BIOLOGIŠKAI SVARBÛS AZOTO ORGANINIAI JUNGINIAI

9.1. Azoto atomo bioorganiniuose junginiuose elektronø konfigûracija

11 lentelë. Azoto atomo ávairiuose junginiuose elektronø konfigûracija

Azoto atomo elektroniniø bûsenø specifiniai ypatumai atsispindi azoto organiniø junginiø bazinëse, kompleksodarinëse, nukleofilinëse ir rûgštinëse savybëse. Pirmosios trys savybës yra tiesiogiai susijê su azoto atomo elektronø poros judriu šiuose junginiuose ir jos gebëjimu s¹veikauti su atitinkamu substratu.

Bazingumas – giminingumas protonui:

Kompleksodara – giminingumas kompleksadario katijonui:

Nukleofiliškumas – giminingumas karbenio jonui arba daliná teigiam¹ krûvá turinèiam anglies atomui:

Gamtiniuose azoto organiniuose junginiuose visos trys savybës kinta vienoda linkme priklausomai nuo azoto atomo laisvosios elektonø poros judrio.

Pasinaudojus šia seka galima vertinti biosubstartuose esanèiø ávairiø azoto atomø santykines bazines, kompleksodarines bei nukleofilines savybes.

9.1. Heterocikliniai aromatiniai junginiai

Penkianariai heterociklai

Pirolas ir jo dariniai

Pirolas sudaro daugelio svarbiø gamtiniø medžiagø struktûros pagrind¹. Pvz., jo dariniø aptinkama chlorofile, kraujo hemine, tulžies pigmente, vitamine B₁₂, alkaloiduose ir kitur.

Palyginus su benzenu pirolo molekulëje yra p-elektronø perteklius. Todël pirolas yra aktyvesnis už benzen¹ S_E ir oksidacijos reakcijose.

Pirolas pasižymi silpnomis bazinëmis ir rûgštinëmis savybëmis.

S_E metu elektrofilas pirmiausiai užima a-padëtá.

Kondensuojantis pirolui su skruzdžiø rûgštimi susidaro ypaè svarbus biologijoje porfinas:

Plokšèias porfino makrociklas yra stabili aromatinë sistema (26 p elektronai: 22 sp² ir 2 laisvosios elektronø poros).

Pakeisti porfinai vadinami porfirinais. Tai aktyvûs keturcentriai ligandai, áeinantys á svarbiø kompleksiniø junginiø sudëtá. Porfirino ir geležies kompleksinis junginys yra hemoglobino pagrindas. Porfirino ir kobalto kompleksinis junginys yra vitamino B₁₂ pagrindas, o jo magnio kompleksinis junginys – chlorofilo molekulës pagrindas.

Kataliziškai hidrinamas pirolas iš pradžiø virsta pirolinu, o po to – cikliniu antriniu aminu pirolidinu:

Lyginant su pirolu, pirolinas ir pirolidinas yra stipresnës bazës.

Pirolidino dariniai - prolinas (a-pirolidino rûgštis) ir hidroksiprolinas (b-hidroksi-a-pirolidino rûgštis) – biologiškai svarbios aminorûgštys.

Indolas ir jo dariniai

Indolas sudarytas iš kondensuotø benzeno ir pirolo žiedø.

Indolo cheminës savybës panašios á pirolo savybes: jis tamsëja ore, veikiamas rûgšèiø dervëja, beveik nepasižymi bazinëmis savybëmis, taèiau pasižymi silpnomis rûgštinëmis savybëmis. Indolo molekulëje pirolo žiedas aktyvesnis už benzeno žied¹. S_E reakcijose dažniausiai dalyvauja pirolo žiedo b padëties atomai, kai b padëtis užimta - a padëties atomai.

Iš biologiškai aktyviø indolo dariniø pirmiausiai paminëtina a-aminorûgštis triptofanas. Organizme triptofanas hidroksilinasi ir virsta 5-hidroksitriptofanu.

Pastarasis dekarboksilinasi ir virsta serotoninu:

Tai vienas iš galvos smegenø neuromediatoriø. Serotonino apykaitos sutrikimas organizme gali bûti viena iš šizofrenijos priežasèiø.

Indolo dariniai – psilocibinas ir lizergino rûgšties dietilamidas (LSD) – priklauso stipriausiø haliucinogenø grupei.

LSD – vienas stipriausiai veikianèiø narkotikø (veiklioji dozë 10^-3 mg). Vartojant já sutrinka serotonino koncentracija smegenyse ir tai sukelia nenormali¹ psichinê bûsen¹.

Imidazolas ir jo dariniai

Imidazolas – penkianaris heterociklas su dviem azoto atomais 1 ir 3 žiedo padëtyse. 1 žiedo padëties azoto atomas analogiškas pirolo azotui. Jo polinis N-H ryšys apsprendžia imidazolo silpnas rûgštines savybes (pKa = 14.2).

3 žiedo padëties azoto atomas yra sp²–II bûsenoje, todël jo laisvoji elektronø pora nedalyvauja konjugacijoje ir apsprendžia imidazolo bazines savybes.

Taigi, imidazolas – amfolitas, dël esanèios NH-rûgštinës grupës ir –N azoto atomo galintis sudaryti tapmolekulinius asociatus:

Imidazolas dël gebëjimo tuo paèiu metu pasižymëti protonø donorinëmis ir akceptorinëmis savybëmis yra išskirtinis elektrofiliniø-nukleofiliniø reakcijø katalizatorius, galintis sutartinai veikti s¹veikaujanèiø junginiø elektrofilinius ir nukleofilinius centrus. Tokia imidazolo savybe remiasi hidrolizës fermentø, skatinanèiø esteriø, amidø ir peptidø hidrolizê, veikimo mechanizmas.

Didelis imidazolo ir jo dariniø poliarizuojamumas bei padidëjês N₃-atomo nukleofiliškumas daro juos aktyviais ligandais reakcijose su d-metalø katijonais. Todël daugelio metaloproteinø baltymo ryšys su metalu realizuojasi a-aminorûgšties histidino imidazolo N₃-atomu.

Baltymai, turintys histidin¹, dëka imidazolo gali: palaikyti biosistemø neutrali¹ (pH 7) terpê, katalizinti elektrofilines-nukleofilines reakcijas, o taip pat sudaryti patvarius kompleksus – metaloproteinus.

Veikiamas fermento dekarboksilazës, histidinas dekarboksilinasi, sudarydamas histamin¹:

Histaminas – fiziologiškai veikli medžiaga. Ji pleèia periferines kraujagysles, mažina kraujospûdá, skatina skrandžio sulèiø išsiskyrim¹.

Šešianariai heterocikliniai junginiai

Piridinas ir jo dariniai

Piridinas – bespalvis, nemalonaus kvapo skystis, gerai tirpstantis vandenyje ir organiniuose tirpikliuose. Jis yra geras daugelio organiniø ir kai kuriø mineraliniø medžiagø tirpiklis. Piridinas toksiškas, pažeidžia CNS.

Piridinas yra aromatinis heterociklinis junginys.

Piridino azoto atomas, susijungês su kitais žiedo atomais sp² atominëmis orbitalëmis, vien¹ p elektron¹ atiduoda p elektronø MO sudaryti. Laisva elektronø pora yra sp² orbitalëje. Žiedo elektronø tankis yra pasislinkês á labiau elektroneigiamo azoto atomo pusê, todël žiedo anglies atomai (a- ir g-padëtyse) turi santykiná teigiam¹ krûvá.

Sistemos su piridino azoto atomu (sp²-II) vadinamos p elektronø deficitinëmis. Jos lëèiau negu benzenas reaguoja su elektrofilais.

Piridine laisva elektronø pora neásijungia á p elektronø sekstet¹, todël jis pasižymi bazinëmis savybëmis. Piridino vandeniniai tirpalai nudažo lakmus¹ mëlynai; veikiant mineralinëms rûgštims, susidaro kristalinës piridinio druskos.

