Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты.

Нуклеотид – это биологическая молекула, важная компонента клетки живого организма. Впервые нуклеотид обнаружили в конце 19 века. Ученый Феликс Гоппе-Зейлер со своими не менее выдающимися учениками Фридрихом Мишером и Альбрехтом Косселем выделили из клеток гноя вещество, которое содержало большое количество фосфора и имело высокую кислотность. Это были нуклеиновые кислоты. Позже Коссель выделил и описал небелковый компонент “нуклеина”, а именно азотистые основания – аденин, цитозин, гуанин, тимин и урацил, являющиеся необходимой составляющей любого нуклеотида.

Глубже изучая химический состав клетки, ученые обнаружили нуклеотиды во всех клетках. Это показывает, что без них клетка не может существовать. Во-первых, из нуклеотидов строится ДНК и РНК – молекулы, отвечающие за хранение и обработку информации. Структуру строения ДНК в середине 20 века изучили Д.Уотсон и Ф.Крик, определив ее как двойную спираль. В ДНК запрограммирована вся жизнь клетки. РНК является посредником между инертной ДНК и белком, без нее запрограммироаннные функции было бы невозможно осуществлять.

Во-вторых, в клетке находятся свободные нуклеотиды, которым принадлежат разнообразные функции. Например, АТФ (аденозинтрифосфат) – универсальный источник энергии в клетке, которая образуется за счет разрыва ангидридной связи между двумя фосфатными группами. Эта молекула может легко и быстро синтезироваться. Она выделяется в процессе субстратного или окислительного фосфорилирования и тратится на другие процессы в организме. Кроме того, АТФ является медиатором в синоптической передаче. Нуклеотиды могут быть переносчиками электронов и участвовать в электрон транспортных цепях – ФАД, ФМН, НАД+. Коэнзим-А участвует в метаболических путях, делая вещества более реакционноспособными. Некоторые сигнальные молекулы представлены нуклеотидами. цАМФ, а также цГМФ запускают метаболические каскады в клетках.
Открытиям в области изучения нуклеиновых кислот не раз присуждалась Нобелевская премия!

Нуклеотид состоит из трех компонент различной природы.
Азотистое основание – это гетероцикл, включающий несколько атомов азота с различными заметителями при атомах. Вид его может быть разный. В нуклеиновых кислотах обнаружено 5 видов оснований – аденин, гуанин относятся к пуринам, а цитозин, урацил, тимин – к пиримидинам. Пурины имеют два кольца, пиримидины – одно. Каждое основание образует сопряженную пи-электронную систему, тем самым сохраняя ароматичность. Молекула азотистого основания жёсткая и плоская.
В нуклеиновых кислотах можно встретить модифицированные нуклеотиды. Например, метилированный гуанин или аденин, ацетилированные нуклеотиды. Это нормальные компоненты НК. Они необходимы для контроля активности генов, защиты от экспрессии чужеродной НК.
К азотистому основанию через β-гликозидную связь присоединяется пентоза в фуранозной форме. Для нуклеотида характерно два сахара – рибоза (рибонуклеотид) или дезоксирибоза (дезоксирибонуклеотид). Единственное различие этих пентоз в отсутствии у дезоксирибозы гидроксильной группы у второго атома углерода. Молекула, состоящая из азотистого основания и рибозы или дезоксирибозы, называется нуклеозидом.
Третья часть нуклеотида – фосфаты. Их в нуклеотиде может быть от 1 до 3 – различают моно-, ди- и тринуклеотиды. Фосфат соединяется с фуранозой за счет образования фосфоэфирной связи. Связи между последующими фосфатами ангидридные. Фосфатные группы увеличивают реакционную способность молекулы и заряжают ее отрицательно. Фосфатные группы в нуклеотиде отличаются по свойствам: соединенные с сахаром – стабильные, соединенные с другим фосфатом – нестабильные. Ангидридные связи нестабильные из-за накопления около нее отрицательного заряда, поэтому они легко разрушаются с выделением энергии. Клетки используют это свойство нуклеотида в энергозависимых реакциях. Фосфатные группы в нуклеотиде отличаются по свойствам: соединенные с сахаром – стабильные, соединенные с другим фосфатом – нестабильные.