Сходи. Вхідна група. Матеріали. Двері. Замки. Дизайн

Лекція №19
НУКЛЕОЗИДИ. НУКЛЕОТИДИ. НУКЛЕЇНОВІ КИСЛОТИ
План

1. Нуклеїнові основи.
2. Нуклеозиди.
3. нуклеотиди.
4. Нуклеотидні коферменти.
5. Нуклеїнові кислоти.

Лекція №19

НУКЛЕОЗИДИ. НУКЛЕОТИДИ. НУКЛЕЇНОВІ
КИСЛОТИ

План

1. Нуклеїнові основи.
2. Нуклеозиди.
3. нуклеотиди.
4. Нуклеотидні коферменти.
5. Нуклеїнові кислоти.

Нуклеїнові кислоти – присутні в
клітинах всіх живих організмів біополімери, які виконують найважливіші функції
зі зберігання та передачі генетичної інформаціїта беруть участь у механізмах її
реалізації у процесі синтезу клітинних білків.

Встановлення складу нуклеїнових кислот шляхом їх послідовного
гідролітичного розщеплення дозволяє виділити такі структурні
компоненти.

Розглянемо структурні компоненти нуклеїнових
кислот у порядку ускладнення їхньої будови.

1. Нуклеїнові основи.

Гетероциклічні основи, що входять до складу
нуклеїнових кислот ( нуклеїнові основи), - це гідрокси- і
амінопохідні піримідину та пурину. Нуклеїнові кислоти містять три
гетероциклічні основи з піримідиновим циклом ( піримідинові
основи) і два - з пуриновим циклом (пуринові основи). Нуклеїнові основи
мають тривіальні назви та відповідні однолітерні позначення.

У складі нуклеїнових кислот гетероциклічні
основи знаходяться в термодинамічно стабільній оксоформі.

Крім цих груп нуклеїнових основ,
званих основними, в нуклеїнових кислотах невеликих кількостях
зустрічаються мінорніоснови: 6-оксопурин (гіпоксантин),
3-N-метилурацил, 1-N-метилгуанін та ін.

Нуклеїнові кислоти включають залишки
моносахаридів – D-рибози та 2-дезокси –D-рибози. Обидва моносахариди присутні в
нуклеїнових кислотах у b -фуранозної форми.

2. Нуклеозиди.

Нуклеозиди – це N-глікозиди, утворені нуклеїновими основами та рибозою
чи дезоксирибозою.

Між аномерним атомом вуглецю моносахариду та атомом азоту в положенні 1
піримідинового циклу або атомом азоту в положенні 9 пуринового циклу утворюється b -глікозидна
зв'язок.

Залежно від природи моносахаридного залишку
нуклеозиди ділять на рибонуклеозиди(містять залишок рибози) та дезоксирибонуклеозиди(містять залишок дезоксирибози). Назви
нуклеозидів будують на основі тривіальних назв нуклеїнових основ,
додаючи закінчення -йди ндля похідних піримідину та -озиндля
похідних пурину. До назв дезоксирибонуклеозидів додають приставку дезокси-.Виняток становить нуклеозид, утворений тиміном і
дезоксирибозою, до якого приставка дезокси-не додається, оскільки
тімін утворює нуклеозиди з рибозою лише в дуже поодиноких випадках.

Для позначення нуклеозидів використовуються
однолітерні позначення, що входять до їх складу нуклеїнових основ. До
позначенням дезоксирибонуклеозидів (за винятком тимідину) додається буква
”д”.

Поряд із представленими на схемі основними
нуклеозидами у складі нуклеїнових кислот зустрічаються мінорні нуклеозиди,
що містять модифіковані нуклеїнові основи (див. вище).

У природі нуклеозиди зустрічаються також у
вільному стані, переважно у вигляді нуклеозидних антибіотиків, які
виявляють протипухлинну активність. Нуклеозиди-антибіотики мають деякі
відмінності від звичайних нуклеозидів у будові або вуглеводної частини, або
гетероциклічної основи, що дозволяє їм виступати як
антиметаболітів, чим і пояснюється їхня антибіотична активність.

Як N-глікозиди, нуклеозиди стійкі до дії
лугів, але розщеплюються під дією кислот з утворенням вільного
моносахариду та нуклеїнової основи. Пуринові нуклеозиди гідролізуються
значно легше піримідинових.

3. Нуклеотиди

Нуклеотиди – це ефіри нуклеозидів та фосфорної
кислоти (нуклеозидфосфати). Складноефірний зв'язок з фосфорною кислотою утворює ВІН
група у положенні 5/або
3 / моносахариду. Залежно від
природи моносахаридного залишку нуклеотиди ділять на рибонуклеотиди (структурні елементиРНК) та дезоксирибонуклеотиди(структурні елементи
ДНК). Назви нуклеотидів включають назву нуклеозиду із зазначенням положення
ньому залишку фосфорної кислоти. Скорочені позначення нуклеозидів містять
позначення нуклеозиду, залишку моно-, ди- або трифосфорної кислоти, для
3 / -похідних вказується також
становище фосфатної групи.

Нуклеотиди є мономерними ланками,
яких побудовано полімерні ланцюги нуклеїнових кислот. Деякі нуклеотиди
виконують роль коферментів та беруть участь в обміні речовин.

4. Нуклеотидні
коферменти

Коферменти– це органічні сполуки
небілкової природи, які необхідні для здійснення каталітичного
дії ферментів. Коферменти відносяться до різним класаморганічних
з'єднань. Важливу групу коферментів становлять нуклеозидполіфосфати .

Аденозинфосфати – похідні
аденозину, що містять залишки моно-, ді-і трифосфорних кислот. Особливе місце
займають аденозин-5 / -моно-, ді-і
трифосфати - АМФ, АДФ та АТФ - макроергічніречовини, які мають
великими запасами вільної енергії рухомої формі. Молекула АТФ містить
макроергічні зв'язку Р-О, які легко розщеплюються в результаті гідролізу
Вільна енергія, що виділяється при цьому, забезпечує протікання пов'язаних з
гідролізом АТФ термодинамічно невигідних анаболічних процесів, наприклад,
біосинтез білка.

Кофермент А.Молекула цього
кофермент складається з трьох структурних компонентів: пантотенової кислоти,
2-аміноетантіолу та АДФ.

Кофермент А бере участь у процесах
ферментативного ацилювання, активуючи карбонові кислотишляхом перетворення їх
у реакційноздатні складні ефіри тіолів.

Нікотинамідаденіндінуклеотидні коферменти. Нікотинамідаденіндінуклеотид (НАД +)та його фосфат ( НАДФ + ) містять у своєму складі катіон піридинію у вигляді
нікотинамідного фрагмента. Піридінієвий катіон у складі цих коферментів
здатний оборотно приєднувати гідрид-аніон з утворенням відновленої форми
коферменту - НАДн.

Таким чином нікотинамідаденіндінуклеотидні
коферменти беруть участь в окисно-відновних процесах, пов'язаних з
перенесенням гідрид-аніону, наприклад, окиснення спиртових груп в альдегідні
(перетворення ретинолу на ретиналь), відновлювальному амінуванні кетокислот,
відновлення кетокислот у гідроксикислоти. У ході цих процесів субстрат
втрачає (окислення) або приєднує (відновлення) два атоми водню у вигляді
Н+ і Н - . Кофермент служить у своїй акцептором
(НАД + ) або донором
(НАД . Н) гідрид-іона. Всі процеси з
Участю коферментів є стереоселективними. Так, при відновленні
піровиноградної кислоти утворюється виключно L-молочна кислота.

5. Нуклеїнові кислоти.

Первинна структура нуклеїнових кислот являє собою лінійний полімерний ланцюг, побудований
з мономерів – нуклеотидів, які пов'язані між собою
3 / -5 / -фосфодіефірними
зв'язками. Полінуклеотидний ланцюг має 5′-кінець і 3′-кінець. На 5′-кінці знаходиться
залишок фосфорної кислоти, а на 3′ кінці - вільна гідроксильна група.
Нуклеотидний ланцюг прийнято записувати, починаючи з 5'-кінця.

Залежно від природи моносахаридних залишків
в нуклеотиді розрізняють дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК) та рибонуклеїнові
кислоти (РНК). ДНК і РНК розрізняються також за природою, що входять до їх складу
нуклеїнових основ: урацил входить тільки до складу РНК, тімін - тільки в
склад ДНК

Вторинна структураДНК являє собою комплекс двох полінуклеотидних ланцюгів, закручених праворуч
навколо загальної осітак, що вуглевод-фосфатні ланцюги знаходяться зовні, а
нуклеїнові основи спрямовані всередину ( подвійна спіраль Вотсона-Кріка).
Крок спіралі - 3.4 нм, на 1 виток припадає 10 пар нуклеотидів. Полінуклеотидні
ланцюги антипаралельні, тобто.
навпроти 3′-кінця одного ланцюга знаходиться 5′-кінець іншого ланцюга. Два ланцюги ДНК
неоднакові за своїм складом, але вони комплементарні. Це виражається в
тому, що навпроти аденіну (А) в одному ланцюгу завжди знаходиться тимін (Т) в іншому
ланцюга, а навпроти гуаніну (Г) завжди знаходиться цитозин (Ц). Комплементарне
спарювання А з Т та Г з Ц здійснюється за рахунок водневих зв'язків. Між А та Т
утворюється два водневі зв'язки, між Г та Ц – три.

Комплементарність ланцюгів ДНК складає
хімічну основу найважливішої функціїДНК – зберігання та передачі генетичної
інформації.

Типи РНК. Відомі три основні
виду клітинних РНК: транспортні РНК (тРНК), матричні РНК (мРНК) та рибосомні
РНК (РРНК). Вони розрізняються за місцем розташування в клітині, складі та розмірами,
а також функціями. РНК складаються, як правило, з одного полінуклеотидного ланцюга,
яка у просторі складається таким чином, що її окремі ділянки
стають комплементарними один одному ("злипаються") і утворюють короткі
двоспіральні ділянки молекули, тоді як інші ділянки залишаються
одноважеві.

Матричні РНКвиконують функцію матриці
білкового синтезу у рибосомах.

Рибосомні РНКвиконують роль структурних
компонентів рибосом.

Транспортні РНКберуть участь у
транспортування a -амінокислот з цитоплазми в рибосоми та у перекладі інформації нуклеотидної
послідовності мРНК у послідовність амінокислот у білках.

Механізм передачі генетичної інформації. Генетична інформація закодована в нуклеотидній послідовності
ДНК. Механізм передачі цієї інформації включає три основні етапи.

Перший етап - реплікація-Копіювання
материнської ДНК з утворенням двох дочірніх молекул ДНК, нуклеотидна
послідовність яких комплементарна послідовності материнської ДНК та
однозначно визначається нею. Реплікація здійснюється шляхом синтезу нової
молекули ДНК на материнській, яка відіграє роль матриці. Подвійна спіраль
материнської ДНК розкручується і на кожному з двох ланцюгів відбувається синтез нового
(Дочірній) ланцюга ДНК з урахуванням принципу комплементарності. Процес здійснюється
під дією ферменту ДНК-полімерази. Таким чином, з однієї материнської ДНК
утворюються дві дочірні, кожна з яких містить у своєму складі одну
материнську та одну знову синтезовану полінуклеотидний ланцюг.

Другий етап - транскрипція- процес, в
У ході якого частина генетичної інформації листується з ДНК у формі мРНК.
Матрична РНК синтезується на ділянці деспіралізованого ланцюга ДНК як на матриці
під впливом ферменту РНК-полимеразы. У полінуклеотидному ланцюгу мРНК
рибонуклеотиди, що несуть певні
нуклеїнові основи, що вибудовуються в послідовності, що визначається
комплементарними взаємодіями з нуклеїновими основами ланцюга ДНК При цьому аденіновомуоснови в ДНК буде відповідати урациловеоснову в РНК. Генетична інформація про синтез білка закодована в ДНК з
допомогою триплетногокоду. Одна амінокислота кодується
послідовністю із трьох нуклеотидів, яку називають кодоном.
Ділянка ДНК, що кодує один поліпептидний ланцюг, називається геном.
Кожному кодону ДНК відповідає комплементарний кодон мРНК. Загалом молекула
мРНК комплементарна певній частині ланцюга ДНК - гену.

Процеси реплікації та транскрипції відбуваються в
ядрі клітини. Синтез білка здійснюється у рибосомах. Синтезована мРНК
мігрує з ядра в цитоплазму до рибосом, переносячи генетичну інформацію до
місцю синтезу білка.

Третій етап – трансляція– процес
реалізації генетичної інформації, яку несе мРНК у вигляді послідовності
нуклеотидів у послідовність амінокислот у синтезованому білку. a -Амінокислоти, необхідні для
синтезу білка транспортуються до рибосом за допомогою тРНК, з якими вони
зв'язуються шляхом ацилювання 3 / -ВІН групи на кінці ланцюга тРНК.

тРНК має антикодонову гілку, що містить
тринуклеотид - антикодон, що відповідає переносимій нею
амінокислоти. На рибосомі тРНК прикріплюються антикодоновими ділянками до
відповідним кодонам мРНК. Специфіка стикування кодону та антикодону
забезпечується їхньою комплементарністю. Між зближеними амінокислотами
утворюється пептидна зв'язок. Таким чином реалізується суворо визначена
послідовність з'єднання амінокислот у білки, закодована в
генах.

Нуклеотид

Нуклеотиди- природні сполуки, з яких, як із цегли, побудовані ланцюжки. Також нуклеотиди входять до складу найважливіших коферментів (органічні сполуки небілкової природи – компоненти деяких ферментів) та інших біологічно активних речовинслужать у клітинах переносниками енергії.

Молекула кожного нуклеотиду (мононуклеотид)складається із трьох хімічно різних частин.

1. Це п'ятивуглецевий цукор (пентоза):

Рибоза (у цьому випадку нуклеотиди називаються рибонуклеотиди і входять до складу рибонуклеїнових кислот, або )

Або дезоксирибоза (нуклеотиди називаються дезоксирибонуклеотиди і входять до складу дезоксирибонуклеїнової кислоти, або ).

2. Пуринова або піримідінова азотиста основа пов'язана з вуглецевим атомом цукру, утворює сполуку, яка називається нуклеозид.

3. Один, два чи три залишки фосфорної кислоти , Приєднані ефірними зв'язками до вуглецю цукру, утворюють молекулу нуклеотиду (у молекулах ДНК або РНК один залишок фосфорної кислоти).

Азотисті основи нуклеотидів ДНК - це пурини (аденін та гуанін) та піримідинові (цитозин та тимін). Нуклеотиди РНК містять ті ж основи, що і ДНК, але тімін у них замінений близьким по хімічної будовиурацилом.

Азотисті підстави, і, відповідно, нуклеотиди, що їх включають, у біологічній літературі прийнято позначати початковими літерами (латинськими або українськими/російськими) відповідно до їх назв:
- - А(А);
- - G(Г);
- - З (Ц);
- тімін - Т(Т);
- Урацил - U (У).
Поєднання двох нуклеотидів називається динуклеотид, кількох - олігонуклеотид, множини - полінуклеотид або нуклеїнова кислота.

Крім того, що нуклеотиди утворюють ланцюги ДНК і РНК, вони є коферментами, а нуклеотиди, що несуть три залишки фосфорної кислоти (нуклеозидтрифосфат) - це джерела хімічної енергії, яка укладена у фосфатних зв'язках. Надзвичайно велика у всіх процесах життєдіяльності роль такого універсального переносника енергії, як аденозинтрифосат (АТФ).

Нуклеотиди входять до складу: нуклеїнових кислот (полінуклеотиди), найважливіших коферментів (НАД, НАДФ, ФАД, КоА) та інших біологічно активних сполук. Вільні нуклеотиди у вигляді нуклеозид моно-, ді- та трифосфату у значних кількостях містяться в клітинах. Нуклеозидтрифосфат - нуклеотиди, що містять 3 залишки фосфорної кислоти, мають багатий на енергію акумулювання в макроергічних зв'язках. Особливу роль відіграє АТФ – універсальний акумулятор енергії. Високоенергетичні фосфатні зв'язки нуклеотидтрифосфатів використовуються у синтезі полісахаридів ( урідінтріфосфат,АТФ), білків (ГТФ, АТФ), ліпідів ( цитидинтріфосфат,АТФ). Нуклеозидтрифосфати є субстратами для синтезу нуклеїнових кислот. Уридиндифосфат бере участь в обміні вуглеводів, як переносник залишків моносахаридів, цитидиндифосфат (переносник залишків холіну та етаноламіну) – в обміні ліпідів.

Важливу регуляторну роль організмі грають циклічні нуклеотиди.Вільні нуклеозидмонофосфати утворюються шляхом синтезу або при гідролізі нуклеїнових к-тпід впливом нуклеаз. Послідовне фосфорилювання нуклеозидмонофосфатів призводить до утворення відповідних нуклеотидтрифосфатів. Розпад нуклеотидів відбувається під дією нуклеотидази (при цьому утворюються нуклеозиди), а також нуклеотидпірофосфорілази, що каталізують оборотну реакцію розщеплення нуклеотидів до вільних основ і фосфорибозилпірофосфату.

нуклеотиди.

Нуклеїнові кислоти

Нуклеотиди

Нуклеотиди – це природні сполуки, що складаються з 1) залишків азотистої нуклеїнової основи, 2) вуглеводного залишку та 3) фосфатної групи.

Азотисті нуклеїнові основи

Азотисті основи – це похідні двох гетероциклів - піримідину та пурину..

Піримидинові основи

Пуринові основи

ТАУТОМЕРІЯ АЗОТИСТИХ ПІДСТАВ

а) лактам-лактимна

Аналогічна таутомерія можлива у тиміну, цитозину та гуаніну.

б) аміно-імінна

Аналогічна таутомерія можлива у гуаніну та цитозину.

Лактами стійкіші, ніж лактими, а аміни стійкіші, ніж іміни. Усі підстави in vitroі in vivoіснують та беруть участь в обміні речовин у лактамних та аміноформах.

Похідні та аналоги нуклеїнових основ застосовуються в медицині як лікарські речовини протипухлинної дії:

Нуклеозиди

Нуклеозиди – це сполуки, що складаються із залишків нуклеїнової основи та вуглеводу, пов'язаних β-N-глікозидним зв'язком.

Реакція утворення нуклеозидів in vivoйде під впливом ферментів.

У кислому середовищі (але не в нейтральному і не в лужному) нуклеозиди гідролізуються, розпадаючись на вихідну основу та вуглевод. Піримидинові нуклеозиди гідролізуються складніше, пуринові – легше.

Номенклатура нуклеозидів

Нуклеотиди

Нуклеотиди - це нуклеозиди, що містять фосфатну групу в 5"-положенні (5"-фосфоридовані нуклеозиди).

Нуклеотиди утворюються in vivo внаслідок ферментативного фосфорилювання нуклеозидів:

Нуклеотиди гідролізуються в кислому і лужному середовищах: при кислотному гідролізі утворюються основа, вуглевод і фосфорна кислота, а лужний гідроліз дає нуклеозид і фосфат натрію:

Номенклатура нуклеотидів

Динуклеотиди

НАД і ФАД – коферменти, що беруть участь у ВР реакціях перенесення водню в організмі:

Аденозинтрифосфат (АТФ)

АТФ є акумулятором та переносником енергії в біохімічних реакціях.

Біологічні реакції АТФ

1. Фосфорилювання- Перенесення фосфатних груп від АТФ на інші субстрати:

2. Гідроліз із виділенням енергії, що використовується в синтетазних реакціях:

Нуклеїнові кислоти

Нуклеїнові кислоти – це полінуклеотиди – полімери, що складаються з нуклеотидних залишків, пов'язаних цукрофосфатними складноефірними зв'язками.

Схема будови полінуклеотидного ланцюга:

Види НК: ДНК – містять залишки 2 -дезоксирибози, не містять урацилу;

Д Н К

Первинна структура ДНК

Первинна структура ДНК – це певний порядок послідовності нуклеотидів у ланцюзі:

У первинній структурі ядерної ДНК закладено генетичний код. У процесі транскрипції він "переписується" на інформаційну РНК, а потім відбувається трансляція: у рибосомі на матриці інформаційної РНК синтезується поліпептидний ланцюг білка. Ключ генетичного кодуполягає в тому, що один амінокислотний залишок в поліпептидному ланцюгу, що синтезується, кодується трьома нуклеотидними залишками (триплетом) в ПК, і таким чином, за допомогою 4 видів нуклеотидів кодуються 20 амінокислот.

Хімічні властивості нуклеїнових кислот

Складноефірні зв'язки, що з'єднують полінуклеотидні ланцюги, нестійкі в кислому та лужному середовищах, і ПК у цих умовах піддаються гідролізу:

КОМПЛЕМЕНТАРНІСТЬ АЗОТИСТИХ ПІДСТАВ

Комплементарність - це відповідність форми двох складних ліній, які підходять один до одного "як ключ до замку".

Комплементарні пари основ:

У парі А-Ттімін може бути (при переході ДНК→РНК) замінений урацилом, і пара стає А-У ("взаємозамінність" тиміну і урацилу).

Біологічне значення комплементарних взаємодійполягає в тому, що вони забезпечують точність передачі від однієї ПК до іншої.

Вторинна структура ДНК

Являє собою спіраль, що складається з двох комплементарних один одному та антипаралельних полінуклеотидних ланцюгів ("подвійна спіраль"):

Біологічна роль "подвійної спіралі":

1) Вона забезпечує збереження генетичної інформації (ядерний нуклеопротеїдний комплекс "ДНК-Гістони");

2) Забезпечує відновлення інформації у разі пошкодження ДНК (репарація після мутацій).

Р Н К

Види РНК: рибосомальна, інформаційна, транспортна.

Рибосомальна РНК (Р-РНК) - структурний матеріалрибосом (рибосомальний нуклеопротеїдний клмплекс).

Інформаційна (матрична) РНК (і-РНК) – проміжний етап у процесі трансформації інформації "ДНК – білок". Вона синтезується на матриці ДНК і сама є матрицею при синтезі білка в рибосомі. і-РНК порівняно низькомолекулярна та не має розвиненої вторинної структури.

Транспортна РНК (т-РНК) - низькомолекулярна РНК, що виконує такі функції: 1) визначення "своєї" амінокислоти (для кожної АК існує своя т-РНК); 2) зв'язування з АК та транспорт її до рибосоми; 3) визначення місця АК в поліпептидному ланцюгу, що росте.

Транспортні РНК мають вторинну структуру "конюшинного листа":

Виступаючий кінець ССА-3 ОН – місце зв'язування з карбоксильною групою АК.

Триплет нуклеотидів у крайній нижній точці – кодон, комплементарний відповідному антикодону на іРНК.

ЛІТЕРАТУРА:

Основна

1. Тюкавкіна Н.А., Зурабян С.Е., Білобородов В.Л. та ін – Органічна хімія (спеціальний курс), кн.2 – Дрофа, М., 2008, с. 157-178.

2. Н.А.Тюкавкіна, Ю.І.Бауков – Біоорганічна хімія – ДРОФА, М., 2007 р., с. 420-444.

До 1944 р. О. Ейвері та його колеги К. Маклеод та М. Маккарті відкрили трансформуючу активність ДНК у пневмококів. Ці автори продовжили роботу Гріффіта, який описав феномен трансформації (передачі спадкових ознак) у бактерій. О. Ейвері, К. Маклеод, М. Маккарті показали, що при видаленні білків, полісахаридів та РНК трансформація бактерій не порушується, а при впливі на індукуючу речовину ферментом дезоксирибонуклеазою трансформуюча активність зникає.

У цих експериментах вперше було продемонстровано генетичну роль молекули ДНК. У 1952 р. А. Херші та М. Чейз підтвердили генетичну рольмолекули ДН К у дослідах на бактеріофазі Т2. Помітивши його білок радіоактивною сіркою, а ДНК-радіоактивним фосфором, вони інфікували цим бактеріальним вірусом кишкову паличку Е. coli. У потомстві фага було виявлено велику кількість радіоактивного фосфору і лише сліди S. Звідси випливало, що саме ДНК, а чи не білок фага проникає у бактерію, та був після реплікації передається фаговому потомству.

Будова нуклеотиду ДНК. Типи нуклеотидів.

НуклеотидДНК складається з

Азотистої основи (ДНК 4 типу: аденін, тимін, цитозин, гуанін)

Моносахара дезоксирибози

Фосфорної кислоти

Молекула нуклеотидускладається з трьох частин - п'ятивуглецевого цукру, азотистої основи та фосфорної кислоти.

Цукор, що входить до склад нуклеотидумістить п'ять вуглецевих атомів, тобто являє собою пентозу. Залежно від виду пентози, що присутня в нуклеотиді, розрізняють два типи нуклеїнових кислот - рибонуклеїнові кислоти (РНК), які містять рибозу, та дезоксирибонуклеїнові кислоти (ДНК), що містять дезоксирибозу. У дезоксирибозі - ОН-група при 2-му атомі вуглецю замінена атом Н, т. е. у ній однією атом кисню менше, ніж у рибозі.

В обох типи нуклеїнових кислотмістяться підстави чотирьох різних видів: два з них відносяться до класу пуринів і два - до класу піримідинів. Основний характер цих сполук надає включений в кільце азот. До пуринів відносяться аденін (А) і гуанін (Г), а до піримідинів - цитозин (Ц) і тимін (Т) або урацил (У) (відповідно в ДНК або РНК). Тімін хімічно дуже близький до урацилу (він є 5-метилурацил, т. е. урацил, у якому в 5-го вуглецевого атома стоїть метильна група). У молекулі пуринів є два кільця, а молекулі піримідинів - одне.

Нуклеотиди з'єднуються між собою міцним ковалентним зв'язком через цукор одного нуклеотиду та фосфорну кислотуіншого. Виходить полінуклеотидний ланцюг. На одному її кінці – вільна фосфорна кислота (5'-кінець), на іншому – вільний цукор (3'-кінець). (ДНК-полімераза може приєднувати нові нуклеотиди тільки до 3'-кінця.)

Два полінуклеотидні ланцюги з'єднуються один з одним слабкими водневими зв'язками між азотистими основами. Дотримуються 2 правила:

принцип комплементарності: навпроти аденіну завжди стоїть тимін, навпроти цитозину – гуанін (вони підходять один одному за формою та кількістю водневих зв'язків – між А та Г два зв'язки, між Ц та Г – 3).

принцип антипаралельності: там, де один полінуклеотидний ланцюг має 5'-кінець, інший - 3'-кінець, і навпаки.

Виходить подвійний ланцюгДНК.

Вона скручується в подвійну спіральодин виток спіралі має довжину 3,4 нм, містить 10 пар нуклеотидів. Азотисті основи (охоронці генетичної інформації) знаходяться всередині спіралі, захищені.

Структурна організація молекул ДНК. Модель Дж.Уотсона та Ф.Кріка

У 1950 р. англійський фізик М.Вілкінс отримав рентгенограму кристалічних волокон ДНК. Вона показала, що молекула ДНК має певну структуру, розшифровка якої допомогла зрозуміти механізм функціонування ДНК. Рентгенограми, отримані не на кристалічних волокнах ДНК, а на менш упорядкованих агрегатах, що утворюються при більш високій вологості, дозволили Розалінд Франклін, колезі М. Вілкінса, побачити чіткий хрестоподібний малюнок – розпізнавальний знак подвійної спіралі. Стало відомо також, що нуклеотиди розташовані один від одного на відстані 0,34 нм, а на один виток спіралі доводиться 10. Діаметр молекули ДНК становить близько 2 нм. З рентгеноструктурних даних, однак, було не зрозуміло, як ланцюги утримуються разом у молекулах ДНК.

Картина повністю прояснилася в 1953 р., коли американський біохімік Дж. Вотсон та англійський фізик Ф. Крик, досліджуючи структуру молекули ДНК, дійшли висновку, що сахарофосфатний кістяк знаходиться на периферії молекули ДНК, а пуринові та піримідинові основи - у середині. Причому останні орієнтовані таким чином, що між основами з протилежних Ланцюгів можуть утворитися водневі зв'язки. З побудованої ними моделі виявилося, що будь-який пурин в одному ланцюгу завжди пов'язаний водневими зв'язками з одним з піримідинів в іншому ланцюгу. Такі пари мають однаковий розмір у всій довжині молекули. Не менш важливо те, що аденін може спаровуватися лише з тиміном, а гуанін тільки з цитозином. При цьому між аденіном і тиміном утворюються два водневі зв'язки, а між гуаніном та цитозином – три.

Властивості та функції ДНК.

Зберігання спадкової інформації (генетичний код – спосіб запису ген.інформації про послідовність амінокислот у білку за допомогою нуклеотидів (Гамів)

Передача (реплікація/подвоєння)

Реалізація (транскрипція)

Ауторепродукція ДНК. Реплікон та його функціонування.

Процес самовідтворення молекул нуклеїнових кислот, що супроводжується передачею у спадок (від клітини до клітини) точних копій генетичної інформації; здійснюється за участю набору специфічних ферментів (геліказа, що контролює розплітання молекули ДНК, ДНК-полімерази, ДНК-лігаза), проходить напівконсервативного типу з утворенням реплікативної вилки; на одному з ланцюгів синтез комплементарного ланцюга безперервний, а на іншому відбувається за рахунок утворення фрагментів Дказаки. Високоточний процес, частота помилок при якому не перевищує 10 -9; у еукаріотів може відбуватися відразу в декількох точках однієї молекули ДНК; швидкість у еукаріотів близько 100, а у бактерій - близько 1000 нуклеотидів у сек.

Реплікон - одиниця процесу реплікації ділянки геному, яка знаходиться під контролем однієї точки ініціації (початку) реплікації. Термін запропонований Ф. Жакобом та С. Бреннером у 1963 році. Геном прокаріотів є, як правило, один реплікон. Від точки ініціації реплікація йде в обидві сторони, у деяких випадках із нерівною швидкістю. У еукаріотів геном складається з багатьох (часто до дек. десятків тисяч) репліконів.

Генетичний код, його властивості.

Генетичний код – спосіб запису генетичної інофрмації про послідовність амінокислот у білку за допомогою нуклеотидів. Відкриття ген. Код належить Георгію Гамову. 1954 рік.

Триплетність- Значною одиницею коду є поєднання трьох нуклеотидів (триплет, або кодон).

Безперервність- між триплетами немає розділових знаків, тобто інформація зчитується безперервно.

Неперекриваність- один і той же нуклеотид не може входити одночасно до складу двох або більше триплетів (не дотримується для деяких генів, що перекриваються, вірусів, мітохондрій і бактерій, які кодують кілька білків, що зчитуються зі зсувом рамки).

Однозначність (специфічність)- певний кодон відповідає тільки одній амінокислоті (проте, кодон UGA у Euplotes crassusкодує дві амінокислоти - цистеїн та селеноцистеїн)

Виродженість (надмірність)- одній і тій амінокислоті може відповідати кілька кодонів.

Універсальність- генетичний код працює однаково в організмах різного рівня складності - від вірусів до людини (на цьому засновані методи генної інженерії; є низка винятків, показаних у таблиці розділу «Варіації стандартного генетичного коду» нижче).

Перешкодостійкість- мутації замін нуклеотидів, що не призводять до зміни класу амінокислоти, що кодується, називають консервативними; мутації замін нуклеотидів, що призводять до зміни класу амінокислоти, що кодується, називають.

радикальними

Поняття про ген. Властивості гена.Ген

- структурна та функціональна одиниця спадковості живих організмів. Ген є послідовністю ДНК, що задає послідовність певного поліпептиду чи функціональної РНК. Гени визначають спадкові ознаки організмів, що передаються від батьків нащадки при розмноженні. При цьому деякі органели (мітохондрії, пластиди) мають власну ДНК, яка не входить до генома організму, яка визначає їх ознаки.

(Термін запроваджено 1909 року датським ботаніком Вільгельмом Йогансеном)

дискретність – незмішуваність генів;

стабільність – здатність зберігати структуру;

лабільність – здатність багаторазово мутувати;

множинний алелізм - багато генів існують у популяції у безлічі молекулярних форм;

алельність - у генотипі диплоїдних організмів лише дві форми гена;

специфічність – кожен ген кодує свою ознаку;

плейотропія – множинний ефект гена;

експресивність – ступінь виразності гена в ознаці;

пенетрантність – частота прояву гена у фенотипі;

ампліфікація – збільшення кількості копій гена.

Особливості організації геному еукаріотів.

Геном еукаріотів:

велика кількість генів,

більша кількість ДНК,

у хромосомах є дуже складна система контролю активності генів у часі та просторі, пов'язана з диференціацією клітин та тканин в онтогенезі організму. Кількість ДНК у хромосомах велика і зростає в міру ускладнення організмів. Для еукаріотів також характерна надмірність генів.

Так, у людини геном містить число нуклеотидних пар, достатню для утворення понад 2 млн. структурних генів, тоді як у людини є за даними 2000 31 тис. всіх генів. Більше половини гаплоїдного набору геному еукаріотів становлять унікальні гени,

представлені лише з одного разу. У людини таких унікальних генів – 64%, у теляти – 55%, у дрозофіли – 70%.

Класи нуклеотидних послідовностей в ДНК еукаріотів, їх характеристика, властивості та біологічне значення.

Наприкінці 60-х років роботами американських учених Р. Бріттена, Е. Девідсона та інших було відкрито фундаментальну особливість молекулярної структури геному еукаріотів – нуклеотидні послідовності різного ступеня повторюваності. Це відкриття було зроблено за допомогою молекулярно-біологічного методу вивчення кінетики ренатурації денатурованої ДНК. Розрізняють такі фракції у геномі еукаріотів.

1. Унікальні, тобто. послідовності, подані в одному екземплярі або небагатьма копіями. Як правило, це цистрони – структурні гени, що кодують білки.

2. Низькочастотні повтори – послідовності, що повторюються десятки разів.

3. Проміжні, або середньочастотні, повтори – послідовності, що повторюються сотні та тисячі разів. До них відносяться гени рРНК (у людини 200 на гаплоїдний набір, у миші – 100, у кішки – 1000, у риб та квіткових рослин – тисячі), тРНК, гени рибосомних білків та білків-гістонів.

4. Високочастотні повтори, кількість яких сягає 10 мільйонів (на геном). Це короткі (~ 10 пн) послідовності, що не кодують, які входять до складу прицентромірного гетерохроматину.

Рівні організації геному еукаріотів.

Хімічний та структурний склад хромосом.

Молекулярно-біологічні дослідження дозволили отримати уявлення не тільки про хімічну структуру хромосом, але також і про їх надмолекулярну організацію та особливості функціонування. В даний час відомо, що хромосоми є нуклеопротеїдними утвореннями, що складаються з ДНК і білка. Крім того, у хромосомах присутня деяка кількість РНК, що утворюється при транскрипції, та іони Са+ та Mg+. Кожна хроматида, а в проміжку часу анафаза-S-період інтерфази та хромосома, містить одну молекулу ДНК, яка визначає всі функції хромосоми, пов'язані зі збереженням спадкової інформації, її передачею та реалізацією. Молекула ДНК у хромосомах тісно пов'язана з двома класами білків-гістонами (основні білки) та негістонами (кислі білки). Гістони – це невеликі за величиною білки з високим вмістом заряджених амінокислот (лізину та аргініну). Сумарний позитивний заряд дозволяє гістон зв'язуватися з ДНК незалежно від нуклеотидного складу. Їм належить переважно структурна функція. Це дуже стабільні білки, молекули яких можуть зберігатися протягом життя клітини. В еукаріотичній клітині присутні 5 типів гістонів, які розподіляються на дві основні групи: перша група (їх позначають як Н2А, Н2В, НЗ, Н4), відповідає за формування специфічних дезоксирибонуклеопротеїдних комплексів – нуклеосом. Друга група гістонів (HI) розташовується між нуклеосомами і фіксує укладання нуклеосомного ланцюга в більш високий рівеньструктурної організації (супернуклеосомну нитку) Серед гістонових білків, крім структурних, трапляються такі, які здатні обмежувати доступність ДНК для ДНК - зв'язувальних регуляторних білків і тим самим брати участь у регуляції активності генів. Негістонові білки дуже різноманітні. Число їх фракцій перевищує 100. Вони присутні у менших кількостях у хромосомах порівняно з гістонами та виконують в основному регуляторну функцію. Беруть участь у регуляції транскрипційної активності генів, у забезпеченні редуплікації та репарації ДНК. Більшість негістонових білків хроматину присутні в клітинах у невеликій кількості (мінорні) - це регуляторні білки, які впізнають специфічні послідовності ДНК і зв'язуються з ними. Вони залучені до багатьох генетичних процесів, але відомо про них поки що небагато. Кількісно переважають негістонові білки (мажорні), високорухливі, щодо малого розміру, з великим електричним зарядом - вони завжди поєднуються з нуклеосомами, що містять активні гени. Крім того, до групи негістонових білків входить багато ферментів.

