нуклеотиди. Нуклеотид: будова, маса довжина, послідовність Назва нуклеотидів днк

Нуклеотиди – це складні біологічні речовини, які відіграють ключову роль у багатьох біологічних процесах. Вони є основою для побудови ДНК і РНК і, крім того, відповідають за синтез білків та генетичну пам'ять, будучи універсальними джерелами енергії. Нуклеотиди входять до складу коферментів, беруть участь у вуглеводному обміні та синтезі ліпідів. Крім того, нуклеотиди є компонентами активних форм вітамінів, переважно групи В (рибофлавін, ніацин). Нуклеотиди сприяють формуванню природного мікробіоценозу, надають необхідну енергію для регенеративних процесів у кишечнику, впливають на дозрівання та нормалізацію функціонування гепатоцитів.

Нуклеотиди є низькомолекулярними сполуками, що складаються з азотистих основ (пурини, піримідини), пентозного цукру (рибоза або дезоксирибозу) і 1—3 фосфатних груп.

Найбільш поширені монофосфати беруть участь у метаболічних процесах: пурини – аденозинмонофосфат (АМФ), гуанозинмонофосфат (ГМФ), піримідини – цитидинмонофосфат (ЦМФ), урідінмонофосфат (УМФ).

Чим же викликаний інтерес до проблеми вмісту нуклеотидів у дитячому харчуванні?

Досі вважалося, що це необхідні нуклеотиди синтезуються всередині організму, та його розглядали як незамінні поживні речовини. Передбачалося, що нуклеотиди, що надходять з їжею, здебільшого надають «місцеву дію», визначаючи ріст та розвиток тонкого кишечника, обмін ліпідів та печінкову функцію. Однак останні дослідження (матеріали сесії ESPGAN, 1997) показали, що ці нуклеотиди стають необхідними, коли ендогенного запасу недостатньо: наприклад, при захворюваннях, що супроводжуються енергетичним дефіцитом, — тяжких інфекціях, хворобах споживання, а також у неонатальному періоді під час швидкого зростання дитини , при імунодефіцитних станах та гіпоксичних ушкодженнях При цьому загальний обсяг ендогенного синтезу знижується, стає недостатнім для задоволення потреб організму. У таких умовах надходження нуклеотидів з їжею «заощаджує» в організмі витрати енергії для синтезу цих речовин і може оптимізувати функцію тканин. Так, лікарі здавна радили після тривалих захворювань використовувати для харчування печінку, молоко, м'ясо, бульйони, т. е. продукти, багаті нуклеотидами.

Додаткова дотація нуклеотидів з їжею дуже важлива при вигодовуванні немовлят. Нуклеотиди були виділені із жіночого молока близько 30 років тому. На сьогодні ідентифіковано 13 кислоторозчинних нуклеотидів у жіночому молоці. Давно відомо, що склад жіночого молока та молока різних видів тварин не ідентичний. Однак багато років було прийнято звертати увагу лише на основні харчові компоненти: білки, вуглеводи, ліпіди, мінерали, вітаміни. Разом з тим, нуклеотиди в жіночому молоці суттєво відрізняються, причому не лише за кількістю, а й за складом від нуклеотидів у коров'ячому молоці. Так, наприклад, оротат, головний нуклеотид коров'ячого молока, що міститься у значних кількостях навіть у адаптованих молочних сумішах, відсутній у жіночому молоці.

Нуклеотиди є компонентом азотної фракції небілкової грудної молока. Небілковий азот відповідає приблизно за 25% загального азоту в грудному молоці та містить аміносахара та карнітин, які відіграють особливу роль у розвитку новонароджених. Нуклеотидовий азот може сприяти найбільш ефективному вживанню білка у немовлят, які вигодовуються грудним молоком, які отримують порівняно менше білка в порівнянні з дітьми, яких вигодовують штучними сумішами.

Було виявлено, що у жіночому молоці концентрація нуклеотидів перевищує їх вміст у сироватці крові. Це говорить про те, що грудні залози жінки синтезують додаткову кількість нуклеотидів, які надходять до грудного молока. Також є розбіжності у змісті нуклеотидів за стадіями лактації. Так, найбільша кількість нуклеотидів у молоці визначається на 2-4 місяці, і потім їх вміст після 6-7-го місяця починає поступово знижуватися.

Раннє зріле молоко містить переважно мононуклеотиди (АМФ, ЦМФ, ГМФ). Їхня кількість у пізньому зрілому молоці вища, ніж у молозиві, проте менша, ніж у молоці першого місяця лактації.

Концентрація нуклеотидів у грудному молоці набагато вище взимку, ніж у аналогічні терміни годівлі у період.

Ці дані можуть свідчити про те, що в клітинах грудних залоз відбувається додатковий синтез нуклеотидів, тому що в перші місяці життя речовини, що ззовні надходять, підтримують необхідний рівень метаболізму і енергетичного обміну дитини. Збільшення синтезу нуклеотидів у грудному молоці в зимовий період є захисним механізмом: у цей час року дитина більше схильна до інфекції і легше розвивається вітамінна і мінеральна недостатність.

Як зазначалося вище, склад і концентрація нуклеотидів у молоці всіх видів ссавців різняться, але їх кількість нижче, ніж у грудному молоці. Це, мабуть, пов'язано з тим, що потреба в екзогенних нуклеотидах особливо висока у беззахисних дитинчат.

Грудне молоко — це найбільш збалансований продукт для раціонального розвитку, а й тонка фізіологічна система, здатна змінюватися залежно потреб дитини. Грудне молоко ще довго всебічно вивчатиметься, причому не тільки кількісний і якісний його склад, а й роль окремих інгредієнтів у функціонуванні систем організму, що росте і формується. Суміші для штучного вигодовування немовлят також удосконалюватимуться і поступово перетворяться на справжні «замінники грудного молока». Дані про те, що нуклеотиди грудного молока мають ширше фізіологічне значення для організму, що росте і розвивається, послужили основою для введення їх у суміші для дитячого харчування і наближення по концентрації та складу до таких у грудному молоці.

Наступним етапом досліджень стала спроба встановити вплив нуклеотидів, введених у дитячі суміші, на дозрівання плода та розвиток немовляти.

Найбільш наочними виявилися дані про активацію імунної системи дитини. Як відомо, IgG реєструється ще внутрішньоутробно, IgM починає синтезуватися відразу після народження дитини, IgA синтезується найповільніше, і активний його синтез виникає до кінця 2-3-го місяця життя. Ефективність їх вироблення багато в чому визначається зрілістю імунної відповіді.

Для дослідження було сформовано 3 групи: діти, які отримували лише грудне молоко, лише суміші з нуклеотидами та молочні суміші без нуклеотидів.

В результаті було виявлено, що діти, які отримували формули з нуклеотидними добавками, до кінця 1-го місяця життя та на 3-му місяці мали рівень синтезу імуноглобуліну М, приблизно рівний такому у дітей, які перебувають на грудному вигодовуванні, але значно вищий, ніж у дітей, які отримували просту суміш. Аналогічні результати отримані при аналізі рівня синтезу імуноглобуліну А .

Зрілість імунної системи визначає ефективність вакцинопрофілактики, адже здатність до формування імунної відповіді на щеплення - це один із показників вироблення імунітету на першому році життя. Для прикладу досліджували рівень вироблення антитіл до дифтерії у дітей, які перебувають на «нуклеотидній» формулі, грудному вигодовуванні та сумішах без нуклеотидів. Рівень антитіл вимірювався через 1 місяць після першої та після останньої вакцинації. Встановлено, що навіть перші показники були вищими, а другі — достовірно вищими у дітей, які отримували суміші з нуклеотидами.

При дослідженні впливу вигодовування сумішшю з нуклеотидами на фізичний та психомоторний розвиток дітей відзначено тенденцію до кращого збільшення маси та більш швидкого становлення моторної та психічної функції.

Крім того, є дані, що дотація нуклеотидів сприяє більш швидкому дозріванню нервової тканини, функцій мозку та зорового аналізатора, що вкрай актуально для недоношених та морфофункціонально незрілих дітей, а також малюків із офтальмологічними проблемами.

Усім відомі проблеми зі становленням мікробіоценозу у дітей раннього віку, особливо у перші місяці. Це явища диспепсії, кишкові кольки, підвищений метеоризм. Споживання «нуклеотидних» сумішей дозволяє швидше нормалізувати ситуацію без необхідності корекції пробіотиками. У дітей, які отримували суміші з нуклеотидами, рідше відзначалися дисфункція шлунково-кишкового тракту, нестійкість випорожнень, вони легше переносили введення наступного прикорму.

Однак при застосуванні сумішей з нуклеотидами необхідно мати на увазі, що вони скорочують частоту випорожнень, тому дітям із запорами їх слід рекомендувати з обережністю.

Особливе значення ці суміші можуть мати у дітей із гіпотрофією, анемією, а також перенесли гіпоксичні порушення у неонатальному періоді. Суміші з нуклеотидами допомагають вирішити низку проблем, що виникають при виходженні недоношених дітей. Зокрема, йдеться про поганий апетит і низький збільшення маси тіла протягом усього першого року життя, крім того, вживання сумішей сприяє більш повноцінному психомоторному розвитку малюків.

Виходячи з вищевикладеного застосування сумішей з нуклеотидними добавками для нас, лікарів, має великий інтерес. Рекомендувати ці суміші ми можемо великому колу дітей, тим більше, що суміші не є лікувальними. Разом з тим, ми вважаємо важливим вказати на можливість індивідуальних смакових реакцій у дітей раннього віку, особливо при переведенні дитини зі звичайної суміші на нуклеотидовмісну. Так, у деяких випадках, навіть при використанні сумішей однієї фірми, ми відзначали у дитини негативні реакції, аж до відмови від запропонованої суміші. Однак усі літературні джерела стверджують, що нуклеотиди не тільки не впливають негативно на смакові якості, а й, навпаки, покращують їх, не змінюючи органолептичних властивостей суміші.

