А   Б  В  Г  Д  Е  Є  Ж  З  І  Ї  Й  К  Л  М  Н  О  П  Р  С  Т  У  Ф  Х  Ц  Ч  Ш  Щ  Ю  Я 


Фосфоефірную зв'язок

Фосфоефірную зв'язок має конформацію, що забезпечує зближення гетероциклічних підстав сусідніх нук-леотідов до відстані 3 4А: між ядрами здійснюється межплоскостное взаємодія (stacking interaction) за рахунок гідрофобних сил. В результаті гетероциклічні підстави нашаровуються один на одного, утворюючи гидрофобное ядро, на зовнішній стороні якого розташовуються гідрофільні фосфатні групи і залишки цукру.

розщеплення фосфоефірную зв'язків в нуклеїнових кислотах з розривом зв'язків С-О спостерігається в тих випадках, коли ці зв'язки активовані карбонильной групою в залишку цукру, що знаходиться по відношенню до них в (3-положенні. Введення такої карбонільної групи може бути досягнуто або видаленням підстави (див. гл. в останньому випадку можуть бути активовані як 3 -, так і 5 -фосфоефірние зв'язку.

Значно більшу лабільність фосфоефірную зв'язків в Аміда Буклеозід-3 5 -ціклофосфата в порівнянні з відповідним незаміщених ціклофосфатом можна пояснити двома причинами: по-перше, в повністю заміщення фосфаті полегшена атака фосфору молекулою води або іншим нуклеофільних реагентом; по-друге, при заміні кисню в діефіру фосфорної кислоти на азот, неподіленої пари електронів якого, як відомо, здатна брати участь в сполученні більшою мірою, ніж неподіленого електронних пара кисню, зменшується сполучення Sd-орбіт фосфору з ефірним киснем, в результаті чого фосфоефірную зв'язок (Р - OR) послаблюється.

Для глікофосфоліпідов з фосфоефірную зв'язком найбільш імовірним є приєднання фосфолипида до Ci або С6 вуглеводу.

В результаті зазначеної реакції бідна анергією фосфоефірную зв'язок 2-фосфоглицериновой кислоти перетворюється в багату енергією (макро-ергічну) енолфосфатную зв'язок.

Обробка фосфоліпідів оцтовим ангідридом призводить до розщеплення фосфоефірную зв'язку з боку гидрофобной компоненти і подальшого ацетилювання утворився дигліцериди; при цьому можлива ацильного міграція.

Схема метаболічних перетворень пірувату. Ці реакції здійснюються високоспецифічними ферментами, гідролого-зующий фосфоефірную зв'язок. Реакції є екзергонічеськие і не вимагають витрати енергії.

Відомі два основних типи реакцій, що призводять до розщеплення фосфоефірную зв'язків. Вони можуть розриватися в результаті розщеплення зв'язку Р - О при міжмолекулярної або внутрімолекулярної нуклеофільної атаці атома фосфору. До цього типу належать реакції гідролізу фосфомоноефірних зв'язків в моно-нуклеотидах і фосфодіефірних зв'язків в нуклеозідціклофосфатах і полирибонуклеотидов, каталізують кислотами, лугами та іншими підставами, а також сполуками важких металів. Розщеплення фосфоефірную зв'язків може відбуватися також внаслідок розриву зв'язку С-О в фосфомоно - і фосфодіефірах, що мають у вуглеводному залишку карбонильную групу в р-положе-ванні по відношенню до фосфоефірную зв'язку.

Цікаво, що при рН 2 5 криві розщеплення фосфоефірную зв'язку в обох обговорюваних з'єднаннях (XXV і U-S - фен) майже збігаються[42], Отже, як карбоксильна, так і 3 (2) - фосфатна група активна в цій реакції тільки в неіонізованной формі.

Таким чином, і в цьому слу-ІАЕ розщеплення фосфоамідной зв'язку протікає з одночасним утворенням фосфоефірную зв'язку.

