Общий план строения нуклеиновых кислот и составляющие их компоненты

Макромолекулы НК состоят из мононуклеотидов, связанных друг с другом в линейную последовательность фосфодиэфирными связями (рис. 16.1).

Рис. 16.1. Общий план строения нуклеиновых кислот

Гидролиз и компоненты нуклеиновых кислот.

При нагревании под действием кислот идет постадийный «мягкий» гидролиз нуклеиновых кислот:

Таким образом, видим, что в состав нуклеиновых кислот входят нуклеотиды, представляющие собой трехкомпонентное образование, включающее азотистые основания и сахара.

В состав НК входят две пентозы: D-рибоза и 2-дезокси-1)-рибоза, поэтому кислоты делятся на рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК).

Азотистые основания

Азотистые основания делят на пиримидиновые и пуриновые, основные и минорные.

К основным азотистым основаниям относятся: три пиримидиновых — урацил (У), цитозин (Ц), тимин (Т); два пуриновых — аденин (А), гуанин (Г).

К минорным азотистым основаниям относят те, содержание которых в структуре НК составляет менее 10 %.

Пиримидиновые основания

И пиримидиновые и пуриновые основания имеют планарную (плоскостную) структуру, так как входящие в их состав атомы углерода и азота находятся в состоянии 5р²-гибридизации, и замкнутую сопряженную систему ^-электронов, поэтому они устойчивы и проявляют ароматический характер.

Азотистые основания плохо растворимые в воде вещества; их растворы имеют слабощелочную реакцию (pH 8-9) и способны поглощать УФ-излучение при А = 260 нм.

Азотистые основания способны в растворе к изомерным, таутомерным превращениям. Для них характерна лактим-лактамная и аминно-иминная таутомерия (для оснований, содержащих NH2-rpynnbi):

Таутомерные формы образуются в результате перехода протона (Н⁺) от кислотного центра (ОН-группа) к основному центру (:N). В структуре НК азотистые основания присутствуют в наиболее энергетически выгодной (устойчивой) лактамной форме (42 кДж/моль). Устойчивость лактамной формы обусловлена большим сродством к протону атомов азота, чем кислорода.

В структуру НК входит более предпочтительная аминная форма азотистых оснований.

Минорные основания встречаются в структуре НК бактерий, вирусов, т-РНК. К ним относятся:

Сахара

При гидролизе РНК образуется рибоза, а ДНК — дезоксирибоза. И рибоза и дезоксирибоза относятся к альдопентозам D-ряда и присутствуют в циклической (более устойчивой) — полуацетальной форме:

Оба моносахарида присутствуют в структуре НК в наиболее устойчивой p-D-фуранозной форме.

В составе нуклеотидов и НК пятичленное фуранозное кольцо пентоз не бывает плоским. Оно может принимать конформацию конверта Е (от англ, envelope), в котором четыре атома из пяти находятся в одной плоскости, а один атом выходит из нее, либо тлвмст-конформацию Т (от англ, twist), в которой любые два соседних атома смещены в разные стороны от плоскости

Потенциальная энергия конформаций Е и Т примерно одинаковая, поэтому между ними может непрерывно осуществляться переход. При переходах конформаций изменяется ориентация заместителей в фуранозном кольце с аксиальной на экваториальную.