Гетероциклы_Нуклеиновые_кислоты_2024

1. Гетероциклические соединения. Нуклеиновые кислоты

Ставропольский государственный медицинский
университет
Кафедра общей и биологической химии
Гетероциклические соединения.
Нуклеиновые кислоты
1

2. План лекции:

1.Биологически активные производные пиррола,
пиридина, хинолина и изохинолина
2.Биологически активные производные имидазола
и пиразола.
3. Нуклеиновые основания – производные пурина и
пиримидина.
4.Строение мононуклеотидов.
5.Нуклеиновые кислоты: рибонуклеиновая (РНК) и
дезоксирибонуклеиновая (ДНК) кислоты.
6.Механизм передачи генетической информации.
2

3. Классификация

Гетероциклическими называют соединения
циклического строения, содержащие в цикле не
только атомы углерода, но и атомы других элементов
(гетероатомы).
Классификация
по размеру цикла;
по типу элемента, входящего в состав цикла;
по числу гетероатомов, входящих в цикл;
по природе и взаимному расположению
нескольких гетероатомов;
• по степени насыщенности;
• по числу циклов.
3

4. Пятичленные гетероциклы с одним гетероатомом

• Пиррол, фуран и тиофен - представляют собой плоские
пятиугольники с четырьмя атомами углерода и
соответствующим гетероатомом – азотом, кислородом или
серой.
4

5. правило Хюккеля (1931)

«Соединение ароматично, если оно имеет
плоский замкнутый цикл и сопряженную πэлектронную систему, охватывающую все атомы
цикла и содержащую (4n+2) π-электронов»
5

6. Пиррол

Реакции электрофильного замещения
3 ( )
4
5
N1
H
(CH3CO)2O
2
C5H5NSO3
CH3COONO2
SO2Cl2
эфир
N
H
COCH3
2-ацетопиррол
N
H
SO3H
пиррол-2-
N
H
NO 2
2-нитропиррол
N
H
Cl
2-хлорпиррол
сульфоновая кислота
6

7.

Окисление
30% H2O2
N
H
100 oC
пиррол
N
H
O
3-пирролинон-2
N
H
O
4-пирролинон-2
Восстановление
H2
N
H
пирролидин
Pt
Zn, HCl
N
H
пиррол
N
H
3-пирролин
7

8.

Реакции с основаниям
NaNH2
N
H
пиррол
-NH3
H2O
N
-NaOH
Na
пирролат натрия
N
H
пиррол
8

9. Фуран

Реакции электрофильного замещения
3 ( )
4
5
O1
(CH3CO)2O
O
COCH3
2-ацетофуран
2
C5H5NSO3
O
SO3H
фуран-2 сульфоновая
кислота
CH3COONO2
O
NO 2
2-нитрофуран
Cl2 -40oC
O
Cl
2-хлорфуран
9

10.

Окисление
[O]
O
O
фуран
O
O
малеиновый ангидрид
Восстановление
H2, Pt
O
O
Фуран
тетрагидрофуран
10

11.

Производным фурана является фуран-2- карбальдегид,
называемый фурфуролом
Получается в промышленности в больших количествах путем переработки
растительного сырья, содержащего природные полисахариды.
11

12.

Фурфурол является основой для производства
лекарственных средств- фурацилина и фуразолидола
Фурацилин
фуразолидол
12

13. Тиофен

Реакции электрофильного замещения
3 ( )
4
5
S1
S
2
CH3COCl
H2SO4 (конц.)
CH3COONO2
Br2
SnCl4
0оС
10оС
CH3COOH
COCH3
2-ацетотиофен
S
SO3H
тиофен-2-сульфоновая
кислота
S
NO 2
2-нитротиофен
S
Br
2-бромтиофен
13

14.

Биотин (витамин Н) является производным
тетрагидротиофена.
Отсутствие биотина в пище приводит к нарушению
обмена белков и жиров в организме и ведет к
кожным заболеваниям.
Биотин (витамин Н)
14

15.

Пиррол образует кольца из четырех пиррольных
циклов – порфиновые, (если водород замещается,
то – порфириновые). Входит в состав
хлорофилла, гемоглобина, витамина В12
15

16.

Порфириновые производные
16

17. Витамин В12 (цианкобаламин)

17

18.

