Важнейшими гетероциклическими основаниями служат производные пиримидина и пурина, которые в химии нуклеиновых кислот принято называть нуклеиновыми основаниями.
Нуклеиновые основания. Для нуклеиновых оснований приняты сокращенные обозначения, составленные из первых трех букв их латинских названий.
К числу важнейших нуклеиновых оснований относятся гидрокси- и аминопроизводные пиримидина — урацил, тимин, цитозин и пурина — аденин и гуанин. Нуклеиновые кислоты различаются входящими в их состав гетероциклическими основаниями. Так, урацил входит только в РНК, а тимин — только в ДНК.
Ароматичность гетероциклов в структуре нуклеиновых оснований лежит в основе их относительно высокой термодинамической стабильности. В замещенном пиримидиновом цикле в лактамных формах нуклеиновых оснований шестиэлектронное π-облако образуется за счет 2 р-электронов двойной связи C=C и 4 электронов двух неподеленных пар атомов азота. В молекуле цитозина ароматический секстет возникает при участии 4 электронов двух π-связей (C=C и C=N) и неподеленной пары электронов пиррольного азота. Делокализация π-электронного облака по всему гетероциклу осуществляется с участием sp2-гибридизованного атома углерода карбонильной группы (одного — в цитозине, гуанине и двух — в урациле, тимине). В карбонильной группе вследствие сильной поляризации π-связи C=О p-орбиталь атома углерода становится как бы вакантной и, следовательно, способной принять участие в делокализации неподеленной пары электронов соседнего амидного атома азота. Ниже с помощью резонансных структур урацила показана делокализация p-электронов (на примере одного лактамного фрагмента):
Строение нуклеозидов. Нуклеиновые основания образуют с D-рибозой или 2-дезокси-D-рибозой N-гликозиды, которые в химии нуклеиновый кислот называют нуклеозидами и конкретно — рибонуклеозидами или дезоксирибонуклеозидами соответственно.
D-Рибоза и 2-дезокси-D-рибоза в составе природныгх нуклеозидов находятся в фуранозной форме, т. е. в виде остатков β-D-рибофуранозы или 2-дезокси-β-D-рибофуранозы. В формулах нуклеозидов атомы углерода в фуранозных циклах нумеруются цифрой со штрихом. N-Гликозидная связь осуществляется между аномерным атомом С-1' рибозы (или дезоксирибозы) и атомом N-1 пиримидинового или N-9 пуринового основания.
(!) Природные нуклеозиды всегда являются β-аномерами.
Построение названия нуклеозидов иллюстрируется следующими примерами:
Однако наиболее употребительными являются названия, производимые от тривиального названия соответствующего гетероциклического основания с суффиксом - идин у пиримидиновытх (например, уридин) и - озин у пуриновых (гуанозин) нуклеозидов. Сокращенные названия нуклеозидов представляют собой однобуквенный код, где используется начальная буква латинского названия нуклеозида (с добавлением латинской буквы d в случае дезоксинуклеозидов):
• Аденин + Рибоза → Аденозин (А)
• Аденин + Дезоксирибоза → Дезоксиаденозин (dA)
• Цитозин + Рибоза → Цитидин (С)
• Цитозин + Дезоксирибоза → Дезоксицитидин (dC)
Исключением из этого правила является название «тимидин» (а не «дезокситимидин»), которое используется для дезоксирибозида тимина, входящего в состав ДНК. Если же тимин связан с рибозой, то соответствующий нуклеозид называют риботимидином.
Являясь N-гликозидами, нуклеозиды относительно устойчивых к щелочам, но легко гидролизуются при нагревании в присутствии кислот. Пиримидиновые нуклеозиды более устойчивы к гидролизу, чем пуриновые.
Имеющейся «небольшой» разницы в строении или конфигурации одного атома углерода (например, С-2') в углеводном остатке оказывается достаточным, чтобы вещество играло роль ингибитора биосинтеза ДНК. Этот принцип используется при создании новых лекарственных средств методом молекулярной модификации природных моделей.
