Нуклеотиды

Нуклеотиды – это сложные эфиры нуклеозидов и фосфорной кислоты (фосфаты нуклеозидов). В зависимости от природы нуклеозидов выделяют рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды.

Фосфатная группа связана с пентозным циклом обычно в положениях 3’ или 5’.

Нуклеотиды называют как сложные эфиры фосфорной кислоты – фосфаты, например, уридин-5’-фосфат, дезоксигуанозин-3’-фосфат. С другой стороны, нуклеотиды можно рассматривать как двухосновные кислоты. Тогда их называют 5’-уридиловая кислота, 3’-дезоксигуаниловая кислота и т.д.

Фосфорная кислота может этерифицировать одновременно две гидроксильные группы углеводного остатка, образуя циклофосфаты. Практически во всех клетках присутствуют аденозин-3’,5’-циклофосфат (3’,5’-циклоадениловая кислота) и гуанозин-3’,5’-циклофосфат (3’,5’-циклогуаниловая кислота):

Циклические нуклеотиды играют в клетке важную роль: они являются посредниками между некоторыми гормонами (например, адреналин) и клеточными процессами.

Так как в молекулах нуклеотидов присутствуют и
N-гликозидные, и сложноэфирные связи, в зависимости от условий гидролиза образуются различные продукты. N-гликозидная связь гидролизуется только в кислой среде, а сложноэфирная – и в кислой, и в щелочной:

Нуклеотиды имеют большое значение не только как мономеры для строительства нуклеиновых кислот. Они участвуют в биохимических процессах и особенно важны в роли коферментов, т.е. веществ, необходимых для проявления активности ферментов.

Во всех тканях организма содержатся моно-, ди- и трифосфаты нуклеотидов. Особенно широко известны аденозинмонофосфат (АМФ), аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ). Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к взаимным преврашениям путем отщепления остатка фосфорной кислоты или наращиванием его:

Ангидридные связи между остатками фосфорной кислоты обладают большим запасом энергии (~32 кДж/моль), поэтому их называют макроэргическими. При гидролизе АТФ до АДФ и АМФ эта энергия выделяется. Важнейшая роль АТФ – поставщик энергии во всех живых клетках.

С участием АТФ и АДФ в организме осуществляется важнейший биохимический процесс – перенос фосфатных групп. Образование фосфатов – типичная реакция в метаболизме углеводов:

АТФ активирует α-аминокислоты в биосинтезе белков:

При взаимодействии α-аминокислоты с молекулой АТФ образуется смешанный ангидрид аминокислоты и АМФ – аминоациладенилат. Ангидриды кислот являются более активными ацилирующими средствами, чем сами кислоты. Активированная аминокислота затем взаимодействует с аминогруппой следующей аминокислоты в синтезе пептидов.

Нуклеотидную природу имеет никотинамидадениндинуклеотид (НАД⁺) – кофермент дегидрогеназ, который является участником окислительно-восстановительных реакций (см. стр. 148). С участием НАД⁺ протекают реакции окисления спиртов в альдегиды (ретинол – ретиналь и др.).

Флавинадениндинуклеотид (ФАД) является метаболически активной формой рибофлавина (витамина B₂).

В структуре рибофлавина присутствует остаток D-рибитола (многоатомный спирт – продукт восстановления рибозы) и гетероциклическая система изоаллоксазина (флавина). В структуре же ФАД присутствует ещё и остаток адениндинуклеотида.

Флавинадениндинуклеотид является коферментом окислительно-восстановительных процессов с участием ферментов оксидаз и дегидрогеназ. С участием ФАД происходит, например, окислительное дезаминирование α-аминокислот в организме.

Ответственной за окислительно-восстановительный процесс является остаток изоаллоксазина, способный присоединять два атома водорода с образованием восстановленной формы ФАДH₂: