Р. Моррисон, Р. Бойд - Органическая химия (1125875), страница 233
Текст из файла (страница 233)
веденная ниже картина находится в соответствии как с химическими данными. так и с результатами рентгеноструктурного анализа. Две полинуклеотидиые цепи, идентичные, но ориентированные в противоположном направлении, закручены друг относительно друга в двойную спираль, имеющую диаметр 18 А (1,8 нм) (схематнчески показана на рнс. 37.8).
Обе спирали являются правыми и содержат по 1О нуклеотидов на один виток. 87 ~ члиикокислоуы и белки 1ОбЗ Н (; ! ааааа еле ! ! ! н ! ! Н елене еаеафа О ОН гнк Н днк Рнс. 37.3. Деаокснрнбонукленновая 1ДНК) н рибонуклеиновая (РНК) кислоты. аделеаак -(Х ОН Рнс. 37.6. Нуклеоунд: аденнновое звено РНК. В Лааиом случае яувлеовяном является аденовин, а тетероциклическин ОснеианнеМ вЂ” аденин. В ДНК две спирали связаны друг с другом через определенные ннтервалы прн помощи водородных связей. Изучение молекулярных моделей показало, что водородные связи могут образоваться лишь между аденнном н тимином н между гуаннном н пнтознном; водородные связн между другнмн парами основаннй не позволят нм разместиться в структуре двойной спирали.
В соответствнн с этим представлением отношения аденнн: тимин н гуаннн: пнтознн равны 1:1, Гораздо менее научена структура РНК, хотя н в этом случае также предполагается спнральная структура. До снх пор мы обсуждали лишь одну составную часть нуклеопротеннов— нукленновую кислоту. Имеются данные, согласно которым в одном нз нуклео- Аминокислоты и белки ~ 87 1064 фо» ") ) Д ааеннн цнвнсвн ф ф а-ажюнлвнтюнн вцаннн Рис.
3?,7, Гетеродиклические основания ЛНК н РНК Рис. 37.8. Схематическое ивображеиие двойной спирали, предложенной для ГсНК. Оае спирала являются оравжнн н направлены в протнвоположнон неправленнн; содержат по 1О ана ноннслотнма остатков на виток. Водородные свяев вежде спнравянн. протеинов (встречающемся в сперме рыбы) полиаргинииовая цепочка лежит в одной из полостей двойной спирали, удерживаемая электростатическими силами между отрицательно заряженными фосфатными группами полинуклеотида (которые направлены наружу от спирали) н положительно заряженными гуанидиновыми группами аргининового остатка. 37Л8.
Химия и наследственность. генетический код Каким же образом связана структура нуклеиновых кислот с их функциями в наследственности? Нуклеиновые кислоты контролируют наследование свойств на молекулярном уровни. Двойная спираль ДНК является хранилищем наследственной информации организма. Информация записана в виде последовательности оснований в полинуклеотидной пепи; это сообщение, написанное при помощи алфавита, состоящего из четырех букв — А„Г, Т и Ц (аденин, гуаннн, тимин и цитознн). ДНК должна не только сохранять информацию, но и использовать ее. Эти функции обеспечиваются следующими ее свойствами: а) молекулы ДНК обладают способностью к дупликации, т.
е. могут обеспечить возможность синтеза других молекул ДНК, идентичных исходным; б) молекулы ДНК могут направлять совершенно точным и определенным образом синтез белков, специфичных для данного вида. Рассмотрим сначала вопрос о саморепликации. Последовательность оснований в одной из цепей двойной спирали контролирует последовательность в другой цепи. Эти две цепи так же точно подогнаны друг к другу, как рука и перчатка (сравнение Ф.
Крика). После того как онн разделятся, вокруг руки ивырастает» новая перчатка, а внутри перчатки «вырастает» новая рука. Таким образом сохраняется и передается новому поколению исходная структура. Далее рассмотрим вопрос регулирования синтеза белков. Принимается, что данная последовательность оснований в полинуклеотидной цепи опреде- 37 ~ Аминокислоты и белки 1065 ляет последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи.
Молекулу белка можно уподобить длинному предложению, написанному при помощи алфавита, состоящего из 20 букв — двадцати различных аминокислотных остатков. Но наследственная информация записана при помощи алфавита, состоящего из четырех букв, причем она записана в виде кода, в котором каждое слово состоит из трех букв и, по-видимому, соответствует определенной аминокислоте. Интенсивные исследования были направлены не только на разгадку кода, но и на выяснение механизма передачи информации. Молекула ДНК служит матрицей для синтеза молекул РНК. Предполагается, что двойная спираль ДНК частично раскручивается и на отдельных ее цепях образуются цепи РНК. Этот процесс напоминает, таким образом, саморепликацию ДНК с той разницей, что эти новые цепи содержат рибозу вместо дезоксирибозы. Последовательность оснований в цепи РНК отлична от их последовательности в цепи ДНК, но она полностью определяется последней: там, где в цепи ДНК находится аденин, в цепи РНК стоит урацил; против гуанина — цитозин; против тимина — аденин; против цитозина — гуании.
Таким образом, последовательность ААТЦАГТТ в ДНК превращается в последовательность УУАГУЦАА в РНК. Один из видов РНК, так называемая РНК-посредник, или информпционная РОК„переносит информацию на рибосому, где собственно и происходит синтез белка. В рибосому к информационной РНК поступает набор транспортных РНК, каждая из которых связана с определенной аминокислотой (о последовательности оснований в одной из этих 20 транспортных РНК, а именно об РНК, переносящей алании, и шла речь на стр. 1062). Порядок поступления молекул транспортной РНК в рибосому, а следовательно, и последовательность включения аминокислотных остатков в белковую цепь зависит от последовательности оснований в цепи информационной РНК. Так, ГУА является кодовым «слоном» для аспарагиновой кислоты, УУУ вЂ” для фенилаланина, УГУ вЂ” для валина.
Существует 64 трехбуквенных «слова» (64 кодона) и лишь двадцать аминокислот, и поэтому одной и той же аминокислоте могут соответствовать несколько кодонов: для аспарагина — АЦА и АУА, для глутаминовой кислоты — ГАА и АГУ. Отличие в единственном основании в молекуле ДНК или единичная ошибка в считывании кода вызывает изменение в последовательности аминокислотных остатков. Тот микроскопический дефект в молекуле гемоглобина, который является причиной серповидноклеточной анемии (стр. 1065), был прослежен до единичного гена — участка цепи ДНК, в котором, по-видимому, произошла замена кодона ТЦА на АЦА.
Имеются данные в пользу того, что антибиотики способны, изменяя рибосому, вызывать ошибки в считывании кода, которые могут привести к гибели организма. Таким образом, структура нуклеиновой кислоты определяет структуру молекулы белка. Структура молекулы белка определяет вид и способ его влияния на процессы жизнедеятельности. Иными словами, все более вскрывается та определяющая роль, которую играет в биологии форма и размер молекул.
В начале этой книги мы отметили, что теория строения составляет основу органической химии. Можно высиазать еще более категоричное утверждение: теория строения является основой для понимания сущности явления жизни. ЗАЛА ЧИ и Укажите все стадии в синтезе феиилвлвнинв из толуолз и любых необходимых елифв- тнческих н неорганических реагентов при помощи следующих методов: Аминонислотвв и белки ~ 37 а) прямого аммонолнза, г) фтзлимндомалонового метода, б) синтеза Габриэля, д) синтеза Штреккера, в) синтеза при помощи малонового е) восстановительного аминироваэфира, ния.