Представляємо огляд сумішей, що містять нуклеотидні добавки та наявні на нашому ринку. Це сироваткові суміші фірми "Фрізленд Ньютрішн" (Голландія) "Фрісолак", "Фрісомел", в яких містяться 4 нуклеотиди, ідентичних нуклеотидам жіночого молока; сироваткова суміш "Мамекс" (Intern Nutrition, Данія), НАН ("Нестле", Швейцарія), "Енфаміл" ("Мід Джонсон", США), суміш "Сімілак формула плюс" ("Еббот Лабораторіз", Іспанія/США). Кількість та склад нуклеотидів у цих сумішах різні, що визначається фірмою-виробником.

Всі фірми-виробники намагаються підібрати співвідношення та склад нуклеотидів, наблизивши його, наскільки можливо технічно та біохімічно, до аналогічних показників грудного молока. Цілком ясно, що механічний підхід не є фізіологічним. Безумовно, введення нуклеотидів у суміші для дитячого харчування – це революційний крок у виробництві замінників грудного молока, що сприяє максимальному наближенню до складу жіночого грудного молока. Однак жодна суміш поки не може вважатися фізіологічно повністю ідентичною цій єдиній, універсальній і необхідній дитині продукту.

Література

1. Gyorgy. P. Biochemical aspects. Am.Y.Clin. Nutr. 24 (8), 970-975.
2. Europan society для Pediatric Gastroenterology and Nutrition (ESPGAN). Committee on Nutrition: Guidelines on infant nutrition I. Recommendations on composition of an adapted formula. Asta Paediatr Scand 1977; Suppl 262: 1-42.
3. James L. Leach, Jeffreu H. Baxter, Bruce E. Molitor, Mary B. Ramstac, Marc L\Masor. Усі потенційно наявні нуклеотиди материнського молока на стадії лактації// Американський журнал клінічного харчування. – Червень 1995. – Т. 61. – №6. – С. 1224-30.
4. Carver J. D., Pimental B., Cox WI, Barmess L. A. Dietary nucleotidi effects upon immune function в infаnts. Pediatrics 1991; 88; 359-363.
5. Uauy. R., Stringel G., Thomas R. and Quan R. (1990) Ефект dietari nucleosides на зростанні й ушкодження розвитку gut в скелі. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 10, 497-503.
6. Brunser O., Espinosa J., Araya М., Gruchet S. and Gil А. (1994) Ефект dietari nucleotide suppementation on diarhoeal disease in infants. Asta Paediatr. 883. 188-191.
7. Кешишян Є. З., Бердникова Є. До.//Смеси з нуклеотидними добавками для вигодовування дітей першого року життя//Дитяче харчування XXI століття. – С. 24.
8. Девід. Нові технології поліпшення продуктів дитячого харчування// Педіатрія. – 1997. – №1. – С. 61-62.
9. Суміші з нуклеотидними добавками для вигодовування немовлят. Очікуваний ефект// Педіатрія. Consilium medicum. - Додаток №2. – 2002. – С. 27-30.

Кешишян, доктор медичних наук, професор
Є. К. Бердникова
МНІІ педіатрії та дитячої хірургії МОЗ РФ, Москва

В організмі людини знаходиться велика кількість органічних сполук, без яких неможливо уявити стабільний перебіг обмінних процесів, що підтримують життєдіяльність усіх. Одними з таких речовин є нуклеотиди – це фосфорні ефіри нуклеозидів, які відіграють найважливішу роль передачі інформаційних даних, а також хімічних реакціях з виділенням внутрішньоклітинної енергії.

Як самостійні органічні одиниці формують наповнювач всіх нуклеїнових кислот і більшості коферментів. Розглянемо докладніше, що таке нуклеозидфосфати і яку роль вони грають у організмі людини.

З чого складається речовина нуклеотиду. Воно вважається вкрай складним ефіром, що відноситься до групи кислот фосфору і нуклеозидів, які за своїми біохімічними властивостями відносяться до N-глікозидів і містять гетероциклічні фрагменти, пов'язані з молекулами глюкози та атомом азоту.

У природі найпоширенішими є нуклеотиди ДНК.

Крім цього, ще розрізняють органічні речовини зі схожими характеристиками будови: рибонуклеотиди, а також дезоксирибонуклеотиди. Всі вони без винятку є мономерними молекулами, що належать до складних за будовою біологічних речовин полімерного типу.

З них формується РНК та ДНК всіх живих істот, починаючи від найпростіших мікроорганізмів та вірусних інфекцій, закінчуючи людським організмом.

Залишок молекулярної структури фосфору серед нуклеозидфосфатів утворює ефірний зв'язок з двома, трьома, а в деяких випадках відразу з п'ятьма гідроксильними групами. Практично всі без винятку нуклеотиди відносяться до ефірних речовин, які утворилися з залишків ортофосфорної кислоти, тому їх зв'язки стійкі і не розпадаються під впливом несприятливих факторів внутрішнього і зовнішнього середовища.

