Organicheskaya_khimia_Uchebn_v_2-kh_t_T_2_Traven (1125751), страница 74
Текст из файла (страница 74)
Авторы назвали разработанный ими метод вычислительньгхс микроскопом. Метод уникален, поскольку, несмотря на то, что попытки фрагментарного анализа сложных макромолекул неоднократно предпринимались и ранее, столь совершенные результаты получены впервые. Он перспективен для дизайна лекарств, в том числе для оценок электростатических взаимодействий между молекулой лекарства и связывающим участком соответствующего рецептора. Конечно, расчеты электронной плотности неразрывно связаны с оценкой структурных параметров биологических субстратов.
Например, как уже отмечалось, белки способны выполнять свои биологические функции только тогда, когда цепь аминокислот, включенных в молекулу белка, свернута в компактную трехмерную структуру. Многие годы химики пытаются установить причины, по которым молекулы белков складываются тем или иным образом, однако полного понимания этих причин еще не достигли. Это объясняется тем, что экспериментальные методы (рентгеноструктурный 532 Глава 27 Лминокислоты, пептилы и белки (протеины) анализ и спектроскопия ЯМР) или оказываются чрезмерно трудоемкими (решение некоторых структурных задач требует нескольких месяцев или даже лет), или пригодны только для сравнительно простых белков.
Применение вычислительных методов длительное время также не давало существенно лучших результатов даже и после установления того фундаментального факта, что процессы формирования белков являются обратимыми. Постулат о том, что собственно последовательность аминокислот в белке лежит в основе определения его пространственной структуры, а результирующая конформация белка в целом должна соответствовать минимуму свободной потенциальной энергии, не облегчил в заметной мере вычислительную задачу. Неизмеримые трудности состоят в том, что вследствие огромных размеров молекул белков имеется астрономически большое число их возможных конформаций.
Поэтому потребовались бы многие годы компьютерного времени, чтобы сравнить их энергии. Решение вычислительной задачи стало возможным с разработкой программы 1 1М)5. Эта программа основана на гипотезе «иерархической конденсациих«Согласно этой гипотезе„соседние участки цепи белка взаимодействуют во время ее складывания и образуют локальные фрагменты, которые затем ассоциируют в более крупные структуры. Процесс продолжается в иттерационном режиме до формирования конечной третичной структуры. Фундаментальное отличие программы 1 11и1)б от предшествующих программ заключается в том, что, согласно гипотезе «иерархической конденсации», «сложенный» белок необязательно достигает состояния глобального минимума энергии (самое низкое из возможных состояний энергии), а оказывается в состоянии локального минимума (самое низкое из достижимых состояний энергии).
Применение указанной программы позволяет объективно предсказывать и вторичную, и третичную структуру белка. Необходимость этой главы при изучении основных групп биологически активных соединений определяется исключительной важностью нуклеиновых кислот для живых организмов. Нуклеиновые кислоты ответственны за хранение и воспроизведение генетической информации во всех живых системах.
Известны нуклеиновые кислоты двух типов: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Функция РНК состоит в том, чтобы «запустить в работу» информацию, которая хранится в ДНК. До того как были расшифрованы загадки строения и функционирования нуклеиновых кислот, проблемы воспроизведения живых организмов н передачи наследственных признаков в живых организмах биологическая наука связывала с понятиями «хромосома» и «ген».
Термин «хромосома» означал такую структурную единицу в ядре клетки, которая являлась носителем наследственной информации. Под термином «ген» понимали часть «хромосомы», которая контролирует передачу отдельных характерных наследственных признаков: цвет глаз, цвет волос и т. д. В настоящее время термин «хромосома» относят к комплексу белка и молекулы ДНК. Термином «ген» определяют фрагмент ДНК, который направляет синтез индивидуальных полипептидов.
Различные живые организмы различаются числом хромосом и генов: лошадь имеет 64 хромосомы (32 лары), кошка — 38 хромосом, а человек — 46 хромосом (23 пары). Полагают, что в 23 парах хромосом человека содержится 100 ООО генов, 28.1. СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ Подобно белкам и углеводам, нуклеиновые кислоты представляют собой специфическую группу органических полимеров. Нуклеиновые кислоты являются лолиоуклеоюлидани. Чтобы понять, как построены эти полимеры, рассмотрим строение индивидуального нуклеотида.
Каждый нуклеотид содержит три фрагмента: пятичленный цикл моносахарида (сахара), циклическое азотистое основание и фосфатную группу ОРОззо, например: 534 Раааа гв'. Нуклеиновые кислоты Мнг О фосфатнав группа циклическое азотистое основание моносахарид (дезоксирибоза) ДНК и РНК различаются типами сахара и основания в полинуклеотидных цепях. 28.1.1. Моносахарид В РНК в качестве моносахарида содержится рибоза.
В ДНК в качестве моносахарида содержится 2-дезоксирибоза (что и определяет, в свою очередь, термин «дезоксирибонуклеиновая кислота»). 5 НОН2 О ОН 4 1 г ОН ОН 2-дезокси-П-рибоза 2)-рибоза пиримидин ! цитозин(С) ~содержится и в ДНК, и в РНК) Н 1 Н урацил Щ (содержится в РНК) тимин (Т) )содержится в ДНК) 28.1.2. Циклическое азотистое основание В составе нуклеиновых кислот содержатся пять гетероциклических оснований, Три из них — цитозин, тимин, урацил — относят к производным пиримидина: 535 28Л, Строение нуклеиновых кислот а два — аденин и гуанин — к производным пурина: Н аленин(А) Н суанин (О) пурин содержатся и в ДНК, и в РНК 28.1.3. Нуклеозиды Рибоза или дезоксирибоза и одно из перечисленных выше оснований дают молекулу нуклеозиди.