2, а) Напишите структурные формулы всех промежуточных соединений в следующем син- тезе пролина: фталнмид калия + броммалоновый эфир †-в А, оннвомв А + Вг(СНн)вВг — — в Б(СввНнвОвХВг)в Б + ацетат калия — н В(СввНнвОвХ). В + НаОН, нагревание; затем Н+, нагревание — в Г(СвНгвОвН), Г + НС( н [Д(СвНгвОвХС1)) ° пролин б) Приведите возможную схему синтеза лизина с помощью фталнмидомалонавога метода. 3. Напишите структурные формулы всех промежуточных соединений в следующих син- тезах аминокислот: рванина Мнявв4$я а) этилвнетамидомалонат [СНвСОННСН(СООСнНв)в) + акролеин — ь А(С,яН ОвЩ, А+ КС!(+ уксусная кислота — + Б(С„вНввОвНв), Б+ кислота+ нагреванне — + В(С,вНвнО,Нв). В + Н„катализатор, в уксусном ангидриде — н [Г(С,вНМОвНв)[.
уксуснвив внгнхрнл à — -в Д(С Н О К~), Д+ ОН, нагревание; затем Й+; загем нагреввние (и)-лизин; звиимн ьимвявя б) вкрилоннтрнл + этилмэлоиат — в Е(С,вН вОвН), Е + Нв, катализатор — + [)К(С,вНгвОвН)[ — и 3(С )(ввОв?)). 3 + ЯО С1 в СНС1в — ч И(СвН яОвНО), И+ НС1, нагреввнйе — в К(Св)),вОвНС!), всиавняе К вЂ” -в. (и)-пролив; в) глутамнновая кислота была получена из акроленна при помощи синтеза Штрек- кери. Покажите, каким образом это можно сделать. (Указание: см. равд. 32.6.) ч.
Исходя ив аналогии с поведением оксикислот (гл. 31), предскажите структуры соединений, которые образуются при нагревании следугощнх аминокислот: з) а-аминокислоты, глицин — + С,НвО Н (дикевпопипграэин), б] б-аминокислоты, СНвСН(ННв)СНвСООН вЂ” в СвН„Ов, в) у-аминокислоты, СНвСН(ХНн)СНвСНвСООН вЂ” + СвНвО!Ч (лаквпам), г) б-аминокислоты, НвНСНвСНвСН СН,СООН вЂ” н СвН ОН (лангпам). 6.
а) Покажите, каким образом связана специфическая диполярная структура гистиднна, приведенная в табл. 37.1. с ответом на задачу 20 (б), стр. 1036. б) Напишите две возможные диполярные структуры для лизина. Приведите доводы, подтверждающие справедливость структуры, данной в табл. 37.1. в) Ответьте на вопрос (б) для аспнрагиновой кислоты. г) Ответьте на вопрос (б) для аргиннна (указание: см. задачу 29.35, стр. 676).
д) Ответьте на вопрос (б) для тирозина. 6. а) Бегпаин (СвНмОвН) встречается в мелассе сахарной свеклы. Он представляет собой растворимое в воде твердое вещество, которое плавится с разложением при 300 'С; не реагирует с основаниями, но реагирует с соляной кислотой. давая кристаллическое вещество С,Й О ХС1. Бетвин можно получить двумя путями: обработкой глицина иодистым метнлом илй при взаимодействии хлоруксусной кислоты с триметиламином. Напишите структурную формулу бетаииа, объясняющую указанные свойства. б) Тривонеллии (СтНтОвХ) представляет собой влквлонд, встречающийся в кофейных зернах; он также выделяется иэ организма как продукт метаболизма никотиновой кислоты.
Он не растворим в бензоле или эфире н растворим в воде, давая нейтральный раствор; не реагирует с кипящей водной кислотой нли основанием. Его синтез был осу- ществлен следующим образом: никотнновав кислота + СНв! + КОН вЂ” + А(С Н О ы!) А + АдвО+ НвО, слабое нагреванне — + тригонеллин + Ая! + СНвОН. Каная структура трнгонеллина отвечает всем этим свойствам? 7.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
