Nukleino rūgštys
5 (100%) 1 vote

Nukleino rūgštys

1. Nukleino rūgščių komponentų struktūra, sąvybės, cheminė sintezė.

· Nukleozidai

· Nukleotidai

· Oligonukleotidai

2. Nukleino rūgščių struktūra.

· DNR struktūra

· Pirminė DNR struktūra

· Antrinė DNR struktūra

· Tretinė DNR struktūra

· RNR struktūra

· Pirminė RNR struktūra

· Antrinė RNR struktūra

· Tretinė RNR struktūra

1. Nuklino rūgščių komponentų struktūra, savybės, cheminė sintezė

Nukleino rūgštys yra nepaprastai sudėtingos didelės molekulinės masės polimerinės molekulės. Jų yra dvejų tipų – dezoksiribonukleino rūgštys (DNR) ir ribonukleino rūgštys (RNR). Hidrolizuojant nukleino rūgštys neorganinėmis rūgštimis, susidaro visiškos hidrolizės produktai – heterociklinės bazės, monosacharidai ir fosforo rūgšties liekana. Svarbiausios hetero ciklinės bazės yra piramidinai ir purinai. Jos iš nukleino rūgščių hidrolizatų buvo išskirtos dar praeito amžiaus pabaigoje. Pirimidinais pirmasis pavadino vokiečių mokslininkas A. Koselis, o purinais – vokiečių mokslininkas E. Fišeris. Šie mokslininkai daug pasidarbavo pirimidinio ir purinio bazių struktūros tyrimo bei sintezės srityje. Nukleino rūgščių sudėtyje yra pagrindinės penkios heterociklinės bazės: urcilas, citozinas, timinas (pirimidinio bazės) ir adeninas, guaninas (purino bazės). Sutrumpintai uracilas žymimas Ura, citozinas – Cyt, timinas – Thy. Purinas sudarytas iš kondensuotų pirimidinio ir imidazolo žiedų. Sutrumpintai adeninas žymimas Ade, guaninas – Gua.

Paprastai DNR sudėtyje būna timinas, citozinas, adeninas ir guaninas, o RNR – vietoj timino – uracilas. Visos šios heterociklinės bazės labai paplitusios nukleino rūgštyse ir vadinamos pagrindinėmis heterociklinėmis bazėmis. Be šių bazių kai kuriose nukleino rūgštyse aptinkama truputis netipiškų heterociklinių bazių, kurio vadinamos minorinėmis. Daugiausia jų transportinėse RNR (tRNR). Iš viso tRNR rasta daugiau kaip 60 įvairių minorų.

Kadangi heterociklinės bazės turi keto grupių, galima jų sparti grįžtamoji izomerizacija, kuri vadinama tautomerija. Yra žinoma dvi galinčios virsti viena kita tautomerinės formos – laktaminė-laktiminė ir enamininė-ketiminė.

Heterociklinės bazės dažnai turi po dvi keto, arba amino ir keto grupes. Čia galimos kai kurios teorinės tautomerinės formos. Pvz., uracilas gali būti keturių tautomerinių formų.

Kokios tautomerinės formos heterociklinės bazės buvo tiriama UV, IR, BMR spektroskopija. Heterociklinės bazės, įeinančios į nukleino rūgščių sudėtį, buvo lyginamos su įvairiais alkilintais jų dariniais. Ištyrus nustatyta, kad ištirpintos heterociklinės bazės būna laktaminės ir enamininės formos.

RNR sudėtyje aptinkama D-ribozė, o DNR – D-2-dezoksiribozė.

Nukleino rūgštyse D-2-dezoksiribozė būna ciklinės furanozinės formos. Kai kurių DNR minorinis komponentas yra D-gliukozė, o RNR – 2-0-metil-D-ribozė.

Taigi į visų nukleino rūgščių sudėtį įeina trys pagrindiniai komponentai: heterociklinės bazės, monosacharidas bei fosforo rūgšties liekana.

Nukleozidai

Nukleino rūgščių sudėtyje yra du pagrindiniai nukleozidų tipai – ribonukleozidai (RNR) ir dezoksiribonukleozidai (DNR). Į RNR sudėtį įeina heterociklinė bazė ir D-ribozė, į DNR – heterociklinė bazė ir D-2-dezoksiribozė. Priklausomai nou heterociklinės bazės prigimties visi nukleozidai skirstomi į pirmidininius ir purininius. Nukleozidus galima išskirti iš nukleino rūgščių hidrolizatų arba susintetinti cheminiais metodais. Virinant RNR praskiestame amoniake arba vandeniniame piridino tirpale susidaro ribonukleozidai. Tarpiniai hidrolizės produktai – ribonukleotidai. Dezoksiribonukleozidai gaunami hidrolizavus DNR fermentais.dažnai naudojami gyvčių nuodai, kuriuose yra įvairių fosfodiesterazių ir fosfomonoesterazių.

Kai kurie nukleozidai būna laisvi ir juos galima išskirti ekstrakcija.

Iš nukleino rūgščių hidrolizatų nukleozidai paprastai išskiriami jonitinės chromatografijos metodais. Jie identifikuojami UV spektroskopijos, mas-spektrometrijos ir kitais metodais.



Norint nustatyti nežinomo nukleozido struktūrą reikia išsiaiškinti: heterociklinės bazėsir monosacharido prigimtį; heterociklinės bazės atomus, prie kurių jungiasi monosacharidas; monosacharido žiedo dydį; glikozidinio centro konfiguraciją.

Galutinai D-ribozės struktūra buvo įrodyta jos cheminės sintezės būdu. D-dezoksiribozė išskirta 1929 m. Ji labilesnė už D-ribozę, todėl išskirti ir įrodyti jos struktūrą buvo sunkiau. Kad galima būtų išaiškinti nukleozido heterociklines bazės ir monosacharido prigimtį, paprastai jis rūgštimi suskaidomas iki heterociklinės bazės ir monosacharido. Jie identifikuojami chromatografiniais ir spektrofotometriniais metodais. Sudėtingiau identifikuoti minorines heterociklines bazes, kurių struktūra būna labai sudėtinga. Todėl naudojami tobuliausi organinių junginių tyrimo metodai.

Heterociklinių bazių sudėtyje yra anglies, azoto ir deguonies. Monosacharidų labai reaktyvūs yra pirmas – glikozidinis anglies atomas. Todėl teoriškai tarp heterociklinių bazių ir monosacharido gali susidaryti C-C, C-O arba C-N jungtis. Ištyrus gamtinių
nukleozidų stabilumą vandeniniuose tirpaluose, nustatyta, kad jie skyla esant rūgščiai aplinkai. Taigi C-C jungties variantas netinka, nes žinoma, jog tokio tipo jungtys yra labai stabili. Kita vertus, buvo nustatyta, kad pirimidinių nukleozidų hidrolizei reikalingos gana griežtos sąlygos. Be to, žinoma, kad O-glikozidai labai labilūs. Taip paaiškėjo, kad gamtiniai nukleozidai yra N-glikozidai, t. y. monosacharidas jungiasi prie vieno iš heterociklinės bazės azotų.



Nukleino rūgštyse nedideliais kiekiais aptinkama netipiškų, modifikuotų, arba dar vadinamų minoriniais, nukleozidų. Tai nukleozidai, į kurių sudėtį įeina minorinės hetrociklinės bazės, kartais 2´-O-metilinta D- ribozė. Minorinių nukleozidų aptinkama DNR, rRNR, eukariotų iRNR. Ypač daug minorinių nukleozidų būna tRNR. Iš įvairių tRNR išskirta ir identifikuota per 60 minorinių nukleozidų. Dauguma jų turi modifikuotų heterociklinių bazių. Minoriniai nukleozidai susidaro veikiant fermentams tRNR arba jos pirmtakus. Labiausiai paplitę – pseudouridinas, dihidrouridinas, metilinti, supermodifikuoti nukleozidai ir kt.