Биологически активные производные
пятичленных гетероциклов с двумя
гетероатомами
4
5
4
3
1
N
H
N2
Пиразол
1,2-диазол
5
4
3
1
N
3
2
O
Изооксазол
1,2-оксазол
5
1
N
2
S
Изотиазол
1,2-тиазол
18

19. Биологически активные производные пятичленных гетероциклов с двумя гетероатомами.

N
4
5
1
2
N
H
Имидазол
1,3-диазол
5
4
N3
4
1
2
S
Тиазол
1,3-тиазол
5
N3
1
2
O
Оксазол
1,3-оксазол
19

20.

Биологически активные производные имидазола
N
N
N
H
CH2-CH-COOH
NH2
гистидин
- входит в состав многих белков глобина. Участвует в
ферментативных реакциях
(кислотный и основный катализ)
- CO2
N
H
CH2-CH2-NH2
гистамин
- биогенный амин, продукт
декарбоксилирования гистидина,
имеет отношение к аллергическим
реакциям организма
20

21.

Пиразолон-5 и лекарственные
средства на его основе
21

22. Биологически важные производные шестичленных гетероциклических соединений с одним атомом азота (азинов)

4
5
6
3
1
N
..
2
пиридин – азин
22

23. Биологически важные производные пиридина

23

24.

Витамин РР (В5) –антипеллагрический
COOH
N
никотиновая кислота
O
C
N
никотинамид
NH2
Амид никотиновой кислоты применяется в
медицине при таких заболеваниях как:
Диабет. Способен в определенной степени
предотвращать повреждение поджелудочной
железы, приводящее к утрате организмом
способности вырабатывать собственный
инсулин
Остеоартрит. Никотинамид также уменьшает
боли и улучшает подвижность суставов при
остеоартрите.
24
Профилактика и лечение пеллагры

25. Никотинамидадениндинуклеотид (НАД+)

никотинамид
аденин
O
C
NH2
+
N
NH2
O
N
O
CH2 -O-P-O-P-O-CH2
OH
HO
O
N
N
N
O
OH OH
OH
OH
Никотинамидадениндинуклеотид
(НАД+)
25

26. Витамин B6 (антидерматический фактор)

26

27.

Витамин B1 (тиамин) антиневритный
Играет важную роль в метаболизме углеводов и жиров.
Поддерживает работу сердца, нервной и пищеварительной
систем.
Недостаток витамина в пище приводит к тяжелому
заболеванию «бери-бери».
NH2
CH2
N
H3C
N
+
N
CH3
S
CH2-CH2-OH
27

28. Биологически активные производные конденсированных систем:

Индол
Бензимидазол
4
3
N
5
2
6
7
N1
H
28

29. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ПРОИЗВОДНЫЕ ИНДОЛА

Триптофан – входит в состав полипептидов растительных и
животных организмов. Участвует в реакции гидроксилирования
(получение 5-гидрокситриптофана, который подвергается
декарбоксилированию с образованием серотонина).
.
Серотонин является одним из нейромедиаторов головного мозга.
Нарушение его нормального обмена ведет к шизофрении. Гормон
удовольствия.
29

30. Биологически активные производные хинолина и изохинолина

хинолин
изохинолин
30

31. Производные 8-гидрокссхинолина

8-гидрокси-5-нитрохинолин
8-гидрокси-7-иод-5-хлорхинолин
31

32. Пиримидиновые основания

O
O
4
4
5
3
NH
2
6
1
N
H
H3 C
O
Урацил
2,4-диоксопиримидин
4
3
5
6
NH2
NH
1
N
H
2
O
3
5
6
Тимин
2,4-диоксо-5-метилпиримидин
N
1
N
H
2
O
Цитозин
4-амино-2-оксопиримидин
32

33. Пуриновые основания

O
NH2
7
5
N
8
9
N
H
4
7
6
N1
N
2
8
N3
Аденин
6-аминопурин
5
6
1
NH
2
9
N
H
4
N3
NH2
Гуанин
2-амино-6-оксопурин
33

34. Пары комплементарных оснований

:O
NH2
N:
N
N
H
N
А
CH3
HN
O
N
H
Т
34

35. Пары комплементарных оснований

H2 N
O:
N
:N
NH
N
H
N
Г
NH2
:O
N
H
Ц
35

36.

