Нуклеотиды
НУКЛЕОТИДЫ (нуклеозидфосфаты),
эфиры фосфорной к-ты и нуклеозидов по одному или неск. гидроксилам остатка моносахарида;
в более широком смысле-соед., в к-рых моносахаридный остаток нуклеозида или
его неприродного аналога этерифицирован одной или неск. моно- или олигофосфатными
группами. В зависимости от природы нуклеозида различают рибо- и дезоксирибонуклеотиды,
пиримидиновые и пуриновые Н.
Обычно используют сокращенные
обозначения Н. Напр., аденозин-5'-монофосфат, или адениловую к-ту [см. ф-лу
аденозина в ст. Нуклеозиды, Y = Р(О)(ОН)2], обозначают 5'-АМФ,
или AMP; аденозин-5'-дифосфат [Y = Р(О)(ОН)—ОР(О)(ОН)2]-АДФ,
или ADP; 2'-дезоксицитидин-5'-три-фосфат [ф-ла дезоксицитидина, Y = Р(О)(ОН)ОР(О)(ОН)
—ОР(О)(ОН)2]-дЦТФ,
или dCTP.
Спектральные характеристики
Н. определяются нуклео-зидным компонентом. Помимо значений рКа,
связанных с нуклеозидной частью молекулы, Н. имеют значения рКа
ок. 1 -2 и 7, соответствующие двум ступеням ионизации фосфатной группы.
Величина второй константы ионизации возрастает примерно на 0,5 при переходе
от моно- к дифосфату и далее к трифосфату. В результате первичной диссоциации
уже при низком значении рН от каждой фосфорной группы отщепляется по одному
протону. Вблизи нейтральных значений рН от концевого фосфата отщепляется второй
протон. Поэтому в физиол. условиях отрицат. заряд Н. на единицу больше числа
фосфатных остатков в молекуле.
Длина эфирной связи Р—О
в фосфатной группе Н. (ок. 0,16 нм) меньше длины обычной простой связи (0,171
нм); т.е. вклад p-связи близок к 35%. Вследствие sр2-гибридиза-ции
валентный угол при атоме кислорода в группировке Р—О—R увеличен до 118-120°
и вращение вокруг связи С—О более заторможено, чем вокруг связи Р—О. Почти все
торсионные углы в молекуле Н. коррелируют между собой. Обычно Н. конформационно
менее подвижны, чем нуклеозиды, что не исключает наличия неск. конформации в
динамич. равновесии, но сказывается на их относит. заселеннести. В особенности
это относится к вращению вокруг N-гликозидной связи и связи между атомами С-4'—С-5'.
Конформации Н. (как и нуклеозидов) стабилизируются взаимод. С—Н-атомов основания
с 5'-О; в нуклеозид-5'-фос-фатах фосфатная группа делает этот атом более электроотрицательным,
чем в нуклеозиде, что повышает стабилизирующий эффект.
Наряду с хим. св-вами,
общими со св-вами нуклеозидов, Н. характеризуются рядом особенностей. В присут.
конденсирующих реагентов (напр., карбодиимидов) нуклеозид-монофосфаты способны
претерпевать внутримол. этерифи-кацию (фосфорилирование) с образованием циклических
3',5'- или 2',3'-фосфатов (см., напр., Аденозинмонофосфат циклический)или
же межмол. дегидратацию, приводящую, в зависимости от условий, к динуклеозидпирофосфатам
или продуктам олиго- и поликонденсации (олиго- и полинуклео-тидам). Действие
аналогичных реагентов превращает ну-клеозидтрифосфаты в циклич. триметафосфаты.
Фосфорилирование по своб. гидроксилам или имеющимся остаткам фосфорной к-ты
приводит к разл. полифосфатам. Фосфатная группа в Н. может быть отщеплена действием
ферментов (фосфатаз), что приводит к нуклеозидам, проалкилирована (наряду
с N-атомами) с образованием преим. моноэфиров Н. или же превращена в фосфамидную
группу.
Н.-мономерные звенья и
промежут. продукты биосинтеза нуклеиновых кислот и нуклеотидкоферментов
(см. Кофер-менты), участники мн. др. процессов в обмене в-в (см., напр.,
Аденозинфосфорные кислоты), исходные в-ва для хим. и хим.-ферментативного
синтеза олиго- и полинуклеотидов. Они широко применяются в биол. исследованиях.
Так, мн. нуклеозид-5'-трифосфаты, модифицированные по моносаха-ридному остатку
(с заменой гидроксила в положении У на атом Н, др. атом или группу),
включаются с помощью полимераз в цепь нуклеиновой к-ты, обрывая ее рост (терми-нация
цепи). Благодаря этому такие Н. широко используют при выяснении первичной структуры
нуклеиновых к-т (метод Сенгера).
Нуклеозид-5'-трифосфаты
во мн. случаях являются био-активир. формами физиологически активных нуклеозидов;
последние благодаря отсутствию заряда эффективнее проникают через клеточную
мембрану и, т. обр., служат ср-вом доставки Н. в клетку.
Нек-рые Н., напр. АТФ,
применяют в медицине. См. также Гуанозинтетрафосфат.
Лит.: Зенгер В., Принципы структурной организации нуклеиновых кислот, пер. с англ., М.,1987. См. также лит. при ст. Нуклеозиды. Ю.А. Берлин.