ и N₉. Присоединение рибозы или 2'-дезоксирибозы к кольцевой структуре основания происходит за счет относительно кислото лабильной N-гликозидной связи. Теоретически остаток сахара и пуриновое (или пиримидиновое) основание способны свободно вращаться вокруг оси гликозидной связи, однако в действительности существуют стерические препятствия этому. Конформация анти значительно более предпочтительна для природных нуклеозидов нежели син (рис. 34.9). Подробное объяснение этому феномену вы найдете в гл. 37. Здесь мы скажем лишь о том, что форма анти является необходимым условием для комплементации пуриновых и пиримидиновых оснований в двухцепочечной молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты В-формы. (Поскольку D-рибоза изображена в общепринятом виде на большинстве рисунков этой и других глав, пуриновые и пиримидиновые нуклеозиды и нуклеотиды показаны в менее предпочтительной cин-конформации.)

Рис. 34.7. Структура таутомеров цитозина, тимина, аденина и гуанина с указанием преобладающих форм.

Рис. 34.8. Структура рибонуклеозидов.

Рис. 34.9. Структура син- и анти-конфигураций аденозина.

Рис. 34.10. Структура адениловой кислоты (АМР) (слева) и 2'-дезоксиадениловой кислоты (dAMP) (справа).

Рис. 34.11. Структура уридиловой кислоты (UMP) (слева) и тимидиловой кислоты (ТМР) (справа).

Нуклеотиды — это производные нуклеозидов, фосфорилированные по одной или более гидроксильным группам остатка рибозы (или дезоксирибозы) (рис. 34.10). Так, аденозинмонофосфат (АМР или аденилат) построен из аденина, рибозы и фосфата. 2'- Дезоксиаденозинмонофосфат (dAMP или дезоксиаденилат) представляет собой молекулу, состоящую из аденина, 2'-дезоксирибозы и фосфата. Обычно к урацилу присоединена рибоза, к тимину — 2'-дезоксирибоза. Поэтому тимидиловая кислота (ТМР) состоит из тимина, 2'-дезоксирибозы и фосфата. а в состав уридиловой кислоты (UMP) входят урацил, рибоза и фосфат (рис. 34.11). ДНК представляет собой полимер тимидиловой, 2'- дезоксицитидиловой, 2'-дезоксиадениловой и 2'-дезоксигуаниловой кислот. РНК образуется в результате сополимеризации уридиловой, цитидиловой, адениловой и гуаниловой кислот.

Кроме вышеперечисленных форм нуклеотидов обнаружены и нуклеотиды необычной структуры. Так, в молекуле тРНК выявлен нуклеотид, в котором рибоза присоединяется к урацилу в пятом положении, т. е. не азот-углеродной связью, а углерод-углеродной. Продукт этого необычного присоединения назван псевдоуридином (у). Молекулы тРНК содержат и другую необычную нуклеотидную структуру — тимин, соединенный с рибозомонофосфатом. Этот нуклеотид образуется уже после синтеза молекулы тРНК путем метилирования остатка UMP S-аденозилметионином (см. ниже). Псевдоуридиловая кислота (уМР) тоже образуется в результате перегруппировки UMP после синтеза тРНК.

Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов

Положение фосфатной группы в молекуле нуклеотида указывается цифрой. Например, аденозин с фосфатной группой, присоединенной к 3-му углероду рибозы, должен быть обозначен как 3'-монофосфат. Штрих после цифры ставят для того, чтобы отличить номер углерода в пуриновом или пиримидиновом основании от положения этого атома в остатке (дезокси)рибозы. При нумерации атомов углерода основания штрих не ставится. Нуклеотид 2'-дезоксиаденозин с фосфатным остатком при углероде-5 молекулы сахара обозначается как 2'-дезоксиаденозин-5'-монофосфат (рис. 34.12).

Нуклеозиды, содержащие аденин, гуанин, цитозин, тимин и урацил, принято обозначать буквами A, G, С, Т и U соответственно. Наличие буквы d перед сокращением обозначает, что углеводным компонентом нуклеозида является 2'-дезоксирибоза. Гуанозин, содержащий 2'-дезоксирибозу, может быть обозначен dG (дезоксигуанозин), а соответствующий ему монофосфат с фосфатной группой, присоединенной к третьему атому углерода дезоксирибозы, — dG-3'-МР. Как правило, в тех случаях, когда фосфат присоединен к углероду-5-рибозы или дезоксирибозы, символ 5' опускается. Так, гуанозин 5'-монофосфат принято обозначать GMP, а 5'-монофосфат 2'-дезоксигуанозина сокращают как dGMP. Если к углеводному остатку нуклеозида присоединены 2 или 3 остатка фосфорной кислоты, используются аббревиатуры DP (дифосфат) и ТР (трифосфат). Таким образом, аденозин + трифосфат с тремя фосфатными группами в 5'-положении углевода будет обозначаться АТР. Структура АТР, а также соответствующих ди- и монофосфатов изображена на рис. 34.13. Поскольку в молекулах нуклеотидов фосфаты находятся в виде ангидридов фосфорной кислоты, т. е. в состоянии с низкой энтропией, их называют макроэргами (обладающими большим запасом потенциальной энергии). При гидролизе 1 моля АТР до ADP высвобождается около 7 кКал потенциальной энергии.

Рис. 34.12. Структура аденозин-3'-монофосфата (слева) и 2'-дезоксиаденозин-5'-монофосфата (справа).

Рис. 34.13. Структура ATP и соответствующих ди- и монофосфатной форм.