аденозинфосфорные кислоты

АДЕНОЗИНФОСФОРНЫЕ КИСЛОТЫ (адениновые рибонуклеотиды)

производные аденозина, содержащие остатки ортофосфорной или полифосфорных кислот в разл. положениях рибозного кольца. Большинство А.к. имеют важное биол. значение; особое место занимают аденозин-5'-фосфорные кислоты (см. формулу)-моно-, ди- и трифосфорные (n — соотв. 1, 2, 3), обозначаемые АМФ, АДФ, АТФ (см. табл.). К аденозин-5'-фосфорным относятся также менее изученные кислоты с n = 4 и 5. Среди продуктов метаболизма некоторых коферментов обнаружены аденозин-2',5'- и аденозин-3',5'-дифосфорные кислоты. К А.к. относятся также аденозинмонофосфат циклический и диаденозинтетрафосфорная кислота, играющие регуляторную роль в обмене веществ. При щелочном гидролизе РНК образуется смесь аденозин-2'- и аденозин-З'-монофосфорных кислот. Аденозин-5'-фосфорные кислоты имеют характерный оптич. спектр с максимумом в области 260 нм и минимумом при 230 нм. Это кислоты средней силы (рК'_а ~ 1).

^{ХАРАКТЕРИСТИКИ АДЕНОЗИН-5-ФОСФОРНЫХ КИСЛОТ}

_{* Для моноакридиновой соли. ** Для мононатрисвой соли.}

Они хорошо раств. в воде, плохо — в спирте, не раств. в большинстве орг. растворителей. Соли щелочных металлов также раств. в воде (в отличие от солей тяжелых металлов). У АТФ средняя бариевая соль (Ва₂АТФ) не раств. в воде, но раств. кислая.

В водных растворах АДФ и АТФ неустойчивы. При 0 °C АТФ стабильна в воде всего неск. часов. При кипячении в течение 10 мин в кислом растворе АДФ и АТФ полностью расщепляются до АМФ и H₃PO₄. Эта реакция иногда используется для определения "лабильного фосфата". В разб. растворе щелочи АТФ гидролизуется до АМФ и пирофосфорной кислоты H₄P₂O₇. При длит, кипячении АМФ в щелочной или кислой среде образуются рибоза, аденин и фосфорная кислота.

Своб. энергия (ΔG°) гидролиза АТФ, идущего с отщеплением концевого (терминального) остатка H₃PO₄, в стандартных условиях равна −30,5 кДж/моль при pH 7,0. Близкая величина найдена для гидролиза АТФ с отщеплением H₄P₂O₇. Абс. величинаΔG° гидролиза АМФ значительно ниже ( −12,6 кДж/моль).

Хим. свойства аденозин-5'-фосфорных кислот определяются также функциональными группами остатка аденозина. Так, для А. к. характерно дезаминирование под действием HNO₂, приводящее к инозиновым производным. А. к. ацилируются по NH₂- и OH-группам. При галогенировании (обычно бромировании) замещается атом Н в положении 8. Окисление АТФ и АДФ периодатом превращает их в диальдегид, образующийся в результате окислит. расщепления связи между атомами С в положениях 2' и 3'. Алкилируются А.к. обычно в положение 1 и по аминогруппе. Так, при действии 3-меркаптопропионовой кислоты и формальдегида атом Н в группе NH₂ замещается на группировку CH₂SCH₂CH₂COOH. N⁶-Карбоксиметильное производное АТФ получают перегруппировкой N¹-карбоксиметил-АТФ, образующейся при реакции АТФ с иодуксусной кислотой. С помощью этиленоксида получают N¹-гидроксиэтильные производные А. к. При взаимодействии А. к. с хлоруксусным альдегидом по атому N в положении 1 алкилирование сопровождается циклизацией по аминогруппе с образованием трициклич. соед. — производного этеноаденозина; эти вещества используют в качестве флуоресцентных меток при структурно-функциональном исследовании белков и нуклеиновых кислот.

Хим. модификация прир. А.к. используется для изучения механизма ферментативных реакций. Модификация позволяет применять эти соед. в качестве ингибиторов, для образования ковалентных связей при изучении молекулярного окружения в точках связывания А. к. (так, 2',3'-диальдегидные производные образуют в активном центре ферментов альдиминные связи), для регистрации конформац. переходов в ферментах в ходе реакции, напр. с помощью флуоресцентных или спиновых меток. Производные А.к. используют также для синтеза биоспецифич. адсорбентов, применяемых при выделении индивидуальных ферментов с помощью аффинной хроматографии, что имеет большое практич. значение в биотехнологии.

