Пуриновые и пиримидиновые основания. Нуклеозиды и нуклеотиды. Циклические нуклеотиды.

Пиримидиновые основания — группа природных веществ, производные пиримидина. Различаются характером и положением заместителей в пиримидиновом ядре. Представляют собой бесцветные, кристаллические вещества, с температурой плавления выше 300 °C, растворимые в воде, не растворимые в спиртах и полярных растворителях. Пиримидиновые основания получают путём кислотного гидролиза нуклеиновых кислот. Пиримидиновые основания широко распространены в животных, растительных тканях и в микроорганизмах. Биологически наиболее важными пиримидиновыми основаниями являются урацил, цитозин, тимин, входящие в состав нуклеиновых кислот, нуклеозидов, нуклеотидов.

Пуриновые основания — органические природные соединения, производные пурина. К пуриновым основаниям относятся аденин, гуанин, которые входят в состав нуклеиновых кислот; продукт азотистого обмена — мочевая кислота; лекарственные вещества — кофеин, теобромин.Пиримидиновые основания. Исходным соединением для построения пиримидиновых оснований является пиримидин, в основе которого лежит шестичленное кольцо с атомами азота в положениях 1 и 3.

Важнейшие пиримидиновые производные, входящие в состав нуклеиновых кислот, — это цитозин (обнаруживаемый в ДНК и РНК), урацил (РНК) и тимин (ДНК), однако в нуклеиновых кислотах в небольших количествах содержатся и другие окси-, амино- и метилзамещенные производные пиримидина, примерами которых могут служить 4-тиоурацил и 5-метилцитозин, обнаруженные в транспортной РНК.
Пуриновые основания. Пуриновые основания представляют собой производные исходного соединения пурина, в котором пятичленное имидазольное кольцо слилось с пиримидином с образованием девятичленного пуринового кольца.

В ДНК и РНК присутствуют одни и те же пурины, аденин и гуанин, однако в тканях некоторых растений в качестве свободных оснований обнаружены и другие пурины, не входящие в состав нуклеиновых кислот. К их числу прежде всего относятся ксантин и его метилированные производные, например обнаруженные в листьях чая и кофе теофиллин и кофеин и теобромин, выделенный из растений какао. Физиологическая роль этих производных ксантина неясна, однако теофиллин и кофеин широко используются в биохимических исследованиях по изучению действия гормонов животных в качестве мощных ингибиторов фермента фосфодиэстеразы, разрушающей циклическую АМФ, второй агент-посредник в действии многих гормонов животных.

Нуклеоти́ды (нуклеозидфосфаты) — группа органических соединений, представляют собой фосфорные эфиры нуклеозидов. 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.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.В природе наиболее распространены нуклеотиды, являющиеся β-N-гликозидами пуринов или пиримидинов и пентоз — D-рибозы или D-2-дезоксирибозы. В зависимости от структуры пентозы различают рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды, которые являются мономерами молекул сложных биологических полимеров (полинуклеотидов) — соответственно РНК или ДНК^[1]. Соединения, состоящие из двух нуклеотидовых молекул, называются динуклеотидами, из трёх — тринуклеотидами, из небольшого числа — олигонуклеотидами, а из многих — полинуклеотидами, или нуклеиновыми кислотами.

Биологическая роль1. Универсальный источник энергии (АТФ и его аналоги).2. Являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке (УДФ-глюкоза)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.

Циклические нуклеотиды – это нуклеотиды, у которых образуется химическая связь между двумя атомами углерода рибозы. Наиболее полно изучен циклический аденозинмонофосфат (цАМФ) — белый порошок, хорошо растворимый в воде. В тканях животных и человека цАМФ служит посредником в осуществлении функций биологически активных соединений (гормонов, медиаторов, токсинов, лактинов). Также известны циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ) и циклический цитидинмонофосфат (цЦМФ). ЦГМФ выполняет самостоятельную, отличающуюся от цАМФ, роль регулятора процессов клеточного обмена веществ. Нуклеозиды — это гликозиламины^[gl], содержащие азотистое основание, связанное с сахаром (рибозойили дезоксирибозой).Нуклеозиды могут быть фосфорилированы киназами клетки по первичной спиртовой группе сахара, при этом образуются соответствующие нуклеотиды^[1]. В зависимости от природы моносахаридного остатка
нуклеозиды делят на рибонуклеозиды (содержат остаток рибозы) и дезоксирибонуклеозиды (содержат остаток дезоксирибозы). Названия нуклеозидов строят на основе тривиальных названий нуклеиновых оснований, добавляя окончание –идин для производных пиримидина и -озин для производных пурина. К названиям дезоксирибонуклеозидов добавляют приставку дезокси. Исключение составляет нуклеозид, образованный тимином и дезоксирибозой, к которому приставка дезокси- не добавляется, так как тимин образует нуклеозиды с рибозой лишь в очень редких случаях.В природе нуклеозиды встречаются также в свободном состоянии, преимущественно в виде нуклеозидных антибиотиков, которые проявляют противоопухолевую активность. Нуклеозиды-антибиотики имеют некоторые отличия от обычных нуклеозидов в строении либо углеводной части, либо
гетероциклического основания, что позволяет им выступать в качестве антиметаболитов, чем и объясняется их антибиотическая активность.Как N-гликозиды, нуклеозиды устойчивы к действию щелочей, но расщепляются под действием кислот с образованием свободного моносахарида и нуклеинового основания. Пуриновые нуклеозиды гидролизуются значительно легче пиримидиновых.

