26.2. Строение нуоклеозидов

Определения и обозначения

Нуклеозид — соединение азотистого основания с пентозой без остатка фосфорной кислоты. Если к нему присоединяется фосфатный остаток, образуется уже нуклеотид. Поэтому по наличию фосфата легко отличить нуклеозид от нуклеотида.

Азотистое основание — пуриновое или пиримидиновое соединение, входящее в состав нуклеозида. К пуриновым основаниям относятся аденин и гуанин, к пиримидиновым — цитозин, тимин и урацил. От основания зависят класс и название нуклеозида.

β-N-гликозидная связь соединяет атом C1′ пентозы с атомом азота основания. У пуринов это атом N9, а у пиримидинов — N1. Обозначение показывает одновременно тип связи и атомы, между которыми она образована.

Пентоза нуклеозида — циклическая рибоза или 2-дезоксирибоза. У рибозы при C2′ находится группа OH, а у 2-дезоксирибозы вместо неё — H. Это небольшое различие определяет, будет соединение связано с РНК или ДНК.

Как это устроено

Нуклеозид строится из двух разных частей: азотистое основание несёт характерную систему атомов и химические свойства, а пентоза создаёт сахарный каркас. По отдельности эти части не образуют нуклеозид, потому что именно их соединение даёт структуру, пригодную для дальнейшего присоединения фосфата. Поэтому для образования нуклеозида необходимы и основание, и пентоза.

Пентоза входит в состав нуклеозида не в открытой, а в циклической форме. В таком цикле один атом кислорода и четыре атома углерода образуют кольцо, а C1′ несёт реакционно важную связь с основанием. Штрихи в обозначениях C1′, C2′, C3′, C4′ и C5′ нужны, чтобы не смешивать атомы сахара с атомами азотистого основания.

β-N-гликозидная связь возникает именно у C1′ сахара, поскольку этот атом является аномерным центром циклической пентозы. Второй участник зависит от строения основания: у пурина используется N9, а у пиримидина — N1. Так формируются связи C1′—N9 или C1′—N1, а буква N в названии связи указывает на атом азота.

Название нуклеозида складывается из названия основания и вида сахара. Для рибонуклеозидов характерны названия аденозин, гуанозин, цитидин и уридин; они содержат рибозу. В дезоксирибонуклеозидах обычно добавляют «дезокси-»: дезоксиаденозин, дезоксигуанозин, дезоксицитидин, а соединение тимина с дезоксирибозой называют тимидином.

Отличие нуклеозида от нуклеотида определяется не видом основания и не формой сахара, а наличием фосфата. Нуклеотид получается, когда к свободной группе нуклеозида присоединяется один, два или три остатка фосфорной кислоты. Поэтому аденозин — нуклеозид, а аденозинмонофосфат — нуклеотид.

Состав и особенности нуклеозидов

Сначала по таблице определите класс основания, затем найдите атом азота, участвующий в связи с C1′. После этого установите, какая пентоза входит в состав соединения, и подберите название нуклеозида. Таблица также помогает быстро отличить постоянные признаки класса от признаков, общих для пуринов и пиримидинов.

Разбор задач

Задача 1

Укажите, из каких частей состоит аденозин, и определите, есть ли в его составе остаток фосфорной кислоты. Нужно разобрать название и проверить, относится ли полученное соединение к нуклеозиду или нуклеотиду. Используем определение нуклеозида.

1. Аденин — пуриновое азотистое основание.
2. Окончание «-озин» в данном случае указывает на соединение аденина с рибозой: аденозин содержит рибозу.
3. В названии нет указания на фосфатный остаток, а сам аденозин является нуклеозидом.

Ответ: аденозин состоит из аденина и рибозы; остатка фосфорной кислоты в его составе нет.

Задача 2

На схеме нуклеозида найдите атом C1′ сахара и определите, с каким атомом основания он соединён, если основание пиримидиновое. Сначала нужно отличить сахарную нумерацию от нумерации основания. Затем применяем общее правило для пиримидинов.

1. Найдите циклическую пентозу и её аномерный атом углерода, обозначенный C1′.
2. Определите класс основания: пиримидин имеет одно шестичленное кольцо с атомами азота.
3. Для пиримидинового основания связь C1′ образуется с атомом N1.

Ответ: атом C1′ сахара соединён с атомом N1 пиримидинового основания; связь является β-N-гликозидной.

Задача 3

Для нуклеозида с гуанином и 2-дезоксирибозой определите класс основания, вид сахара и составьте название соединения. Название строится после последовательного определения этих двух компонентов. Отдельно проверим, нет ли фосфатного остатка.

1. Гуанин относится к пуриновым основаниям, поэтому в связи участвует его атом N9.
2. 2-Дезоксирибоза показывает, что соединение является дезоксирибонуклеозидом.
3. К названию нуклеозида гуанина добавляем указание на дезоксисахар.

Ответ: это пуриновый дезоксирибонуклеозид дезоксигуанозин, состоящий из гуанина и 2-дезоксирибозы.

Типичные ошибки

Называть нуклеозид нуклеотидом. Ошибка появляется, когда смешивают основание с сахаром и соединение с дополнительным фосфатом. Проверьте состав: отсутствие фосфорной кислоты означает нуклеозид.

Считать, что основание связывается с любым атомом азота. У пурина связь проходит через N9, у пиримидина — через N1. Для самопроверки сначала определите класс основания, а затем назовите нужный атом.

Путать C1′ сахара с атомами основания. Штрихи относятся только к атомам углерода пентозы, поэтому C1′ нужно искать в сахарном кольце. Если обозначение не имеет штриха, оно не относится к этой нумерации сахара.

Не различать рибозу и 2-дезоксирибозу. У рибозы при C2′ находится OH, а у дезоксирибозы — H. Сравните именно этот атом, а не C1′ или C5′.

Связь с другими темами

Для понимания нуклеозидов нужны знания о моносахаридах, циклических формах рибозы и дезоксирибозы, а также о строении пуриновых и пиримидиновых оснований. Эти сведения позволяют распознать пентозу, определить атомы связи и составить название вещества.

Нуклеозиды — основа следующего шага: изучения нуклеотидов. Нуклеотиды соединяются в цепи нуклеиновых кислот, поэтому строение нуклеозида помогает понять различия между ДНК и РНК.

Что запомнить

• Нуклеозид состоит из азотистого основания и пентозы.
• В состав нуклеозида входят рибоза или 2-дезоксирибоза.
• Азотистое основание соединяется с сахаром β-N-гликозидной связью.
• У пуринового основания связь образуется через N9, у пиримидинового — через N1.
• Нуклеозид не содержит остатка фосфорной кислоты.
• Нуклеотид — это нуклеозид с одним или несколькими остатками фосфорной кислоты.