Химическое строение нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты — высокомолекулярные линейные полярные биополимеры, образованные остатками нуклеотидов.
Нуклеозиды - соединения, содержащие азотистистое основание, связанное с сахаром. Нуклеотиды - фосфорные эфиры нуклеотидов. Примеры нуклеозидов и нуклеотидов приведены на рисунке 1.
Сахар в нуклеозидах соединен с азотистым основанием гликозидной связью. Как правило, это N-гликозидная связь - между аминогруппой (или другой группой, содержащей атом азота) с сахаром. Интересно, что IUPAC не рекомендует такого названия связи, т.к. считется, что гликозидная связь образуется между полуацетальной группой сахара и гидроксильной группой органического соединения.
Гликозидной связью (не типа N-гликозидной) азотистые основания соединяются с сахаром реже, образованные из таких нуклеозидов нуклеотиды называются модифицированными. Наиболее часто встречающимся среди таких соединений явялется псевдоуридин (рис. 1) (Hamma T, Ferre-D'Amare AR. Pseudouridine synthases. // Chem Biol.. - 2006. - №13(11)).
Его наличие необходимо для выполнения некоторых типов РНК различных специфических функций.
Рис. 1. Примеры нуклеотидов ДНК - 2'-дезоксигуанозиндифосфат и 2'-дезокситимидинмонофосфат с одним и двумя остатками фосфорной кислоты соответственно. Примеры нуклеозидов РНК - уридин и псевдоуридин. Дополнительные пояснения в тексте.
ДНК и РНК – линейные сополимеры ортофосфорной кислоты и сахара (дезоксирибозы или рибозы соответственно). На рисунке 2 представлена структура фрагмента двуцепочечной ДНК.
Рис. 2. Фрагмент двуцепочечной ДНК. Между азотистыми основаниями показаны канонические взаимодействия.
Канонические и теоретически возможные неканонические пары тимина и других оснований
Данный раздел посвящен сопоставлению структуры водородных связей в канонических и теоретически возможных неканонических парах, образованных тимином и другими азотистыми основаниями.
В нуклеиновых кислотах встречаются различные варианты соединения азотистых оснований между собой. Мы рассмотрим различные пары, которые может образовывать тимин, считая, что донорами водорода являются группы –NH2 и >NH, а акцепторами водорода – атомы O и N, которые не связаны с водородом.
Тимин обладает таутомерией, которая заключается в переходе атомов водорода по заместителям, из-за чего есть наличие дигидрокси- и диоксиформ, а также переходных между ними (программа ChemSketch самостоятельно предлагает варианты таутомеров соединения). Структурные формулы таутомеров представлены на рисунке 3.
Для каждой пары тимина с другим азотистым основанием будет существовать очень большое количество возможных неканонических взаимодействий. На рисунках 4-7 представлены некоторые из них.
При взаимодействии тимина с другим азотистым основанием могут возникать 1-3 водородные связи. Мы рассмотрели некоторые случаи образования двух и трех водородных связей в различных парах.
Рис. 3. Структурные формулы таутомеров тимина.
Рис. 4. Всевозможные пары между двумя тиминами в нуклеотидах.
Рис. 5. Примеры возможных пар тимина с аденином: каноническая и неканоническая пары.
Рис. 6. Примеры возможных пар тимина с цитозином: с тремя и двумя водородными связями.
Рис. 7. Примеры возможных пар тимина с гуанином: с двумя и тремя водородными связями.