| |
 |
Глава 7
"Золушка"
Фосфор
На момент приобретения в 1944 году всемирной славы, нуклеиновая кислота была уже известна химикам на протяжении трех четвертей века. Однако, лишь немногие удосужились за все это время хоть немного поизучать ее. Это была "Золушка", жившая тихой и неприметной бедной родственницей среди более интересных химических соединений, пока вдруг не обнаружилось, что именно ей подходит тот самый хрустальный башмачок.
И все же, тем немногим первопроходцам, которые работали над нуклеиновой кислотой и ранее, удалось установить многие первостепенные факты о ее строении. Например, вскоре после ее открытия стало известно, что в состав нуклеиновой кислоты входит фосфор.
Это многих удивило. Известно было, что некоторые белки тоже содержат фосфор, но в очень небольших количествах. Казеин - основной белок молока, содержит 1 процент фосфора. Лецитин, жирное вещество, находящееся в яичном желтке, состоит из фосфора на 3 процента. А в нуклеиновой кислоте этого элемента содержится более, чем в любом другом веществе организма - 9 процентов!
Пора, наверное, поподробнее остановиться на том, что представляет из себя фосфор. Как уже упоминалось в главе 3, в химических формулах он обозначается буквой Р. По химическим свойствам фосфор в какой-то мере похож на азот. Как и азот, он имеет три валентности; а кроме того, в некоторых случаях может присоединять к себе еще и четвертый атом (как правило, это оказывает кислород) с помощью особого вида связи, на схемах обозначаемого стрелочкой. (1)
(1) Азот тоже обладает таким свойством, но я не стал упоминать об этом, поскольку для данной книги это не имеет никакого значения.
Пример такой связи вы можете видеть на рис. 35, где изображена структурная формула фосфорной кислоты, широко используемого в химической промышленности вещества. Эмпирическая формула его, как видите, Н2РО4. Обратите внимание, что атом кислорода, обычно образующий две связи "стандартного" типа, "стрелочную" связь образует только одну.
Связи между атомами фосфора и кислорода в фосфорной кислоте очень прочны, а вот атомы водорода достаточно легко можно из нее "выковырять". Если это сделать, то у оставшейся части фосфорной кислоты появится свободная валентность для присоединения других атомов или групп атомов. Если удалить два атома водорода, появится две свободных валентности, если три - то три. Фосфорную кислоту, лишенную одного или нескольких атомов водорода называют фосфатной группой. В зависимости от количества устраненных атомов водорода различают первичные, вторичные и третичные фосфаты.
В живой ткани атомы фосфора представлены только в составе первичных или вторичных фосфатных групп. Поэтому в целях упрощения изложения будет лучше просто обозначать эти две группы стандартным образом, не вдаваясь в их внутреннее атомное строение. Удобно будет ввести особый знак - обведенную окружностью букву Р для обозначения не атома фосфора, а фосфатной группы. Различать между собой первичные и вторичные фосфаты мы будем, указывая одну или две валентности у единого символа.
В качестве примера того, в каком виде фосфатная группа может встречаться в сочетании с уже рассмотренными нами соединениями, давайте рассмотрим аминокислоту серин. В некоторых случаях фосфатная группа крепится к серину вместо кислорода в радикале. Тогда мы получаем фосфосерин (см. рис. 38).
Фосфосерин иногда встречается в белках на месте серина, и в таких случаях мы получаем фосфорсодержащий белок. Примером такого белка является упомянутый мной в начале главы казеин.
Так что запишем в список составляющих нуклеиновой кислоты фосфатные группы, и отметим, что именно их присутствие придает всему соединению кислотные свойства. Но, разумеется, ими нуклеиновая кислота не ограничивается.
Две разновидности
Практически с самого начала отмечалось, что частью структуры нуклеиновой кислоты являются сахарные группы, но природа этих групп на протяжении десятилетий оставалась загадкой.
Самый распространенный в природе простой сахар - это глюкоза, тот самый материал, из которого строятся крахмал и целлюлоза. Молекула глюкозы представляет собой цепочку из шести атомов углерода, к пяти из которых прикреплены гидроксильные группы, а шестой входит в состав карбонильной группы. Именно наличие карбонильной группы и нескольких гидроксильных и является характеризующей особенностью строения сахаров.
Также в числе распространенных сахаров можно назвать фруктозу и галактозу. В их основе тоже лежит цепочка из шести атомов углерода, один из которых входит в карбонильную группу, а остальные связаны с гидроксильными группами. Различаются они относительной ориентацией гидроксильных групп в пространстве - этого вполне достаточно для того, чтобы соединения имели различные химические свойства.
