Смотреть что такое "пуриновые основания" в других словарях. Пуриновые основания.

Тема этой лекции – строение и функции нуклеиновых кислот. В этой части рассмотрим, что такое ДНК. К нуклеиновым кислотам относят высокополимерные соединения - биополимеры, которые различают на 2 класса - дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Нуклеиновые кислоты содержат углерод, водород, фосфор, кислород и азот. Мономерами в нуклеиновых кислотах служат нуклеотиды. Каждый из них содержит азотистое основание, пятиуглеродный сахар (дезоксирибоза - в ДНК, и рибоза - в РНК) и остаток фосфорной кислоты.Главные функции нуклеиновых кислот – это хранение, реализация и передача генетической или наследственной информации в живых организмах. В ДНК входят четыре вида нуклеотидов, отличающихся по азотистому основанию. В их составе - аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т). В молекуле РНК также имеется 4 вида нуклеотидов с одним из азотистых оснований - аденином, гуанином, цитозином и урацилом (У). Таким образом, ДНК и РНК различаются как по содержанию сахара в нуклеотидах, так и по одному из азотистых оснований. А теперь подробнее о строении и функциях ДНК. ДНК это полимер, мономерами которого являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали которую вы можете видеть на картинке была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком. Для построения этой модели они использовали работы М. Уилкинса, Р. Франклина и Э. Чаргаффа. Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль – ее сравнивают с винтовой лестницей. Диаметр двойной спирали ДНК составляет около 2 нанометров, расстояние между соседними нуклеотидами 0,34 нанометра, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. А суммарная длина ДНК ядра клетки человека составляет около 2 метров. Мономер ДНК - нуклеотид, или дезоксирибонуклеотид - состоит из остатков трех веществ: 1) азотистого основания, 2) пятиуглеродного моносахарида (пентозы) , а точнее дезоксирибозы и 3) фосфорной кислоты. Азотистые основания нуклеиновых кислот относятся к классам пиримидинов и пуринов. Пиримидиновые основания ДНК имеют в составе своей молекулы одно кольцо - тимин, цитозин. Пуриновые основания имеют два кольца - аденин и гуанин.Молекула ДНК может включать огромное количество нуклеотидов - от нескольких тысяч до сотен миллионов (поистине гигантские молекулы ДНК удается «увидеть» с помощью электронного микроскопа). В структурном отношении она представляет собой двойную спираль из полинуклеотидных цепей, соединенных с помощью водородных связей между азотистыми основаниями нуклеотидов. Благодаря этому полинуклеотидные цепи прочно удерживаются одна возле другой.Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина - всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином - три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин - тимин, гуанин - цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности.Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, в 1951 году установил, (« называя это правилом Чаргаффа»), что в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина - тимину»), но объяснить этот факт он не смог.Из принципа комплементарности следует, что последовательность нуклеотидов одной цепи определяет последовательность нуклеотидов другой. А сейчас, давайте выясним что такое редупликация.Установлено, что именно принципом комплементарности обусловлено уникальное среди всех неорганических и органических веществ свойство ДНК - способность к самовоспроизведению - удвоению - или редупликации. При удвоении сначала комплементарные цепи молекул ДНК расходятся. Под воздействием специального фермента происходит разрушение связей между комплементарными нуклеотидами двух цепей. Затем на каждой цепи начинается синтез новой или «недостающей» комплементарной ей цепи за счет свободных нуклеотидов, всегда имеющихся в большом количестве в клетке. В результате вместо одной - «материнской» молекулы ДНК, образуются две - «дочерние» -новые, идентичные по структуре и составу друг другу, а также исходной молекуле ДНК. Этот процесс всегда предшествует клеточному делению и обеспечивает передачу наследственной информации от материнской клетки дочерним и всем последующим поколениям.

ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ

прир. производные пурина. Входят в качестве агликонов (неуглеводного компонента) в нуклеиновые к-ты, нуклеозиды, нуклеотиды; фрагменты коферментов, витаминов и др. Канонические П. о. нуклеиновых к-т-аденин (6-аминопурин, сокращенно А) и гуанин (2-амино-6-пуринон, G). Разл. формы молекул П. о., к-рые существуют при разных значениях рН, и таутомерные формы показаны на схеме:

Кроме канонических П. о. в состав нуклеиновых к-т входят т. наз. минорные П. о. (см. Минорные нуклеозиды ), гл. обр. метилированные по экзоциклич. аминогруппе и (или) по атомам N гетероцикла. Эти основания образуются фермен-тативно в составе полинуклеотидов и играют важную роль в регуляции репликации и транскрипции, в защите клеток от чужеродных ДНК (см. Рестрикция и модификация ДНК )и системы трансляции от действия антибиотиков и др.