Dël azoto atomo elektroneigiamumo piridinas yra mažiau aktyvus už benzen¹ S_E reakcijose ir aktyvesnis S_N reakcijose. S_E reakcijø metu elektrofilai atakuoja 3-j¹ (b) padëtá:

S_N reakcijø metu nukleofilai atakuoja 2-j¹ (a) padëtá:

Piridino molekulës azoto atomas turi nukleofiliniø savybiø. Jis lengvai reaguoja su elektrofilais, pvz., halogenalkanais;

Ketvirtiniø alkilpiridinio druskø piridino žiedas yra dar labiau elektronø deficitinis, todël padidëja jo aktyvumas reakcijose su nukleofilais. Veikiant stipriam nukleofilui – hidridanijonui, N-metilkatijonas redukuojasi á 1,4-dihidro-N-metilpiridin¹.

1,4-Dihidro-N-metilpiridino molekulë nestabili, nes joje suardyta aromatinë sistema, ji stengiasi susigr¹žinti aromatinê bûsen¹ oksiduodamasi. Šios oksidacijos-redukcijos reakcijos modeliuoja koferment¹ NAD⁺ (nikotinamido adenino dinukleotido) ir NADP⁺ (nikotinamido adenino dinukleotido fosfato) veikim¹.

Daugelio gamtiniø junginiø: vitaminai, kofermentai, alkaloidai ir gausus skaièius vaistiniø preparatø – yra piridino dariniai.

Alkaloidas nikotinas sudarytas iš piridino ir pirolidino žiedø. Jo randama tabako lapuose (iki 8 Nikotinas veikia vegetacinê nervø sistem¹, pakelia kraujospûdá. Didesnis jo kiekis sukelia kvëpavimo centrø paralyžiø. Nikotinas yra labai nuodingas, mirtina jo dozë žmogui – apie 50 mg.

Stiprûs oksidatoriai nikotin¹ oksiduoja á nikotino (3-piridinkarboksi-) rûgštá, pasižyminèi¹ amfoterinëmis savybëmis: pKa (COOH) = 2.07, pKa (BH⁺)

Nikotino rûgštis – provitaminas, kadangi jos amidas – nikotinamidas – yra vitaminas PP. Trûkstant šio vitamino, susergama odos liga pelagra.

Kordiaminas – stiprus sintetinis CNS stimuliatorius.

Svarbûs piridino dariniai yra nikotinamido adenino dinukleotidas (NAD⁺) ir jo fosfatas (NADP⁺):

Šiø kofermentø yra daugelio fermentø oksireduktaziø, pvz., oksiduojanèiø alkoholines grupes á aldehidus (verèiant retinolá á retinalá) ir kt., struktûrose.

Konjuguotoji oksidacinë redukcinë pora:

NAD⁺ j’_o = - 0.320 V;  NADP⁺ j’_o = - 0.324 V

Trijø individualiø medžiagø – piridoksolio, piridoksamino ir piridoksalio – derinys yra laikomas vitaminu B₆ (piridoksinu).

Visos trys medžiagos organizme gali virsti piridoksalfosfatu.

Piridoksalfosfatas yra oksidacijos-redukcijos reakcijø: a-ketorûgšèiø transamininimo a-aminorûgštimis ir aminorûgšèiø dekarboksilinimo – kofermentas.

Trûkstant maiste vitamino B₆ sutrinka baltymø ir lipidø apykaita. Dël to susergama ateroskleroze, ávairiais dermatitais, sutrinka kraujo gaminimasis.

Pirimidinas ir jo dariniai

Pagal savo sandar¹ pirimidinas yra panašus á piridin¹. Pirimidinas pasižymi silpnomis bazinëmis savybëmis.

S_E reakcijose jis yra pasyvesnis už piridin¹. Šios reakcijos labiau bûdingos pirimidino dariniams, turintiems žiede elektronø donorø (pvz., OH, NH₂) ir vyksta á 5-j¹ padëtá.

Pirimidino žiedas yra uracilo, timino ir citozino (junginiø, áeinanèiø á nukleino rûgšèiø ir kai kuriø kofermentø sudëtá) molekulëse. Tai pirimidino hidroksi- ir aminodariniai. Jiems bûdinga laktim-laktaminë prototropinë tautomerija.

Pusiausviruose mišiniuose vyrauja laktaminë (okso-) forma.

Šiems pirimidino junginiams bûdingi tarpmolekuliniai ryšiai. Tokia asociacijos rûšis turi svarbi¹ reikšmê nukleino rûgšèiø struktûros formavimuisi.