Рівні упаковки спадкового матеріалу у еукаріотів.

Таким чином, рівні упаковки ДНК такі:

1) Нуклеосомний (2,5 обороту двоспіральної ДНК навколо восьми молекул гістонових білків).

2) Супернуклеосомний – хроматинова спіраль (хромонема).

3) Хроматидний – спіралізована хромонема.

4) Хромосома – четвертий ступінь спералізації ДНК.

В інтерфазному ядрі хромосоми деконденсовані та представлені хроматином. Деспіралізована ділянка, що містить гени, називається еухроматин (розпушений, волокнистий хроматин). Це необхідна умовадля транскрипції. Під час спокою між діленнями певні ділянки хромосом та цілі хромосоми залишаються компактними.

Ці спіралізовані ділянки, що сильно забарвлюються, називаються гетерохроматином. Вони неактивні щодо транскрипції. Розрізняють факультативний та конститутивний гетерохроматин.

Факультативний гетерохроматин інформативний, т.к. містить гени і може переходити до еухроматину. З двох гомологічних хромосом одна може бути гетерохроматичною. Конститутивний гетерохроматин завжди гетерохроматичний, неіформативний (не містить генів) і тому завжди неактивний щодо транскрипції.

Хромосомна ДНК складається з понад 108 пар основ, з яких утворюється інформативні блоки - гени, розташовані лінійно. На їхню частку припадає до 25% ДНК. Ген - функціональна одиниця ДНК, що містить інформацію для синтезу поліпептидів або всіх РНК. Між генами знаходяться спейсери – неінформативні відрізки ДНК різної довжини. Надлишкові гени представлені більшим числом- 10 4 ідентичних копій. Прикладом є гени т-РНК, р-РНК, гістонів. У ДНК зустрічаються послідовності тих самих нуклеотидів. Вони можуть бути помірно повторюваними та високо повторюваними послідовностями. Помірно повторювані послідовності досягають 300 пар нуклеотидів з повтореннями 10 2 - 10 4 і представляють найчастіше спейсери, надлишкові гени.

Високоповторювані послідовності (10 5 - 10 6) утворюють конститутивний гетерохроматин. Близько 75% всього хроматину не бере участі в транскрипції, він припадає на повторювані послідовності і нетранскрибуються спейсери.

Морфологічні особливості метафазної хромосоми.

Мітотична суперкомпактизація хроматину уможливлює вивчення зовнішнього вигляду хромосом за допомогою світлової мікроскопії. У першій половині мітозу вони складаються з двох хроматид, з'єднаних між собою в області первинної перетяжки ( центроміриабо кінетохора) особливим чином організованої ділянки хромосоми, загальної обох сестринських хроматид. У другій половині мітозу відбувається відокремлення хроматид один від одного. З них утворюються однонитчасті дочірні хромосоми,розподіляються між дочірніми клітинами.

Залежно від місця розташування центроміри та довжини плечей, розташованих по обидва боки від неї, розрізняють кілька форм хромосом: рівноплечі, або метацентричні (з центроміром посередині), нерівноплечі, або субметацентричні (з центроміром, зсунутою до одного з кінців), паличкоподібні, або акроцентричні (з центромірами, розташованими практично на кінці хромосоми), і точкові - дуже невеликі, форму яких важко визначити (рис. 3.52). При рутинних методах забарвлення хромосом вони різняться формою і співвідносним розмірам. При використанні методик диференціального забарвлення виявляється неоднакова флуоресценція або розподіл барвника по довжині хромосоми, суворо специфічні для кожної окремої хромосоми та її гомолога (рис. 3.53).

Таким чином, кожна хромосома індивідуальна не лише за укладеним у ній набором генів, а й за морфологією та характером диференціального фарбування.

Еу- та гетерохроматин, їх біологічне значення.

Деякі хромосоми під час клітинного поділу виглядають конденсованими та інтенсивно забарвленими. Такі відмінності було названо гетеропікнозом. Для позначення районів хромосом, що демонструють позитивний гетеропікноз на всіх стадіях мітотичного циклу, було запропоновано термін «гетерохроматин». Розрізняють еухроматин - основну частину мітотичних хромосом, яка зазнає звичайного циклу компактизації декомпактизації під час мітозу, і гетерохроматин - ділянки хромосом, що постійно перебувають у компактному стані.

У більшості видів еукаріотів хромосоми містять як еу-, так і гетерохроматинові ділянки, причому останні становлять значну частину геному. Гетерохроматин розташовується у прицентромірних, іноді у притіломірних областях. Виявлено гетерохроматинові ділянки в еухроматинових плечах хромосом. Вони виглядають як вкраплення (інтеркаляції) гетерохроматину в еухроматин. Такий гетерохроматин називають інтеркалярним. Компактизація хроматину.Еухроматин та гетерохроматин розрізняються за циклами компактизації. Еухр. проходить повний цикл компактизації-декомпактизації від інтерфази до інтерфази гетеро. зберігає стан відносної компактності. Диференційна офарблюваність. Різні ділянки гетерохроматину фарбуються різними барвниками, деякі райони – якимось одним, інші – декількома. Застосовуючи різні барвники та використовуючи хромосомні перебудови, що розривають гетерохроматинові райони, у дрозофіли вдалося охарактеризувати багато невеликих районів, де спорідненість до забарвлень на відміну від сусідніх ділянок.

Поняття про каріотип (визначення). Загальна характеристика каріотипу людини.

Каріотип -диплоїдний набір хромосом, властивий соматичним клітинам організмів даного виду, що є видоспецифічною ознакою і характеризується певним числом, будовою та генетичним складом хромосом.

Якщо число хромосом у гаплоїдному наборі статевих клітин позначити п,то загальна формулакаріотипу буде виглядати як 2п,де значення ппо-різному в різних видів. Як видова характеристика організмів, каріотип може відрізнятися в окремих особин деякими приватними особливостями. Наприклад, у представників різної статі є в основному однакові пари хромосом ( автосоми), але їх каріотипи відрізняються по одній парі хромосом ( гетерохромосоми,або статеві хромосоми). Іноді ці відмінності полягають у різній кількості гетерохромосом у самок та самців (XX або ХО). Найчастіше відмінності стосуються будови статевих хромосом, що позначаються різними літерами -X та Y (XX або XY).

