Тема 5. Нуклеиновые кислоты

К нуклеиновым кислотам относят высокомолекулярные соединения, характеризующиеся определенным элементарным составом и распадающиеся при гидролизе на пуриновые и пиримидиновые основания, пентозу и фосфорную кислоту. Особенно характерно для нуклеиновых кислот содержание Р (8 –10 %) и N (15 – 16 %).

Химический состав нуклеиновых кислот.

При нагревании нуклеиновых кислот с хлорной кислотой они распадаются на структурные единицы, из которых построены их макромолекулы. В состав нуклеиновых кислот входят пиримидиновые основания: цитозин, урацил, тимин и в очень малых количествах их производные, пуриновые основания: аденин, гуамин и их производные, моносахариды: рибоза и дезоксиребоза, фосфорная кислота. В соответствии с характером углеводные компоненты различают дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК).

Классификация ДНК и РНК.

В зависимости от места локализации ДНК в клетке различают ядерную, митохондриальную, хлоропластическую, центриольную и эписомальную ДНК, кроме внутри клеточной ДНК существует ДНК, входящая в состав вирусов и фагов.

По функциональному значению РНК делят на следующие виды:

1. транспортные РНК (тРНК) осуществляют кодирование аминокислот и перенос их в рибосомальный аппарат клетки в процессе биосинтеза белка. ТРНК локализованы в ядерном соке, митохондриях.

2. рибосомальные РНК (рРНК) являются структурной основой рибосом и выполняют в них разнообразные функции.

3. информационные или матричные РНК (мРНК) выполняют роль матрицы в процессе сборки полипептидных цепей в рибосомальном аппарате клетки.

4. вирусные РНК являются составными частями вирусных и фаговых рибонуклеопротеинов и несут всю информацию, необходимую для размножения вируса в клетках хозяина.

Лабораторная работа 8. Выделение и гидролиз нуклеопротеидов.

Нуклеопротеиды относятся к группе сложных белков, простетической группой которых являются нуклеиновые кислоты.

Оборудование и реактивы:

ступка с пестиком, центрифуга, стакан, воронка, пробирки, колба для фильтрования,

0,4%, 4%, 10% растворы гидроксида натрия, 10% растворы уксусной и серной кислот,

5% раствор сернокислой меди, Фелингова жидкость, растворы орцина или флороглюцина, аммиачный раствор окиси серебра, 25% раствор аммиака, раствор молибденовокислого аммония.

Опыт 1. Выделение нуклеопротеида из дрожжей.

5 г дрожжей смешивают в ступке с 2 мл воды, добавляют немного песка и тщательно растирают, примешивая небольшими порциями 25 –13 мл 0,4% раствора гидроксида натрия в течение 15 –20 мин. После этого смесь подвергают центрифугированию. Центрифугат сливают в стакан и по каплям прибавляют 10% уксусную кислоту, до прекращения выделения осадка (5 –6 мл), полученный осадок нуклеопротеида отделяют от раствора на центрифуге.

Опыт 2. Гидролиз нуклеопротеида.

В колбу или пробирку помещают осадок нуклеопротеида и 20 мл 10% раствора серной кислоты, нагревают до 35 – 40˚С. Гидролизат охлаждают, отфильтровывают и в прозрачном растворе определяют наличие белка, пентозы, пуриновых оснований и фосфорной кислоты из которых состоит нуклеопротеид. Белок обнаруживают с помощью биуретовой или миллоновой реакции. Пентозу обнаруживают по характерному окрашиванию при взаимодействии с орцином или флороглюцином, или путем восстановления меди в щелочном растворе гидрата оксида меди. К 1 мл реактива (с орцина или флороглюцина) добовляют половинуобъема гидролизата и нагревают до кипения. В случае использования орцина появляется зеленое окрашивание, а в случае использования флороглюцина – розово - красное.

Во втором случае в пробирку наливают 3 –4 мл гидролизата и 2 мл 10% раствора гидроксида натрия. К смеси прибавляют при встряхивании по каплям 5% раствор медного купороса, образующийся при этом осадок гидрата окиси меди растворяется. Раствор окрашивается в синий цвет. Медный купорос приливают до появления не исчезающей при встряхивании мути. Пробирку нагревают в верхней части до начинающегося кипения жидкости. При этом появляется сначала желтый осадок гидрата закиси меди, который переходит в красный осадок закиси меди. В этом опыте лучше использовать Фелингову жидкость, которая при смешивании в равных объемах с гидролизатом при нагревании в пробирке, образует красный осадок закиси меди.

Пуриновые основания обнаруживают при реакции с аммиачным раствором окиси серебра. К 2 мл гидролизата в пробирке приливают по каплям крепкий раствор аммиака до щелочной реакции и добавляют около 1 мл аммиачного раствора окиси серебра, при этом образуется хлопьевидный осадок серебряных солей пуриновых оснований.