Purinas ir jo dariniai

Purinas – aromatinis biciklinis heterociklinis junginys, kurio molekulê sudaro pirimidino ir imidazolo žiedai.

Purinui, panašiai kaip ir imidazolui, bûdinga prototropinë tautomerija.

Purinas – amfolitas, kadangi pasižymi bazinëmis [pKa (BH⁺) = 2.4] ir rûgštinëmis (pKa 9.9) savybëmis:

Iš purino dariniø svarbiausi¹ reikšmê organizmø gyvybiniams procesams turi jo amino- ir hidroksidariniai: adeninas ir guaninas. Jie yra nukleino rûgšèiø struktûros komponentai.

Adeninas áeina á kai kuriø kofermentø: adenozintrifosfato (ATP) ir jo dariniø ADP ir AMP sudëtá.

Alkaloido kofeino yra kavoje (1-1.5 ) ir arbatžolëse (iki 5 ). Nedideli jo kiekiai stimuliuoja širdies veikl¹ ir CNS.

Šlapimo rûgštis – galutinis purino dariniø metabolizmo junginys.

Ji išsiskiria iš organizmo su šlapimu druskø (uratø) pavidalu (0.5-1 g per par¹).

9.2. Nukleozidai, nukleotidai ir nukleino rûgštys, jø struktûra ir savybës

Nukleozidai ir nukleotidai yra nukleino rûgšèiø hidrolizës junginiai, taèiau jie gyvuose organizmuose esti ir laisvi, atlikdami reikšming¹ vaidmená medžiagø apykaitoje.

Nukleozidai

Tai gamtiniai azoto heterocikliniø (pirimidino ir purino) baziø glikozidai, kuriuose bazës azoto atomu susijungê su pentozëmis. Priklausomai nuo pentozës struktûros nukleozidai skirstomi á dvi grupes: ribonukleozidus ir deoksiribonukleozidus.

Dažniausiai vartojami trivialieji nukleozidø pavadinimai, sudaryti iš atitinkamos bazës pavadinimo ir galûnës. Nukleozidø, kuriø sudëtyje yra pirimidino baziø, pavadinimai baigiasi galûne –idinas, o esant purinø baziø – galûne –ozinas.

Šioje sistemoje išimtá sudaro timidinas, kadangi jo bûna tik DNR. Tais retais atvejais, kai timidino randama RNR, jis vadinamas ribotimidinu.

Kadangi nukleozidai yra N-glikozidai, jie nesihidrolizina silpnai šarminëje terpëje, taèiau hidrolizinasi rûgšèioje terpëje. Purino nukleozidai hidrolizinasi lengvai, pirimidino – sunkiau.

Nukleotidai

Nukleotidai – tai nukleozidø fosfatai (fosforo rûgšties esteriai). Fosforo rûgštis esterifikuoja vien¹ iš monosacharido hidroksigrupiø. Paprastai tai bûna 5’ arba 3’ ribozës arba deoksiribozës hidroksigrupës.

Kadangi nukleotidø molekulëje yra fosforo rûgšties liekana, tai jie pasižymi dviprotonës (dvibazës) rûgšties savybëmis: pK¹a 1.5 ir pK²a = 6

Nukleotidai vadinami atitinkamomis rûgštimis (monopakeisti fosforo rûgšties dariniai) arba druskomis (monofosfatai) abiem atvejais nurodant fosforo rûgšties liekanos padëtá.

Nukleotidø pavadinimai

Kadangi fiziologinëse terpëse nukleotidai egzistuoja anijonø formoje, todël dažniau jie vadinami fosfatais (druskomis).

Didelê reikšmê gyvuose organizmuose turi nukleotidai, turintys di- arba trifosfatines liekanas. Tarp jø svarbiausi yra adenozindifosfatas (ADP) ir adenozintrifosfatas (ATP), kurie gali virsti vienas kitu, atskeliant arba prijungiant fosfatinê grupê:

ADP ir ATP fosforo rûgšties liekanos fiziologinëse terpëse yra jonizuotos, todël jø formulës užrašomos anijonø forma.