Кожен вид хромосом у каріотипі, що містить певний комплекс генів, представлений двома гомологами, успадкованими від батьків з їхніми статевими клітинами. Подвійний набір генів, укладений у каріотипі, - генотип - це унікальне поєднання парних алелів геному. У генотипі міститься програма розвитку конкретної особини.

Денверська (1960) та Паризька (1971) класифікація хромосом людини: основні засади та сутність.

Денверська та Паризька класифікація хромосомХромосоми поділяються на аутосоми (соматичних клітин) та гетерохромосоми (статевих клітин). На пропозицію Левитського (1924) диплоїдний набір соматичних хромосом клітини був названий каріотипом. Він характеризується числом, формою, розмірами хромосом. Для опису хромосом каріотипу на пропозицію С.Г. Навашина їх розташовують у вигляді ідіограми - систематизованого каріотипу. У 1960 році була запропонована Денверська міжнародна класифікація хромосом, де хромосоми класифіковані за величиною та розташуванням центроміру. У каріотипі соматичної клітини людини розрізняють 22 пари аутосом та пару статевих хромосом. Набір хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдним , а в статевих клітинах - гаплоїдним (він дорівнює половині набору аутосом). В ідіограмі каріотипу людини хромосоми ділять на 7 груп, залежно від їх розмірів та форми. 1 - 1-3 великі метацентричні. 2 - 4-5 великі субметацентричні. 3 - 6-12 та Х-хромосома середні метацентричні. 4 – 13-15 середні акроцентричні. 5 - 16-18 щодо малі мета-субметацентричні. 6 – 19-20 малі метацентричні. 7 - 21-22 та Y-хромосома найбільш малі акроцентричні. Згідно Паризької класифікації хромосоми розділені на групи за їх розмірами та формою, а також лінійної диференціювання.

Нуклеотиди - це складні біологічні речовини, які відіграють ключову роль багатьох біологічних процесах. Вони є основою для побудови ДНК і РНК і, крім того, відповідають за синтез білків і генетичну пам'ятьбудучи універсальними джерелами енергії. Нуклеотиди входять до складу коферментів, беруть участь у вуглеводному обміні та синтезі ліпідів. Крім того, нуклеотиди є компонентами активних формвітамінів, переважно групи В (рибофлавін, ніацин). Нуклеотиди сприяють формуванню природного мікробіоценозу, надають необхідну енергію для регенеративних процесів у кишечнику, впливають на дозрівання та нормалізацію функціонування гепатоцитів.

Нуклеотиди є низькомолекулярними сполуками, що складаються з азотистих основ (пурини, піримідини), пентозного цукру (рибоза або дезоксирибозу) і 1—3 фосфатних груп.

Найбільш поширені монофосфати беруть участь у метаболічних процесах: пурини – аденозинмонофосфат (АМФ), гуанозинмонофосфат (ГМФ), піримідини – цитидинмонофосфат (ЦМФ), урідінмонофосфат (УМФ).

Чим викликаний інтерес до проблеми вмісту нуклеотидів у дитячому харчуванні?

Досі вважалося, що всі необхідні нуклеотиди синтезуються всередині організму, і їх не розглядали як незамінні поживні речовини. Передбачалося, що нуклеотиди, що надходять з їжею, в основному надають «місцеву дію», визначаючи ріст та розвиток тонкого кишечника, обмін ліпідів та печінкову функцію. Однак останні дослідження (матеріали сесії ESPGAN, 1997) показали, що ці нуклеотиди стають необхідними, коли ендогенного запасу недостатньо: наприклад, при захворюваннях, що супроводжуються енергетичним дефіцитом, — тяжких інфекціях, хворобах споживання, а також у неонатальному періоді під час швидкого зростання дитини , при імунодефіцитних станах та гіпоксичних ушкодженнях. При цьому загальний обсяг ендогенного синтезу знижується, стає недостатнім для задоволення потреб організму. У таких умовах надходження нуклеотидів з їжею «заощаджує» в організмі витрати енергії для синтезу цих речовин і може оптимізувати функцію тканин. Так, лікарі здавна радили після тривалих захворювань використовувати для харчування печінку, молоко, м'ясо, бульйони, т. е. продукти, багаті нуклеотидами.

Додаткова дотація нуклеотидів з їжею дуже важлива при вигодовуванні немовлят. Нуклеотиди були виділені із жіночого молока близько 30 років тому. На цей час ідентифіковано 13 кислоторозчинних нуклеотидів у жіночому молоці. Давно відомо, що склад жіночого молока та молока різних видівтварин не ідентичний. Проте багато років було прийнято звертати увагу лише основні харчові компоненти: білки, вуглеводи, ліпіди, мінерали, вітаміни. Разом з тим, нуклеотиди в жіночому молоці суттєво відрізняються, причому не лише за кількістю, а й за складом від нуклеотидів у коров'ячому молоці. Так, наприклад, оротат, головний нуклеотид коров'ячого молока, що міститься у значних кількостях навіть у адаптованих молочних сумішах, не присутній у жіночому молоці.

Нуклеотиди є компонентом небілкової азотної фракції грудного молока. Небілковий азот відповідає приблизно за 25% загального азоту в грудному молоці та містить аміносахара та карнітин, які відіграють особливу роль у розвитку новонароджених. Нуклеотидовий азот може сприяти найбільш ефективному вживанню білка у немовлят, що вигодовуються грудним молоком, які отримують порівняно менше білка в порівнянні з дітьми, яких вигодовують штучними сумішами.

Було виявлено, що в жіночому молоці концентрація нуклеотидів перевищує їх вміст у сироватці. Це говорить про те, що грудні залози жінки синтезують додаткову кількість нуклеотидів, які надходять до грудного молока. Також є відмінності у вмісті нуклеотидів за стадіями лактації. Так, найбільша кількістьнуклеотидів у молоці визначається на 2-4-му місяці, а потім їх вміст після 6-7-го місяця починає поступово знижуватися.

Раннє зріле молоко містить переважно мононуклеотиди (АМФ, ЦМФ, ГМФ). Їхня кількість у пізньому зрілому молоці вища, ніж у молозиві, проте менша, ніж у молоці першого місяця лактації.

Концентрація нуклеотидів у грудному молоці значно вище взимку, ніж у аналогічні терміни годівлі у період.

Ці дані можуть свідчити про те, що в клітинах грудних залоз відбувається додатковий синтез нуклеотидів, тому що в перші місяці життя речовини, що ззовні надходять, підтримують необхідний рівень метаболізму і енергетичного обміну дитини. Збільшення синтезу нуклеотидів у грудному молоці зимовий періодє захисним механізмом: у цей час року дитина більше схильна до інфекції і легше розвивається вітамінна і мінеральна недостатність.

Як зазначалося вище, склад і концентрація нуклеотидів у молоці всіх видів ссавців різняться, але їх кількість нижча, ніж у грудному молоці. Це, мабуть, пов'язано з тим, що потреба в екзогенних нуклеотидах особливо висока у беззахисних дитинчат.

Грудне молоко - це не тільки найбільш збалансований продукт для раціонального розвитку дитини, а й тонка фізіологічна система, здатна змінюватись в залежності від потреб дитини. Грудне молоко ще довго всебічно вивчатиметься, причому не тільки кількісний і якісний його склад, а й роль окремих інгредієнтів у функціонуванні систем організму, що росте і формується. Суміші для штучного вигодовування немовлят також удосконалюватимуться і поступово перетворяться на справжні «замінники грудного молока». Дані про те, що нуклеотиди грудного молока мають ширше фізіологічне значення для організму, що росте і розвивається, послужили основою для введення їх у суміші для дитячого харчуванняі наближення по концентрації та складу до таких у грудному молоці.

Наступним етапом досліджень стала спроба встановити вплив нуклеотидів, введених у дитячі суміші, на дозрівання плода та розвиток немовляти.

Найбільш наочними виявилися дані про активацію імунної системи дитини. Як відомо, IgG реєструється ще внутрішньоутробно, IgM починає синтезуватися відразу після народження дитини, IgA синтезується найбільш повільно, і активний синтез виникає до кінця 2-3-го місяця життя. Ефективність їх вироблення багато в чому визначається зрілістю імунної відповіді.

Для дослідження було сформовано 3 групи: діти, які отримували лише грудне молоко, лише суміші з нуклеотидами та молочні суміші без нуклеотидів.

В результаті було виявлено, що діти, які отримували формули з нуклеотидними добавками, до кінця 1-го місяця життя та на 3-му місяці мали рівень синтезу імуноглобуліну М, приблизно рівний такому у дітей, які перебувають на грудному вигодовуванні, але значно вищий, ніж у дітей, які отримували просту суміш. Аналогічні результати отримані при аналізі рівня синтезу імуноглобуліну А .

Зрілість імунної системи визначає ефективність вакцинопрофілактики, адже здатність до формування імунної відповіді на щеплення — це один із показників вироблення імунітету на першому році життя. Для прикладу досліджували рівень вироблення антитіл до дифтерії у дітей, які перебувають на «нуклеотидній» формулі, грудному вигодовуванні та сумішах без нуклеотидів. Рівень антитіл вимірювався через 1 місяць після першої та після останньої вакцинації. Встановлено, що навіть перші показники були вищими, а другі — достовірно вищими у дітей, які отримували суміші з нуклеотидами.

При дослідженні впливу вигодовування сумішшю з нуклеотидами на фізичний та психомоторний розвиток дітей відзначено тенденцію до кращого збільшення маси та більш швидкого становлення моторної та психічної функції.

Крім того, є дані, що дотація нуклеотидів сприяє більш швидкому дозріванню нервової тканини, функцій мозку та зорового аналізатора, що є вкрай актуальним для недоношених та морфофункціонально незрілих дітей, а також малюків з офтальмологічними проблемами.

Всім відомі проблеми зі становленням мікробіоценозу у дітей раннього віку, особливо у перші місяці. Це явища диспепсії, кишкові кольки, підвищений метеоризм. Споживання «нуклеотидних» сумішей дозволяє швидше нормалізувати ситуацію без необхідності корекції пробіотиками. У дітей, які отримували суміші з нуклеотидами, рідше відзначалися дисфункція шлунково-кишкового тракту, нестійкість випорожнень, вони легше переносили введення наступного прикорму.

Однак при застосуванні сумішей з нуклеотидами необхідно мати на увазі, що вони скорочують частоту випорожнень, тому дітям із запорами їх слід рекомендувати з обережністю.

Особливе значення ці суміші можуть мати у дітей із гіпотрофією, анемією, а також перенесли гіпоксичні порушення у неонатальному періоді. Суміші з нуклеотидами допомагають вирішити низку проблем, що виникають при виходжуванні недоношених дітей. Зокрема, мова йдепро поганий апетит і низький збільшення маси тіла протягом усього першого року життя, крім того, вживання сумішей сприяє більш повноцінному психомоторному розвитку малюків.

Виходячи з вищевикладеного застосування сумішей з нуклеотидними добавками для нас, лікарів, має великий інтерес. Рекомендувати ці суміші ми можемо великому колу дітей, тим більше, що суміші не є лікувальними. Разом з тим, ми вважаємо важливим вказати на можливість індивідуальних смакових реакцій у дітей раннього віку, особливо при переведенні дитини зі звичайної суміші на нуклеотидовмісну. Так, у деяких випадках, навіть при використанні сумішей однієї фірми, ми відзначали у дитини негативні реакції, аж до відмови від запропонованої суміші. Однак усі літературні джереластверджують, що нуклеотиди як впливають негативно на смакові якості, а й, навпаки, поліпшують їх, не змінюючи органолептичних властивостей суміші .

Представляємо огляд сумішей, що містять нуклеотидні добавки та наявні на нашому ринку. Це сироваткові суміші фірми "Фрізленд Ньютрішн" (Голландія) "Фрісолак", "Фрісомел", в яких містяться 4 нуклеотиди, ідентичних нуклеотидам жіночого молока; сироваткова суміш "Мамекс" (Intern Nutrition, Данія), НАН ("Нестле", Швейцарія), "Енфаміл" ("Мід Джонсон", США), суміш "Сімілак формула плюс" ("Еббот Лабораторіз", Іспанія/США). Кількість та склад нуклеотидів у цих сумішах різні, що визначається фірмою-виробником.

Всі фірми-виробники намагаються підібрати співвідношення та склад нуклеотидів, наблизивши його, наскільки можливо технічно та біохімічно, до аналогічних показників грудного молока. Цілком зрозуміло, що механічний підхід не є фізіологічним. Безумовно, введення нуклеотидів у суміші для дитячого харчування – це революційний крок у виробництві замінників грудного молока, що сприяє максимальному наближенню до складу жіночого грудного молока. Однак ніяка суміш поки не може вважатися фізіологічно повністю ідентичною цій єдиній, універсальній і необхідній дитині продукту.

Література

1. Gyorgy. P. Biochemical aspects. Am.Y.Clin. Nutr. 24 (8), 970-975.
2. Europan society for Pediatric Gastroenterology and Nutrition (ESPGAN). Committee on Nutrition: Guidelines on infant nutrition I. Recommendations on composition of adapted formula. Asta Paediatr Scand 1977; Suppl 262: 1-42.
3. James L. Leach, Jeffreu H. Baxter, Bruce E. Molitor, Mary B. Ramstac, Marc L\Masor. Усі потенційно наявні нуклеотиди материнського молока на стадії лактації//Американський журнал клінічного харчування. – Червень 1995. – Т. 61. – №6. – С. 1224-30.
4. Carver J. D., Pimental B., Cox WI, Barmess L.A. Pediatrics 1991; 88; 359-363.
5. Uauy. R., Stringel G., Thomas R. and Quan R. (1990) Ефект з dietari nucleosides на зростанні і згортання розвитку gut в скелі. J. Pediatr. Gastroenterol. Nutr. 10, 497-503.
6. Brunser O., Espinosa J., Araya М., Gruchet S. and Gil А. (1994) Ефект dietari nucleotide suppementation on diarhoeal disease in infants. Asta Paediatr. 883. 188-191.
7. Кешишян Є. З., Бердникова Є. До.//Смеси з нуклеотидними добавками для вигодовування дітей першого року життя//Дитяче харчування XXI століття. – С. 24.
8. Девід. Нові технології поліпшення продуктів дитячого харчування// Педіатрія. – 1997. – №1. – С. 61-62.
9. Суміші з нуклеотидними добавками для вигодовування немовлят. Очікуваний ефект// Педіатрія. Consilium medicum. - Додаток №2. – 2002. – С. 27-30.

Кешишян, доктор медичних наук, професор
Є. К. Берднікова
МНДІ педіатрії та дитячої хірургії МОЗ РФ, Москва