Зверніть увагу!Будова нуклеотидів завжди складна і ґрунтується на моноефірах. Послідовність нуклеотидів може змінюватись під впливом стресових факторів.

Біологічна роль

Вплив нуклеотидів протягом усіх процесів у організмі живих істот вивчають вчені, які досліджують молекулярну будову внутрішньоклітинного простору.

Виходячи з лабораторних висновків, отриманих за підсумками багаторічної роботи вчених різних країн світу, виділяють таку роль нуклеозидфосфатів:

• універсальне джерело життєвої енергії, за рахунок якої відбувається харчування клітин та відповідно підтримується нормальна робота тканин, що формують внутрішні органи, біологічні рідини, епітеліальний покрив, судинну систему;
• є транспортувальниками глюкозних мономерів у клітинах будь-якого типу (це одна з форм вуглеводного обміну, коли вживаний цукор під впливом травних ферментів трансформується в глюкозу, яка розноситься в кожен куточок організму разом з нуклеозидфосфатами);
• виконують функцію коферменту (вітамінні та мінеральні сполуки, які сприяють забезпеченню клітин живильними речовинами);
• складні та циклічні мононуклеотиди є біологічними провідниками гормонів, що поширюються разом із потоком крові, а також посилюють дію нейронних імпульсів;
• алостеричним чином регулюють активність травних ферментів, що виробляються тканинами підшлункової залози.

Нуклеотиди входять до складу нуклеїнових кислот. Вони з'єднані трьома та п'ятьма зв'язками фосфодіефірного типу. Генетики та вчені, які присвятили своє життя молекулярній біології, продовжують лабораторні дослідження нуклеозидфосфатів, тому щороку світ дізнається ще більше цікавого про властивості нуклеотидів.

Послідовність нуклеотидів – це різновид генетичної рівноваги та балансу розташування амінокислот у структурі ДНК, своєрідний порядок розміщення залишків ефіру у складі нуклеїнових кислот.

Він визначається за допомогою традиційного методу секвенування, відібраного для аналізу біологічного матеріалу.

Т – тимін;

А - аденін;

G – гуанін;

С – цитозин;

R - GA аденін в комплексі з гуаніном та основами пурину;

Y – TC піримідинові сполуки;

K - GT нуклеотиди, що містять кетогруп;

M - AC входять до аміногрупи;

S - GC потужні, що відрізняються трьома водневими сполуками;

W - AT нестійкі, які утворюють лише по два водневі зв'язки.

Послідовність нуклеотидів може змінюватися, а позначення латинськими літерами необхідні у випадках, коли порядок розташування ефірних сполук невідомий, є несуттєвим або є результати первинних досліджень.

Найбільше варіантів і комбінацій нуклеозидфосфатов властиве для ДНК. Для запису ефірних сполук РНК достатньо символів A, С, G, U. Останнє літерне позначення є речовиною урідін, яка зустрічається лише у РНК. Послідовність символічних позначень завжди записується без використання пробілів.

Корисне відео: нуклеїнові кислоти (ДНК та РНК)

Скільки нуклеотидів у ДНК

Для того, щоб максимально докладно розуміти, про що йдеться, слід мати чітке уявлення про саму ДНК. Це окремий вид молекул, які мають витягнуту форму та складаються із структурних елементів, а саме – нуклеозидфосфатів. Яка кількість нуклеотидів у ДНК? Існує 4 види ефірних сполук даного типу, що входять до складу ДНК. Це аденін, тимін, цитозин та гуанін. Всі вони формують єдиний ланцюжок, з якого і утворюється молекулярна структура ДНК.

Вперше будова ДНК була розшифрована в далекому 1953 американськими вченими Френсісом Криком і Джеймсом Вотсоном. В одній молекулі дезоксирибонуклеїнової кислоти міститься по два ланцюжки нуклеозидфосфатів. Вони розміщені таким чином, що зовні нагадують спіраль, що закручується навколо осі.

Зверніть увагу!Кількість нуклеотидів у ДНК стала і обмежується лише чотирма видами - це відкриття наблизило людство до розшифровки повного генетичного коду людини.

У цьому будова молекули має одну важливу особливість. Всі нуклеотидні ланцюжки мають властивість комплементарності. Це означає, що один навпроти одного розміщуються лише ефірні сполуки певного виду.Відомо, що навпроти тиміну завжди розташований аденін. Навпроти цитозину не може бути жодна інша речовина крім гуаніну. Такі нуклеотидні пари формують принцип комплементарності та є нероздільними.

Маса та довжина

За допомогою складних математичних підрахунків та лабораторних досліджень вченим вдалося встановити точні фізико-біологічні властивості ефірних сполук, що формують молекулярну структуру дезоксирибонуклеїнової кислоти.

Відомо, що протяжна довжина одного внутрішньоклітинного залишку, що складається з амінокислот в єдиному поліпептидному ланцюзі – 3,5 ангстрем. Середня маса одного молекулярного залишку дорівнює 110 а.

Крім цього, ще виділяють мономери нуклеотидного типу, які сформовані не тільки з амінокислот, але мають ефірні складові. Це мономери ДНК та РНК. Їхня лінійна довжина вимірюється безпосередньо всередині нуклеїнової кислоти і становить не менше 3,4 ангстрем. Молекулярна вага одного нуклеозидфосфату знаходиться в межах 345 а. Це вихідні дані, що використовуються у практичній лабораторній роботі, присвяченій дослідам, генетичним дослідженням та іншій науковій діяльності.

Медичні позначення

Генетика, як наука, розвивалася ще період, коли був досліджень будови ДНК людини та інших живих істот на молекулярному рівні. Тому в період домолекулярної генетики нуклеотидні зв'язки позначалися як найменший елемент у структурі молекули ДНК. Як раніше, так і в даний час, ефірні речовини даного типу були схильні до . Вона могла бути спонтанною або індукованою, тому для позначення нуклеозидфосфатів з пошкодженою структурою використовують термін «рекон».

Для визначення поняття настання можливої ​​мутації в азотистих сполуках нуклеотидних зв'язків застосовують термін «мутон». Дані позначення більше потрібні в лабораторній роботі з біологічним матеріалом. Також використовуються вченими генетиками, які вивчають пристрій молекул ДНК, шляхи передачі спадкової інформації, способи її шифрування та можливі комбінації генів, які отримуються в результаті злиття генетичного потенціалу двох статевих партнерів.

Вконтакте

Нуклеотид- Нуклеозид + один або кілька залишків фосфорної кислоти. Нуклеозид– азотиста основа та молекула пентози. До складу нуклеотидів входять дві пуринові основи (аденін та гуанін) та 3 піримідинові основи (тимін, урацил, цитозин). Іноді зустрічаються мінорні азотисті основи: псевдоурацил, метилурідін, метилцитозин, метиладенін.

Номенклатура:

Первинна структура ПК– полінуклеотидний ланцюг із строго визначеною послідовністю нуклеотидів, з'єднаних між собою 3'-5'-фосфодіефірним зв'язком.

Властивості нуклеотидів: 1) набувають негативного заряду 2) мають яскраво

Вираженими кислотними властивостями.

Особливості будови, функції та розподілу в клітині ДНК та РНК:

Локалізована в основному в ядрі, також у мітохондріях та хлоропластах	Локалізована переважно у цитоплазмі
У структуру входять А, Т, Р, Ц + дезоксирибозу + залишок фосфорної к-ти.	До структури входять А, У, Г, Ц + рибоза + залишок фосфорної к-ти
Подвійна спіраль (відомо 6 типів: А-Е, Z, переважна B-форма)	Одноланцюжкова (хоч і може згортатися з утворенням «шпильок»). Має різновиди (іРНК, мРНК, тРНК)
Розрізняються за розмірами (ДНК зазвичай складається з великої кількості нуклеотидів)
1. Забезпечує синтез білка 2. Носій спадкової інформації	Забезпечують синтез білка
Підкоряється правилам Чаргафа	Не підкоряється правилам Чаргафа

Метод аналізу первинної структури ДНК (Сенджер):

Заснований на ДНК-полімеразної реакції: виділення ДНК ® розрізання її рестриктазами ® денатурація фрагментів ДНК та отримання одноланцюгових молекул, що використовуються як матриця ® додають праймер і субстрати для синтезу ДНК ® суміш ділять на чотири пробірки, в кожну додають один із стоп-нуклеотидів ( дидезоксинуклеотидів) та ДНК-полімеразу ® синтез зупиняється при зустрічі ДНК-полімеразою стоп-нуклеотиду ® після закінчення в кожній пробірці знаходяться фрагменти, що закінчуються на певний нуклеотидів ® фрагменти поділяють електрофорезом в агарозному гелі та аналізують.

Нуклеотид

Нуклеотиди- природні сполуки, з яких, як із цегли, побудовані ланцюжки. Також нуклеотиди входять до складу найважливіших коферментів (органічні сполуки небілкової природи – компоненти деяких ферментів) та інших біологічно активних речовин, що служать у клітинах переносниками енергії.

Молекула кожного нуклеотиду (мононуклеотид)складається із трьох хімічно різних частин.

1. Це п'ятивуглецевий цукор (пентоза):

Рибоза (у цьому випадку нуклеотиди називаються рибонуклеотиди і входять до складу рибонуклеїнових кислот, або )

Або дезоксирибоза (нуклеотиди називаються дезоксирибонуклеотиди і входять до складу дезоксирибонуклеїнової кислоти, або ).

2. Пуринова або піримідінова азотиста основа пов'язана з вуглецевим атомом цукру, утворює сполуку, яка називається нуклеозид.

3. Один, два або три залишки фосфорної кислоти , приєднані ефірними зв'язками до вуглецю цукру, утворюють молекулу нуклеотиду (у молекулах ДНК або РНК один залишок фосфорної кислоти).

