Параграф 70. нуклеотиды

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

ПАРАГРАФ 70:
«НуклеоТиды».

70.1. Азотистые основания.
Пурины и пиримидины – это азотистые основания, нужны в качестве составной части ДНК, РНК, нуклеотидов и нуклеозидов. (См. на формулы).
И пурины, и пиримидины являются гетероциклами (то есть циклическими веществами, образованными не только атомами углерода – в данном случае циклы образованы атомами углерода и азота), ароматическими.
У азотистых оснований могут быть боковые группы: ОН, NH2, СН3.
В состав РНК входят 4 типа азотистых оснований: пурины аденин и гуанин и пиримидины цитозин и урацил.
В состав ДНК входят те же основания, за исключением урацила – вместо урацила в состав ДНК входит тимин.
Азотистое основание может быть соединено N-гликозидной связью с пентозой: с рибозой или дезоксирибозой (у дР нет атома О во 2-м положении); такие соединения называются нуклеоЗидами (с рибозой) и дезоксинуклеоЗидами (с дезоксирибозой).
(При этом определенный атом азота основания соединен с первым атомом углерода пентозы;
в формуле основания «убирается» Н, «вместо» которого рисуется пентоза,
в формуле пентозы «убирается» ОН).
70. 2. Названия нуклеозидов.
Соединение аденина с рибозой называется аденозином и обозначается буквой А,
а с дезоксирибозой – дезокси/аденозином (дА).
Соединение гуанина и рибозой называется гуанозином и обозначается буквой Г,
а с дезоксирибозой – дезокси/гуанозином (дА).
Соединение цитозина с рибозой называется цитидином и обозначается буквой Ц,
а с дезоксирибозой – дезоксицитидином (дЦ).
Соединение урацила с рибозой называется уридином и обозначается буквой У,
а с дезоксиуридином (дУ).
Соединение тимина с дезоксирибозой называется тимидином и обозначается буквой Т (не дТ).
70. 3. Названия нуклеоТидов.
НуклеоЗид может быть связан с фосфатом (сложноэфирной связью) – такое соединение называется нуклеоЗид/монофосфатом (НМФ) или нуклеоТидом.
При этом атом Н ОН группы пентозы в 5-м положении (при 5-м атоме углерода пентозы) «заменен» на остаток фосфорной кислоты (Н2РО3).
Примеры нуклеотидов – АМФ, УМФ и т.д. (А – нуклеозид аденозин, а У – нуклеозид уридин). Название соединения нуклеоЗида с дифосфатом –  нуклеозид/дифосфат (НДФ), с трифосфатом – нуклеоЗид/трифосфат (НТФ).
Н а з в а н и я  нуклеоЗидов и (рибо) н у к л е о Т и д о в
Таблица.
…

70. 4. Ф у н к ц и и   н у к л е о З и д о в :  аденозина и 5-дезокси/аденозина.

Аденозин (соединение аденина и рибозы) является гормоном,
– это значит, что он действует через рецепторы (рецепторы аденозина называются А-рецепторами).
Эффекты аденозина можно снизить, блокируя А-рецепторы, через которые эффекты развиватся.
Пример блокатора А-рецепторов –кофеин.
(Возможно, организм ответит на блокаду рецепторов синтезом новых рецепторов и сенситизацией – п.92, но это другой вопрос).
Когда вечером хочется спать, это результат действия аденозина (отчасти). Аденозин «усыпляет» организм, чтобы (возможно) предотвратить истощение организма при усталости, вечером, при отсутствии сна долгое время и т.д.. Аденозину можно помешать усыплять организм, если заблокировать его рецепторы кофеином, выпив кофе. Но, кофе не столько дает силы (АТФ), сколько блокирует ощущение усталости.

Эффекты аденозина (реализуются через А-рецепторы).
направлены на снижение активности организма: снижается активность головного мозга, сердца, дыхания, почек, действие возбуждающих нейромедиаторов (глутамата, катехоламинов).
Бронхи. Аденозин сужает просвет бронхов – при увеличении эффекта это чревато бронхоспазмом (удушьем). Снизить этот опасный эффект и расширить просвет бронхов можно за счет блокады А-рецепторов с помощью кофеина (пример полезного применения кофеина). Есть другие способы снятия бронхоспазма – см. п.109.
Мозг.
СНИЖЕНИЕ АКТИВНОСТИ мозга проявляется в сонливости и т.п..
Для повышения активности мозга (при сниженной активности мозга) применяют блокаторы А-рецепторов (кофеин).
Потребление кислорода.
Снижение активности сердца и интенсивности дыхания приводит к снижению поступления кислорода в организм, но и потребление кислорода клетками аденозин тоже снижает. Благодаря снижению потребления кислорода аденозин увеличивает переносимость дефицита кислорода при гипоксии и ишемии (устойчивость к экстремальным факторам). (Можно сказать, что аденозин переводит организм в режим экономии, а при экономии проще пережить дефицит ресурсов). Одним из следствий снижения потребления кислорода является снижение температуры тела (т.к. снижается активность ДЦ).
Почки.
Снижение активности почек аденозином проявляется в уменьшении образования мочи.
Блокада этого эффекта кофеином приводит к увеличению образованию мочи, то есть оказывает мочегонный эффект. (Полезное действие кофеина, если нужен мочегонный эффект и не страшны другие эффекты кофеина, но не совсем удобный эффект вне дома).
Сосуды.
Аденозин расширяет сосуды сердца и мозга (кофе, соответственно, сужает).
Тромбоциты. Аденозин снижает агрегацию ТЦ и в результате снижает образование тромбов.
Аденозин применяется в медицине в качестве средства для управляемой гипотензии и при аритмии.

Э ф ф е к т ы   а д е н о з и н а   и   к о ф е и н а .

…
Таблица

НуклеоЗид 5-дезокси/аденозин является часть кофермента 5-дезокси/аденозил/кобаламин – одной из активных форма кобаламина (витамина В12). Этот кофермент участвует в превращении метил/малонилКоА (образующегося при катаболизме некоторых аминокислот и других веществ) в сукцинилКоА; при дефиците этого кофермента скорость реакции снижается, метил/малонилКоА накапливается, это приводит к ацидозу и повреждению нервов. Подробнее в другой теме.
Ф у н к ц и и   свободных  н у к л е о т и д о в . См. таблицу.
Большая часть нуклеотидов находится в составе полимеров (нуклеиновых кислот). Остальные называют свободными.
1. АТФ и другие НТФ выполняют макроэргическую функцию
– это значит, что они могут использоваться в качестве источников энергии.
Для получения от НТФ энергии нужно отщепить один или два фосфата (при этом расщепляются макроэргические связи между фосфатами) – другими словами, расщепить АТФ на фосфат и АДФ или дифосфат и АТФ.
АТФ используется в большинстве реакций, требующих энергии (в основном синтезы, а также фосфорилирование под действием киназ) поэтому АТФ называют универсальным макроэргом (но это не значит, что АТФ может использоваться вместо других НТФ).
В некоторых реакциях углеводного обмена нужен УТФ (в гликоген/синтазной реакции п.31, в унификации галактозы п.30) – поэтому УТФ называют макроэргом углеводного обмена (но в большинстве реакций углеводного обмена тратится АТФ).
В некоторых реакциях липидного обмена (синтез мембранных липидов) нужен ЦТФ, при синтезе белка (при трансляции) нужен ГТФ.
При синтезе РНК нужны все НТФ, кроме ТТФ (тимина в РНК нет), т.е. АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ.
При синтезе ДНК нужны все дезоксиНТФ: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, ТТФ (всегда содержит дезоксирибозу, поэтому необязательно ставить «д» перед ТТФ).
При синтезе РНК и ДНК от каждого НТФ отщепляются два фосфата, чтобы выделилась энергия (для присоединения очередного НМФ), при этом остальная часть нуклеотида (НМФ) присоединяется к предыдущему нуклеотиду – так происходит «наращивание» цепочек ДНК или РНК. НТФ при синтезе ДНК и РНК являются не только макроэргами, но и (часть НМФ) поставщиками мономеров.

2. АТФ является источником АМФ при синтезе коферментов
НАД, НАДФ и ФАД. Эти КоФ состоят из двух нуклеотидов и поэтому относятся к динуклеотидам. При этом два нуклеотида соединены «через» фосфаты (в ДНК связи между нуклеотидами другие). Их функции названы в других темах. В НАД в состав первого нуклеотида входит азотистое основание никотинамид (в ДНК такого основания нет), которое является витамином, а в состав второго нуклеотида входит аденин (второй нуклеотид называется АМФ), поэтому НАД называется НикотинамидАденинДинуклеотидом. В НАДФ все также, как в НАД, но еще есть фосфат (соединен с рибозой АМФ во 2-м положении). В ФАД второй нуклеотид – АМФ (как в НАД), а первый нуклеотид состоит из рибофлавина и фосфата; рибофлавин является витамином, состоит из азотистого основания флавина и спирта рибита «вместо» обычной рибозы; расшифровка ФАД - ФлавинАденинДинуклеотид. Кофермент КоА содержит в составе (моно)нуклеотид АДФ, источником которого тоже является АТФ. Использование нуклеотидов для синтеза коферментов называется коферментной функцией.

3. Р е г у л я т о р н ы е   ф у н к ц и и
нуклеотидов (подробности в теме «гормоны»).
3.1 АТФ ингибирует катаболические процессы (ЦТК, ДЦ, гликолиз,  и др.) и активирует анаболические (ГНГ). АТФ ингибирует катаболизм «на правах продукта»: тогда, когда АТФ много, и потому, что главный смысл катаболизма – это получение АТФ (если АТФ много, то необходимость в катаболических процессах снижается). Ингибирование катаболизма под действием АТФ происходит по принципу отрицательной обратной связи (то есть когда результат процесса снижает активность процесса). Активация АТФ анаболических процессов связана с тем, что АТФ является их субстратом – тратится в качестве источника энергии.
Регуляторные эффекты АДФ противоположны эффектам АТФ, то есть АДФ активирует катаболизм и ингибирует анаболизм. Это связано с тем, что накопление АДФ в клетке является результатом снижения [АТФ] (при расщеплении АТФ образуется АДФ).
3.2. АТФ является субстратом для синтеза регулятора цАМФ - циклической формы АМФ. цАМФ тоже относится к нуклеотидам. цАМФ выполняет функцию второго посредника (то есть передает сигнал гормона от мембраны внутрь клетки). Из ГТФ образуется цГМФ. При синтезе цАМФ от АТФ отщепляются два фосфата, оставшийся фосфат соединяется сложноэфирной (фосфодиэфирной) связью с кислородом рибозы в 3-м положении – из-за этой связи АМФ и называют циклическим. Получается, что фосфат соединен с рибозой двумя связями – с атомом О в 5-м положении и с атомом О в 3-м положении.
3.3 АТФ является источником фосфата для протеинкиназ – ферментов, которые присоединяют фосфат к белкам (фосфорилируют белки) и в результате изменяют активность белков (регулируют активность белков).
3.4. Существуют белки, активность которых регулируется нуклеотидом ГТФ – эти белки называют ГТФ-зависимыми или кратко G-белками. Среди них различают мембранные (Gs, Gi, Gq, Gt), малые (Ras), регуляторы синтеза белка (факторы инициации, элонгации). Подробнее в теме о гормонах.
3.5. Динуклеотид НАД является источником АДФ-рибозы для ферментов АДФ-рибозил/трансфераз.

4. Нуклеотиды ИМФ и ГМФ придают вкус пище (еще одна известная вкусовая добавка – глутамат).
5. АТФ является источником нуклеозида аденозила при образовании S-AденозилMетионина (активная форма метионина,  SAM) и ФАФС – активной формы сульфата, ФосфоАденозилФосфоСульфата. Это относится и к функциям нуклеоЗидов.
Ф у н к ц и и   н у к л е о т и д о в . (См. также функции АТФ в п. 24.)
ТТФ только для ДНК

…
таблица
Нуклеозиды, азотистые основания и нуклеотиды как лекарства.

Существуют основания и нуклеозиды, формулы которых немного отличаются от тех, что входят в состав ДНК. При попадании в клетку такие основания могут использоваться при синтезе ДНК, но потом такая ДНК не может удваиваться (в т.ч. потому что ингибируются ферменты синтеза ДНК – ДНК-полимераза и обратная транскриптаза),
что приводит к неспособности клеток с такой ДНК делиться (вирусы с такой ДНК не могут размножаться). «Неправильные» основания называют антиметаболитами или «отравленными приманками». Их применяют
1 – в качестве противовирусных лекарств,
2 – а также когда нужно снизить деление клеток:
2.1 – в качестве противоопухолевых,
2.2 – в качестве иммуносупрессоров (для подавления иммунитета при аутоиммунных заболеваниях и при трансплантации): снижение иммунитета происходит за счет снижения количества лейкоцитов при снижении деления клеток-предшественников клеток крови.

Знайте нумерацию атомов колей пуринов, пиримидинов, пентоз. И формулы азотистых оснований, нуклеозидов и нуклеотидов.