Просторова будова нуклеотидів визначається формою кільця пентози, розташуванням гетероциклического підстави по відношенню до пентоз і конформацией фосфоефірную зв'язку. З безлічі можливих геометричних форм відбираються строго певні, енергетично вигідні конформації.

Кінетичні параметри гідролізу ряду пірімідіндезоксірібонуклеозідов в нейтральній і слабокислою середовищах при 95 С. Для коротких олігонуклеотидів в деяких випадках вдається розщепити більш лабільні до дії кислот глікозид-ні зв'язку зі збереженням (частковим) фосфоефірную зв'язків. Відомий, однак, приклад (правда, поки що єдиний) виборчого відщеплення від РНК в умовах кислотного гідролізу незвичайного мінорного компонента.

У значних кількостях в хлоропластах ряду рослин (морква, капуста, шпинат, цукрові буряки) виявлена фосфолипаза D, яка розщеплює фосфоефірную зв'язок між фосфатідовой кислотою і гидрофильной компонентою (X), що призводить до утворення фосфатідовой кислоти.

У разі неприродного межнуклеозідной фосфодіефірних зв'язку поряд з символом межнуклеотидной зв'язку в дужках вказуються номери атомів, при яких знаходяться гідроксильні групи, що утворюють фосфоефірную зв'язок.

У тому випадку, якщо а-діольная група належить нуклеозид-5 - фосфату, олиго - або полінуклеотиду, окислення з подальшою обробкою лугом або амінами приводить до розщеплення фосфоефірную зв'язку з одночасним відщепленням підстави. Реакція дає можливість вибірково отщеплять 3 -концевие ланки у полирибонуклеотидов і використовується при аналізі послідовності РНК.

У пошуках оптимальних умов проведення реакції вивчався вплив ряду амінокислот і первинних амінів (гліцину, Аспара-гина, лізину, метиламін, циклогексиламіну) 177 - 182 рН середовища 8 - 181 температури ш на швидкість розщеплення фосфоефірную зв'язку в діальдегіду, отриманих перйодатного окисленням рибо нуклеозид-5 - фосфатів і ряду олігонуклеотидів з вільною кінцевий 1 з-глікольной угрупованням. Дані про вплив рН на швидкість розпаду фосфоефірную зв'язку суперечливі.

Значно більшу лабільність фосфоефірную зв'язків в Аміда Буклеозід-3 5 -ціклофосфата в порівнянні з відповідним незаміщених ціклофосфатом можна пояснити двома причинами: по-перше, в повністю заміщення фосфаті полегшена атака фосфору молекулою води або іншим нуклеофільних реагентом; по-друге, при заміні кисню в діефіру фосфорної кислоти на азот, неподіленої пари електронів якого, як відомо, здатна брати участь в сполученні більшою мірою, ніж неподіленого електронних пара кисню, зменшується сполучення Sd-орбіт фосфору з ефірним киснем, в результаті чого фосфоефірную зв'язок (Р - OR) послаблюється.

З панкреатичної залози була виділена рибонуклеаза, отримана в 1940 р в кристалічному стані. Вона діє на РНК, розщеплюючи фосфоефірную зв'язок приєднаного до положення 3 пиримидинового нуклеозида (див. Гл. У пошуках оптимальних умов проведення реакції вивчався вплив ряду амінокислот і первинних амінів (гліцину, Аспара-гина, лізину, метиламін, циклогексиламіну) 177 - 182 рН середовища 8 - 181 температури ш на швидкість розщеплення фосфоефірную зв'язку в діальдегіду, отриманих перйодатного окисленням рибо-нуклеозид-5 - фосфатів і ряду олігонуклеотидів з вільною кінцевий 1 з-глікольной угрупованням. Дані про вплив рН на швидкість розпаду фосфоефірную зв'язку суперечливі.