NH2
OH
N
N
N
H
N
N
N
(HNO2)
Аденин
N
Ксантин
N
H
OH
N
N
N
H2N
N
H
OH
Гуанин
N
N
(HNO2)
HO
N
N
H
Гипоксантин
OH
N
N
HO
N
Мочевая
кислота
N
H
OH
36

37.

Обмен пиримидиновых
оснований
OH
N
HO
O
O
N
Урацил
H2N
C
+
NH2
Мочевина
(Карбамид)
H2C CH2 C
NH2
OH
Аланин
37

38. Барбитуровая кислота (лактим-лактамная таутомерия)

3
4
5
2
1
3
6
2,6-диоксопиримидин
4
2
5
1
6
2,6-дигидроксипиримидин
38

39. Барбитуровая кислота и ее производные (барбитураты)

39

40.

Алкалоиды группы изохинолина.
МОРФИН
ПАПАВЕРИН
40

41.

Пуриновые алкалоиды
O
CH3
H
N
N
N
N
CH3
O
CH3
O
N
N
CH3
N
O
CH3
N
N
N
N
CH3
CH3
N
H
O
O
теобромин
кофеин
теофиллин
(какао)
(чай, кофе)
(чай)
Эти алкалоиды оказывают возбуждающее действие на центральную
нервную систему.
41

42. Нуклеиновые кислоты-

Нуклеиновые кислотыБИОПОЛИМЕРЫ, СОСТОЯЩИЕ ИЗ НУКЛЕОТИДОВ
И ОСУЩЕСТВЛЯЮЩИЕ ХРАНЕНИЕ И ПЕРЕДАЧУ
ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ВО ВСЕХ ЖИВЫХ
СИСТЕМАХ
42

43. Известны два класса НК:

Рибонуклеиновые кислоты (РНК);
Дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК)
РНК
ДНК
β- рибоза
β- дезоксирибоза
урацил
аденин, гуанин, цитозин
фосфаты
тимин
аденин, гуанин,
цитозин, фосфаты
43

44.

44

45.

45

46.

Минорные азотистые
основания
46

47.

47

48.

Пуриновые
нуклеозиды
NH2
N
N9
HOH2C
O
H
H
1'
H
H
OH OH
Аденозин
(анти-конформер)
O
N
HN
N
N-гликозидная
связь
N
N9
N
H2N
HOH2C
O
1'
H
H
H
H
OH H
N-гликозидная
связь
Дезоксигуанозин
(син-конформер)
48

49.

Пиримидиновые
нуклеозиды
O
O
NH
N1
O
N-гликозидная
CH2OH
связь
O
1'
H
H
H
H
OH OH
CH3
HN
O
N1
CH2OH
O
1'
H
H
H
H
OH H
N-гликозидная
Уридин
Дезокситимидин
(анти-конформер)
(син-конформер)
связь
49

50.

50

51.

51

52.

Нуклеотиды
син- УМФ (уридин-5'-монофосфат)
O
HN
O
N1
5' O
HO P O CH2
O 1'
OH
H
H
H
H
N-гликозидная свя зь
сложно-эфирная свя зь
OH OH
52

53.

53

54.

54

55.

Циклические нуклеотиды – это нуклеотиды, в которых
фосфорная кислота одновременно этерифицирует две
гидроксильные группы пентозного остатка. Практически во всех
клетках присутствуют два циклических нуклеотида – циклическая
3′,5′-адениловая (цАМФ) и циклическая 3′,5′-гуаниловая (цГМФ)
кислоты, которые являются важнейшими регуляторами
внутриклеточных процессов.
NH2
N
N9
5'
O CH2
O
HO
P
O
H
3'
N
N
N
1'
H
OH
цАМФ
N9
5'
O CH2
O
H
H
O
H
H
O
HO
O
P
O
H
3'
NH
N
NH2
1'
H
OH
цГМФ
55
(циклическая адениловая кислота) (циклическая гуаниловая кислота)

56.

56

57.

57

58.

58

59.

Лекарственные препараты –
производные нуклеиновых
оснований и нуклеозидов
SH
O
F
N
N
H
N
N
O
N
Цитостатические
(противоопухолевые) препараты
N
NH2
H
N
O
CH3
HN
O
N
CH2OH
O
H
H
H
H
N3 H
Противовирусное
средство –
лечение и
профилактика
ВИЧ-инфекции
N
CH2OH
O
H
H
H
H
H
OH
N
N
Содержится в грибе
кордицепс, паразитирующем на
насекомых. Подавляет
неконтролируемый
рост и деление клеток
59

60.

60

61.

Первичная структура
нуклеиновых кислот
ДНК
3',5'-фосфодиэфирные свя зи
NH2
5’-конец
N
5'
O CH2
А (аденин)
9
O
N
H
H
H
3'
H
O
N
H
N
NH2
N
5'
1
O P O CH2
N
O
OH
H
H
H
H
3'
H
O
Ц (цитозин)
O
O
N
NH
9
N
5'
O P O CH2
O
OH
H
H
H
H
3'
O
H
N
NH2
O
H3C
5'
Г (гуанин)
1
O P O CH2
N
O
OH
H
H
H
H
3'
O
H
O P O
OH
N
O
Т (тимин)
3’-конец61

62.

62

63.

63

64. Правила Чаргаффа

Количество пуринов равно количеству
пиримидинов: А+Г=Т+Ц.
2. Количество аденина равно количеству тимина,
а гуанина — цитозину: А=Т, Г=Ц.
3. Количество оснований, содержащих
аминогруппу в положениях 4 пиримидинового
и 6 пуринового ядер, равно количеству
оснований, содержащих в этих же положениях
оксогруппу: А+Ц=Г+Т.
1.
Для РНК правила Чаргаффа либо не выполняются,
64
либо выполняются с некоторым приближением, т.к.
в них содержится много других оснований.

65.

65

66.

O
5’-конец
NH
5'
O CH2
H
H
3'
O
3',5'-фосфодиэфирные свя зи
1
O
N
H
H
OH
У (урацил)
O
NH2
N
5'
1
O P O CH2
N
O
OH
H
H
H
H
3'
OH
O
NH2
N
N
9
N
5'
Первичная
структура
РНК
Ц (цитозин)
O
O P O CH2
O
OH
H
H
H
H
3'
O
O P O
OH
N
А (аденин)
OH
3’-конец
66

67.

67

68.

68

69.

69

70.

70

71.

71

72.

72

73.

73

74.

74

75.

75

76. Генетический код

• Способ записи информации о
первичной структуре белков через
последовательность нуклеотидов ДНК и
РНК.
• «Словарь» перевода с языка
нуклеиновых кислот на язык белков.
• Полностью расшифрован к 1966
76

77. Георгий Антонович Гамов (1904-1968)

История открытия генетического кода
Георгий Антонович Гамов
(1904-1968)
Физик-теоретик
1954
Сформулировал
проблему кода и
предположил его
триплетность.
77

78. Свойства генетического кода

• 1. Триплетность - каждая аминокислота кодируется
последовательностью из 3-х нуклеотидов.
Определение: триплет или кодон - последовательность из трех
нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.
• 2. Неперекрываемость - нуклеотид, входящий в состав кодона не
входит в состав другого кодона
• 3. Коллинеарность- порядок расположения аминокислот в
полипептидной цепи соответствует порядку расположения
кодонов в полинуклеотидной цепи
• 4. Вырожденность - все аминокислоты, за исключением
метионина и триптофана, кодируются более чем одним
триплетом:
• 5. Униполярность 5→3
• 6. Непрерывность - считывание информации происходит
непрерывно, без знаков препинания.
• 7. Специфичность - один кодон кодирует одну аминокислоту.
Например, кодон АУГ кодирует метионин.
• 8. Универсальность - Генетический код един для всех живущих на78
Земле существ.

79.

Первая буква
в кодоне
У
Ц
А
Г
Вторая буква в кодоне
Третья буква
в кодоне
У
Ц
А
Г
Фен
Фен
Лей
Лей
Сер
Сер
Сер
Сер
Тир
Тир
STOP
STOP
Цис
Цис
STOP
Трп
У
Ц
А
Г
Лей
Лей
Лей
Лей
Про
Про
Про
Про
Гис
Гис
Глн
Глн
Арг
Арг
Арг
Арг
У
Ц
А
Г
Иле
Иле
Иле
Мет
(START)
Тре
Тре
Тре
Тре
Асн
Асн
Лиз
Лиз
Сер
Сер
Арг
Арг
У
Ц
А
Г
Вал
Вал
Вал
Вал
Ала
Ала
Ала
Ала
Асп
Асп
Глу
Глу
Гли
Гли
Гли
Гли
У
Ц
А
Г
79

80.

Спасибо за
внимание!
80