Jei visi į nukleino rūgščių sudėtį įeinantys nukleozidai yra N-glikozidai, tai pseudouridinas yra vienintelis iš nukleino rūgščių išskirtas nukleozidas, kuriame monosacharidas jungiasi prie heterociklinės bazės prie jos anglies atomas (C-glikozidas). Pseudouridino struktūra buvo tyrinėjama net 10 metų.

Minorinių nukleozidų aptinkama ir DNR.

Kai kurių virusinių DNR sudėtyje vietoj dezoksiribozės būna nedaug D-gliukozės. Apskritai minorinių nuklozidų DNR gerokai mažiau negu RNR. Dar nepakankamai gerai žinomos minorinių nukleozidų funkcijos. Nustatyta, kad metilinti DNR komponentai yra reguliatoriniai signalai.

Nukleozidai, neįeinantys į nukleino rūgščių sudėtį: nebularinas, kordicepinas, tubercidinas, puromicinas.

Vienas iš faktorių, lemiančių nukleino rūgščių sąvybes, biologinį specifiškumą, yra į jų sudėtį įeinančių struktūrinių erdvinis išsigėstymas. Tokie struktūriniai nukleino rūgščių elementai yra nukleozidai. Hetrociklinėms bazėms būdinga aromatinė sistema, todėl jų struktūra plokščia. Nukleozidų monosacharidai yra voko formos, kurioje ir atomai per 0,05 nm būna išsikišę į vieną arba kitą pentozės plokštumos pusę.



Nukleozidai – tai baltos, kristalinės, blogai tirpstančios vandenyje medžiagos. Nukleozidų sudėtyje yra monosacharidų, todėl jie – optiškai aktyvūs junginiai. Nukleozidų hetero ciklinės bazės lemia jų gebėjimą sugerti ultravioletinius spindulius. Rūgštinėje aplinkoje nukleozidų heterociklinės bazės protonizuojasi.

Visas chemines nukleozidų reakcijas galima suskirstyti į tris grupes: 1) kai reguoja nukleozidų hetero ciklinės bazės; 2) monosacharidai; 3) heterociklinės bazės bei monosacharidai tarpusavyje.

Nukleotidai

Nukleotidai yra nukleozidų fosfatai. Iš jų sudarytos nukleino rūgštys, tad nukleotidai paprastai gaunami jas hidrolizuojant. RNR hidrolizuojant šarmais gaunama nukleozid-2´-fosfatų ir 3´-fosfatų mišinys. Paveikus DNR arba RNR įvairiais fermentais, susidaro ir nukleozit-5´-fosfatų. Nukleino rūgščių hidrolizės produktai rodo, kad fosforo rūgšties liekana nukleotiduose gali jungtis prie nukleozidų 2´-hidroksilo, 3´hidroksilo arba 5´-hidroksilogrupių.

Jei fosforo rūgšties liekana jungiasi prie ribonukleozidų, turime ribonukleotidus, jei prie dezoksiridonukleozidų – dezoksiribonukleotidus. Pirmieji yra RNR monomerai, antrieji – DNR monomerai. Jei fosforo rūgštes liekana jungiasi prie adenozino 5´-hidroksilogrupės – turime uridin-2´-fosfatą, jei prie deksitimino 3´-hidroksilo grupės – dezoksitimin-3´-fosfatą.

Minorinių nukleozidų fosfatai vadinami minoriniais nukleotidais.

Nukleotidai įeina ne tik į nukleino rūgščių, bet ir į nukleotidinių kofermentų nikotinamidadenindinukleotido (NAD+). Jo fosforilinto analogo NADP+, flavinadenindinukleotido (FAD), kofermento A (CoA)ir kt. sudėtį. Organizme būna ir laisvų nukleotidų. Nukleotidais vadinami ir nukleozid-5´-difosfatai ir trifosfatai. Šie nukleozid-5´-trifosfatai (ATP).nukleozit-5´-trifosfatai yra nukleino rūgščių biosintezės substratai.