Азотисті основи нуклеотидів ДНК - це пурини (аденін та гуанін) та піримідинові (цитозин та тимін). Нуклеотиди РНК містять ті самі основи, що й ДНК, але тимін у них замінено близьким за хімічною будовою урацилом.

Азотисті основи, і, відповідно, нуклеотиди, що їх включають, у біологічній літературі прийнято позначати початковими літерами (латинськими або українськими/російськими) відповідно до їх назв:
- - А(А);
- - G(Г);
- - З (Ц);
- тімін - Т(Т);
- урацил - U(У).
Поєднання двох нуклеотидів називається динуклеотид, кількох - олігонуклеотид, множини - полінуклеотид або нуклеїнова кислота.

Крім того, що нуклеотиди утворюють ланцюги ДНК і РНК, вони є коферментами, а нуклеотиди, що несуть три залишки фосфорної кислоти (нуклеозидтрифосфат) - це джерела хімічної енергії, яка міститься у фосфатних зв'язках. Надзвичайно велика у всіх процесах життєдіяльності роль такого універсального переносника енергії як аденозинтрифосат (АТФ).

Нуклеотиди входять до складу: нуклеїнових кислот (полінуклеотиди), найважливіших коферментів (НАД, НАДФ, ФАД, КоА) та інших біологічно активних сполук. Вільні нуклеотиди у вигляді нуклеозид моно-, ді- та трифосфату у значних кількостях містяться у клітинах. Нуклеозидтрифосфат - нуклеотиди, що містять 3 залишки фосфорної кислоти, мають багатий на енергію акумулювання в макроергічних зв'язках. Особливу роль відіграє АТФ – універсальний акумулятор енергії. Високоенергетичні фосфатні зв'язки нуклеотидтрифосфатів використовуються в синтезі полісахаридів. урідінтріфосфат,АТФ), білків (ГТФ, АТФ), ліпідів ( цитидинтріфосфат,АТФ). Нуклеозидтрифосфати також є субстратами для синтезу нуклеїнових кислот. Урідіндифосфат бере участь в обміні вуглеводів, як переносник залишків моносахаридів, цитидиндифосфат (переносник залишків холіну та етаноламіну) – в обміні ліпідів.

Важливу регуляторну роль організмі грають циклічні нуклеотиди.Вільні нуклеозидмонофосфати утворюються шляхом синтезу або за гідролізу нуклеїнових к-т під дією нуклеаз. Послідовне фосфорилювання нуклеозидмонофосфатів призводить до утворення відповідних нуклеотидтрифосфатів. Розпад нуклеотидів відбувається під дією нуклеотидази (при цьому утворюються нуклеозиди), а також нуклеотидпірофосфорілази, що каталізують оборотну реакцію розщеплення нуклеотидів до вільних основ та фосфорибозилпірофосфату.

Нуклеотиди-фосфорні ефіри нуклеозидів.

Їх хімічний склад: азотистий основа (А.О.) + пентоза + фосфорна кислота

Фосфорні ефіри утворюються за участю гідроксильних груп пентоз. Місця положення фосфорноефірних груп прийнято позначати, використовуючи позначення ("), наприклад: 5", 3"

Попередня коротка інформація: нуклеотиди відіграють надзвичайно важливу роль у життєдіяльності клітини.

Класифікація нуклеотидів

Нуклеотиди, що складаються з однієї молекули А.О, пентози, фосфорної кислоти,називаються мононуклеотидами.Мононуклеотиди можуть містити одну молекулу фосфорної кислоти, дві або три молекули фосфорної кислоти, з'єднаних один з одним.

Комбінація з двох мононуклеотидівприйнято називати динуклеотидом. В складі динуклеотиду зазвичай присутні різні азотисті основи або одне інше циклічне з'єднання, наприклад, вітамін.

Особливу роль біохімічних процесах грають циклічні мононуклеотиди.

Номенклатура мононуклеотидів.

До назви нуклеозидудодають виходячи з кількості фосфатних залишків, монофосфатʼʼ, «дифосфатʼʼ, «трифосфат«, із зазначенням їх місця розташування в циклі пентози-цифрове позначення місця зі значком (") ,

Положення фосфатної групи в положенні (5") є найбільш поширеним і типовим, тому його можна не вказувати (АМФ, ГТФ, УТФ, дАМФ і т.д.)

Інші положення позначаються обов'язково (3"- АМФ, 2"- АМФ, 3"- дАМФ)

5"-аденозинмонофосфат

(5" - АМФ або АМФ)

Назви найпоширеніших нуклеотидів

нуклеозид	нуклеозидмонофосфат	нуклеозиддіфосфат	нуклеозидтрифосфат
аденозин	5"-Аденозинмонофосфат (5"- АМФ або АМФ) 5"-аденілова кислота	5"-Аденозиндифосфат (5"-АДФ або АДФ)	5"-Аденозінтріфосфат (5"-АТФ або АТФ)
аденозин	3"-аденозинмонофосфат (3"-АМФ) 3"-аденілова кислота	не зустрічається in vivo	не зустрічається in vivo
гуанозин	5"-гуанозинмонофосфат (5"-ГМФ або ГМФ)	5"-гуанозиндифосфат (5"-ГДФ або ГДФ)	5"-гуанозинтрифосфат (5"-ГТФ або ГТФ)
гуанозин	3"-гуанозинмонофосфат (3"-ГМФ) 3"-гуанілова кислота	не зустрічається in vivo	не зустрічається in vivo
дезокси аденозин	5"-дезоксіаденозин монофосфат (5"- дАМФ або дАМФ)	5"-дезоксіаденозин дифосфат (5"- дАДФілі дАДФ)	5"-дезоксіаденозин трифосфат (5"- дАТФілі дАТФ)
урідін	5"-урідінмонофосфат (5"- УМФ або УМФ)	5"-урідіндифосфат (5"- УДФ або УДФ)	5"-урідінтріфосфат (5"- УТФ або УТФ)
цитидин	5"-цитидинмонофосфат (5"-ЦМФ або ЦМФ)	5"-цитидиндифосфат (5"-ЦДФ або ЦДФ)	5"-цитидинтрифосфат (5"-ЦТФ або ЦТФ)

Нуклеотиди, утворені за участю рибози, можуть містити залишки фосфорної кислоти у трьох положеннях (5", 3", 2"), а за участю дезоксирибози – тільки у двох положеннях (5", 3"), у положенні 2" гідроксигрупа відсутня. Ця обставина дуже важлива для структури ДНК.

Відсутність гідроксигрупи у другому положенні має два важливі наслідки:

Зменшується поляризація глікозидного зв'язку в ДНК і вона стає стійкішою до гідролізу.

2-О-дезоксирибоза не може піддаватися ні епімеризації, ні перетворенню на кетозу.

У клітині відбувається послідовне перетворення нуклеозидмонофосфату на дифосфат, а потім на трифосфат.

Наприклад: АМФ ---> АДФ ---> АТФ

Біологічна роль нуклеотидів

Усе нуклеозиддіфосфатиі нуклеозидтрифосфативідносяться до високоенергетичних (макроергічних) з'єднань.

Нуклеозидтрифосфатиберуть участь у синтезі нуклеїнових кислот, забезпечують активацію біоорганічних сполук та біохімічні процеси, що проходять із витратою енергії. Аденозинтрифосфат (АТФ) є найпоширенішим в організмі людини макроергічною сполукою. Зміст АТФ в скелетних м'язах ссавців до 4г/кг, загальний вміст близько 125 год. У людини швидкість обміну АТФ сягає 50 кг/добу. При гідролізі АТФ утворюється аденозиндіфосфат(АДФ)

Макроергічні зв'язки

У складі АТФ присутні різні типи хімічних зв'язків:

N-β-глікозидна

Складноефірна

Дві ангідридні (в біологічному відношенні макроергічні)

В умовах in vivoгідроліз макроергічного зв'язку АТФ супроводжується виділенням енергії(близько 35 кДж/моль), яка забезпечує інші енергозалежні біохімічні процеси.

АТФ + Н2О -фермент АТФгідролаза--> АДФ + Н3 РО4

У водних розчинах АДФ та АТФнестійкі . При 0 0 САТФ стабільна у воді всього кілька годин, а при кип'ятінні протягом 10 хв.

Під дією лугу два кінцеві фосфати (ангідридні зв'язки) гідролізуються легко, а останній (складноефірний зв'язок) - важко. При кислотному гідролізі N-глікозидний зв'язок легко руйнується.

Вперше АТФ виділено з м'язів у 1929 р. К. Ломаном. Хімічний синтез здійснив у 1948 року. А. Тодд.

Циклічні нуклеотиди є посередниками передачі сигналів гормонів, змінюючи у клітині активність ферментів.

Вони утворюються з нуклеозидтрифосфатів.

АТФ -фермент циклазу--> цАМФ + Н4 Р2 О7

Після виконання дії відбувається гідроліз циклічного нуклеотиду. . Можуть утворитися два з'єднання 5"- АМФ і 3"-АМФ, але в біологічних умовах утворюється тільки 5"-АМФ,

Циклічний аденозинмонофосфат (цАМФ)

11.5. Будова нуклеїнових кислот

Первинна структура РНК і ДНК – послідовне з'єднання нуклеотидів у полінуклеотидному ланцюзі. Скелет полінуклеотидного ланцюга складається з вуглеводних і фосфатних залишків, з вуглеводами за допомогою N-β - глікозидного зв'язку з'єднані гетероциклічні азотисті основи. З біологічної точки зору найважливіше значення мають триплети-блоки нуклеотидів з трьох азотистих основ, кожен з яких кодує якусь амінокислоту або має певну сигнальну функцію.

Структуру ПК можна представити схематично:

5" 3" 5" 3" 5" 3"

фосфат -- пентоза -- фосфат -- пентоза -- фосфат -- пентоза -ОН

У первинній структурі ДНК початокланцюги визначають по пентозі, що містить фосфат у положенні 5". Пентози полінуклеотидного ланцюга з'єднуються за допомогою фосфатних зв'язків 3 "→ 5". На кінціланцюга в положенні 3"- пентози ОН-група залишається вільною.

Структура ДНК вищого порядку-подвійна спіраль

Науковий опис вторинної структури ДНК відноситься до найбільших відкриттів людства у ХХ столітті. Біохімік Д. Вотсон та фізик Ф. Крик 1953 року запропонували модель структури ДНК та механізм процесу реплікації. У 1962 р. їм присуджено Нобелівську премію.

У популярному вигляді історія описана в книзі Джеймса Вотсона «Подвійна спіраль», М: Мир, 1973 . Книга дуже цікаво описує історію спільної роботи, з гумором і легкою іронією автора до такої знаменної події, щасливими «винуватцями» якої були два молоді вчені. З моменту відкриття структури ДНК людство отримало інструмент до розвитку нового напряму-біотехнологій, синтезу білків шляхом рекомбінації генів (гормони в медичній промисловості отримують інсулін, еритропоетин та багато інших).

Відкриття структури ДНК сприяли дослідження Е.Чаргаффа щодо хімічного складу ДНК. Він виявив:

Кількість піримідинових основ дорівнює кількості пуринових

Кількість тиміну дорівнює кількості аденіну, а кількість цитозину кількості

А = Т Г = Ц

А+Г=Т+Ц

А+Ц=Т+Г

Ці відносини отримали назву правила Чаргафа .

Молекула ДНК є дві перекручені спіралі. Скельє кожної спіралі-ланцюжок з залишків дезоксирибози і фосфорної кислоти, що чергуються. Спіралі орієнтовані таким чином, що утворюють два неоднакові спіральні жолобки, які йдуть паралельно головній осі. Ці жолобки заповнені білками гістонами.Азотисті основи розташовуються всередині спіралі, майже перпендикулярно до основної осі і утворюють між ланцюжками комплементарні пари А…Т та Г…Ц.

Сумарна довжина молекул ДНК у кожній клітині досягає 3 см. Діаметр клітини в середньому 10 -5 м, діаметр ДНК всього 2 ‣‣‣10 -9 м.

Основні параметри подвійної спіралі:

* Діаметр 1,8 - 2нм,

* на одному витку 10 нуклеотидів

* Висота кроку витка ~ 3,4 нм

* Відстань між двома нуклеотидами 0,34 нм.

Підстави розташовуються перпендикулярно до осі ланцюга.

* Напрямки полінуклеотидних ланцюгів антипаралельне

* зв'язок між фуранозними циклами дезоксирибози за допомогою

фосфорної кислоти здійснюється з положення 3` до положення 5`

кожного з ланцюгів.

* Початок ланцюга – фосфорильована гідроксильна група пентози у положенні

5`, кінець ланцюга – вільна гідроксильна група пентози у положенні 3`.

* У складі ДНК і РНК нуклеозидні фрагменти знаходяться в антиконформації піримідиновий цикл пурину знаходиться праворуч від глікозидного зв'язку. Тільки таке становище дозволяє утворити комплементарну пару (див. формули нуклеотидів)

* Між азотистими основами виникають три види взаємодій:

1. "Поперечне", беруть участь комплементарні пари двох ланцюгів. Виникає «циклічний» перенесення електронів між двома азотистими основами (Т – А, У – Ц), утворюється додаткова p - електронна система, яка забезпечує додаткову взаємодію та захищає азотисті основи від небажаних хімічних впливів. між аденіном і тиміном встановлюється два водневі зв'язки, а між гуаніном та цитозином – три водневі зв'язки.

2. «Вертикальне» (stacking), за рахунок укладання в “стопки”, беруть участь азотисті підстави одного ланцюга. «Стекінг- взаємодія» має навіть більшезначення у стабілізації структури, ніж взаємодія у комплементарних парах

3. Взаємодія з водою відіграє істотну роль у підтримці просторової будови подвійної спіралі, яка приймає максимально компактну структуру для зменшення поверхні контакту з водою та спрямовує гідрофобні гетероциклічні основи усередину спіралі.

Структура та склад нуклеопротеїдних комплексів

У зв'язуванні нуклеїнової кислоти з білком беруть участь кілька видів взаємодії:

Електростатичний

Водневі зв'язки

Гідрофобне

За результатами рентгеноструктурного аналізу шляхом комп'ютерного моделювання побудовано реальні тривимірні моделі ДНК, рибосом, інформосом та нуклеїнових кислот вірусів.

Гістонові білки ДНК мають виражені основні властивості і відрізняються високим ступенем еволюційної консервативності. За співвідношенням двох базових амінокислот лізин/аргінін їх поділяють на 5 класів: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4

Нуклеотиди - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Нуклеотиди" 2017, 2018.