Фосфорную кислоту обнаруживают с помощью молибденовокислого аммония. К 2 мл раствора молибденовокислого аммония в азотной кислоте прибавляют 2 –3 мл раствора гидролизата. Смесь слегка нагревают, образуется желто-зеленый осадок фосфорномолибденовокислого аммония (NH₄)₃PO₄⋅ МоО₃.

Вопросы и расчетно-графические задания.

1. Охарактеризовать составные компоненты нуклеиновых кислот.

2. Назовите виды нуклеиновых кислот.

3. Какие биологические функции ДНК?

4. Какие биологические функции РНК?

5. Как связаны нуклеотиды между собой в молекуле нуклеиновых кислот?

Приведите примеры.

6. Длина молекулы ДНК бактериофага ТЗ равна 14 мкм. Рассчитайте ее молекулярную массу.

7. В составе рибосомы кишечной палочки (E. Coli) содержится по одной молекуле 23S, 16S, и 5S РНК.

Рассчитайте соотношение трех видов РНК в рибосоме кишечной палочки (в %).

8.Напишите уравнения реакций согласно схемам с использованием структурных формул

всех компонентов:

+ Н₂О

а) аденин гипоксантин ксантин мочевая кислота

-NH₃

+ ¹⁄₂ О₂ + Н₂О + Н₂О + Н₂О

б) мочевая кислота А В С

-CO₂

+НАДФ +Н⁺ + Н₂О + Н₂О

в) урацил А В С

- НАД⁺

+ Н₂О + Н₂О

г) гуанозинмонофосфат гуанозин гуанин

- Н₃РО₄ -рибоза

ТЕМА 6.ЛИПИДЫ.

Липидами называют природные неполярные соединения, не­растворимые в воде, но растворимые в неполярных растворите­лях, таких как эфир, хлороформ, бензол и др.

В класс липидов попадает обширная группа соединений, имеющих разную структypy и биологические функции. В структурном отношении все липиды являются сложными эфирами жирных кислот и разнообразных спиртов. Жирные кислоты — это карбоновые кислоты с длинной али­фатической цепью.

Высшие жирные кислоты (ВЖК) являются основными гидрофобными компонентами липидов. Большинство ВЖК представляет собой монокарбоновые кислоты, содержащие линейные углеводородные цепи с четным числом атомов углерода (обычно С₁₂—С₂₀). Среди ВЖК часто встречаются ненасыщенные кислоты с одной или несколькими двойными связями. Структурные формулы и названия наиболее распространенных ВЖК приведены в таблице. Наиболее распространенные природные жирные кислоты

		Число
Формула	Название	атомов С
Насыщенные кислоты
СН3-(СН2)10СООН	Лауриновая
СН3-(СН2)]2СООН	Миристиновая
СН3-(СН2)14СООН	Пальмитиновая
СН3-(СН2)16СООН	Стеариновая
СН3-(СН2)22СООН	Лйгноцериновая
Ненасыщенные кислоты
СН3-(СН2)5СН=СН-(СН2)7СООН	Пальмитоолеиновая
СН3-(СН2)7СН=СН-(СН2)7СООН	Олеиновая
СН3-(СН2)3(СН2-СН=СН)2-(СН2)7СООН	Линолевая
СН3-(СН2)4(СН=СН-СН2)4-(СН2)2СООН	Арахидоновая
СН3-(СН2)7СН=СН-(СН2)13СООН	Нервоновая

Среди насыщенных природных ВЖК особенно распростране­ны пальмитиновая и стеариновая кислоты, они найдены во всех тканях животных и человека.

Среди ненасыщенных кислот наиболее распространенной является олеиновая кислота.

В организме высшие жирные кислоты в свободном виде содержатся в очень незначительных количествах.

По физиологическому значению липиды делят на резервные и структурные.

Резервные липиды депонируются в больших количествах и при необходимости расходуются для энергетических нужд организма.

К резервным липидам относят триглицериды.

Все остальные липиды можно отнести к структурным липидам.

К основным биологическим функциям липидов можно отнести следующие:

• энергетическая — при окислении липидов в организме выделяется энергия

(при окислении 1 г липидов выделяется 39,1 кДж);

• структурная — входят в состав различных биологических мембран;

• транспортная — участвуют в транспорте веществ через липид-ный слой биомембраны;

• механическая — липиды соединительной ткани, окружающей внутренние органы, и подкожного жирового слоя предохраняют органы от повреждений при внешних механических воздействиях;

• теплоизолирующая — благодаря своей низкой теплопроводности сохраняют тепло в организме. Липиды составляют 10—20% от массы тела человека. В теле взрос­лого человека содержится 10—12 кг липидов, из которых 2—3 кг приходится на структурные липиды. Подавляющая часть резерв­ных липидов (до 98%) сосредоточена в жировой ткани. Нервная ткань содержит до 25% структурных липидов, а биологические мембраны — 40% (от сухой массы).