Nukleotidų heterociklinių bazių bei monosacharidų cheminės savybės analogiškos nukleozidų sudėtinių dalių savybėms. Nukleotidų ir nukleozidų cheminių savybių skirtumą lemia nukleotidų fosforo rūgšties liekana.



Anksčiau nukleotidų sintezė buvo labai svarbi nukleino rūgščių chemijos sritis, nes šiuo būdu buvo galutinai patvirtinta gamtinių nukleotidų struktūra. Dabar pagrindiniai nukleotidai išskiriami iš DNR ir RNR hidrolizatų. Cheminiais metodais sintetinami minoriniai bei įvairūs negamtiniai nukleotidai.

Nukleotidų sintezė – tai nukleozidų hidroksilo grupių fosforilinimas. Kadangi nukleozidai turi keletą funkcinių grupių, tai pirmiausia reikia blokuoti tas grupes, kurių nereikia fosforilinti. Paprastai nukleozidų funkcinės grupės blokuojamos alkilinimo ir acilinimo reakcijomis.

Oligonukleotidai

Oligonukleotidai yra sudėtingi organiniai junginiai, sudaryti iš kelių ar keliasdešimt mononukleotidų. Taigi mononukleotidai yra ologonukleotidų monomerai. Oligonukleotidai, sudaryti iš dezoksiribonukleotidų, vadinami
is, o iš ribonukleotidų – oligoribonukleotidais. Biologiniu požiūriu yra svarbūs oligonukleotidai, kurių monomerai susijungę taip, kaip ir nukleino rūgščių monomerai. Tai nepaprastai svarbi organinių junginių grupė,nes jos struktūra panaši į nukleino rūgščių. Sintetiniai oligonukleotidai buvo pritaikyti kryptingoms DNR mutacijoms gauti, jie plačiai naudojami baltymų biosintezei mechanizmui tirti, genams išskirsti, kai kurioms genetinėms ligoms aptikti ir kt.



Sintetinami kai kurių nesudėtingų baltymų genai ir paprasčiausios nukleino rūgštys. Norint susintetinti oligonukleotidus reikia: blokuoti funkcines grupes, kurios nedalyvauja susidarant tarpnukleotidinei jungčiai; aktyvuoti fosforo rūgšties liekaną; iš dalies ar visiškai pašalinti blokuotes; išskirti produktą ir įrodyti jo struktūrą. Yra du pagrindiniai tarpnukleotidinės jungties formavimo būdai: fosfodiesterinis ir fosfotriesterinis.

G. Korana pirmasis chemiškai susintetintiems oligodezoksiribonukleotidams jungti panaudojo DNR ligazę ir pasiūlė genų sintezės strategiją. Šios strategijos pagrindiniai principai tokie: cheminiu būdu susintetinami oligodezoksiribonukleotidai, kurių minimalus ilgis 8 – 10 nukleotidų. Vieno iš oligonukleotidų 5´-hidroksilo grupę fosforilina fermentas polinukleotidkinezė ir ATP.



Šiuo metu Jūs matote 34% šio straipsnio.
Matomi 1611 žodžiai iš 4771 žodžių.
Peržiūrėkite iki 100 straipsnių per 24 val. Pasirinkite apmokėjimo būdą:
El. bankininkyste - 1,45 Eur.
Įveskite savo el. paštą (juo išsiųsime atrakinimo kodą) ir spauskite Tęsti.
SMS žinute - 2,90 Eur.
Siųskite sms numeriu 1337 su tekstu INFO MEDIA ir įveskite gautą atrakinimo kodą.
Turite atrakinimo kodą?
Po mokėjimo iškart gausite atrakinimo kodą, kurį įveskite į laukelį žemiau:
Kodas suteikia galimybę atrakinti iki 100 straispnių svetainėje ir galioja 24 val.