Тема 14

Гетероциклические соединения

1 Пятичленные гетероциклические соединения, строение, свойства

2 Шестичленные гетероциклические соединения

3 Нуклеиновые кислоты – ДНК, РНК; строение, свойства

Основные понятия по теме

Гетероциклические соединения – это соединения, содержащие в своих молекулах кольца (циклы), в образовании которых кроме атомов углерода прини­мают участие и атомы других элемен­тов. Иными словами, гетероциклические соединения – это соединения, содержа­щие кольца, построенные из атомов раз­личных элементов. Отсюда возникло и само название «гетероциклические» (γετερωσ – разный, различный).

Важнейшими пятичленными гетероциклами с одним гетероатомом являются фуран, содержащий кислород; тиофен, со­держащий серу; пиррол, содержащий азот:

Фуран – является веществом нейтрального характера. Подобно бензолу, фуран обладает ароматическими свойствами. Так, при реакции с бромом происходит не присоединение по месту двойных связей, а замещение атомов водорода. Однако фуран не стоек к дейст­вию кислот, осмоляясь ими, подобно непредельным соединениям с сопряженными связями, как производные дивинила H₂С =СН—СН=СН₂, поэтому фуран не удается нитровать и сульфиро­вать в обычных условиях.

Тиофен по своим физическим и химическим свойствам очень сходен с бензолом. Он легко хлорируется (путем замещения атомов водорода), сульфируется и нитруется.

Пиролл, как и амины, обладает основными свойст­вами, хотя они и выражены очень слабо. Ароматические свойства пиролла выражены слабее, чем у тиофена. Так, в обычных условиях он не сульфи­руется, не нитруется; однако при действии галогенов атомы водо­рода в его молекуле замещаются очень легко.

Пиридин – шестичленное гетероциклическое соединение, имеющее в своем составе один гетероатом азота.

Пиридин можно получить циклизацией ацетилена и HCN:

Обладает основными свойствами, так как содержит атом азота, аналогичный азоту аминов. Водные растворы пиридина окрашивают лакмус в синий цвет, так как пиридин, подобно аминам, образует с водой соединение, аналогичное гидроксиду аммония, с сильными кислотами образует соли:

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные вещества, молекулярная масса которых во многих случаях превышает молекулярную массу белков и часто исчисляется сотнями тысяч и миллионами.

Нуклеиновые кислоты, содержащие в молекулах остатки рибозы, называются рибонуклеиновыми кислотами (РНК), а содержащие остат­ки дезоксирибозы – дезоксирибонуклеиновыми кислотами (ДНК).

ДНК содержатся преимущественно в ядрах клеток, а РНК – в рибосомах, протоплазме клеток и в малых количествах в ядре. Как в ДНК, так и в РНК почти все количество пуриновых и пиримидиновых оснований приходится на долю всего лишь четырех оснований, три из которых содержатся и в ДНК, и в РНК; четвертым основанием в ДНК является тимин, а в РНК – урацил.

Аденин и гуанин относятся к группе пуриновых оснований; тимин, цитозин и урацил – пиримидиновых.

Описание последовательности нуклеотидов в нуклеиновой кислоте отражает ее первичную структуру. Расположение длинной линейной полинуклеотидной цепи в пространстве отражается в ее вторичной структуре.

В молекулах ДНК полинуклеотидная цепь спирализована в правую спираль с периодом идентичности 3,4 нм и расстоянием между плоскостями оснований 0,34 нм. Две цепи сплетены друг с другом в закрученную вокруг одной оси двойную спираль так, что на каждый виток спирали приходится 10 пар оснований; диаметр спирали равен 2,0 нм. Обе цепи удерживаются друг около друга за счет водородных связей между основаниями, находящимися внутри двойной спирали, причем аденин (А) связывается только с тимином (Т) двумя водородными связями, а гуанин (Г) тремя водородными связями с цитозином(Ц). Такое взаимосоответствие азотистых оснований получило название принципа комплиментарности.

Несмотря на довольно близкий состав, функции двух групп нуклеиновых кислот весьма различны: функции ДНК связаны с передачей наследственных признаков, функции РНК – с биосинтезом белков.

Выделяют следующие виды РНК:

– транспортные РНК (тРНК)составляют 10 % от всех РНК клетки. Основной функцией тРНК является перенос аминоацилов из ци­топлазмы на рибосому, где происходит биосинтез белка. Каждая тРНК способна связывать только одну аминокислоту, поэтому конкретную тРНК называют по названию аминокислоты, которую она связывает. Например, тРНК, связывающая аланин, называется аланиновой тРНК (тРНК^ала).

– рибосомные РНК (рРНК) составляют основную массу клеточ­ных (80 – 85 %). Вместе с белками рРНК образуют рибосомы.

– матричные РНК (мРНК). На долю мРНК приходится 3,5 % всех клеточных РНК. Матричные мРНК очень разнообразны, в них закодирована информация о различных белках.

Передачу генетической информации от ДНК к белку можно выразить схемой: ДНК → мРНК → белок. Экспериментально доказано соответствие кодонов мРНК и определенных аминокислотных остатков в структуре белка. Известно, что 20 протеиногенных ами­нокислот кодирует 61 кодон, т. е. многие аминокислоты кодиру­ются несколькими кодонами. Исключение составляют метионин и триптофан. Остальные 18 аминокислот кодируются двумя и более кодонами. Кроме того, имеются, так называемые, терминаторные кодоны, которые не несут информацию об аминокислотах и прекращают синтез белка. В таблице 1 приведен код белкового синтеза.

Таблица 1 – Код белкового синтеза

Первая буква кодона	Вторая буква кодона	Третья буква кодона
У	Ц	А	Г
У	фен фен лей лей	сер сер сер сер	тир тир − −	цис цис − три	У Ц А Г
Ц	лей лей лей лей	про про про про	гис гис глн глн	арг арг арг арг	У Ц А Г
А	иле иле иле мет	тре тре тре тре	асн асн лиз лиз	сер сер арг арг	У Ц А Г
Г	вал вал вал вал	ала ала ала ала	асп асп глу глу	гли гли гли гли	У Ц А Г

 

Вопросы для самоконтроля

1 Какие соединения называются гетероциклическими? Какие гетероатомы могут входить в их состав?

2 Приведите формулы основных пятичленных гетероциклических соединений, рассмотрите их свойства.

3 Укажите основные шестичленные гетероциклы, в состав каких веществ они входят?

4 Охарактеризуйте нуклеиновые кислоты.

5 Какие азотистые основания входят в их состав?

6 Рассмотрите строение ДНК, укажите основные отличия от РНК.

7 Перечислите виды РНК, их биологическое значение.

Поиск по сайту: