ДНК и РНК


Эколого-биологический центр ДТЮ «Крестовский остров»
Пуриновые и пиримидиновые основания.
Нуклеозиды и нуклеозиды.
ДНК И РНК.
Материал по углублённому и
расширенному курсу химии для
11 классов химико-биологического
направления



Составитель – канд. хим. наук
Кетлинский В.А.
В работе над пособием принял
активное участие ученик 56
гимназии Сивков Андрей
Санкт-Петербург
- 2010 -
Пуриновые и пиримидиновые основания,
Пуриновые и пиримидиновые основания являются производными двух различных гетероциклических соединений: пурина и пиримидина. Пурин представляет собой комбинацию из пиримидина и имидазола, соединённых друг с другом положениями 4 и 5 (4-е с 4-ым, 5-е с 5-ым).

Пиримидин является аналогом пиридина, у которого ещё одна группа -СН- (в положении 3 пиридина) заменена азотом. Имидазол, хорошо знакомый нам в качестве фрагмента, входящего в природную аминокислоту – гистидин. Он представляет собой гетероцикл, в котором имеется как пиридиновый (в положении 3), так и пиррольный азот (в положении 1).

Пурин представляет собой гетероцикл, в котором имеется как пиридиновый, так и пиррольный азот. И пиримидин, и имидазол, и пурин являются ароматическими соединениями, так как число р-электронов, которое может быть отдано всеми атомами гетеро-циклов в общую π-систему равно для пиримидина и имидазола шести, а для пурина десяти, то есть точно соответствует правилу Хюккеля 4n+2 (при n=1 для пиримидина и имидазола и при n=2 для пурина). Важно отметить также, что атом азота в положении 1 имидазола и атом азота в положении 7 пурина отдают в общую π-систему не по одному р-электрону, а свою неподелённую пару электронов. Это означает, что в указанных атомах азота реализовано состояние sp2, причём два электрона, находящиеся на sp2 - орбиталях затрачиваются на создание σ-связей с соседними атомами углерода, а третий на создании σ-связи с атомом водорода. Два оставшихся электрона у атомов азота (неподелённая пара) выходят на р-орбиталь и участвуют в образовании единой π-системы, как это происходит с неподелёнными парами электронов в хорошо известных нам пирроле, фуране и тиофене. Отличие от пиррола и фурана, однако, состоит в том, что имидазол, а значит и пурин могут протонироваться без разрушения единой π-системы по «пиридиновому» азоту, у которого неподелённая пара электронов находится на удобной для этого sр2-орбитали:

При этом в самом имидазоле предельные структуры получающегося катиона (I) и (II) равновероятны, а в пурине в виду его несимметричности нет..
Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе.
Пурин - бесцветные кристаллы, с t пл. = 216-217°C, легко растворимы в воде, в теплом спирте, плохо - в ацетоне, хлороформе, диэтиловом эфире.
Пурин может существовать в виде двух таутомерных форм, которые в растворах непрерывно переходят друг в друга:

то есть водород может находиться как у атома азота в положении 7, так и у атома азота вположении 9.
Пурин является амфотерным соединением. Он вступает в реакцию как с кислотами, так и с основаниями. С кислотами он даёт соли, например, выделены и охарактеризованы пикрат и нитрат:
Если при реакции с пикриновой кислотой полный перенос протона от слабой пикриновой кислоты к слабому основанию - пурину, невозможен и это соединение скорее всего устойчивый π-комплекс с переносом заряда, то при реакции с сильной азотной кислотой происходит протонирование пурина, который уже при рН = 2,4 наполовину запро-тонирован, а при рН = 0,4 - 99% его находится в форме солей.

При рН < 0,4 в равновесной смеси присутствуют в основном протонированные формы III - VI, при рН > 4,4 в основном формы I - II (>99%), а при рН = 2,4 (равной экспериментально установленной величине рКа пурина) общее количество непротониро-ванных (I - II) форм равно общему количеству протонированных форм (III - VI). У какого атома находится атом водорода в кристаллах нитрата пурина пока неизвестно.
Точное значение константы кислотной диссоциации пиррола неизвестно, Эта ве-личина для пиррола оценивается приближённо как 1015. Имидазол и пурин, конечно же,ещё более сильные кислоты, так как имеют второй электроотрицательный атом азота втом же кольце и анион, получающийся после отщепления протона, стабилизирован сопряжением (мезомерный эффект).
В пурине имеется ещё два электроотрицательных атома в другом кольце, что ещёусиливает кислотность пурина.

Чтобы была понятна разница в силе этих N-H кислот попробуем сравнить их с кислотами другой природы, а именно с О-Н и С-Н кислотами:
Соединение NH3 пирролимидазолпурин
рКа35~157,032,4
Оказывается, что найти С-Н кислоту равную по силе не удаётся: рКа этилена как С-Н кислоты равно 40, т.е. этилен в 10 000 раз более слабая кислота даже, чем аммиак. Именно поэтому бесполезно действовать на этилен амидом натрия с целью получить натровое производное этилена. А вот ацетилен зато, наоборот, более сильная С-Н кислота. Его рКа = 22. Сильнее в 1013 раз. Поэтому часто используется реакция:

Пиррол более сильная кислота, чем ацетилен в 107 и в 1000 раз более сильная кислота, чем этанол (его рКа = 18).
Поиск кислот близких по силе имидазолу показал, что наиболее близкими О-Н кислотами являются фенолы. Правда сам фенол имеет рКа = 10, то есть почти в 1000 раз более слабая кислота. Зато eго производные с электроноакцепторными заместителями - п-оксибензальдегид и п-нитрофенол гораздо ближе по кислотности. Их рКа соответственно равны: 7,76 и 7,19. п-Нитрофенол всего в полтора раза менее сильная кислота, чем имидазол. 2,4-Динитрофенол (рКа = 4) и пикриновая кислота (рКа = 0,71) являются ещё более сильными кислотами, чем имидазол. Пурин самая сильная кислота из рассматриваемых нами гетероциклов. Его рКа= 2,4 близко к первой константе ионизации глутаминовой кислоты (pKа = 2,19), а также к рКа дикарбоновых кислот: малеиновой (рКа = 1,93), которая сильнее пурина как кислота, и малоновой (рКа = 2,77), которая, напротив, слабее, чем пурин, как кислота.
Таким образом, чтобы из аммиака получить амид натрия можно действовать только металлическим натрием, а чтобы получить натровую соль пиррола можно действовать на пиррол и амидом натрия, и ацетиленидом натрия, и этилатом натрия, то есть солью любой другой более слабой кислоты,например:

Для получения соли из имидазола уже достаточно любой соли, которая при ролизе будет создавать щелочную среду (рН > 9), например, тетраборат натрия Na2B4O7, который даёт рН ~ 9, 22 (при 25оС).

Пурин даёт комплексное соединение с бромом, устойчив к действию таких окислителей, как горячая азотная кислота. При алкилировании даёт 9-алкилпроизводные:


При ацилировании галогенангидридами или ангидридами кислот также получаются 7 и 9-ацилпроизводные:

Прохлорировать можно только алкилированный в положение 9 пурин. Хлор идёт только в положение 8:

Накопление электронодонорных заместителей в пиримидиновом фрагменте пурина приводит к возможной электрофильной атаке в положение 8 солями диазония при низкой температуре:


Известно несколько синтезов пурина. Самый простой из ныне существующих был предложен в 1962 году. Он заключается в нагревании формамида с сульфатом аминоацетонитрила при 205°С. Сразу, правда с выходом всего 35%, получается пурин.

Первый синтез пурина из мочевой кислоты осуществил Эмиль Фишер в 1898 году. Однако вообще синтезы пурина имеют лишь исторический и теоретический интерес, так как: во-первых, сам пурин не имеет практического значения, во-вторых, нужный для исследований, легко получается путём гидролиза небулирина - 9-N-D-рибозида пурина.

Производные пурина, в отличие от него самого, очень широко распространены в природе и играют очень важную роль во многих биологических процессах. Ядро пурина входит в состав нуклеотидов (чаще всего в виде фрагментов гуанина и аденина), являющихся в свою очередь структурной единицей РНК и ДНК. Кроме того производные пурина входят в состав алкалоидов, например: кофеина, теобромина, теофиллина:

Алкалоид кофеин содержится во многих растениях. До 5% его может быть в листьях чая, до 2% в семенах кофе.
Кофеин (1,3,7-триметилксантин) относится к группе психомоторных стимуляторов: усиливает и регулирует процессы возбуждения в коре головного мозга, приводит к повышению умственной и физической работоспособности. Наблюдается слабое мочегонное действие. Кофеин понижает агрегацию тромбоцитов.
Теобромин (3,7-диметилксантин) - алкалоид, добываемый из шелухи семян какао. Также стимулирует сердечную деятельность, но слабее кофеина. Вызывает более сильный диуретический эффект.
Теофиллин (1,3-диметилксантин) - алкалоид, содержащийся, как и кофеин в чайных листьях и зернах какао. По фармакологическому действию близок к теобромину, но ещё более выражены мочегонные свойства. Один из самых сильных ингибиторов фермента фосфодиэстеразы. Результатом является его способность снимать спазмы бронхов. Уменьшает агрегацию тромбоцитов.
Кофеин, теобромин, теофиллин получаются синтетически, как и другие лекарственные препараты, содержащие пуриновое ядро: нигексин, темесал, дипрофиллин, ксантиола никотинат, пентоксифиллин и широко применяются в медицинской практике.
Кроме того, ядро пурина входит в молекулы коферментов, например, флавината (ФАД), Р- (рибофлавил-5') -Р- (аденозил-5') дифосфата динатриевой соли,


а также кофермента А:

и коферменты НАД и НАДФ, входящие в состав дегидрогеназ - ферментов, способствующих переносу атомов водорода от одного субстрата к другому.

Следует отметить, что заряженный положительно никотинамидный фрагмент отрывает гидридоподвижный атом водорода, а фрагмент пирофосфорной кислоты протон. Н+ и Н- вместе равняются двум атомам водорода 2Н. Фрагмент никотинамида превращается во фрагмент 1,4-дигидропиридина:

а НАД+ - в НАД-Н2. Особое место среди производных пурина занимают вещества, являющиеся противоопухолевыми препаратами, такие как 6-меркаптопурин:

и фопурин (6-диэтиленимидофосфамидо-2-диэтиламино-7-метилпурин), который широко применяется онкологами:

Известны и другие противоопухолевые препараты на основе пурина: 6-хлор-9-метилпурин,2-амино-6-меркаптопурин,2-амино-6-меркапто-9-н-пропилпурин,
9-(2-тетрагидрофурфурил)-6-меркаптопурин.
Некоторые производные пурина обладают хорошо выраженным противовирусным действием. Так, например, 2,6-диаминопурин препятствует размножению вирусов оспы и полиомиэлита. 2,6,8-трихлорпурин и 2,б-дихлор-7-метилпурин только оспы. 2-аминопурин и 8-азапурин обладают сильным мутагенным действием и применяются в научных исследованиях.
Имеются ещё три соединения - производные пурина, о которых нельзя не упомянуть,так как два из них (ксантин и гипоксантин) входят в состав некоторых ДНК и РНК, а мочевую кислоту по нескольким причинам. Во-первых, мочевая кислота была первым соединением пуринового ряда, которое знаменитый шведский химик Карл Вильгельм Шееле открыл ещё в 1776 году, во-вторых, она является одним из конечных продуктов азотистого обмена в организме человека, а особенно птиц и пресмыкающихся, в-третьих, повышение количества мочевой кислоты в моче человека наблюдается при подагре. Соли мочевой кислоты - ураты, вместе с самой мочевой кислотой составляют основу камней мочевого пузыря и почек. И, наконец, в-четвёртых, мочевая кислота является исходным сырьём для промышленного синтеза кофеина, теобромина и теофилина, а также может быть использована для синтеза аденина и гуанина. Мочевая кислота-2,6,8-триоксипурин – твёрдое вещество, разлагающееся до температуры плавления, плохо растворимое в спирте, эфире и воде. Растворима в глицерине и горячей серной кислоте. Существует в нескольких таутомерных формах:

В твёрдом состоянии, равновесие сильно смещено в сторону кетон-иминной формы (II). Она является двухосновной кислотой - даёт два ряда солей. Соли, в которых один атом водорода заменён на литий, растворимы, а на натрий или калий нерастворимы в воде. Соли, в которых замещены два атома водорода на щелочные металлы, хорошо растворимы в воде. Вопрос о том, какой атом водорода замещён в солях неправомерен, так как в анионе соли возможна таутомерия, как и в исходной кислоте.
Мочевая кислота алкилируется по атомам азота, под действием РОСl3 даёт 2,6,8-трихлорпурин. Ксантин (2,6-диоксипурин) и гипоксантин (6-оксипурин) являются предшественниками в синтезе гуанина и аденина, где мы их и рассмотрим.
Аденин.
Аденин (6-аминопурин), tпл.= 365°С, плохо растворим в холодной воде и спирте, хорошо в горячей воде, нерастворим в эфире и хлороформе. Из водных растворов кристаллизуется в виде кристаллогидрата с тремя молекулами воды.

Является двухкислотным основанием. Константы кислотности сопряжённых с основаниями кислот соответствуют pKa(1) = 4,15 и рКа(2)~9,8. Это означает, что при рН = 11,8 (9,80+2) аденин в водном растворе будет на 99 мольных процента присутствовать в виде нейтральной молекулы и только около 1% в виде протонированных форм (таутомерия, протон может быть с разной вероятностью у всех атомов азота). При рН = 9,80 50% аденина будет находиться в виде этих монокатионов, а при рН = 7,80 (9,80-2) их будет 99%, при рН = 6,80 уже 99.9% и начнут появляться дикатионы, т.к. при рН = 6,15 (4,15+2) их будет уже 1%, при рН = 4,15 половина будет в виде монопротонированных, а половина в виде дипротонированных форм, например:


Аденин может существовать в виде четырёх таутомерных форм:

Согласно спектральным данным более 98% аденина находится в аминной форме (утверждать, что 100% нельзя). Аденин алкилируется по атомам азота в положениях 1 и 3 пиримидинового кольца, и полученные таким образом метиладенины, например 3-метиладенин, существуют в двух формах: аминной и иминной:

Аденин вступает в реакции электрофильного замещения: с бромом даёт 8-бромаденин:

Под действием соляной кислоты и нитрита натрия аденин дезаминируется и превращается в гипоксантин:

Это свойство отличает аминогруппу аденина от аминогрупп ароматических аминов (анилина и его производных, которые при этом дают достаточно устойчивые диазо-соединения) и приближает к аминогруппам алифатического ряда, которые дают спирты.
С хлорангидридами и ангидридами карбоновых кислот аденин даёт диацильное производное по азоту имидазольного фрагмента и по аминогруппе. Другие изомеры не получаются:

В водном растворе аденин образует перекрёстный комплекс с двухзарядным
катионом меди:

Реагируя с моносахаридами, аденин дает N-гликозиды, называемые нуклеозидами, например:

Аденин входит также в состав аденозинтрифосфата (АТФ),

кофермента А и никотинамидадениндинуклеотида (НАД+):

Аденин является составной частью нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) и в таком виде широко распространён в природе. Путём их гидролиза аденин обычно и получают.
В свободном состоянии он находится в хмеле, грибах, сахарной свёкле, чае, дрожжах и бактериях, у животных в мускулах, печени, а также в моче.
Синтетически аденин может быть получен из мочевины I и циануксусного эфира II, через мочевую кислоту III и 2,6,8-трихлорпурин IV. Из соединения IV могут быть получены также гипоксантин, ксантин, гуанин. Метод разработан Траубе и Э.Фишером:



4,5-диаминоурацил опять конденсируют с мочевиной:

Под действием хлорокиси фосфора мочевая кислота III превращается в трихлор-пурин IV:

Путём нуклеофильного замещения атомов хлора в трихлорпурине на оксигруппы
и аминогруппы можно получить уже названные и другие пуриновые основания. При
осторожном действии раствора щёлочи легче всего замещается атом хлора в положении 6.
При действии аммиака он же замещается на аминогруппу. При последующем действии
йодистоводородной кислотой сначала происходит замена хлора на йод, а затем восстанов-
ление этой же кислотой и получаются соответственно гипоксантин и аденин.


Вторым по реакционной способности является атом хлора в положении 2. Это даёт возможность из 6-окси-2,8-дихлорпурина V получать гуанин:

Из соединения IV получают ксантин:

В настоящее время разработано много вариантов синтеза аденина и гуанина.
Гуанин.
Гуанин (6-окси-2-аминопурин) - кристаллическое вещество с tпл.= 365°C. Гуанин прак-
тически нерастворим в воде, слабо растворим в этаноле, диэтиловом эфире,
нейтральных растворах солей и аммиачных растворах. Он легко растворяется в кислых
и щелочных растворах, проявляя таким образом амфотерные свойства. У гуанина определяются три константы кислотности pKa(1) = 3,3; pKa(2) = 9,2 и pKa (3) = 12,3.
И для самого гуанина и для его моно- и дипротонированных форм можно написать
много таутомерных форм, которые находятся в растворах в равновесии, например, для
гуанина:

Для моноаниона, получающегося под действием щелочей:

Для монокатиона, получающегося под действием сильных кислот:

Для дикатиона, получающегося при дальнейшем добавлении кислоты:

Гуанин способен вступать в реакции электрофильного замещения, разумеется за счёт имидазольного фрагмента. Так, например, с диазосоединениями даёт красители:

Эта реакция используется для аналитического определения гуанина. Нитритом натрия в солянокислой среде гуанин дезаминируется и превращается в ксантин. С моносахаридами гуанин образует нуклеозиды, которые с фосфорной кислотой дают в свою очередь нуклеотиды, например, таким мононуклеотидом является гуаниловая кислота -продукт распада РНК дрожжей или продукт, содержащийся в выделениях поджелудочной железы. При частичном гидролизе гуаниловой кислоты удаётся отщепить только фосфорную кислоту и выделить рибозид гуанина - нуклеотид, гуанозин (или вернин), встречающийся также в растениях.

Гуанин входит в состав всех ДНК и РНК и получается при их гидролизе. Большие количества гуанина находятся в чешуе рыб, коже рыб, пресмыкающихся и амфибий. Переливчатый блеск этих покровов в значительной мере обусловлен выкристаллизовавшимся гуанином. Найдено также, что содержание гуанина меняется в зависимости от окружающей среды, что является причиной меняющейся «камуфляжной» окраски рыб. В кале пауков до 90% гуанина, в кале птиц 60-70%.;
Пиримидиновые основания.
К пиримидиновым основаниям относятся, как уже было сказано, производные пиримидина: цитозин, урацил и тимин.

Пиримидин
Пиримидин (1,3-диазин, миазин) - бесцветное кристаллическое вещество с температурами плавления и кипения соответственно 21° и 124°С, дипольный момент 2,42 D (Дебай), легко растворим в воде, спирте и эфире. рКа пиримидина равно 1,3. Это слабое основание, которое образует соли с кислотами: сульфат, нитрат, перхлорат, соль с хлорным железом:

С галогеналкилами пиримидин образует моноалкилгалогениды (не диалкилгало-
гениды):

При окислении пероксидом водорода образуется N-окись - соединение с семипо-дярной связью (как в азотной кислоте):

В реакции электрофильного замещения пиримидин вступает с трудом, как и пиридин, но всё же может быть прохлорирован:

Основное направление электрофильного замещения в положение 5 легко объясняется с позиции теории резонанса. Эффект сопряжения приводит к появлению
δ+ - зарядов в положениях 2,4,6:

а индуктивный эффект атомов азота наводит δ+- заряд наиболее сильно у атома в поло- жении 2, затем 4 и 6, и менее всего он проявляется в положении 5.
Нуклеофильная атака магний и литийорганическими соединениями опять приво- дит в соответствии с резонансными структурами к получению 4-алкилпроизводных:

Получить пиримидин можно из мочевины и малонового эфира через барбитуровую кислоту и 2,4,6-трихлорпиримидин:

Барбитуровая кислота имеет несколько таутомерных форм:

Дальнейшие реакции аналогичны тем, что были рассмотрены в синтезах пурино-вых оснований:

Цитозин
Цитозин - (2-окси-6-аминопиримидин) - бесцветные кристаллы с температурой плавления 325°С. Он мало растворим в воде (0,77г. в 100г. воды при температуре 25°С), плохо в этаноле, практически нерастворим в диэтиловом эфире. pKa(1) = 4,60 pKa(2) =12,10. Ниже приведена схема кислотно-основных превращений цитозина в водных растворах и некоторые из таутомерных форм самого цитозина и продукта его протонирования – монокатиона:

Цитозин в соответствии с приведённой схемой даёт соли с сильными кислотами:

и щелочами:

Под действием нитрита натрия и соляной кислоты цитозин «дезаминируется» - превращается в урацил:

Водородом в присутствии платины цитозин превращается в 4,5-дигидроурацил:

При нагревании в сильных кислотах и щелочах цитозин дезаминируется:

Соли диазония реагируют с цитозином, давая красители:

Цитозин может вступать в реакции электрофильного замещения, например, с бромом:

При этом получается 5-бромцитозин. Могут быть получены также 5-нитро- и 5-сульфоцитозин:


С рибозой цитозин образует цитидин:

Обратный гидролиз до цитозина и рибозы идёт с трудом. Цитозин может быть получен, например, из S-этилпсевдотиомочевины и натрового производного формилуксусной кислоте




Цитозин может быть также получен из урацила нагреванием с P2S5 с последующим действиеим расчётным количеством аммиака и гидролизом:



В виде производных цитозин широко распространён в природе. Он входит в качестве фрагментов макромолекул в состав ДНК и РНК, а также в состав молекул нуклео-тидов (цитидинфосфорные кислоты), цитидина и цитидиновых коферментов.
Строение цитидиновых коферментов следующее:

Строение радикала R в различных коферментах разное. Название кофермента складывается из двух частей: первая - цитидиндифосфор (ЦДФ), а далее, через дефис название радикала R.
Название ЦДФ Радикал R
ЦДФ-холин
ЦДФ-этаноламин

ЦДФ-глицерин
ЦДФ-рибитол
ЦДФ-диглицерид
* R' и R" в ЦЦФ-диглицериде остатки углеводородных радикалов жирных кислот.
В организме цитидиновые коферменты получаются по реакции цитидинтрифос-фата (ЦТФ) с соответствующими фосфатами спиртов катализируемой нуклеотидилтрансферазами, например:

Цитидиновые коферменты играют большую роль в биосинтезе фосфолипидов, лецитинов, сфингомиелина, инозитфосфатидов.
■*
Урацил.
Урацил (2,6-диоксипиримидин; 2,6-пиримидиндион) - бесцветное кристаллическое вещество с температурой плавления 335°С. Урацил плохо растворяется в холоднойводе, лучше в горячей. Он ограниченно растворим в спирте и в водных растворах щёло- чи. Практически не растворим в эфире. Его рКа= 9,45. То есть при рН = 11,45 он на 99% присутствует в виде таутамерных форм аниона:


А при рН = 7.45 99% урацила находится в виде смеси таутомерных нейтральных форм. Урацил может давать соли, в которых в твёрдом состоянии металл находится либо у кислорода, либо у азота:

Действием РОСl3 или РСl5 оксигруппы в урациле заменяются на хлор:

Действием хлорангидридов карбоновых кислот в жестких условиях могут быть получены О-ацильные производные, которые, затем легко гидролизуются:

Очень интересно урацил реагирует с хлором. Сначала он подобно ароматическим углеводородам атакуется хлором как электрофильным реагентом в положение 5. Образовавшийся 5-хлорурацил реагирует с хлором, как алкен, присоединяя хлор:


При алкилировании урацила галоидными алкилами (I-СНз, Вг-С2Н5) и диалкил-оульфатами ((СН3О)2SO2 и др.) получаются N-алкильные производные лактамной формы:

С гидразином урацил даёт мочевину и пиразолон:

При окислении перманганатом калия выделяется углекислый газ и образуется ок-салуровая кислота:



Формальдегид по-разному реагирует с урацилом в отсутствии:

и в присутствии соляной кислоты:

В присутствии платинового или палладиевого катализатора урацил гидрируетсяпо «двойной» связи:

Урацил может быть получен из 2-этилмеркапто-6-оксипиримидина кипячением ссоляной кислотой:

Получение этилмеркаптооксипиримидина было рассмотрено при описании синтеза цитозина.
Синтез урацила по Баудишу заключается в реакции мочевины с формилуксуснойкислотой:

Формилуксусная кислота получается при разложении яблочной кислоты в присутствии окислителей:

Урацил в чистом виде содержится в незначительных количествах в животных и растительных тканях. Урацил, наряду с цитозином, известен своими белковоанаболиче-скими свойствами. Например, при острой потере крови он усиливает синтез нуклеиновых кислот, которые в свою очередь воссоздают белковые тела крови.
Урацил в качестве фрагмента молекул входит в состав многих природных веществ - нуклеозидов, нуклеотидов, РНК. Аналогично цитозину, урацил входит в составуридин моно-, ди- и трифосфорных кислот, уридиновых коферментов, которые построены и получаются аналогично..-
Производные урацила.
5-бромурацил является сильным химическим мутагеном и применяется при точечных мутациях, заменяя при этом какое-либо азотистое основание в матричной нуклеиновой кислоте и тем самым изменяя наследственные признаки, передаваемые данной кислотой.
5-фторурацил применяется как противоопухолевое средство. Считается, что сам урацил используется при опухолевых образованиях для биосинтеза нуклеиновых кислот в значительно больших количествах, чем в нормальных тканях. Замена водорода с атомным радиусом (1,20Ả) на фтор ( радиус 1,35Ả) приводит к тому, что 5-фторурацил заменяет урацил в цепи синтеза нуклеиновых кислот опухолевых клеток и прерывает его. Интересно отметить, что 5-фторцитозин таким камуфляжным действием не обладает.
5-фторурацил применяется также в качестве радиосенсибилизатора одновременно с лучевой терапией.
Тимин
Тимин (2,4-диокси-5-метилпиримидин, 5-метилурацил) - бесцветное кристаллическое вещество в виде игл, температура плавления - 326°С (с разложением из этанола), или пластинки с температурой плавления - 340°С (с разложением из воды).
Тимин хорошо возгоняется, может чиститься вакуумсублимацией. Тимин хорошо растворим в горячей воде, хуже в холодной, плохо в этаноле и диэтиловом эфире. Его рКa = 9,8 то есть по кислотности он близок к фенолу. Ниже приведены таутомерные формы тимина:

С металлами тимин образует два типа производных, по азоту и по кислороду. Те и другие могут быть легко проалкилированы:

За исключением реакции по положению 5, которое занято метилом, реакции ти-мина подобны реакциям урацила. Так с дезоксирибозой он образует нуклеозид - тимидин ( 3(β-D-2'-дезоксирибофуранозил) -2,6-диокси-5-метилпиримидин):


Заменой атома водорода при кислороде, находящемся у атома С (5’) на остатки ортофосфорной кислоты получаются тимидинфосфорные кислоты (ТМФ, ТДФ, ТТФ).
Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.
Нуклеозиды - частный случай молекул, состоящих из углеводной части и несахарной части - агликонной и называемых гликозидами. Вообще в гликозидах агликоннаячасть может быть остатком любой молекулы, способной реагировать с полуацетальнымгидроксилом углеводной части. Это, например, может быть спирт, дающий О-алкилгликозид:

Получившийся в данном случае гликозид, является О-метилгликозидом.
О-гликозидами являются также ди-, три-, олиго- и полисахариды. Кроме них в природе имеются и другие О-гликозиды, например, красители антоцианы: комплексы металлов Ni, Cu, Fe, Мо с пигментной частью:

Наряду с О-гликозидами в природе существуют S-гликозиды и N-гликозиды. Среди N-гликозидов особенно важными являются нуклеозиды - производные пуриновых и пиримидиновьк оснований. Общая формула нуклеозидов следующая:

Имеются и другие нуклеозиды, мало отличающиеся по строению от названных втаблице, расположенной ниже. Как правило в этих нуклеозидах в агликоновой части появляются лишние метильные или оксиметильные группы.,
Свободные нуклеозиды содержатся в небольших концентрациях в различныхтканях. Но основная их масса входит в виде фрагментов в молекулы нуклеиновых кислоти нуклеотидов..■
Нуклеозиды - бесцветные кристаллические вещества с высокой температурой плавления. Например: у тимидина - 187°С, у аденозина - 229°С. Все нуклеозиды оптически активны, но не мутаротируют, т.к. у них нет свободного полуацетального гидроксила. У тимидина [a]D = +32.2°С. У аденозина [a]D = +60°С. Большинство нуклеозидов хорошо растворимы в горячей воде, хуже в холодной, гораздо лучше, чем в холодной воде, они растворимы в кислых и щелочных растворах. Пиримидинсодержащие нуклеозиды при прочих равных условиях растворимы лучше пуринсодержащих.
Химические свойства нуклеозидов определяются природой азотистых оснований, строением углеводной части и прочностью N-гликозидной связи.
Нуклеозиды имеющие в агликоне -ОН группу обладают свойствами слабых кислот (на уровне фенолов). Их 9 < рКа < 10. Нуклеозиды имеющие свободную аминогруппу обладают свойствами слабых оснований.
Наиболее важные N-гликозиды. Таблица.
Название нуклеозида Название пуриновых или пиримидиновьгх оснований (агликонов) R R’
(название
моносахарида)
Аденозин
(9-β-D-рибофуранозиладенин) Аденин 1. ОН
D-рибоза
Н
2' - D- дезоксирибоза
Гуанозин (9-β-D-рибофуранозилгуанин) гуанин 1. ОН
D-рибоза
Н
2' - D- дезоксирибоза
Цитидин
(3-β-D-рибофуранозилцитозин, цитозинрибозид)
цитозин 1. ОН
D-рибоза
2. Н
2' - D- дезоксирибоза
Уридин
(3-β-D-рибофуранозил-урацил, урацилрибо-зид) урацил ОН
D-рибоза
тимидин
[(3-β-D-2'-дезоксирибофу-ранозил)-2,4-диокси-5-метилпиримидин] тимин
Н
2' - D- дезоксирибоза
N-гликозидная связь пуринсодержащих нуклеозидов достаточно легко гидроли-зуется с получением моносахарида и азотистого основания. Например в 10% серной кислоте за 1час при t = 100°C. Пиримидиновые нуклеозиды гораздо устойчивее. Они не гид-ролизуются при кипячении в кислоте, однако гидролизируется в щелочах, при этом разрушается углеводная часть молекулы. Устойчивость к гидролизу теряется при гидрировании так называемой двойной связи в положении 4,5. Кроме того она теряется при броми-ровании производных пиримидина в положение 5.
Нуклеозиды могут быть проалкилированы и проацилированы по атомам азота кольца и аминогруппам. В пиримидиновых нуклеозидах водород в положении 5 может замещаться на галоген, нитро- и нитрозогруппу.
При действии нитрита натрия и соляной кислоты в аденозине, гуанозине и цити-дине NH2-группы «дезаминируются» по известной реакции:

и получаются другие нуклеозиды: инозин, ксантозин и уридин.
В отличие от нуклеозидов, содержащих 2-D-дезоксирибозу, нуклеозиды, содержащие рибозу, подвергаются периодатному окислению.

Получают нуклеозиды химическим или ферментативным гидролизом ДНК или
РНК.
Имеются и синтетические методы получения нуклеозидов, что используется для получения аналогов природных нуклеозидов для биологических исследований, в фармакологии и медицине. Например, для получения антибиотика – пуроницина:

Нуклеотиды - сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты - природные биологически активные соединения, широко распространенные в животных и растительных тканях и микроорганизмах, как в свободном виде, так и в составе соединений: нук-леиновых кислот, некоторых коферментов, и витаминов.
Мононуклеотидами, или собственно нуклеотидами называют соединения, образованные из одного фрагмента азотистого основания, одного фрагмента моносахарида и одного остатка фосфорной кислоты. Например, тимидинмонофосфорная кислота.


Такие нуклеотиды, содержащие остатки тимина, аденина, гуанина, цитозина иурацила являются мономерами полимерных молекул дезоксирибонуклеиновых кислот(ДНК) и рибонуклеиновых кислот (РНК), образованных путем поликонденсации с выде-лением воды:
Мононуклеотиды, соединяясь друг с другом с выделением воды от фрагментовфосфорных кислот, образуют динуклеотиды, например, никотинамидадениндинуклеотид НАД+:

По количеству остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфор-ные (как выше представленная тимидинмонофосфорная кислота), нуклеозиддифосфорные и нуклеозидтрифосфорные кислоты.
В качестве примера можно привести аденозинтрифосфорную кислоту:

При кислотном гидролизе АТФ отщепляются γ и β-остатки фосфорной кислоты и разрывается N-гликозидная связь, а α-остаток остаётся связанным с рибозой. При мягком щелочном гидролизе разрывется β-связь и получается пирофосфат и аденозин-5'-монофосфат.
АТФ, как диамин, образует в воде медные комплексы и, как 1,2-диол, окисляется йодной кислотой. Действие нитрита натрия и соляной кислоты приводит к замене группы NH2 в остатке аденина на группу ОН и превращение АТФ в инозинтрифосфорную кислоту.
При отщеплении каждого из первых двух фосфатных остатков выделяется приблизительно 40 кДж/моль энергии, которая используется на энергетические нужды организма.
Нуклеиновые кислоты
Нуклеиновые кислоты - сложные полимеры биологического происхождения. Они разделяются на две группы: дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК) и рибонуклеиновые кислоты (РНК). Различие между этими группами кислот заключается, в том что в состав ДНК входит в качестве фрагментов полимерной цепи 2-D-дезоксирибоза, а в РНК в качестве фрагментов цепи входит D-рибоза. В качестве фрагментов макромолекулы, являющихся ответвлениями от полимерной цепи выступают пуриновые и пиримидино-вые основания. В ДНК это аденин, гуанин, цитозин и тимин, а в РНК аденин, гуанин, ци-тозин и урацил. Следует отметить, что в состав ДНК микроорганизмов входят и другие азотистые основания, впрочем не сильно отличающиеся (на группы СН3- и -СН2ОН).
Полимерная цепь ДНК построена следующим образом: за счет отрыва протона от гидроксилов в положениях 5' и 3' дезоксирибозы и гидроксилов от фосфорной кислоты с выделением воды (т.е. это поликонденсация) образуется полимерная цепь. Азотистые основания (АО) в образовании полимерной цепи не участвуют. Ниже представлена схема образования фрагмента макромолекулы ДНК из нуклеотидов:



Прямоугольником выделено многократно повторяющееся элементарное звено, которым, как видно, является остаток нуклеотида. В нём в качестве азотистого основания может быть один из четырех остатков: аденина, гуанина, цитозина или тимина.
РНК построена аналогично. Ниже приведен участок полимерной цепи РНК. Элементарным звеном в этой цепи, то есть многократно повторяющимся участком является нуклеотид, включающий в себя остатки ортофосфорной кислоты, рибофуранозы и одного из следующих оснований: аденина, гуанина, цитозина или урацила:

Когда из биологических тканей были выделены нуклеиновые кислоты и проведены работы по изучению состава и строения нуклеиновых кислот, то обнаружились следующие закономерности:
Молярное содержание аденина равно молярному содержанию тимина.
Молярное содержание гуанина равно молярному содержанию цитозина.
Суммарное молярное содержание пуриновых нуклеотидов равно суммарному содержанию пиримидиновых нуклеотидов.
Суммарное молярное содержание нуклеотидов, имеющих в положении 6 и 4 аминогруппу, равно суммарному молярному содержанию нуклеотидов, имеющих в положении 6 и 4 карбонильную группу.
С учётом установленных закономерностей и на основании данных рентгено-структурного анализа и спектральных данных Уотсон и Крик в 1953 году создали модель пространственной конфигурации ДНК. Эта модель совмещает простоту и удивительную стройность и до самого последнего времени согласуется с новыми экспериментальными данными. Согласно модели Уотсона и Крика молекула ДНК состоит из двух полинуклео-тидных цепей, имеющих в качестве первичной структуры цепь из чередующихся фрагментов молекул 2-D-дезоксирибозы и фосфорной кислоты. Две такие цепи обвиваются вокруг общего цилиндра с одинаковым шагом винтовой линии.
При этом одна ветвь отстаёт от другой на полшага. Получается как бы «двухзаходная резьба» (как на импортных шурупах). Гетероциклические основания при этом обращены внутрь цилиндра и могут поворачиваться вокруг C-N гликозидной связи (а возможно и вокруг связи О-С3 и О-С3' дезоксирибозного фрагмента) так, что азотистые основания оказываются в одной плоскости. Упомянутые выше экспериментальные данные (пункты а-г) позволили Уотсону и Крику предположить, что в одну плоскость могут попасть только соответствующие друг другу по расположению амино- и карбонильных групп пуриновое с одной стороны и пиримидиновое с другой стороны основания. Такие основания называются комплементарными, то есть взаимно дополняющими. Нетрудно догадаться, что каждый гуанин должен быть комплементарен цитозину, так как будучи в одной плоскости и расположившись определённым образом они образуют три водородных связи:

Аналогично для пары - аденин-тимин, но образуются только две водородные связи:

Получается две цепи сцепленные «тяжами» из азотистых оснований, связанных довольно прочно (Г-Ц=60-80 кДж/моль; А-Т=40-56 кДж/моль)
Небольшой фрагмент ДНК можно схематически изобразить так:

Фрагмент ДНК часто изображают в виде двух спиралей скреплённых тяжами из комплементарных азотистых оснований. Расстояние между плоскостями двух соседних слоев, состоящих из оснований составляет 3,4 Ả, что очень близко к расстоянию между слоями в графите - 3,35 Ả. Один виток - 34 Ả, в нем уложено десять слоев из комплементарных азотистых оснований. Угол поворота между линиями, соединяющими места прикрепления азотистых оснований к дезоксирибозе (атомы С3 рибозы одной и другой ветви) составляет 360°. Диаметр цилиндра около 20 Ả. Считается, что 11 Ả из них занимает
34А
8382057785плоская система комплементарной пары А-Т или Г-Ц. Остальные4,5 (20-11=9) Ả, по-видимому занимают остатки дезоксирибозы ифосфорной кислоты, расположенные под углом как к оси цилиндра,так и к воображаемым линиям, соединяющим атомы углерода (С1) востатках дезоксирибозы с двух сторон от комплементарных азотистых оснований.'
3,4А
Схема, двух-
спиральной
структуры ДНК
(модель Уотсона
и Крика
Крика).
Первый угол обеспечивает подъём по винтовой линии, а второй уменьшает размеры цилиндра. Не будь этого угла поворота, то есть, если бы оба фрагмента дезоксирибозы (их размер ~3 Ả) лежали в той же плоскости, что и азотистые основания, то диаметр цилиндра был бы на много больше: (3+5) *2=1б Ả 16+11=27 Ả. Тот и другой углы обеспечиваются валентным углом между плоскостью гетероцикла и плоскостью фуранозного кольца дезоксирибозы, а также поворотом этой плоскости вокруг связи N3(9)-C.
Число нуклеотидньгх единиц в цепи ДНК составляет от 3 000 до 10 000 000.Это означает, что молекулярная масса составит (аМА+ аМт + вМг + вМц) 2n, где n - число нуклеотидных единиц, МА, Мт, MГ и МЦ - молярные массы мононуклеотидов из аденина, тимина, гуанина и цитозина соответственно. Коофициенты а и b - доли (от единицы) тех или иных нуклеотидов. Доля заметно колеблется для различных ДНК. Так, например, соотношение (Г+Ц) / (А+Т) колеблется для разных видов, (см. Таблицу 1)
Молярная масса большинства известных ДНК составляет от 4 до 16 миллионов, а для некоторых фагов 150 миллионов г/моль.
ДНК хорошо растворяется в воде, в слабых и даже крепких солевых растворах, образуя вязкую бесцветную жидкость. Она осаждается 2-3 объёмами 96% этанола, образуя студнеобразный или волокнистый осадок. ДНК денатурируется при нагревании водных растворов до 100°С, при подкислении до рН = 1-2 или подщелачивании выше рН = 10-12. При кислотном гидролизе от ДНК отщепляются пуриновые основания: аденин и гуанин. При нагревании с гидразином, наоборот, разрушаются пиримидиновые основания: цитозин и тимин. При действии на ДНК фермента дезоксирибонуклеазы происходит гидролиз фосфорноэфирных связей ДНК и она разбивается на нуклеотиды (моно). При помоши ферментов поджелудочной железы удаётся получить смесь тетра-, три- и динук Роль ДНК в организме состоит (по меньшей мере) в следующем. С помощью определённого кода на каждой из ветвей ДНК