Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (Р. Марри - Биохимия человека в 2-х томах)

Марри Р. Греннер Д. Мейес П. Родузлл 8. БИОХИМИЙ ЧЕЛОВЕКА 8 2-х томах Том 2 Перевод с английского канд. биол. наук М.Д. Гроздовой, канд. биол. наук Р. Б. Капнер, канд. хим. наук А.Л. Остермана, канд. биол. наук А. С. Серпинской и Л. Г. Тер-Саркисян под редакцией д-ра хим. наук Л. М. Гинодмана и д-ра мед. наук В. И. Кандрора МОСКВА «МИР>> 1993 ББК 20.070 Б63 УДК 577.2 Настоящий учебник биологической и медицинской химии н молекулярной биологии широко известен в мире и переведен на многие языки, Авторы 21-го, переработанного издания — ученые из США, Великобритании и Канады.

Благодаря знциклопедической полноте и четкости изложения книга может служить справочным пособием. На русском языке учебник выходит в 2-х томах. Во втором томе рассматриваются следующие темы. нуклеиновые кислоты и регуляция зкспрессни генов, биохимия внутри- и межклеточных коммуникаций, специальные вопросы (питание, свертывание крови, рак, онкогены и факторы роста и др,), Для биохимиков. клинических биохимиков, студентов и аспирантов биологов и медиков.

1916060066 — 216 041(61) 93 8™91 ББК 20.076 Редакция литературы по биологии ф 1936 Ьу Арр1е1оп й Ьапйе, а РцЫ(зЫпй 01уЫоп о( Ртепйсс Най ф перевод на русский язык, коллектив переводчиков, 1993 1ЯВХ 54)34161775-5 (русск.) 1$В1ч' 5-03-001773-9 ЬВ1ч 6-6365-3646-4 (англ.) Авторы: Марри Р., Греинер Д., Мейес П.„Родуэлл В. Б63 Биохимии человека: В 2-х томах. Т. 2. Пер. с англ.:— М.: Мир, 1993.— 415 с., ил, ЬВМ 5-03-О01775-5 Раздел 1У Структура, функции и репликации информационных макромолекул Глава 34 Нуклеотиды Виктор Родуэлл ВВЕДЕНИЕ СТРУКТУРА ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Главные основании Пщ~имидин пурин Нуклеотиды принимают участие во множестве биохимических процессов.

Пожалуй, наиболее известна роль пуриновых и пиримидиновых нуклеотндов в качестве мономеров-предшественников при биосннтезе РНК и ДНК. Помимо этого пуриновые рибонуклеотнды выполняют функции универсальных источников энергии (например, АТР), регуляторных сигналов (сАМР, сОМР), входят в состав коферментов (РАО, ХА13, тчАВР) и служат переносчиками метильных групп (Б-аденозилметнонин); пиримидиновые нуклеотиды функционируют в качестве макроэргическнх интермедиатов в углеводном обмене (ШЭР-глюкоза, Ш)Р-галактоза) и в синтезе лнпидов (СОР-ацилглнцерол).

Гетероциклические основания (пурины и пиримидины) являются исходными структурными элементами молекул нуклеозидов и нуклеотидов. Нуклеотиды присутствуют во всех без исключения живых клетках, выполняя целый ряд ключевых функций. В их числе построение нуклеиновых кислот из рибозо- н дезоксирибозонуклеозидмонофосфатных звеньев (РНК и ДНК соответственно); перенос энергии (АТР); образование коферментов (АМР), участие в роли акцепторов в окислительном фосфорилированни (АРР), а также в качестве аллостерических регуляторов активности ряда ферментов и «вторичных посредников» (сАМР и сОМР). Синтетические аналоги природных нуклеотидов, способные замещать их в структуре нуклеиновых кислот и оказывать ингибирующее действие на синтез РНК и ДНК, находят применение в химиотерапии рака.

Для подавления роста опухолевых клеток нлн определенных вирусов испол1.зуют 5-фторурацил, 5'-ио- до-2-дезоксиуриднн, б-тиогуанин, б-меркаптопурин„ б-азауридин и арабинозилцнтозин. Аллопуринол †анал пурнна †весь эффективен при лечении подагры. Пурнновые и пиримидиновые основания, входящие в состав нуклеотндов, представляют собой замещенные производные пурина н пнримидина (рнс. 34.1). Положения атомов в ароматическом кольце пронумерованы в соответствии с принятой номенклатурой. Обратите внимание на то, что нумерация в пуриновом и пиримиднновом кольцах ведется в противоположных направлениях, при этом атом углерода под номером 5 в обеих молекулах находится в одном и том же положении.

Сопряжение кэлсктронных облаков обусловливает плоскую структуру пуриновых н пиримидиновых оснований. Значение этого явления обсуждается в гл. 37. Главные пнримидиновые основания и у прокариот, и у эукариот — это цвтозин, тамии и увацал н н С с Фа с» ъ ~~ь й~ " 5СН 1 ~~ 'СН НС', с НСа асН ~„г~~ г ~~1 н н Рнс. 34 1. Структура пурина и пиримидина.

Атомы пронумерованы согласно международной системе. Глава 34 мн, мн, мн, сн,он сн, н Цитозин 12-окси-4-зминопиримидмн) 6-Гидрокс и метил цитозин 6-Метипцмтозин 0 0 сн, НМ Н О Н тимин 12,4-дно кои-в- матнппиримидин) Урацмп 12,4-диоксипирмммдин) 0 М М)Н1 Таутомерия Аденмн (6-зминопурин) Гувнмн 12-амико-6-оксипурмн) О СН, ! Н Н Ксвнтмн 12,6.диоксииурин) Гипоксвнтмн 16 оксипурмн) Рис. 34.2. Три главных пиримидиновых основания, входящие в состав нуклеотидов.

(рнс. 34.2). Из пуриновых оснований чаще всего встречаются аденнн и гуанвн. Два других — ксаитяи и гипокеантин — являются интермедиатами в процессах их метаболизма (рнс. 34.3). У человека в роли конечного продукта катаболизма пуринов выступает окисленное пуриновое основание — мочевая кислота (гл. 35).

Помимо пяти названных выше главных оснований известны и менее широко представленные минорные основания. Некоторые из них присутствуют только в нуклеиновых кислотах бактерий и вирусов, но многие также найдены в составе про- и эукарнотических ДНК и транспортных РНК. Так, и бакте- Рис. 34.3. Главные пуриновые основания, входящие в со- став нуклеотидов. о~" и о м н н Рис. 34.4. Структура двух необычных природных пирими- диновых оснований.

риальная ДНК, и ДНК человека содержат значительные количества 5-метилцитозина; в бактериофагах обнаружен 5-гидроксиметилцитозин (рис. 34.4). Необычные основания выявлены в матричной РНК— Х'-метиладенин, Х', У-диметиладенин и Хт-метнлгуанин (рис. 34.5). У бактерий также обнаружен модифицированный урацил с присоединенной по Х;положению (а-амино, и-карбокси)- пропильной группой. Функции этих замешенных пуринов и пиримидинов до конца не выяснены. В клетках растений выявлена серия пуриновых оснований с метильными заместителями (рис.

34.б). Многие из них фармакологически активны. В качестве примера можно привести кофейные зерна, содержащие кофеин (1, 3, 7-триметилксантин), чайный лист, содержащий теофиллин (1, 3-диметилксантин), и какао-бобы, в состав которых входит теобромин (3, 7-диметилксантнн). Биологические свойства этих веществ описаны в гл. 35 при обсуждении метаболизма циклических нуклеотидов. ФИЗИКО«ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПУРИНОВЫХ И ПИРИМИДИНОВЫХ ОСНОВАНИЙ Благодаря феномену кето-енольной таутомерии нуклеотиды могут существовать либо в лактимной, либо в лактамной формах (рис.