Основные понятия биоэнергетики. АТФ-универсальный источник энергии в биологических системах. Макроэнергетические соединения. Оксидазы. Коферменты окислительно-восстановительных реакций. Убихинон и цитохромы как компоненты дыхательной цепи. Локализация окислительных процессов в клетке. Митохондрии и их роль как биоэнергетических машин.Структура дыхательной цепи. Теория сопряжения окислительногго фосфолирования и тканевого дыхания. АТФазы и их строение.

Биоэнергетика — междисциплинарная наука, раздел биологии, изучающий совокупность процессов преобразования внешних ресурсов в биологически полезную работу в живых системах. Традиционно эта наука исследует такие процессы, как клеточное дыхание, фотофосфорилирование, энергизация мембран и связанный с этим транспорт, а также другие способы получения организмами энергии. Кроме того, в сферу этой науки входит изучение митохондрий как регуляторных систем, их роли в запрограммированной гибели клеток и тканей.

Первый закон биоэнергетики. Живая клетка избегает прямой утилизации энергии внешних ресурсов при совершении полезной работы. Сначала она трансформирует эту энергию в конвертируемую форму АТФ, ∆μ_Na⁺ или ∆μ_Н⁺ и использует её затем в различных энергоёмких процессах.

Второй закон биоэнергетики. Любая живая клетка располагает хотя бы двумя формами конвертируемой энергии — АТФ и ∆μ_Н⁺ или ∆μ_Na⁺.

Третий закон биоэнергетики. Клетка может удовлетворить все свои энергетические потребности, если есть возможность получить хотя бы одну из трёх конвертируемых форм энергии за счёт внешних энергетических ресурсов. АТФ расшифровывается как аденозинтрифосфат, или аденозинтрифосфорная кислота. Вещество является одним из двух наиболее важных источников энергии в любой клетке. Строение АТФ и биологическая роль тесно связаны. Большинство биохимических реакций может протекать только при участии молекул вещества, особенно это касается пластического обмена. Однако АТФ редко непосредственно участвует в реакции: для протекания любого процесса нужна энергия, заключенная именно в химических связях аденозинтрифосфата. Строение молекул вещества таково, что образующиеся связи между фосфатными группами несут огромное количество энергии. Поэтому такие связи также называются макроэргическими, или макроэнергетическими (макро=много, большое количество). Термин макроэргические связи впервые ввел ученый Ф. Липман, и он же предложил использовать значок ̴ для их обозначения. Очень важно для клетки поддерживать постоянный уровень содержания аденозинтрифосфата. Особенно это характерно для клеток мышечной ткани и нервных волокон, потому что они наиболее энергозависимы и для выполнения своих функций нуждаются в высоком содержании аденозинтрифосфата. – Макроэргические молекулы (макроэрги) — биологические молекулы, которые способны накапливать и передавать энергию в ходе реакции. При гидролизе одной из связей высвобождается более 20 кДж/моль. По химическому строению макроэрги — чаще всего ангидриды фосфорной и карбоновых кислот, а также слабых кислот, какими являются тиолы и енолы.

Классификация макроэргов по связям[править | править код]

1. Фосфоангидридная связь. ΔG — 32 кДж/моль. Представители: все нуклеозидтрифосфаты и нуклеозиддифосфаты (АТФ, ГДФ и их аналоги)

АТФ

2. Тиоэфирная связь. ΔG — 34 кДж/моль. Представители: ацетил-КоА, сукцинил-КоА.

Ацетил-КоА

3. Гуанидинфосфатная связь. ΔG — 42 кДж/моль. Представители: креатинфосфат.

Креатинфосфат

4. Ацилфосфатная связь (ацил — остаток жирной кислоты). ΔG — 46 кДж/моль. Представители: 1,3-дифосфоглицерат.

1,3-дифосфоглицерат

5. Енолфосфатная связь. ΔG — 54 кДж/моль. Представители: фосфоенолпируват.

Оксидазы — окислительные ферменты класса оксидоредуктаз^[1]. В настоящее время^{[ когда? ]} найдено очень много разнообразных окислительных ферментов, как растительного, так и животного происхождения^[2]. В живых клетках оксидазы служат катализаторами окислительно-восстановительных реакций и классифицируются на металлоферменты и флавопротеиды^[1].

В большинстве случаев каждый из них исполняет свою определённую функцию. Например, тирозиназа, находящаяся в различных грибах, окисляет тирозин^[2