Образование специфич. водородных связей П. о. с пирими-диновыми основаниями в комплементарных участках цепей нуклеиновых к-т (см. Комплементарность ),как и межплоскостные взаимод. между соседними основаниями в поли-нуклеотидной цепи, определяют формирование вторичной и третичной структур нуклеиновых к-т. В комплементарных участках помимо канонич. пар П. о. с пиримидиновыми основаниями (А-Т и G-С; Т и С-соотв. цитозин и тимин) могут образовываться неканонич. пары (G-G, G-A, G-T и др.).

Последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований в полинуклеотидной цепи определяет генетич. информацию, заключенную в ДНК, вирусных и матричных РНК.

Дезаминирование аденина в составе поли-нуклеотида (превращение в гипоксантин) меняет информац. смысл и приводит к точковой мутации. Дезаминирование гуанина (превращение его в ксантин) в составе матричных полинуклеотидов приводит к блокированию репликации и транскрипции. Метилирование П. о. по N-7 в составе матричных полинуклеотидов не сопровождается изменением генетич. смысла основания.

П. о. представляют собой высокоплавкие (т. пл. > 250 °С), бесцв. кристаллич. соед., плохо раств. в горячей воде (особенно гуанин), не раств. в этаноле и диэтиловом эфире. Содержание редких таутомерных форм (иминотаутоме-ры А и G по С-6 и С-2 соотв., енольного таутомера G по С-6) не превышает в норм. условиях 10 -3 %. Протонирование и депрото-нирование П. о. сопровождается изменениями УФ спектров поглощения (см. табл.) и реакц. способности.

Хорошо изучены р-ции ацилирования и дез-аминирования экзоциклич. аминогрупп П. о. действием азотистой к-ты и замещение аминогруппы аденина при действии гидроксил-аминов. Алкилирование П. о. идет по атомам N циклов (реакц. способность уменьшается в ряду: N-9 > N-7 > > N-3 > N-1), по экзоциклич. аминогруппам и по атому О-6 гуанина. Возможно прямое га-логенирование по атому С-8. При действии орг надкислот на аденин образуются N-оксиды по атомам N имида - зольного цикла. При действии формальдегида образуются N-ме-тилольные соединения. Хлор- и бромацетальдегид избирательно реагирует с аденином, образуя т. наз. этеноаденин в результате взаимод. альдегидной группы с аминогруппой аденина и последующего N-1 алкилирования с участием а-атома С реагента. Глиоксаль и кетоксаль избирательно реагируют с гуанином, образуя третий гетероцикл в результате р-ций карбонильных групп агента с экзоциклич. аминогруппой и атомом N-1. Скорости всех этих р-ций весьма существенно зависят от локальных особенностей высшей структуры полинуклеотида, что широко используют для изучения вторичной и третичной структур нуклеиновых к-т. Канонические и минорные П. о. могут быть получены препаративно из нуклеиновых к-т путем кислотного гидролиза и послед. разделения. Гуанин в больших кол-вах получают из рыбьей чешуи.

Лит. см. при ст. Муимидиновые основания. Э. И. Будовский.

ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ - производные гетероциклического соединения пурина, молекула к-рого состоит из конденсированных колец пиримидина и имидазола. Генетически обусловленное нарушение пуринового обмена (см.) и активности отдельных его ферментов является причиной ряда тяжелых наследственных заболеваний: синдрома Леша - Найхана (см. Подагра), идиопатической семейной гиперурикемии (см. Урикемия) и др. Некоторые пуриновые основания используют в медицине в качестве лекарственных средств, напр, метилированные производные пурина - кофеин (см.) и теобромин (см.).

Пурины аденин (6-аминопурин) и гуанин (2-амино-6-оксипурин), так наз. аминопурины, входят в состав нуклеиновых кислот (см.), коферментов (см.) и свободных нуклеотидов.

Из некоторых нуклеиновых к-т были выделены так наз. минорные пурины, отличающиеся от аденина или гуанина наличием алкильных (чаще метильных), ацильных и других групп.

В живых организмах встречаются также П.о., которые не обнаруживаются в нуклеиновых к-тах, а являются продуктами катаболизма пуринов. Это, в первую очередь, оксипурины - мочевая кислота (см.), ксантин (см.) и гипоксантин (см.).

Все П. о. довольно плохо растворимы в воде. При нагревании аденин и гуанин не плавятся, а разлагаются при температурах выше 360°. Водный р-р аденина обладает слабощелочными свойствами, а присутствие OH- и NH2-групп в молекуле гуанина делает его амфотерным соединением, вследствие чего он взаимодействует с к-тами, щелочами и металлами. Как и пиримидиновые основания (см.), пуриновые основания способны к таутомерным перестройкам: оксипурины - к лактам - лактимным, а аминопурины - к амин - иминным. Это свойство пуринов играет важную роль в мутагенезе (см.). Пуриновые основания поглощают свет в УФ-части спектра. Максимум поглощения для аденина при pH 7,0 находится при 260 нм, для гуанина - при 276 нм.

Почти все живые существа способны синтезировать кольца пиримидина и имидазола (см.) и лишь некоторые используют для биосинтеза нуклеиновых кислот только те П. о., которые они получают с пищей. Степень распада кольцевой системы П. о. в процессе обмена веществ варьирует у различных видов. У человека и других приматов конечным продуктом пуринового обмена является мочевая к-та, количество к-рой в моче в норме составляет 0,4-1 г в сутки. Аденин под действием адениндезаминазы (КФ 3.5.4.2) может быть гидролитически дезаминирован и превращен в гипоксантин, а гуанин под действием гуаниндезаминазы (КФ 3.5.4.3) - в ксантин. Этот процесс может происходить на уровне нуклеотидов и нуклеозидов. Далее под действием ксантиноксидазы (КФ 1.2.3.2) гипоксантин и ксантин превращаются в мочевую к-ту.

Наиболее распространенный метод определения П. о. основан на их способности поглощать свет при определенных длинах волн в УФ-части спектра. Смесь П. о. обычно разделяют с помощью хроматографии (см.) и определяют спектрофотометрически (см.

рис. 1 Модель молекулы пурина

Пуриновые основания

Многие относятся к пуринам как к неким вредным веществам, которые вызывают такие известные заболевания как подагра, однако…

Пурины это важнейшие соединения входящие в состав всех живых объектов. Это химическая структура, которая является основой для построения таких важнейших биомолекул как нуклеиновые кислоты. Свое название они берут от латинского слова «nucleus» - ядро. дело в том, что содержатся они в основном в ядрах клеток. Вы знаете эти соединения под такими известными аббревиатурами как ДНК и РНК. Их функция — хранение, передача по наследству и реализация информации.

Кроме того пурины входят в состав ферментов без которых невозможна жизнь и обмен веществ. Они необходимы для переноса энергии в организме, правильной работы витаминов и др. Кофеин и теобромин это природные пурины, входящие в состав кофе и чая, а также добавляемые в тонизирующие напитки. Рибоксин и АТФ — высокоэнергетические соединения используемые нашим организмом имеют в своей основе молекулу пурина. Пурины также являются регуляторами некоторых видов обмена.

рис.2 Модель молекулы кофеина

Обмен пуринов в организме жестко контролируется в процессе метаболизма. Однако существуют состояния, когда правильный обмен пуринов может нарушаться. В одних случаях это связанно с генетическими нарушениями, а в других более частых, с формированием неправильных стереотипов питания. Пурины синтезируются в нашем организме, а также поступают с продуктами питания. Они не являются обязательными компонентами нашего рациона. Отсутствие пуринов в пище, даже длительное, не оказывает вредного влияния на метаболизм.При избытке пуринов, они разрушаются и выводятся из организма. У человека конечным продуктом обмена пуринов является мочевая кислота, которая выводится через кишечник (около 1/3) и почками с мочой.

Мочевая кислота

Мочевая кислота также не является вредным веществом. Это нормальный компонент нашей метаболической системы. Более того, она выполняет некоторые важные функции в организме. Например, является сильным антиоксидантом, защищая нас от опухолей и преждевременного старения.

Мочевая кислота присутствует в тканях нашего тела и в составе крови. В норме содержится у мужчин до 6,5 мг/дл, у женщин до 5,5 мг/дл. В пересчете на вес — в организме взрослого человека ее примерно 1,2 г. За сутки вырабатывается, в среднем, 400-600 мг мочевой кислоты и, следовательно, столько же должно быть выведено. Мочевая кислота плохо растворяется в воде, поэтому частично превращается в ее натриевую соль — урат натрия, а затем выводится. Этот процесс зависит от кислотных свойств мочи. При нарушениях pH мочи в кислую сторону (ниже 5, 75) образование урата натрия снижается и могут образовываться кристаллы мочевой кислоты (почечные камни). При ощелачивании мочи растворимость уратов возрастает и песчинки и камни из мочевой кислоты не образуются.

При нарушении обмена (метаболизма) пуринов и выведения мочевой кислоты, уровень мочевой кислоты в крови повышается. Это может приводит к отложению кристаллов солей уратов и мочевой кислоты в тканях и полостях суставов, проявлению заболевания, называемого подагрой. В первую очередь она проявляется болями и воспалительными процессами в суставах, где накапливаются кристаллы не выведенной мочевой кислоты, в свою очередь повреждая гладкую хрящевую поверхность.

таблица «Мочевая кислота в продуктах питания» и таблица пуринов в продуктах

В таблице также приводится показатель пищевой плотности продуктов* . Можно заметить как меняется качество продукта при его переработке.

Необходимо учитывать, что на долю пищевых поступлений приходится около 30% мочевой кислоты, присутствующей в метаболических превращениях. Исходя из этого диета очень важна для тех, кто желает снизить свой уровень мочевой кислоты. Однако другие факторы не менее значимы для нормализации оборота пурина. Особенно важен правильный баланс рН организма.

Именно поэтому растительные продукты, содержащие много пурина не опасны, так как являются поставщиками органических кислот, способствующих организма и выведению избытка мочевой кислоты.

* В отношении показателя пищевой плотности до сих пор нет единого общего мнения, так как неясно по каким конкретным факторам надо стандартизовать вычисления. Поэтому существует несколько моделей расчетов, что вносит существенные разногласия в интерпретацию полезности рациона.

ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ , природные производные пурина. Входят в качестве агликонов (неуглеводного компонента) в нуклеиновые кислоты, нуклеозиды, нуклеотиды; фрагменты коферментов, витаминов и др. Канонические ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. нуклеиновых кислот-аденин (6-аминопурин, сокращенно А) и гуанин (2-амино-6-пуринон, G). Разл. формы молекул ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о., которые существуют при разных значениях рН, и таутомерные формы показаны на схеме:

Кроме канонических ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. в состав нуклеиновых кислот входят так называемой минорные ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. (см. Минорные нуклеозиды), главным образом метилированные по экзоциклический аминогруппе и (или) по атомам N гетероцикла. Эти основания образуются фермен-тативно в составе полинуклеотидов и играют важную роль в регуляции репликации и транскрипции, в защите клеток от чужеродных ДНК (см. Рестрикция и модификация ДНК)и системы трансляции от действия антибиотиков и др.

Образование специфический водородных связей ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. с пирими-диновыми основаниями в комплементарных участках цепей нуклеиновых кислот (см. Комплементарность), как и межплоскостные взаимодействие между соседними основаниями в поли-нуклеотидной цепи, определяют формирование вторичной и третичной структур нуклеиновых кислот. В комплементарных участках помимо канонич. пар ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. с пиримидиновыми основаниями (А-Т и G-С; Т и С-соответственно цитозин и тимин) могут образовываться неканонич. пары (G-G, G-A, G-T и др.).

Последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований в полинуклеотидной цепи определяет генетич. информацию, заключенную в ДНК, вирусных и матричных РНК.

Дезаминирование аденина в составе поли-нуклеотида (превращение в гипоксантин) меняет информац. смысл и приводит к точковой мутации. Дезаминирование гуанина (превращение его в ксантин) в составе матричных полинуклеотидов приводит к блокированию репликации и транскрипции. Метилирование ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. по N-7 в составе матричных полинуклеотидов не сопровождается изменением генетич. смысла основания.

ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. представляют собой высокоплавкие (температура плавления > 250 °С), бесцв. кристаллич. соединение, плохо раств. в горячей воде (особенно гуанин), не растворим в этаноле и диэтиловом эфире. Содержание редких таутомерных форм (иминотаутоме-ры А и G по С-6 и С-2 соответственно, енольного таутомера G по С-6) не превышает в норм. условиях 10 -3 %. Протонирование и депрото-нирование ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. сопровождается изменениями УФ спектров поглощения (см. табл.) и реакционное способности.

Хорошо изучены реакции ацилирования и дез-аминирования экзоциклический аминогрупп ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. действием азотистой кислоты и замещение аминогруппы аденина при действии гидроксил-аминов. Алкилирование ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. идет по атомам N циклов (реакционное способность уменьшается в ряду: N-9 > N-7 > > N-3 > N-1), по экзоциклический аминогруппам и по атому О-6 гуанина. Возможно прямое га-логенирование по атому С-8. При действии орг надкислот на аденин образуются N-оксиды по атомам N имида - зольного цикла. При действии формальдегида образуются N-ме-тилольные соединения. Хлор- и бромацетальдегид избирательно реагирует с аденином, образуя так называемой этеноаденин в результате взаимодействие альдегидной группы с аминогруппой аденина и последующего N-1 алкилирования с участием а-атома С реагента. Глиоксаль и кетоксаль избирательно реагируют с гуанином, образуя третий гетероцикл в результате реакций карбонильных групп агента с экзоциклический аминогруппой и атомом N-1. Скорости всех этих реакций весьма существенно зависят от локальных особенностей высшей структуры полинуклеотида, что широко используют для изучения вторичной и третичной структур нуклеиновых кислот. Канонические и минорные ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ о. могут быть получены препаративно из нуклеиновых кислот путем кислотного гидролиза и последующей разделения. Гуанин в больших количествах получают из рыбьей чешуи.

Литература см. при ст. Муимидиновые основания. Э. И. Будовский.

Химическая энциклопедия. Том 4 >>