Остатки моносахарида и циклического азотистого основания соединяются связью между М-атомом основания и аномерным С-атомом моносахарида. Остаток циклического азотистого основания в структуре нуклеозида выступает таким образом в роли агликони (подробнее об агликонах см, в разд. 26.1.3). О ОН ОН рябова Н урадил НОН,С О Н О 4' г + Н2О. т 2' ОН ОН уридин В скобках даны буквы английского алфавита: С вЂ” су1ояпе, Т вЂ” 1)тупице, 1) — ппс)(пе, А — ас)еп1пе, Π— япап(пе.
Аденин, гуанин и цитозин присутствуют и в ДНК, и в РНК; тимин — только в ДНК, урацил — только в РНК. 536 Глввв 2К Нуклеиновые кислоты Обратите внимание? Названия нуклеозидов образуют следующим образом: с окончанием -изин, если моносахарид связан с пуриновым основанием, и с окончанием -адин, если моносахарид связан с пиримидиновым основанием.
28.1.4. Нуклеотиды Монофосфаты нуклеозидов называют нуклеотидами. 0 б нΠ— Р— Π— Н,С О о ОН дезоксирибонуклеозид дезоксирибонуклеотид Ниже даны примеры образования названий нуклеотидов. ОН ОН ОН аденозин-5кмонофосфат (рибонуклеонзид) дезоксицитидин- 5вмонофосфат (дезоксирибонуклеослид) Каждый из нуклеотидов может присоединять дополнительные фосфатные группы с образованием дифосфатов и трифосфатов. Образующиеся при этом структуры имеют важнейшее значение в жизнедеятельности живых организмов. Как ранее уже отмечалось, роль аденозиннзрифосфанза (АТФ) в биоэнергетическом цикле заключается в том, что при трансформации аденозинтрифосфата в аденозиндифосфат (АДФ) высвобождается биохимическая энергия. 2 О Я он ХН2 Х 'ОзР О НС О ?? е и 3' ?з? Н ос о и~с~о 28.!. Строение нуклеиноамх кислот 28.1.5.
Нуклеииовые кислоты В структурном отношении нуклеиновые кислоты являются полимерами нуклеотидов.Фрагменты нуклеотидов соединены в нуклеиновых кислотах фосфатно-эфирными связями. Такие связи образуются между гидроксилом при атоме С, одного нуклеотида и фосфатной группой при атоме С, другого нуклеотида.
Ниже показано, как формируется структура динуклеотида. 0 П 5' иΠ— Р— 0 — Н С Я 2 О Оо 3' мононуклеотид 1 мононуклеотид 2 г иΠ— Р— 0 — Н2С Ое ОН динуклеотид (5кконцевая груляа! фосфат ! сахар в основание фосфат сахар — основание фосфат (Зсконггевая груяна! сахар — основание Аналогично формируется молекула тринуклеотида и далее — полинуклеотида. 538 Главе 2е. Нуклеиновые кислоты Аналогично тому, как структура и функция белка зависят от последовательности аминокислот, строение и функция нуклеиновой кислоты зависят от последовательности отдельных нуклеотидов.
Следует обратить внимание, что скелеты и белков, и нуклеиновых кислот состоят из систематически повторяющихся звеньев. о1 О оз О оз О ое О ! 1~ ! П ! б Белок ткхтН вЂ” СН вЂ” С ХН СН вЂ” С МН вЂ” СН С ХН СН вЂ” С основание, основание основаниез Нукленноваи ! кислота — фосфат — сахар — фосфат — сахар — фосфат — сахар— Переменными являются боковые цели аминокислот в белках и основания в нуклеиновых кислотах. В соответствии с этим структуру нуклеиновой кислоты, как правило, представляют, лишь указывая последовательность оснований, присутствующих в связанных между собой нуклеотидах, например: — Т-А-Π— Π— С-Т вЂ . 28.1.6.
Двойные спирали ДНК. Модель Уотсона-Крика Молекула ДНК состоит из двух спиралей, закрученных одна относительно другой в противоположных направлениях. Следует уточнить структуру этих спиралей. Речь идет о полинуклеотидных спиралях, поскольку фосфатные и углеводные фрагменты располагаются снаружи двойной спирали. Гетероциклические основания, формирующие собственно спираль, располагаются внутри, Н-Связывание между фрагментами оснований обеспечивает устойчивость двойной спирали.
При этом Н-связи являются достаточно прочными лишь между определенными парами оснований, А — Т:ЕА — ( э' -о::;с — ( (~ 539 Соответствующие пары оснований называются комплементарными: если основание А находится в одной цепи, то основание Т должно оказаться по соседству в другой цепи. Аналогично, если основание С находится в одной цепи, то фрагмент основания О должен находиться по соседству в другой цепи. 0,29 нм Н Н 0,29 нм 0,29 нм В ДНК человека встречаются лишь четыре основания: аденин, цитозин, гуанин и тимин. Будучи расположены по английскому алфавиту, эти осно- вания могут образовывать пары только как показано ниже, Т тимин А аленин цитозин гуанин Оказалось, что эти правила комплементарности азотистых оснований в нуклеиновых кислотах лежат в основе передачи генетической информации и управления синтезом белков. Авторами модели двойной спирали являются Дж.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