Якщо взяти до уваги спосіб утворення нуклеїнових кислот при біосинтезі (тобто синтезі в живих організмах або за допомогою ферментних систем, виділених з живих організмів), то їх слід розглядати як полімери, утворені нуклеозид-5 - фосфатами. При цьому кожен залишок фосфорної кислоти мономера, крім кінцевого, пов'язаний фосфоефірную зв'язком з 3 - ОН-груп-співай сусіднього мономерного ланки. На рис. 7 наведена структура примикають до кінців фрагментів нуклеїнової кислоти з деякою довільній послідовністю нуклеотидів. Видно, що всі залишки фосфорної кислоти, крім одного, утворюють фосфодіефірні групи і все 3 -гідроксігруппи, крім однієї, беруть участь в утворенні фосфоефірную зв'язків. Залишок, що містить 5 -фосфомоноефірную групу, називають 5 -концевим, а залишок, що містить не-етерифікованих 3 -гідроксігруппу, - 3 -концевим.

Перетворення 3-фосфогліцерата в гексозофосфат в циклі Кальвіна. Від наведених в § 8.2 процесів її відрізняє лише відновлення 1 3-дпфосфогліцерата, яке в даному випадку проходить. Крім того, перетворення фруктозо-1 6-дифосфата у фруктозо-6 - фосфат ггроісходіт шляхом гідролізу фосфоефірную зв'язку, катализируемого фруктозодіфосфатазой, в той час як в гліколізі на фосфорілнрованіе фруктозо - З-фосфату витрачається макроергів-чна зв'язок в молекулі АТФ.

При здійсненні синтезу цих сполук слід зважати на можливість міграції фосфатного залишку[189], А також з ацильної міграцією[190]при використанні складноефірних захисних груп в міоінозітном кільці. До захисних груп пред'являється ряд вимог: можливість селективного введення, видалення без розриву фосфоефірную зв'язків і зі збереженням функціональних груп в гліцеринової половині молекули.

Відносно подальшої долі мононуклеотидів в кишечнику існує два припущення. По-перше, мононуклеотиди розщеплюються під дією неспецифічних фосфатаз (кислої і лужної), які гідролізу-ють фосфоефірную зв'язок ( нуклеотідазное дію) з утворенням нукле-озідов і фосфорної кислоти, і в такому вигляді всмоктуються. Друге припущення полягає в тому, що мононуклеотиди всмоктуються і розпад їх здійснюється в клітинах слизової оболонки кишечника. Є також докази існування в стінці кишечника нуклеотидази, які каталізують гідролітичні розпад мононуклеотидів. Подальший розпад утворилися нуклеозидов здійснюється всередині клітин слизової переважно фосфорілітіческім, а не гідролітичні шляхом.

Відносно подальшої долі мононуклеотидів існує два припущення. Вважають, що мононуклеотиди в кишечнику під дією неспецифічних фосфатаз (кислої і лужної), які гідролізують фосфоефірную зв'язок мононуклеотида (нуклеотідазное дію), розщеплюються з утворенням нуклеозидів і фосфорної кислоти і в такому вигляді всмоктуються. Згідно з другим припущенням, мононуклеотиди всмоктуються, а розпад їх відбувається в клітинах слизової оболонки кишечника. Є також докази існування в стінці кишечника нуклеотидази, які каталізують гідролітичні розпад мононуклеотидів.

Він має молекулярну масу близько 10 Ша; порівняно термостабилен; містить фосфорильовану пан-тотеновую кислоту (вітамін В3) і тіоетіламін, ковалентно приєднані до поліпептидного ланцюга АПБ через серинові залишок фосфоефірную зв'язком.

Отже, організація білкової молекули відбувається в результаті різного роду молекулярних взаємодій, які і визначають рівні її структури. Первинна структура макромолекули білка цілком визначається ковалентними зв'язками вздовж поліпептидного ланцюга, вторинна - водневими зв'язками між пептидними групами, розташованими в сусідніх витках спіралі або сусідніх ділянках різних ланцюгів, і, нарешті, третинна структура - хімічними сшивками окремих ділянок одного ланцюга або декількох ланцюгів (дисульфідні містки , фосфоефірную зв'язок) і силами взаємодії неполярних бічних радикалів деяких амінокислот.

Реакції, що призводять до розщеплення фосфоефірную (особливо фосфодіефірних) зв'язків, займають особливе місце в ряду інших хімічних перетворень нуклеїнових кислот і їх компонентів. Вони є основою аналітичних методів, використовуваних для визначення складу і будови нуклеїнових кислот. Хоча в даний час хімічні методи гідролізу фосфоефірную зв'язків в значній мірі поступилися місцем ферментативним, що дозволяє проводити таке розщеплення в більш м'яких умовах і більш специфічно, проте можливості хімічних способів гідролізу ще далеко не вичерпані.

Біологічна функція полипренолов полягає в перенесенні глюкози і інших Сахаров через клітинні мембрани. In vivo полипренолов і доліхол знаходяться в вигляді пірофосфорна ефірів. Під позаклітинному просторі вони під дією ферментів утворюють фосфоефірную зв'язок з молекулою цукру. Такий пренілірованний сахарофосфат легко проходить через клітинну мембрану, а в цитоплазмі, гідролізуючись, звільняє вуглевод, який далі утилізується клітиною. Самі гідрофільні молекули цукрів не здатні проникнути крізь гідрофобну оболонку клітини.

Фосфатидними кислота утворюється в організмі в процесі біосинтезу три-ацілгліцероли і гліцерофосфоліпідів як загальний проміжний метаболіт; в тканинах вона присутня в незначних кількостях. Слід зазначити, що всі природні гліцерофосфоліпіди відносяться до L-ряду. різні гліцерофосфоліпіди відрізняються один від одного додатковими угрупованнями, приєднаними фосфоефірную зв'язком до фосфатидного кислоти.

При гідролізі лугом або РНК-азой отримані дані добре відтворюються, укладаються в стехиометрические співвідношення і добре узгоджуються між собою; можна тому сподіватися, що ці методи виявляться придатними для аналізу навіть дуже невеликих кількостей фрагментів макромолекул. Що ж стосується фосфодіестерази зміїної отрути, то її застосування пов'язане з певними труднощами. У будь-якому випадку розрив 5 -фосфоефірной зв'язку (до або одночасно з розщепленням З - фосфоефірную зв'язків) призводить до появи нового кінцевого фрагмента, який в кінцевому гидролизате буде виявлений у вигляді нуклеозі-да, так що цей метод можна використовувати тільки в тому випадку, якщо і фермент і РНК абсолютно вільні від домішок інших нуклеаз. Далі, умови гідролізу слід підібрати таким чином, щоб специфічне розщеплення РНК здійснювалося в аденозин-2 - фосфат, аденозин-5 - фосфат і лише в дуже незначній кількості аденозин - З - фосфат. Структура цих синтетичних діфосфатов була підтверджена за допомогою моно-естерази, специфічно розщеплює З - фосфоефірную зв'язок в аденозин-3 5 -діфосфате.

У лужному середовищі з'єднання XX перетворюється в 3 (2) - фосфоуріділіл - (5 - - М) - фенілаланін. Склад гідро-лизатов показує, що відщеплення амінокислоти в лужному середовищі пов'язано з гідролізом 2: З - ціклофосфамінокіслотной угруповання. Оскільки фосфоамідная зв'язок в лужному середовищі стійка, а Р-0-зв'язок гідролізується, очевидно, що механізм цієї реакції може включати попереднє розщеплення фосфоефірную зв'язку цикло-фосфату. В результаті цього утворюється дуже нестійке з'єднання типу XIII, а, яке, як це було показано вище, легко перетворюється в ціклофосфат з одночасним елімінування амінокислоти. Тому лабільність з'єднання XX навіть в нейтральному середовищі показує, що амідування ціклофосфата призводить до зменшення міцності фосфатного циклу, так що він розщеплюється навіть під впливом молекул води. Така поведінка з'єднання XX підтверджує механізм розщеплення амінокислотного похідного XVIII по шляху 2 (див. Стор. АМФ впливає і на дефосфорілірованіе білків, до-рої здійснюється під дією протеїнфосфатаз. Так, Протеїнкіназа фосфорилирует один з білків, в результаті чого він набуває св -ва пригнічувати фосфату-зу 1 - фермент, каталізує дефосфорілірованіе. Метаболізм цАМФ здійснюють два ферменти - Аден-атціклаза, що каталізує синтез цАМФ з АТФ, і фосфодіестерази цАМФ, к-раю каталізує гідроліз цАМФ по З - фосфоефірную зв'язку з утворенням 5 -адено-зінмонофосфата.

Відомі два основних типи реакцій, що призводять до розщеплення фосфоефірную зв'язків. Вони можуть розриватися в результаті розщеплення зв'язку Р - О при міжмолекулярної або внутрімолекулярної нуклеофільної атаці атома фосфору. До цього типу відносяться реакції гідролізу фосфомоноефірних зв'язків в моно-нуклеотидах і фосфодіефірних зв'язків в нуклеозідціклофосфатах і полирибонуклеотидов, каталізують кислотами, лугами та іншими підставами, а також сполуками важких металів. Розщеплення фосфоефірную зв'язків може відбуватися також внаслідок розриву зв'язку С-О в фосфомоно - і фосфодіефірах, що мають у вуглеводному залишку карбонильную групу в р-положе-ванні по відношенню до фосфоефірную зв'язку.

Перша група об'єднує реакції, пов'язані з пошкодженням підстав, послідовність яких визначає специфічний генетичний код ДНК. Ці реакції, що призводять до втрати окремих підстав або до заміни одних підстав іншими, ми об'єднуємо під загальною назвою декодування ДНК. Друга група об'єднує реакції, пов'язані з пошкодженням вуглеводної частини ДНК - дезоксирибоза, що бере участь в утворенні поздовжніх фосфоефірную зв'язків. Ці реакції, що призводять до одиночних і подвійних розривів поздовжніх зв'язків безпосередньо при опроміненні або після деякого часу після опромінення, ми об'єднуємо під загальною назвою деполимеризации ДНК.

Якщо взяти до уваги спосіб утворення нуклеїнових кислот при біосинтезі (тобто синтезі в живих організмах або за допомогою ферментних систем, виділених з живих організмів), то їх слід розглядати як полімери, утворені нуклеозид-5 - фосфатами. При цьому кожен залишок фосфорної кислоти мономера, крім кінцевого, пов'язаний фосфоефірную зв'язком з 3 - ОН-груп-співай сусіднього мономерного ланки. На рис. 7 наведена структура примикають до кінців фрагментів нуклеїнової кислоти з деякою довільній послідовністю нуклеотидів. Видно, що всі залишки фосфорної кислоти, крім одного, утворюють фосфодіефірні групи і все 3 -гідроксігруппи, крім однієї, беруть участь в утворенні фосфоефірную зв'язків. Залишок, що містить 5 -фосфомоноефірную групу, називають 5 -концевим, а залишок, що містить не-етерифікованих 3 -гідроксігруппу, - 3 -концевим.

Відомі два основних типи реакцій, що призводять до розщеплення фосфоефірную зв'язків. Вони можуть розриватися в результаті розщеплення зв'язку Р - О при міжмолекулярної або внутрімолекулярної нуклеофільної атаці атома фосфору. До цього типу належать реакції гідролізу фосфомоноефірних зв'язків в моно-нуклеотидах і фосфодіефірних зв'язків в нуклеозідціклофосфатах і полирибонуклеотидов, каталізують кислотами, лугами та іншими підставами, а також сполуками важких металів. Розщеплення фосфоефірную зв'язків може відбуватися також внаслідок розриву зв'язку С-О в фосфомоно - і фосфодіефірах, що мають у вуглеводному залишку карбонильную групу в р-положе-ванні по відношенню до фосфоефірную зв'язку.

Крім того, слід враховувати, що карбоксильна група володіє великим /- ефектом в порівнянні з метоксікарбонільной групою. Тому в нуклеотіділамінокіслотах вільна пара електронів фос-фоамідного азоту може бути в деякій мірі відтягнута в сторону карбоксилу, так що здатність азоту до протонізації зменшується, в результаті чого фосфоамідная зв'язок дещо стабілізується. У той же час це веде до того, що протонізації фосфоамідной групи здійснюється двояко: протон зв'язується не тільки з азотом, але і з киснем. Відповідно до цього мають місце два конкуруючі процеси: розщеплення фосфоамідной і розщеплення фосфоефірную зв'язків. Беручи до уваги вищевикладене, можна було очікувати, що введення в молекулу нуклеотиду - (5 - - N) - амінокислоти додаткової функціональної групи, здатної до утворення водневого зв'язку, має ще більш збільшувати лабільність фосфоефірную зв'язку.

Для групи з'єднань, серед яких найбільш відомим є АТФ, було показано, що при віднесенні розглянутих змін енергії до утворення зв'язків замість ентальпії краще користуватися величинами вільної енергії. Отримувані при цьому величини відповідають вільним енергій перенесення зв'язків. Розрахунки ґрунтуються на зменшенні вільної енергії, що супроводжує перенесення окремої групи, такий наприклад як фосфатна, на воду; в цьому випадку говорять про вільну енергії гідролізу. Хоча гідроліз АТФ, якщо його розглядати ізольовано, енергетично марнотратний і неясно, де він реалізовується в процесі метаболізму, проте вільна енергія цього процесу використовується в якості стандарту, за яким можна порівнювати АТФ з іншими членами групи. Символ - використовується для позначення окремої зв'язку, навколо якої локалізована енергія. Так, молекулу АТФ скорочено позначають А - Р - ф-ф - ф (де А - аденін, а Р - рибоза), для того щоб підкреслити відмінність високоенергетичних пірофосфатних зв'язків від фосфоефірную зв'язку, що з'єднує рибозу з першої фосфатной групою.

Схема визначення кінцевих груп. Методичні прийоми визначення нуклеотидної послідовності зводяться головним чином до контрольованого розщепленню РНК різними по специфічності ферментами і хроматографічному поділу продуктів гідролізу. Аналізуючи продукти гідролізу на різних його стадіях і застосовуючи відповідні набори, гідроліз-чих ферментів, визначають склад кожного з таких фрагментів, відновлюють порядок з'єднання фрагментів один з одним і в кінці кінців встановлюють послідовність нуклеотидів у всій ланцюга РНК-РНК, первинна структура - будова молекул РНК, при якому нуклеотиди послідовно з'єднані один з одним. Для розуміння первинної структури РНК найбільш важлива природа Межнуклеотидная зв'язків. Відомо, що лужний гідроліз РНК супроводжується, нейтралізацією лугу. Звідси випливає, що всі або частину фосфорнокислий груп бере участь в утворенні Межнуклеотидная зв'язків. Під впливом азотної кислоти азотисті основи в цільної РНК дезамінується-ються, але РНК при цьому не розщеплюється, що свідчить про те, що аміногрупи підстав до утворення Межнуклеотидная зв'язків відношення не мають. Як показує спектрометричні титрування, в освіті Межнуклеотидная зв'язків не беруть участі кетогрупи гуаніну та урацила. При ферментативному гідролізі РНК фосфодіестеразою зміїної отрути утворюється суміш 5 -монофосфатоввсех чотирьох нуклео-зідов. Це означає, що в освіту Межнуклеотидная зв'язків залучені С-5 - атоми. При лужному ж гідролізі утворюється суміш нуклеозид-2 - і нуклеозид - З - монофос-фатов. Звідси можна зробити висновок, що Межнуклеотидная зв'язку виникають при наявності фосфоефірную груп, що з'єднують С-5 - одного нуклеотиду з атомами С-2 С-3 сусіднього з ним нуклеотиду. Оскільки при гідролізі РНК фосфодіестеразою селезінки утворюється моль нуклеозид-3 - фосфату, то присутність в нативної РНК фосфоефірную зв'язків (С-2) - (C-5 j виключається. На цій схемі буквами р і х позначені місця розривів фосфодіефірних зв'язків відповідно фосфодіестеразою зміїної отрути і фосфодіестеразою селезінки.