34.7), причем в физиологических условиях лактамная форма превалирует у гуанина и тимина. Важность этого обстоятельства станет ясна при обсуждении процессов спаривания оснований и мутагенеза в гл. 38 н 40. нс сн М М;Мз- Диметмпвденин М'- Метипгуенмн Рис. 34.5. Структуры двух необычных природных пуриновых оснований. Оуклеотлиды О СН, ! н,с М сн нс М Таофиллин (1,3-диметилкеантин) сн О СНз сн мн « О Растворимость Цитозин (пактам) Цитозин (лактим) НО Тимин (лактам) Тимин (лактим) МН Мнт НМ Аданин (пактам) Аданин (лактим) Гуанин (лактим) Гуанин !пактам) КоФеин (1,3,7-триматил ксан тин) О М М НМ Теобромин (3,7-диметилкеантин) О М М ( Рае.

34.6. Структура некоторых метилксантинов, часто встречающихся в пищевых продуктах. При нейтральном рН наименьшей растворимостью обладает гуанин. Следующим в этом ряду стоит ксантин. Мочевая кислота в форме уратов сравнительно неплохо растворяется при нейтральном рН, но очень плохо растворима в жидкостях с более низкими значениями рН, таких, как моча. Гуанин в моче человека в норме отсутствует, а ксантин и мочевая кислота являются ее обычными компонентами.

Последние два пурина часто входят в состав камней мочевого тракта. НУКЛЕОЗИДЫ И НУКЛЕОТИДЫ Свободные основания значительно менее распространены в природе, чем соответствующие нуклеозиды и нуклеотиды. Молекулы иуклевзидов (рис. 34.8) построены из пуринового или пнримидинового основания, к которому )3-связью присоединен угйевод (обычно Р-рибоза или 2-дезоксирибоза) в Х, или Х,- положении соответственно. Таким образом, адениновый рибонуклеозид (адеиозии) состоит из аденина и Р-рибозы, присоединенной в положении М„гуанозвн — из гуанина и Р-рибозы в положении М,; цитидии — нз цнтознна и рибозы в положении Х„. уридии — из урацила и рибозы в положении Х,.

В состав 2'-дезоксирибонуклеозидов входят пури- новые нли пиримидиновые основания и 2'- дезоксирибоза, присоединенная по тем же атомам Х, и Х, Присоединение рибозы или 2'-дезоксирибозы к кольцевой структуре основания происходит за счет относительно кнслотолабильной Х-гликозидной связи. Теоретическиостатоксахара ипуриновое(илн пиримндиновое) основание способны свободно вращаться вокруг оси гликозидной связи, однако в действительности существуют стерические препятствия этому. Конформация аюни значительно более предпочтительна для природных нуклеозидов нежели сил (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 комплементацни пуриновых и пиримиднновых оснований в двухцепочечной молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты В-формы. (Поскольку Р- рибоза изображена в общепринятом виде на большинстве рисунков этой н других глав, пуриновые и пиримиднновые нуклеозиды и нуклеотиды показаны в менее предпочтительной сии-конформации.) О Он сн сн О ОН > "3. ) НМ М М Н,М М М н н Рис. 34.7. Структура таутомеров питозина.

тимина. адени- на и гуанина с указанием преобладаюп(их форм. н,н но но но Рве. 34.8. Структура рибонуклеоэндов. кн, но Антм- Смн он он он он Рис. 34.9. Структура син- и анти-конфигураций аденозина. мн, нн, Рис. 34Л6. Структура адениловой кислоты (АМР) (слева) и 2-дезоксиадениловой кислоты (оАМР) (слрава). он он Аввноэин *-ог' о он он Цмтмдмн он он Гуанозмн он он Уридин О О '-О,Р ОН Н Рае.

34Л1. Структура урнднловой кислоты (1)МР) (слева) н тнмнднловой кислоты (ТМР) (справа). нн1 нн ~О ОР НО Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов О Он 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'- Дезокснаденозинмонофосфат ИАМР или дезоксиаденилат) представляет собой молекулу, состоящую из аденина, 2'-дезоксирибозы и фосфата. Обычно к урацилу присоединена рибоза, к тимину— 2'-дезоксирибоза.