Химический синтез ал иго- и полинуклеотидов

Химический синтез полинуклеотидов [c.153]

ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ПОЛИНУКЛЕОТИДОВ [c.280]

ХИМИЧЕСКИЙ СИНТЕЗ ОЛИГО- И ПОЛИНУКЛЕОТИДОВ [c.293]

Термодинамические и кинетические проблемы, возникающие при химическом синтезе нуклеиновых кислот, не отличаются от уже рассмотренных при пептидном синтезе. Соединение остатка фосфорной кислоты с ОН-группой соседнего нуклеотида неблагоприятно ни термодинамически (процесс сопровождается увеличением свободной энергии системы), ни кинетически, поскольку необходимо взаимодействие двух нуклеофильных остатков. На первом этапе становления химического синтеза олиго-, а затем и полинуклеотидов развитие пошло по тому же пути, который был использован и в пептидном синтезе, а именно по пути [c.293]

Хроматографические методы, позволившие разделить продукты химического или ферментативного гидролиза нуклеиновых кислот, сделали возможным в последние годы объяснение строения последних [14, 15, 44, 91]. Эти методы служат также для анализа мононуклеотидов [91, 92], олигонуклеотидов и смесей полинуклеотидов, получающихся при химическом синтезе [36, 44, 45, 90] или под действием ферментов [50, 65, 66). [c.451]

Химическая обзорная литература по нуклеиновым кислотам посвящена почти исключительно синтезу, в особенности синтетической химии мономеров (нуклеозидов и нуклеотидов), и в меньшей степени синтезу полинуклеотидов. Между тем имеется еще один важнейший аспект химии нуклеиновых кислот, который находится пока еще в процессе становления. Речь идет об изучении реакционной способности макромолекул нуклеиновых кислот и их компонентов, что важно как для выяснения вопросов, касающихся строения этих важнейших биополимеров, так и для правильного понимания их биологических функций. В последние годы подобные исследования начали очень быстро расширяться. Однако до сих пор данная сторона химии нуклеиновых кислот, по существу, не нашла должного отражения в обзорной литературе, за исключением нескольких обзоров по более или менее частным вопросам. [c.10]

Использованные для ферментативной реакции олигонуклеотидные фрагменты 1—4 были получены химическим синтезом. Можно использовать для частичного синтеза подобных полинуклеотидов и ферментативную полимеризацию. Так, полинуклеотид, содержащий фрагменты 1 и 2, мол<ет быть достроен до двухцепочечного комплекса полинуклеотида ХС1 действием ДНК-полимеразы и смеси дезоксинуклеозид-5 -трифосфатов [c.103]

Химический синтез нуклеиновых кислот (в биологическом смысле этого слова) пока еще не осуществлен, однако в конечном счете это будет достигнуто при условии, что будет определена точная структура природных полимеров. Методы полимеризации мононуклеотидов оказались уже сейчас пригодными для синтеза олигонуклеотидов и низших полинуклеотидов при контроле последовательности нуклеотидов. [c.467]

Наряду с опытами по ферментативному синтезу полинуклеотидов значительный интерес представляют опыты по ферментативному и химическому расщеплению этих полимеров. В принципе задача этих опытов — изучение порядка чередования нуклеотидов вдоль цепи. В отличие от белков для нуклеиновых кислот вполне удовлетворительных методов пока не существует. Методы ферментативного расщепления дают главным образом статистические данные, однако и такие данные полезны. [c.245]

Выше были описаны некоторые способы химического синтеза длинных цепей полинуклеотидов. Кроме того, существует довольно большое число методов, в которых для этой цели применяются ферменты. [c.185]

СОЧЕТАНИЕ ХИМИЧЕСКИХ И ФЕРМЕНТАТИВНЫХ МЕТОДОВ В СИНТЕЗЕ ПОЛИНУКЛЕОТИДОВ [c.448]

В мою задачу не входит детальное описание биохимических механизмов синтеза белка в ныне живущих организмах. Это прекрасно сделано в ряде оригинальных книг. Мне важно подчеркнуть физико-химическую детерминированность эволюционного возникновения связи, корреляции синтезов полинуклеотидов и полипептидов, а также основных механизмов этих синтезов. Естественный отбор в планетных условиях рано или поздно с неизбежностью должен привести к формированию предельно совершенного механизма синтеза белка и нуклеиновых кислот, аналогичного механизму, работающему в системе рибосома — ферменты. [c.55]

Рассматриваемый метод требует меньшего числа полинуклеотидов, чем метод Кораны, вследствие чего на 30-40 % снижаются затраты на химический синтез и анализ олигомеров. В этом методе значительно меньше стадий, поэтому он не столь трудоемок и, по-видимом>, более надежен по сравнению с методом Кораны. Кроме того, при использовании полинуклеотидов длиной до 40 нуклеотидных звеньев нет необходимости в компьютерном анализе. Вероятно, это связано с достаточной стабильностью образующихся комплексов из-за большей длины области комплементарного взаимодействия полимеров и способности ДНК-полимеразы проходить низкоэнергетические шпильки. [c.72]

Чтобы ответить на этот вопрос, адепты биохимических теорий биогенеза обычно принимают за наиболее высокоорганизованные соединения те, которые входят а состав живых организмов сахара и другие углеводы, жиры, аминокислоты, пептиды, полинуклеотиды, ферменты и т. д. На основании выделения таких соединений в качестве высокоорганизованных они строят варианты химической эволюции , представляя ее как последовательность возможных реакций синтеза. Сахара образуются из простейших соединений [c.188]

