IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

The nucleic acids compound could include nucleotides with unusual heterocyclic nitrogen bases or with modified carbohydrate residue. The rare components are visibly less in quantity (as s rule, not more than 2%), they are found far from all nucleic acids. Usually rare components could be observed as derivatives from the basic ones, which are formed grom them during the rather simple chemical reactions (such as alkylation, hydrogenation, etc.)

Нуклеиновые кислоты ВМС – биологические полимерные молекулы, хранящие всю информацию об отдельном живом организме, определяющие его рост и развитие, а также наследственные признаки, передаваемые следующему поколению. С уверенностью можно сказать, что они по праву являются основной жизни на Земле, именно поэтому так важно изучать их строение и свойства. Данные знания помогут более плодотворно использовать их во всех сферах жизни человека, а самое главное в медицине и фармации. Даже такие незначительные структуры нуклеиновых кислот, как минорные – редкие нуклеиновые азотистые основания, активно используются человеком. Они, безусловно, привлекают внимание ученых и исследователей. Строение и свойства их не до конца изучены, но существующие знания о роли минорных нуклеиновых азотистых оснований, уже позволяют сделать вывод о том, на сколько широким может быть спектр их применения. Исходя из этого, задачей данной работы было рассмотреть строение, свойства, методы выделения и функции минорных нуклеиновых азотистых оснований.

Нуклеиновые кислоты отличаются от других биополимеров относительно малым разнообразием мономерных единиц, входящих в их состав. Принято разделять мономерные единицы нуклеиновых кислот на основные компоненты и редкие (минорные) компоненты. Для начала следует рассмотреть структурные компоненты нуклеиновых кислот, прежде чем перейти к минорным нуклеиновым азотистым компонентам. Под основными компонентами нуклеиновых кислот понимают мономерные единицы - нуклеотиды, имеющие универсальное строение и входящие в состав ДНК и РНК . Нуклеотиды в свою очередь состоят из 3-х компонентов азотистых оснований.Азотистые основания — это ароматические гетероциклические соединения, производные пиримидина или пурина: рибоза, дезоксирибоза и остаток фосфорной кислоты. В составе ДНК: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, ТТФ, в составе РНК: АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ соответсвенно. Помимо основных нуклеотидов, в состав нуклеиновых кислот могут входить нуклеотиды с необычными гетероциклическими азотистыми основаниями или с модифицированным углеводным остатком. Содержание редких компонентов заметно меньше (как правило, не более 2%) они встречаются далеко не во всех нуклеиновых кислотах. Обычно редкие компоненты можно рассматривать как производные основных компонентов, образующиеся из них при довольно простых химических реакциях (таких, как алкилирование, гидрирование, ацилирование, сульфирование и т. д.).

Компоненты нуклеиновых кислот по их распространенности имеют биогенетическую основу. Они синтезируютсяв виде мононуклеотидов в активной форме в виде трифосфатов(АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ – РНК, : дАТФ, дГТФ, дЦТФ, ТТФ - ДНК), подвергаются полимеризации с образованием нуклеиновых кислот. Редкие минорные компоненты в составе ДНК обычно образуются из основных в составе полимера.

Существуют различные методы выделения минорных компонентов, для последующего их использования. Наиболее общим методом выделения редких компонентов РНК является, по-видимому, метод, предложенный Холлом. Он состоит в ферментативном расщеплении РНК до нуклеотидов под действием смеси фосфодиэстеразы змеиного яда и щелочной фосфомоноэстеразы из Escherichia coli. Смесь нуклеотидов разделяют далее с помощью распределительной хроматографии на целите. Мягкость условий расщепления полимера сочетается здесь с высокой эффективностью разделения мономеров, что и позволило обнаружить целый ряд неизвестных ранее редких компонентов РНК.

Минорные основания— аналоги пуриновых и пиримидиновых оснований, входящие в незначительных количествах в состав нуклеиновых кислот . В структуре нуклеиновой кислоты они занимают место обычных азотистых оснований. К минорным пиримидиновым основаниям относятся : дигидроурацил, псевдоурацил, 1-метилурацил, оротовая кислота, 5-карбоксиурацил, 4-тиоурацил, 5-метилцитозин, 5-оксиметилцитозин. К минорным пуриновым основаниям: 1-метиладенин, 1-метил-N6-метиладенин ,6-метиладенин, 7-метиладенин, 6-диметиладенин, 3-метиладенин, 1-метилгуанин, 7-метилгуанин.

5-метилцитозин - метилированная форма цитозина, в котором метильная группа добавлена ​​к 5-му углероду, изменяя его структуру без изменения его свойств образования пар оснований в нуклеиновых кислотах. После семи десятилетий, было выяснено, что он часто присутствует в различных молекулах РНК, хотя его функция точно неизвестна. Обнаружен в составе ДНК высших растений и некоторых бактерий.

5-оксиметилцитозин - пиримидиновое основание, замещающее цитозин в ДНК Т-четных фагов. Обнаружен в некоторых штаммах фагов кишечной палочки.

3-метиладенин - метилированное основание, аналог аденина, входит в состав митохондриальной ДНК некоторых высших растений. Роль пока не ясна.

7-метилгуанин - метилированное основание, аналог гуанина. Содержится в первичной структуре т-РНК.

Уникальное строение и способ образования минорных компонентов, наделяет их особенными свойствами. Именно это и будет характеризовать их роль в жизнидеятельности человека.