АТФ впервые была выделена из мышц в 1929 К. Ломаном; хим. синтез осуществлен А. Тоддом (1948) путем фосфорилирования АМФ и АДФ с помощью дибензил-хлорфосфата. Выделяют АТФ из скелетных мышц или дрожжей. АМФ и АДФ получают гидролизом АТФ, а АМФ также ферментативным фосфорилированием аденозина.

Для количеств. определения АМФ, АДФ и АТФ в живых организмах используют разл. виды хроматографии, ЯМР-спектроскопию и ферментативные реакции. Наиб. чувствит. метод-люминесцентный люциферин-люциферазный, в котором используется выделяемая из светляков люцифераза, катализирующая в присутствии АТФ образование из люциферина люминесцирующего соединения. Метод позволяет определять АТФ в концентрации до 10⁻¹³ М.

В живых организмах АТФ, АДФ и АМФ присутствуют в связанном с белками состоянии и в виде комплексов с ионами Mg²⁺ и Ca²⁺. Скелетные мышцы млекопитающих содержат АТФ до 4 г/кг. У человека скорость обмена АТФ составляет ок. 50 кг в сут. Такая интенсивность обмена объясняется тем, что этот нуклеотид занимает центр. место в энергетике живых организмов. Сокращение мышц, биосинтез белков и нуклеиновых кислот, многие др. процессы, идущие с увеличением своб. энергии, сопряжены с гидролизом АТФ. Часть из них проходит с отщеплением от АТФ H₃PO₄, другая-H₄P₂O₇. В живой клеткеΔG гидролиза АТФ составляет −50 кДж/моль. Сравнительно высокая абс. величинаΔG° гидролиза двух ангидридных связей в АТФ (макроэргич. связи) обусловливает уникальное положение АТФ в метаболизме.

Исходный субстрат в биосинтезе АМФ-инозиновая кислота. АМФ, образующаяся также при пирофосфатном расщеплении АТФ, фосфорилируется в организме до АДФ при участии аденилаткиназы. Фосфорилирование АДФ, приводящее к синтезу АТФ в живых организмах, происходит при сопряжении этой реакции с окислительно-восстановит. реакциями. Различают три типа сопряжения: в гликолизе (локализован в водной фазе клетки, в цитоплазме), при окислит. фосфо-рилировании и фотофосфорилировании в т. наз. сопрягающих мембранах субклеточных частиц (митохондрий и хлоропластов) и бактерий.

Для сопряжения биохим. реакций необходимо наличие общего для этих реакций промежут. соединения (интермедиата). Так, в гликолизе окисление 3-фосфоглицеральдегида до фосфоглицериновой кислоты идет через стадию образования 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, являющейся таким "макроэргич. интермедиатом". Ферментативная реакция этого интермедиата с АДФ приводит к синтезу АТФ. Механизм сопряжения между фосфорилированием АДФ и электронным транспортом в сопрягающих мембранах установлен в 1960-х гг. П. Митчеллом. Было показано, что сопряжение осуществляется через посредство электрохим. потенциала ионов H⁺. Особенность электрон-транспортных систем сопрягающих мембран-способность переносить H⁺ через мембрану. В то же время ферментативный комплекс, катализирующий синтез АТФ,-АТФ-синтетаза, может использовать энергию этого потенциала. Молекулярный механизм трансмембранного транспорта H⁺ при окислительном фосфорилировании и фотофосфорилировании пока не выяснен.

• см. также гликолиз, окислительное фосфорилирование

В высших организмах присутствует белковый комплекс, осуществляющий специфич. перенос через биол. мембраны АТФ в обмен на АДФ (транслоказа адениновых нуклеоти-дов) и являющийся первым хорошо изученным белком-переносчиком. Особая роль аденозин-5'-фосфорных кислот в биоэнергетике обусловливает то, что эти соед. являются также аллостерич. регуляторами ряда ключевых ферментов.

АМФ применяется в медицине при мышечной дистрофии, стенокардии и спазмах сосудов (мышечно-адениловый препарат). С той же целью иногда используют АТФ.

^{Лит.: Микельсон А. М., Химия нуклеозидов и нуклсотидов, пер. с англ., М., 1966; Мецлср Д. Э., Биохимия, пер. с англ., т. 1, М., 1980.}

_{К. Ф. Шольц}