записывается вся наследственная информация. Эта информация потом считывается с помощью построения РНК комплементарной , участкам каждой ветви ДНК. На РНК как на матрице строится белок. Установлено, например, что сочетанию в цепи РНК трёх последовательно расположенных урацилов в белке соответствует фенилаланин. То есть, если взять раствор смеси аминокислот и поместить в этот же сосуд полинуклеотид, состоящий только из уридинмонофосфатов, то быстро при комнатной температуре синтезируется белок, состоящий только из фенилала- нина, а все остальные аминокислоты, останутся в растворе свободными даже если их концентрации были больше, чем концентрация фенилаланина у каждой. Таким образом нуклеиновые кислоты абсолютно селективные катализаторы поликонденсации аминокислот. РНК является той матрицей, на которой идёт синтез белка.
ДНК в клетках живых организмов не распределена равномерно (диффузно), а организована в особые структуры, связанные с передачей наследственных свойств. Эти структуры составляют основу так называемого ядерного вещества клеток - хроматина. Они представлены в виде хромосом и у высших организмов локализованы в клеточном ядре, а у большинства бактерий и других низших организмов в протоплазме, в виде нук-леидов. Хромосома представляет собой единый комплекс, состоящий из ДНК и молекул белка.
Таблица 1
Вид
Показатели специфичности
В ДНК: Г + Ц / А + Т В РНК: Г + Ц / А + У
Животные:
Крыса 0,79 1,66
Морской ёж 0,62 1,30
Тутовый шелкопряд 0,79 0,99
Высшие растения:
Фасоль 0,69 1,25
Лук 0,58 1,20
Сосна 0,65 1,04
Грибы: Шампиньон
Аспергилл 0,80
1,00 1,01
1,23
Бактерии:Туберкулёзная палочка
Тифозная бактерия
Стафилококк 2,08
1,13
0,53 1,45
1,21
1,05
Вирусы: Табачной мозаики
Желтой мозаики репы 0,78
1,23
Генетическая роль ДНК (впервые доказана экспериментально ещё в 1944 году) связана с двумя процессами:
точным воспроизведением самой себя, то есть способностью к редупликации(самоудвоению). Это необходимо для того, чтобы у потомков была точно такая жеДНК, как у родительских клеток;
определяющим влиянием на обмен веществ в клетке и, следовательно, на её биоло-гические свойства. Это влияние ДНК не является прямым и непосредственным, аидёт различными путями через белковый синтез.
Рибонуклеиновая кислота (РНК)
Мономерной единицей РНК, как было показано на странице 38, является нуклеотид на основе D-рибозы, а в качестве одного из агликонов вместо тимина выступает урацил. Строение макромолекулы такое же как у ДНК. Полимерная цепь так же не разветвлена.
РНК хорошо растворяется в воде и слабых водно-солевых растворах (не крепких); высокополимерная РНК с молекулярной массой 0,5 - 2 миллиона медленно выпадает в растворах с концентрацией NaCl 1 - 1,5 моль/л, что используется для отделения от низкополимерных РНК. РНК может быть осаждена тремя объёмами этанола с добавлением ацетатного буфера (смесь СН3СООН и CH3COONa ) с рН = 5. Фосфорно-эфирные связи РНК легко гидролизуются в кислой (рН = 2) и щелочной среде (рН = 13). В результате образуется смесь нуклеотидов.
РНК из различных организмов не одинаковы как биологически, так и химически.Представление об этом даёт таблица 1. В подавляющем большинстве случаев в РНК(Г+Ц) > (А+У) в отличие от подобного неравенства у ДНК для (Г+Ц) и (А+Т), где знакможет быть и «>» и «<»..■
Установлено, что любая клетка содержит сложный набор различных макромолекул РНК с различной химической и биологической специфичностью. Имеется несколько функционально различных типов РНК: рибосомальная РНК, «растворимая» РНК, «информационная» РНК; нуклеотидный состав этих РНК различен.
Примерно 80% от всех РНК составляет рибосомальная РНК, входящая в состав клеточных рибонуклеопротеидов, или рибосом. Эта РНК имеет молекулярную массу от 0,5 до 1,5 миллионов, её нуклеотидный состав у разных организмов очень близок, что обуславливаег сравнительно малые вариации в составе суммарных РНК у разных видов: Другой тип клеточной РНК - РНК клеточного сока или так называемая «растворимая» или адапторная РНК - составляет обычно 10-15% от всей массы РНК клетки. Её молекулярная масса гораздо меньше – 20 - 30 тысяч. Она не связана в какие-либо фиксированные нуклеопротеидные комплексы. Около 1-10% массы всей клеточной РНК составляет информационная, или матричная РНК, молекулы которой по соотношению своих нуклеоти-дов и нуклеотидной последовательности являются копиями отдельных участков одной из двух цепей молекулы ДНК. По молекулярной массе молекулы информационной РНК очень различны, но большую часть составляют большие молекулы массой 2 миллиона г/моль и более. В клетке эта РНК может присутствовать во временной связи с ядерными компонентами: с рибосомами, а так же и в свободном виде.
Молекула РНК представляет собой гибкую неразветвленную нить, состоящую из одной полинуклеотидной цепи. В растворе или в клетке эта нить свернута в компактную частицу под влиянием сильного взаимодействия между основаниями разных участков: РНК. Часть из них являются комплементарными, и на этих участках происходит закручивание (как в ДНК), но всегда остаются петли на некомплементарных участках.
Биологическая функция РНК в живой клетке связана с синтезом белка. Процессбиосинтеза белка начинается с образования связи аминокислот с аденинсодержащим нук-леотидом. Биохимики называют это «активацией аминокислот»:

На самом деле это реакция АТФ с аминокислотой (АК) и освобождением пирофосфата:


На следующей стадии вступает в реакцию «растворимая» РНК. Она взаимодействует с молекулой I так, что аминокислотный остаток присоединяется своим карбоксилом к атому углерода в положении 2' или 3' концевого аденозина «растворимой» РНК, с образованием сложноэфирной связи. Для такого акцептирования аминокислоты необходима концевая группировка ЦЦА. В ферментативном взаимодействии «активированных аминокислот» с «растворимой» РНК каждому виду аминокислоты соответствуют определенные специфические для данного вида аминокислоты, молекулы «растворимой» РНК. Образовавшаяся молекула поступает в рибосомы и здесь происходит биосинтез белка: поликонденсация аминокислот в белковую цепь под влиянием специальных ферментных систем. В эти системы входит рибосомальная РНК, заключённая в рибосомы и информационная РНК, приходящая извне, после её образования на ДНК. Информационная РНК играет при этом роль основной матрицы для синтеза белковой цепи: специфическая нук-леотидная последовательность данной молекулы РНК определяет соответствующую последовательность аминокислотных остатков в белке.
По общепринятым теперь представлениям происходит это вследствие того, что в ДНК чередуются триплеты азотистых оснований, причём каждому триплету соответствует комплементарный триплет в «растворимой» РНК, поставившей на строительство белка одну аминокислоту. Получается определённая последовательность аминокислотных остатков, соответствующая триплетному коду в РHK. Например, триплету УУУ соответствует аминокислота - фенилаланин, АУГ - метионин, УГГ - триптофан.
Некоторые аминокислоты могут кодироваться не одним триплетом, а двумя, тремя, четырьмя и даже шестью различными триплетами. Например, цистеин - УГУ и УГЦ, лейцин - ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ, УУА и УУГ, аланин - ГЦУ, ГЦЦ, ГЦА, ГЦГ.
Таким образом молекулы «растворимой» РНК выступают в роли высокоспецифичных переносчиков аминокислот к месту синтеза белка, и. что самое главное, в роли расшифровщиков того кода, которым записана в цепи информационной РНК аминокислотная последовательность конструируемого белка. Специфичность белка, зависящая в конечном счёте от последовательности аминокислот в нём, определяется при синтезе последовательностью пуриновых и пиримидиновых оснований в информационной РНК. Молекулы информационной РНК - слепки с одного из участков цепи ДНК, то есть копии другого участка цепи ДНК. Точное воспроизведение ДНК на молекулярном уровне и последующая передача ДНК из поколения в поколение рассматриваются как основные факторы, обуславливающие у потомков синтез тех же белков, а следовательно, и проявление тех же специфических видовых биологических отличий и свойств, что и у родителей.
Содержание
Пуриновые и пиримидиновые основания
2
Строение пиримидина, имидазола и пурина 2
Ароматичность пиримидина, имидазола и пурина 2
Физические и химические свойства пурина и нахождение его в природе 3
Физические свойства пурина 3
Таутомерные формы пурина 3
Амфотерность пурина 3
Кислотно-основные свойства пурина 4
Сравнение рКа пурина и имидазола с рКа других кислот 4
Алкилирование пурина диметилсульфатом в щелочной среде 5
Ацилирование пурина ангидридами кислот 6
Хлорирование алкилированного в положение 9 пурина 6
Реакция азосочетания производных пурина с солями диазония 6
Способы получения пурина 6
Строение алкалоидов – производных пурина: кофеина, теобромина и теофиллина 7
Медико-биологическое значение кофеина, теобромина и теофиллина 7
Лекарственные препараты, содержащие пуриновое ядро 7
Строение кофермента ФАД, содержащего пуриновое ядро 8
Строение кофермента А, содержащего пуриновое ядро 8
Строение кофермента НАДФ, содержащего пуриновое ядро 9
Строение и медико-биологическое значение противоопухолевых препаратов на основе пурина: 6-меркаптопурина и фопурина 9
Противовирусные препараты на основе пурина 10
Открытие и медико-биологическое значение мочевой кислоты 10
Физические свойства и таутомерные формы мочевой кислоты 10
Аденин
10
Физические и кислотно-основные свойства аденина 10
Таутомерные формы аденина 11
Бромирование аденина 12
Дезаминирование аденина 12
Ацилирование аденина 12
Образование перекрёстного комплекса аденина с гидроксидом меди(II) 13
Реакция аденина с моносахаридами – образование N-гликозидов 13
Строение аденозинтрифосфата (АТФ) 13
Строение никотинамидадениндинуклетида (НАД+) 14
Нахождение аденина в природе 14
Синтез мочевой кислоты и 2,6,8-трихлорпурина по Траубе и Э. Фишеру 14
Синтез гипоксантина из 2,6,8-трихлорпурина 15
Синтез аденина из 2,6,8-трихлорпурина 15
Синтез гуанина из 6-окси-2,8-дихлорпурина 16
Гуанин 16
Физические и кислотно-основные свойства гуанина 16
Таутомерные формы гуанина 16
Таутомерные формы моноанионов из гуанина 16
Таутомерные формы монокатионов из гуанина 17
Таутомерные формы дикатионов из гуанина 17
Реакция гуанина с солями диазония – образование азокрасителей 17
Строение гуаниловой кислоты и её частичный гидролиз 17
Нахождение гуанина в природе и его биологическое значение 17
Пиримидиновые основания 18
Пиримидин 18
Физические и кислотно-основные свойства пиримидина 18
Соли пиримидина: сульфат, нитрат и перхлорат 18
Алкилирование пиримидина – образование пиримидиниевых солей 18
Окисление пиримидина пероксидом водорода – получение N-окиси пиримидина 18
Реакции электрофильного замещения в пиримидине: хлорирование 19
Распределение электронной плотности в молекуле пиримидина с позиции теории резонанса Лайнуса Полинга 19
Реакции нуклеофильного замещения в пиримидине: реакции с литий и магнийорганическими соединениями 19
Синтез пиримидина: а) получение барбитуровой кислоты из мочевины и малонового эфира 19
Таутомерные формы барбитуровой кислоты 20
Синтез пиримидина: б) получение его через 2,4,6-трихлор и 2,4,6-трийодпиримидин 20
Цитозин 20
Физические и кислотно-основные свойства цитозина 20
Амфотерные свойства цитозина: реакции с кислотами и щелочами 21
«Дезаминирование» цитозина действием нитрита натрия в соляной кислоте – превращение его в урацил 21
Восстановление цитозина водородом на платине с одновременным «дезаминированием» 22
«Дезаминирование» цитозина кипячением в кислотах и щелочах 22
Реакция цитозина с солями диазония – образование азокрасителей 22
Реакции электрофильного замещения в цитозине: бромирование 22
Реакции электрофильного замещения в цитозине: нитрование и сульфирование 23
Реакция цитозина с моносахаридами – образование N-гликозидов 23
Способ получения цитозина из S-этилпсевдотиомочевины и натрового производного формилуксусной кислоты 23
Способ получения цитозина через 2,4-димеркаптопиримидин с последующим аминированием и гидролизом 24
Нахождение цитозина в природе и его биологическое значение 24
Строение цитидиновых коферментов 25
Получение цитидиновых коферментов и их биологическое значение 26
Урацил 26
Физические и кислотно-основные свойства урацила 26
Замена оксигрупп в урациле на хлор действием пентахлорида фосфора 27
Ацилирование урацила и гидролиз образовавшегося сложного эфира 27
Реакция урацила с хлором 27
Алкилирование урацила – получение N-алкильных производных 27
Действие гидразина на урацил – получение пиразолона и мочевины 28
Окисление урацила перманганатом калия в кислой среде 28
Взаимодействие урацила с формальдегидом в отсутствии и в присутствии соляной кислоты 29
Восстановление урацила водородом на палладии или платине 29
Получение урацила из 2-этилмеркапто-6-оксипиримидина 29
Синтез урацила по Баудишу 29
Нахождение урацила в природе и его медико-биологическое значение 30
Производные урацила 30
5-бромурацил и его медико-биологическое значение 30
5-фторурацил как противоопухолевое средство и как радиосенсибилизатор 30
Тимин 30
Физические и кислотно-основные свойства тимина 31
Таутомерные формы тимина 31
Алкилирование тимина – получение О-алкильных производных 31
Реакция тимина с моносахаридами – образование N-гликозидов 31
Получение тимидинфосфорных кислот 31
Нуклеозиды, нуклеотиды и нуклеиновые кислоты 31
Нуклеозиды. Примеры гликозидов 31
Общая формула N-гликозидов 32
Физические свойства N-гликозидов 32
Химические свойства N-гликозидов 33
Наиболее важные N-гликозиды. Таблица 33
Химические свойства N-гликозидов. Продолжение. 34
«Дезаминирование» аденозина, гуанозина и цитидина действием нитрита натрия в соляной кислоте – превращение их в инозин, ксантозин и уридин соответственно 34
Периодатное окисление N-гликозидов, содержащих рибозу 34
Получение нуклеозидов химическим или ферментативным гидролизом ДНК или РНК 34
Строение антибиотика – пуроницина 35
Нуклеотиды. Мононуклеотиды. Строение тимидинмонофосфорной кислоты 35
Нуклеотиды как мономеры для синтеза полимерных молекул ДНК или РНК 35
Строение никотинамидадениндинуклеотида – НАД+ 36
Строение аденозинтрифосфорной кислоты 36
Нуклеиновые кислоты. Их виды 37
Структурные различия между ДНК и РНК 37
Схема образования фрагмента макромолекулы ДНК из нуклеотидов 38
Строение участка полимерной цепи РНК 39
Закономерности в соотношениях между пуриновыми и пиримидиновыми основаниями 39
Описание модели строения макромолекулы ДНК по Уотсону и Крику 39
Комплементарные пары гуанин-цитозин и аденин-тимин 40
Энергия водородных связей гуанин-цитозин и аденин-тимин 40
Схематическое изображение фрагмента молекулы ДНК 41
Схема двухспиральной структуры ДНК 41
Молярная масса и физико-химические свойства ДНК 42
Роль ДНК в организме 42
Таблица показателей специфичности отношений (А+Т) / (Г+Ц) для различных видов организмов 43
Генетическая роль ДНК 43
Рибонуклеиновая кислота 43
Физико-химические свойства РНК 43
Кислотный и щелочной гидролиз РНК 43
Виды РНК: рибосомальная, растворимая или адапторная и информационная 43
Частичное закручивание на комплеметарных участках РНК 44
Петли на некомплементарных участках РНК 44
Биологическая функция РНК в живой клетке 44
Строение «активированной» для синтеза белка аминокислоты и её получение из аминокислоты и АТФ 45
Роль различных видов РНК в биосинтезе белка 45
Кодирование аминокислот триплетами азотистых оснований 46
Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации 46
Содержание 47


Приложенные файлы

  • docx 11369831
    Размер файла: 3 MB Загрузок: 1

Добавить комментарий