Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты — Органическая химия для олимпиад

Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты

8 заданий

Нуклеозиды, нуклеотиды и цепи

linkОпора

Нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию, но химически они построены всего из трёх частей: азотистого основания (урок 361), пентозы и остатка фосфорной кислоты. Основание присоединено к сахару N-гликозидной связью (урок 370), а сахара соседних звеньев соединены фосфатными мостиками. Последовательность оснований вдоль такой цепи и есть генетическая информация.

Как записать нуклеотид и цепь

  1. Соберите нуклеозид: азотистое основание присоединяется к атому C1′ рибозы или 2-дезоксирибозы β-гликозидной связью (у пуринов — через атом N9, у пиримидинов — через атом N1). Нуклеотид — это нуклеозид, этерифицированный фосфорной кислотой, обычно по группе 5′-OH; так устроены AMP и dGMP.
  2. Нумеруйте атомы сахара со штрихом (1′–5′), чтобы отличить их от атомов основания, которые нумеруют без штриха.
  3. Запишите цепь: группа 3′-OH одного нуклеотида соединена фосфодиэфирной связью с 5′-фосфатом следующего. Последовательность записывают от 5′-конца к 3′-концу.
  4. Запишите комплементарную цепь: она антипараллельна исходной, поэтому замените каждое основание комплементарным (A на T, G на C и наоборот) и прочитайте результат в обратном порядке.
аденозин — нуклеозид
аденозин — нуклеозид
dAMP — нуклеотид ДНК
dAMP — нуклеотид ДНК
АТФ
АТФ
Аденозин, dAMP и АТФ

Примеры

1. Аденозин и dAMP. Аденозин \(\ce{C10H13N5O4}\) — нуклеозид из аденина и рибозы. Если взять вместо рибозы 2-дезоксирибозу и этерифицировать группу 5′-OH фосфорной кислотой, получится 2′-дезоксиаденозин-5′-монофосфат (dAMP) — мономер ДНК.

2. Комплементарные цепи. Цепи 5′-ATGC-3′ и 5′-GCAT-3′ комплементарны. Если вторую цепь записать от 3′-конца к 5′-концу (3′-TACG-5′) и расположить под первой, напротив каждого A окажется T, а напротив каждого G — C; так образуются пары \(\ce{A-T}\) и \(\ce{G-C}\).

error5′ и 3′ — не произвольные метки

Фосфодиэфирный мостик соединяет группу 3′-OH одного сахара с группой 5′-OH следующего, поэтому у цепи есть направление. Записывая комплементарную цепь, это направление нужно развернуть, иначе получится другая последовательность.

edit_noteПопробуйте сами

Как называется нуклеозид из гуанина и 2-дезоксирибозы?

expand_moreПоказать решение

2′-Дезоксигуанозин (дезоксигуанозин).

Двойная спираль, РНК и генетический код

Две антипараллельные цепи ДНК удерживаются вместе водородными связями между комплементарными основаниями и стэкингом — взаимодействием ароматических колец, уложенных стопкой. Поскольку пары строго определены, состав двойной спирали подчиняется простым количественным правилам. Последовательность оснований переписывается в РНК и читается тройками — кодонами.

Как применять правила Чаргаффа и свойства спирали

  1. Применяйте правила Чаргаффа: в двуцепочечной ДНК [A] = [T] и [G] = [C], поэтому %A = %T = (100 − %GC)/2.
  2. Рассчитывайте длину: в B-ДНК на пару оснований приходится 3,4 Å (0,34 нм), а на виток — около 10,5 пары, поэтому длина участка равна 0,34 нм · число пар.
  3. Сравнивайте устойчивость: чем больше пар G–C (у них три водородные связи и более сильный стэкинг), тем выше температура плавления ДНК.
  4. Отличайте РНК от ДНК: в РНК вместо 2-дезоксирибозы — рибоза, а вместо тимина — урацил. Группа 2′-OH рибозы может атаковать соседний фосфат, поэтому в щёлочи РНК гидролизуется через циклический 2′,3′-фосфат, а ДНК устойчива.
  5. Читайте генетический код: кодон — три нуклеотида мРНК, и из четырёх оснований можно составить \(4^3 = 64\) кодона. Из них 61 кодирует аминокислоты, три (UAA, UAG, UGA) служат стоп-кодонами, а AUG — стартовый кодон, кодирующий метионин.
\[\%\ce{A} = \%\ce{T},\qquad \%\ce{G} = \%\ce{C}\]

Примеры

1. Состав ДНК. Если в двуцепочечной ДНК 20 % аденина, то тимина тоже 20 %, а на гуанин и цитозин приходится по \((100 - 40)/2 = 30\) %.

2. Длина белка по длине мРНК. Кодирующий участок мРНК из 900 нуклеотидов содержит \(900/3 = 300\) кодонов. Последний из них — стоп-кодон, поэтому белок содержит не больше 299 аминокислот.

errorПравила Чаргаффа — только для двойной цепи

В одноцепочечной РНК или в одноцепочечной ДНК некоторых вирусов количество A не обязано равняться количеству U или T.

edit_noteПопробуйте сами

Сколько витков у участка B-ДНК из 210 пар оснований?

expand_moreПоказать решение

Около 20: \(210/10{,}5 = 20\).

push_pinГлавное

Нуклеозид — азотистое основание, связанное β-N-гликозидной связью с C1′ рибозы (РНК) или 2′-дезоксирибозы (ДНК): пурины — через N9, пиримидины — через N1. Нуклеотид — фосфат нуклеозида (обычно по 5′-OH). В цепи нуклеотиды связаны 3′,5′-фосфодиэфирными связями; последовательность пишут от 5′-конца к 3′-концу. ДНК — двойная антипараллельная спираль с парами A–T и G–C: [A] = [T], [G] = [C] (правила Чаргаффа), около 10,5 пары на виток, 3,4 Å на пару. РНК содержит рибозу и урацил вместо тимина; её 2′-OH атакует соседний фосфат, поэтому РНК гидролизуется щёлочью, а ДНК — нет. Температура плавления ДНК растёт с долей пар G–C. Генетический код: кодон — три нуклеотида мРНК, 64 кодона, из них три стоп-кодона, AUG — старт (Met).

Закрепите теорию: 8 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.

Органическая химия для олимпиад · репетитор-кузьмин.рф
© 2026. Курс органической химии для подготовки к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников и к перечневым олимпиадам первого уровня.