Svarbiausia šiø nukleotidø ypatybë yra ta, kad jø struktûroje yra viena arba dvi anhidridinës grupës –P(=O)‑O‑P(=O)–. Jai hidrolizinantis skyla taip vadinamas didžiaenerginis (makroenerginis) ryšys ir išsiskiria 33 kJ/mol energijos. ATP yra cheminës energijos tiekëjas l¹stelëje vykstantiems biocheminiams ir fiziologiniams procesams.

Be to, dalyvaujant ATP, organizme fosforilinami hidroksisubstratai:

Fosforilinant karboksisubstratus susidaro acilfosfatai, turintys anhidridinê grupê:

Fosforilinti dariniai yra ávairiø biocheminiø procesø aktyvûs metabolitai.

Daugelis kofermentø yra nukleotidai, pvz., NAD ir FAD – adenozinfosfato dariniai, o CoA – adenozindifosfato darinys.

Didžiausia nukleotidø biologinë reikšmë yra ta, kad iš jø yra sudarytos nukleino rûgštys (polinukleotidai).

Nukleino rûgštys

Nukleino rûgštys yra atsakingos už genetinës informacijos perdavim¹ ir baltymø biosintezê gyvame organizme.

Nukleino rûgštys yra nukleotidø polimerizacijos produktai – polinukleotidai (molekulinë masë 20000

Polinukleotidai susidaro vieno nukleotido pentozës likuèio 3-iosios padëties (C‑3’) hidroksilui sureagavus su kita nukleotido 5-osios padëties (C‑5’) fosforo rûgšties hidroksilu. Heterociklø bazës, susijungê su pentozëmis N-glikozidiniu ryšiu, yra “šoninës” grupës:

Pirminë nukleino rûgšèiø struktûra

Pirminê nukleino rûgšèiø struktûr¹ apsprendžia nukleotidiniø grandžiø struktûra ir jø seka.

Nukleino rûgšèiø grandinës dalies pirminë struktûra

Antrinë nukleino rûgšèiø struktûra

Antrinë nukleino rûgšèiø struktûra – tai dviguboji spiralë, sudaryta iš dviejø susipynusiø polinukleotidiniø grandiniø:

Deoksiribonukleino rûgšties antrinë struktûra

Purino ir pirimidino bazës jose orientuotos á vidø. Dvi polinukleotidinës grandinës išsidësto priešingomis kryptimis taip, kad vienos grandinës purino bazê atitiktø kitos grandinës pirimidino bazë. Tai komplementarios (viena kit¹ papildanèios) poros, susijungusios tarpusavyje vandeniliniais ryšiais. DNR komplementarûs bus: adeninas – timinas, sudarantys tarpusavyje du vandenilinius ryšius, ir guaninas – citozinas, susijungê trimis vandeniliniais ryšiais.

Vienos grandinës timino likutis visada susijungês su kitos grandinës adenino likuèiu, o citozino – su guanino likuèiu.

Polinukleotidinës grandinës, sudaranèios dvigub¹ spiralê, nëra identiškos, taèiau komplementarios.

Grandiniø komplementariškumas ir nukleotidø seka yra svarbiausiøjø nukleino rûgšèiø funkcijø (DNR – genetinës informacijos saugojimo ir perdavimo, o RNR – betarpiško dalyvavimo baltymø biosintezëje) cheminis pagrindas.

DNR molekulinë masë svyruoja nuo keliø milijonø iki dešimèiø milijardø, o RNR – nuo dešimèiø tûkstanèiø iki keliø milijonø.

DNR molekulë skirtingai negu RNR molekulës daugumoje atvejø yra dviguba spiralë. Priklausomai nuo vijos ir spiralës kampo, o taip pat nuo kitø jos geometriniø parametrø, skiriama virš 10 ávairiø DNR spiraliniø struktûrø. Tokias struktûras stabilizuoja skersiniai vandeniliniai ryšiai (tarp komplementariø porø) ir išilginiai (aromatiniø sistemø konjuguotø p orbitaliø plokštumø s¹veika) – stekingas. Stekingas suglaudžia (sutankina) spiralê. Todël nukleino rûgšèiø molekulës s¹veikauja su fiziologinës terpës vandens molekulëmis tik fosfatinëmis grupëmis, esanèiomis spiralës išorëje. Susilpnëjus stekingui vanduo prasiskverbia á spiralës vidø, s¹veikauja su baziø polinëmis grupëmis, destabilizuoja dvigub¹ spiralê ir skatina jos iširim¹. Taigi, antrinës DNR struktûros dinamiškumas priklauso nuo jas supanèiø tirpalo komponentø struktûros.

RNR molekulëse bispiralinë struktûra atsiranda toje paèioje grandinëje tose vietose, kur išsidëstê komplementarios azoto bazës. RNR antrinë struktûra turi bispiralines sritis ir kilpas. Jø skaièius ir matmenys priklauso nuo RNR pirminës struktûros ir jas supanèio tirpalo sudëties.

Tretinë nukleino rûgšèiø struktûra

Dviguba DNR molekulës spiralë gali bûti linijinës, žiedinës, superžiedinës ir kompaktinio kamuoliuko formos. Šios formos gali virsti viena kita, veikiant fermentams topoizomerazëms (keièianèioms erdvinê struktûr¹). Tretinë nukleino rûgšèiø struktûra priklauso ne tik nuo pirminës ir antrinës struktûros, bet ir nuo jas supanèio tirpalo sudëties.

Biologines DNR ir RNR funkcijas apsprendžia jø pirminës, antrinës ir tretinës struktûrø visuma.

Paviršinës nukleino rûgšèiø savybës

Kadangi nukleino rûgšèiø makromolekulës sudarytos iš poliniø grupiø, jø paviršius pakankamai hidrofiliškas. Todël nukleino rûgštys vandenyje savaime sudaro tikruosius tirpalus (kai molekulë maža) arba liofilinius (drëkstanèius nuo vandens) koloidinius tirpalus (kai molekulës masë didelë). Esantys nukleino rûgšèiø paviršiuje fosfatanijonai s¹veikauja su baltymais (pI > 8.0) ir sudaro asociacinius kompleksus – nukleoproteinus.

Vien tik pakaitø poliškumo nepakanka charakterizuoti nukleino rûgšèiø paviršines savybes, kadangi heterocikliniø baziø sudëtis ir jø seka makromolekulëse yra gyvo organizmo genetinës informacijos nešëjos.Vykstant dukterinës (informacinës) RNR arba baltymø sintezei polinukleotidø paviršius naudojamas kaip informacinë matrica. Ši savybë apsprendžia unikalø nukleino rûgšèiø biologiná vaidmená gyvybiniuose organizmo procesuose.

Informacinës nukleino rûgšèiø savybës

Nukleino rûgštys – informaciniai biopolimerai, saugantys ir perduodantys genetinê informacij¹ visuose gyvuose organizmuose ir dalyvaujantys baltymø biosintezëje.

DNR – genetinës informacijos nešëjos. Informacija polinukleotido grandinëje užrašyta tam tikra 4 heterocikliniø baziø seka. Genetinë informacija 1-ajame etape pradeda realizuotis, kai konkreèiose DNR molekulës atkarpose prasideda RNR sintezë. RNR biosintezë, vadinama transkripcija, vyksta RNR polimeraziø átakoje komplementariai kopijuojant DNR matric¹. Naujai susintetinta RNR yra tiksli konkreèios DNR dalies kopija. Transkripcijos rezultatas - 4 skirtingos DNR: ribosominë (rRNR), informacinë (matricinë) (iRNR), transportinë (tRNR) ir mažosios branduolio (snRNR). Kiekviena iš susintetintø RNR atlieka griežtai apibrëžt¹ funkcij¹ 2-ajame genetinës informacijos perdavimo etape – transliacijoje. Genetinës informacijos perdavimas nukleino rûgštimis vyksta pagal schem¹:

Ribosominë RNR su baltymais sudaro kompleks¹, vadinam¹ ribosoma. Informacinë RNR, jungdamasi su ribosomomis, sudaro poliribosom¹, kurioje dëka fermentø ir transportiniø RNR, tiekianèiø atitinkamas aminorûgštis, vyksta transliacija – baltymø sintezë pagal informacij¹, užrašyt¹ iRNR. Informacij¹ apie aminorûgšèiø sek¹ baltymo molekulëje teikia heterocikliniø baziø seka iRNR. Konkreti trijø heterocikliniø baziø grupë nukleino rûgšties molekulëje, atitinkanti atskir¹ aminorûgštá, vadinama kodonu. Kodonø visuma sudaro genetiná kod¹. Genetinis kodas vieningas visam gyvajam pasauliui: bet kokios rûšies organizmo kiekviena a-aminorûgštis koduojama tuo paèiu arba tais paèiais kodonais (keletas kodonø gali koduoti t¹ paèi¹ aminorûgštá, taèiau tas pats kodonas negali koduoti keliø ávairiø aminorûgšèiø).