1. Первое открытие того, что ДНК кроме четырех оснований, содержит 5-метилцитозин, непосредственно включенный в ДНК, вскоре привело к предположению, что изменения в метилировании ДНК могут играть роль в онкогенезе). В течение нескольких последних десятилетий было проведено много исследований, которые показывали различия в паттернах распределения 5-метилцитозина ДНК человека между раковыми и нормальными клетками. Среди них есть как минимум три основных способа, с помощью которых метилирование CpG может участвовать в онкогенном фенотипе.Они включают в себя гипометилирование ракового генома, локальное гиперметилирование промоторов генов-супрессоров опухоли и прямой мутагенез ( Jones and Laird, 1999 ; Jones and Baylin, 2002 ; Herman and Baylin, 2003 ). Хотя каждое из этих отклонений само по себе могло бы способствовать возникновению раковых заболеваний у человека, может быть, особенно важно то, что они все имеют место одновременно, показывая, таким образом, что нарушения гомеостаза эпигенетических механизмов - это главные причины, вызывающие рак у людей.

2. Так же обнаружено, что 3–метиладенин–ДНК–гликозилаза ингибировала способность топоизомеразы I вызывать релаксацию сверхскрученной молекулы ДНК. Напротив, топоизомераза I стимулировала гликозилазную активность 3–метиладенин–ДНК–гликозилазы по отношению к поврежденному ДНК–олигонуклеотидному субстрату, содержащему гипоксантин. Предположено, что существуют устойчивые взаимосвязи между этими ферментами в клетках микобактерий двух исследованных видов. Также охарактеризованы некоторые мутантные формы 3–метиладенин–ДНК–гликозилазы, не способные взаимодействовать с топоизомеразой I и активировать ее. Представленные данные проливают свет на регуляцию активности гликозилазы в клетках микобактерий M. smegmatis и M. tuberculosis.

3. Минорные компоненты могут принимать участие в биосинтезе белка, так, например, при сканирующем механизме нахождения стартового AUG рибосома (точнее, её малая субъединица) садится на 5'-конец мРНК в области кэпа и двигается вдоль молекулы мРНК, «сканируя» один кодон за другим, пока не наткнётся на инициаторный AUG. Для привлечения рибосомы к 5'-концу мРНК требуется специальная структура, кэп — 7-метилгуанин, прикреплённый к 5'-концевому нуклеотиду мРНК.

Важно отметить, что минорные компоненты активно используются в изготовление различных препаратов для лечения онкологических заболеваний. На данный момент количество, таких медицинских средств довольно велико.

Фторурацил

Синтетический аналог естественного пиримидинового основания урацила. В процессе распада фторурацила несколько его метаболитов оказывают повреждающее воздействие на синтез и функционирование ДИК и рибонуклеиновых кислот опухолевых клеток. Рандомизированные исследования по применению фторурацила в комбинации с доксорубицином (адриамицином), митомицином и этопозидом по сравнению с симптоматической терапией показали достоверное увеличение выживаемости в группе больных, которым проводили химиотерапию. Используется для лечения рака поджелудочной железы в виде химиотерапии.

МитомицинФармакологическое действие - противоопухолевое. После проникновения в клетку проявляет свойства би- и трифункционального алкилирующего агента и избирательно ингибирует синтез ДНК. В высоких концентрациях вызывает супрессию синтеза клеточной РНК и белка, особенно в поздних (G1 и S) фазах митоза. Используется в лечение опухолей мочевого пузыря.

ДоксорубицинФармакологическое действие - противоопухолевое. Подавляет синтез ДНК и РНК: интеркалирует в двойную спираль ДНК между парами азотистых оснований (нарушается матрица и изменяется пространственная структура) и вызывает расщепление ДНК вследствие образования свободных радикалов. Помимо этого противоопухолевое действие возможно обусловлено изменением клеточных функций в результате связывания с липидами клеточных мембран и взаимодействием с топоизомеразой II. Обладает высокой противоопухолевой и противолейкозной активностью при низкой избирательности действия.

Зидовудин

Обладает высокой активностью в отношении ретровирусов (в т.ч. ВИЧ)В клетке при участии клеточных тимидинкиназы, тимидилаткиназы и неспецифической киназы фосфорилируется с образованием моно-, ди- и трифосфатного соединения. Зидовудин-трифосфат встраивается в провирус и блокирует дальнейшее наращивание цепи вирусной ДНК и делает невозможным синтез вирусной ДНК. Способствует увеличению количества T4 клеток.

Ацикловир

Обладает высокой специфичностью в отношении вируса Herpes simplexАцикловир проникает непосредственно в инфицированные вирусом клетки. Клетки, инфицированные вирусом, продуцируют вирусную тимидинкиназу, которая фосфорилирует ацикловир до ацикловира монофосфата. Кроме того, активность вирусной тимидинкиназы по отношению к ацикловиру намного выше, чем действие на него клеточных ферментов (в инфицированных клетках концентрация ацикловира монофосфата выше в 40–100 раз). Дальнейшее фосфорилирование клеточными ферментами приводит к образованию ацикловир-трифосфата, являющегося чрезвычайно активным и селективным ингибитором ДНК-полимеразы вирусов. Вероятно механизм ингибирования ацикловир-трифосфатом синтеза ДНК состоит в том, что она является для этого фермента субстратом, позволяющим осуществить связь 3'–5', необходимую для продления цепочки ДНК. Таким образом осуществляется преждевременный обрыв цепи ДНК.

Вывод

Роль минорных оснований окончательно не выяснена.Однако, уже известно, что 5-метицитозин участвует в образовании опухолей, 3–метиладенин–ДНК–гликозилаза ингибирует способность топоизомеразы I, 7-метилгуанин является кэпом при биосинтезе. Так же ,возможно, что своеобразие в расположении минорных оснований важнодля того, чтобы деструктивные клеточные ферменты могли отличать свои нуклеиновые кислоты от чужеродных, например бактериальных или вирусных.

Благодарим за руководство работой доцентов Е.И.Шостак и М.М.Павлову.

Код для цитирования: Скопировать