Два простых сахара могут, как и аминокислоты, объединяться между собой с выделением воды. Соединение глюкозы и фруктозы называется сахарозой - это и есть тот самый столовый сахар, который мы кладем в чай и кофе. И кленовый сахар, и свекловичный сахар, и тростниковый сахар - все это сахароза. А соединение глюкозы с галактозой называется лактозой, этот сахар почти безвкусен и встречается только в молоке. Ну и, конечно, объединяясь между собой, молекулы глюкозы формируют крахмал или целлюлозу.
Существует множество и других сахаров и их сочетаний, также как и видоизмененных сахаров, где к сахарным молекулам присоединены азото-, серо- или фосфорсодержащие группы. Некоторые из подобных соединений в природе не встречаются, но тем не менее создаются в лабораторных условиях.
Все эти вещества - простые, сложные, или комбинированные, натуральные или синтетические - имеют общее название углеводы. Как уже отмечалось в главе 2, это одна из трех основных групп, на которые делят органические вещества, обнаруживаемые в живых тканях.
Но какой именно углевод содержится в нуклеиновой кислоте? Ответа на этот вопрос не было до 1910 года, когда американский биохимик русского происхождения Фебюс Арон Теодор Левен (1) впервые установил, что в состав нуклеиновой кислоты входит рибоза. До того считалось, что рибоза в природе не встречается. В 1901 году ее синтезировал Эмиль Фишер (первооткрыватель структуры пептидов), но считалось, что это соединение - не более чем научный курьез, не имеющий практического значения. Так гадкие утята превращаются впоследствии в прекрасных лебедей - и в науке, и в жизни…
(1) До 1892 г., когда ученый завершил обучение в Петербурге и уехал на постоянное место жительства в США, куда годом раньше переехали его родители, спасаясь от усилившихся антисемитских настроений - Фашель Аронович Левин - прим. пер.
Рибоза отличается от глюкозы, фруктозы и галактозы тем, что в ней не шесть, а пять атомов углерода. Эта пятизвенная углеродная цепочка стремится принять кольцевидную форму с помощью атома кислорода одной из гидроксильных групп. В результате получается кольцо из четырех атомов углерода и одного атома кислорода - можно считать, что это фурановое кольцо без двойных связей. На рисунке 39 приведена структурная формула рибозы в двух видах - в полном и в "ломаном".
Позже Левен обнаружил, что не все молекулы нуклеиновой кислоты содержат рибозу. В некоторых вместо нее имеется близкий к рибозе сахар, отличающийся лишь отсутствием одного из атомов кислорода. Соответственно, химическое название этого сахара - дезоксирибонуклеиновая кислота, а строение его показано на рис. 40. Дезоксирибозу, как и рибозу, Фишер синтезировал за несколько лет до того, как ее обнаружили в природе.
По принципу наличия одного из этих двух сахаров нуклеиновые кислоты разделили на два подвида: рибонуклеиновая кислота и дезоксирибонуклеиновая кислота. Поскольку эти названия стали упоминаться все чаще, а биохимики любят большие и сложные названия не больше нас с вами, очень быстро в широкое употребление вошли сокращенные наименования этих веществ - рибонуклеиновая кислота стала РНК, а дезоксирибонуклеиновая - ДНК. Теперь полными именами их никто уже давно не называет.
Кроме рибозы и дезоксирибозы никаких других сахаров в нуклеиновых кислотах больше не обнаружилось, и за 1950-е годы биохимики пришли к выводу, что и не обнаружится. Соответственно, единственно встречающимися в нуклеиновой кислоте сахарами являются рибоза и дезоксирибоза. Более того, не было обнаружено ни одной нуклеиновой кислоты, в состав которой входили бы и рибоза, и дезоксирибоза. Либо-либо.
Нуклеиновая кислота того или другого вида встречается в определенных участках клетки. ДНК находится исключительно в ядре - если быть совершенно точным, то именно в хромосомах. РНК тоже можно найти в ядре, но все же большая часть ее сосредоточена вне ядра, в цитоплазме. Насколько нам известно, все клетки содержат как РНК, так и ДНК.
Что же касается вирусов, то самые сложные и тонкие из них имеют в своем составе и ДНК и РНК, большинство же - только ДНК. Впрочем, простейшие из вирусов, такие, как вирус табачной мозаики, содержат только РНК.
<<... предыдущая стр. :: следующая стр...>>
п»ї1 :: 2 :: 3 :: 4 :: 5 :: 6 :: 7 :: 8 :: 9 :: 10 :: 11 :: 12 :: 13 :: 14 :: 15 :: 16 :: 17 :: 18 :: 19 :: 20 :: 21
| |
| |
|
|
|