Nukleino rûgšèiø denatûravimas

Nukleino rûgšèiø denatûravimas gali vykti fizikiniø arba cheminiø veiksniø átakoje. Denatûravimo procesas susideda iš dviejø stadijø. Pirmojoje stadijoje dvi spiralës grandinës dalinai išsipina, taèiau, nors ir nedidelëje srityje, išlieka susijungusios. Antrojoje stadijoje dvi grandinës visiškai atsiskiria viena nuo kitos. Pirmoji denatûravimo stadija grážtama. Po antrosios stadijos grážtamasis procesas yra labai lëtas, ypaè didelës molekulinës masës DNR atvejais.

Rûgštinës-bazinës savybës

Nukleino rûgštys – pakankamai stiprios polirûgštys (pK¹a < 2), visiškai jonizuotos kai pH > 4. Todël jø molekuliø paviršiuje yra susitelkês neigimas krûvis. Nukleino rûgštys s¹veikauja su baltymais, sudarydamos nukleoproteinus. Ypaè lengvai jos s¹veikauja su baziniais baltymais (pI > 8), neutralioje terpëje turinèiais teigiam¹ krûvá. DNR sudaro patvarius kompleksus su histonais (baziniais baltymais), áeinanèiais á chromosomø (DNR molekulës, turinèios kelet¹ genø) sudëtá. Tokiuose kompleksuose DNR struktûra papildomai stabilizuojama. Ávairiø veiksniø átakoje, pvz., kintant aplinkos joninei jëgai, silpnëja ryšiai tarp DNR ir histono ir tuo paèiu destabilizuojama DNR. Tokiu principu pagrásta reguliuojamoji histonø veikla funkcionuojant genomui (genø visumai).

RNR taip pat sudaro kompleksus su baltymais. Ribosomos yra sudarytos iš 50-65 rRNR ir 35-50% baltymø, turinèiø iki 25% baziniø aminorûgšèiø.

Virusai – patvarûs kompleksai, sudaryti iš 30% nukleino rûgšèiø ir didelio kiekio baltymø molekuliø. Á viruso sudëtá gali áeiti DNR ir RNR.

Heterocikliniø baziø buvimas nukleino rûgšèiø molekulëse taip pat daro átak¹ jø rûgštinëms-bazinëms savybëms. Heterocikliniø baziø rûgštinës-bazinës savybës átakoja vandeniliniø ryšiø stiprum¹ ir steking¹. Kadanagi šios s¹veikos labai jautrios tirpalo pH, tai nukleino rûgšèiø konformacija keièiasi nuo mažiausiø pH svyravimø.

Oksidacinës-redukcinës savybës

Nukleino rûgštys neturi grupiø, kurios dalyvauja oksidacijos-redukcijos procesuose švelniomis s¹lygomis. Todël jos patvrios švelniø oksidatoriø ir reduktoriø poveikiui.

Kompleksodara

Nukleino rûgštys – aktyvûs polidentatiniai ligandai

sudarantys kompleksus su K⁺, Mg²⁺, Cu²⁺ ir d-metalø katijonais. Susidariusiuose kompleksuose pakinta nukleino rûgšèiø konformacijos. Vadinasi, keièiasi ir jø cheminis bei biologinis aktyvumas.

Išmokê šá skyriø turite žinoti:

azoto atomo elektronines bûsenas ir jø átak¹ azotiniø junginiø bazingumui, nukleofiliškumui bei kompleksodarinëms savybëms;

penkianariø ir šešianariø aromatiniø azotiniø heterociklø (pirazolo, indolo, imidazolo, piridino) struktûr¹ ir savybes;

pirimidino ir purino dariniø struktûr¹ ir savybes;

nukleozidø, nukleotidø ir nukleino rûgšèiø struktûr¹ ir savybes.