Вопрос теперь состоит в том, как и почему возникли биополимеры (полисахариды, белки, полинуклеотиды), реакции образования которых (дегидратационная конденсация исходных мономеров) требуют затраты энергии. При этом непригодны все те первичные источники энергии (см. табл. 1.7), которые использовались для абиогенного синтеза более простых веществ, из-за их большой мощности (большой концентрации энергии). Для синтеза биополимеров нужны особые источники химической энергии, т. е. богатые энергией вещества, способные в водной среде взаимодействовать с аминокислотами, сахарами, азотистыми основаниями, фосфорной и карбонатными кислотами и другими веществами и вызывать их дегидратационную конденсацию. [c.15]

Как видно из материала предыдущего раздела, задача установления первичной структуры нуклеиновых кислот является весьма сложной и разрешена пока лишь в некоторых простейших случаях. В связи с этим большое значение для исследований связи структуры и реакционной способности, а также биологической активности приобретают модельные олиго- и полинуклеотиды определенного строения. Некоторые полинуклеотиды такого типа (см. стр. 64) получены из природных объектов, однако систематическое использование модельных полинуклеотидов для решения физико-химических и биологических проблем стало возможным только после разработки методов препаративного получения подобных соединений с помощью химического или ферментативного синтеза. Химические методы синтеза имеют значение для получения олигонуклеотидных соединений для получения же полинуклеотидов применяются ферментативные и химико-ферментативные методы. [c.83]

Синтез блочным методом полидезоксирибонуклеотидов, содержащих двадцать мононуклеотидных единиц, иллюстрирует возможности этого метода и является значительным достижением в области химического синтеза полинуклеотидов. [c.403]

Разработаны методы синтеза полинуклеотидов — простейших моделей нуклеиновых кислот. Эти методы послужили основой для синтеза олигонуклеотидов с заданной последовательностью нуклеотидов. Использование химических и биохимических методов синтеза дали возможность Каране получить полинуклеотид, соответствуюший активному фрагменту дезоксирибонуклеиновой кислоты. Все эти достижения в области исследования строения, функций и синтеза биополимеров позволили на другом, новом—молекулярном уровне подойти к изучению жизненных процессов. Есть все основания предполагать, что в ближайшее время нас ждут большие и интересные открытия в мире познания самых сложных и тонких областей жизнедеятельности организма (деятельности нервной системы, межклеточного взаимодействия, явлений иммунитета и т. д.). [c.54]

Химический синтез нуклеиновых кислот остается пока нерешенной задачей. Получены синтетические полинуклеотиды, которые отличаются от природных нуклеиновых кислот тем, что они являются полимерами только одного или нескольких ргуклеотидов, но с произвольным, неспецифическим их распределением в цепи. Гомогенные олигонуклеотиды синтезируют обычно поликонденсацией мононуклеотидов под действием дициклогексилкарбодиимида [c.366]

Очевидно, что многие нуклеозиды являются интермедиатами в биосинтезе н расщеплении нуклеотидов и полинуклеотидов. В дополнение к так называемым спонгонуклеозидам (термин, применяемый к модифицированным пуриновым нуклеозидам, полученным из карибской губки ryptotethya rypta), которые являются производными арабинозы, многие антибиотики являются производными нуклеозидов, часто имеющих модифицированные углеводные остатки они будут детально обсуждаться позднее. Нуклеозиды сравнительно легко выделить из химических или ферментативных гидролизатов природных полинуклеотидов условия и практические детали этого процесса можно найти в общих учебниках по нуклеиновым кислотам [2, 7, 24]. Все коммерчески доступные образцы основных нуклеозидов получены этим путем. Для выделения больщих количеств таких нуклеозидов наиболее целесообразно применение относительно грубого фракционирования, основанного на различной растворимости, и методов ионного обмена. Для выделения малых количеств модифицированных нуклеозидов либо из природного источника, либо полученных в результате химического синтеза, пригодны многочисленные более эффективные методы, и они будут обсуждаться отдельно. Наконец, следует помнить, что выделение нуклеозидов часто осуществляют дефосфорилированием нуклеотидов [25], выделение и разделение которых не будет рассматриваться в настоящей главе. [c.72]

Химический синтез полимеров с заданной последовательностью мономерных звеньев может быть очень сильно облегчен присоединением одного конца растущей полимерной цепи к нерастворимой подложке. При этом очистка полимера после каждой стадии химической реакции может легко достигаться фильтрованием. Этот метод был очень популярен в области пептидов, при этом повторяющиеся стадии могут быть автоматизированы [88]. Твердофазный синтез полинуклеотидов не был столь успещен, как твердофазный синтез полипептидов, в основном из-за трудностей в достижении количественных выходов на последовательных стадиях синтеза. Наиболее полезными реагентами для создания межнуклеотидной связи являются аренсульфонилхлориды, хотя для достижения максимальных выходов необходимо обеспечение безводных условий. Полистирол и сщитые стирол-дивинилбензольные сополимеры, содержащие остатки 4-метокситритилхлорида, были использованы для присоединения первого нуклеозида, через его 5 -гидроксильную группу к твердой подложке схема (55) . [c.170]

В настоящее время методы синтеза олиго-. и полинуклеотидов разработаны в такой степени, что в короткие сроки могут быть получены искусственные фрагменты ДНК большой длины и практически любого состава. Достигнут существенный прогресс и в синтезе полирнбонуклеотидов. Общая стратегия синтеза полинуклеотидов и нуклеиновых кислот заключается в комбинированном использовании химических и ферментативных методов. Относительно небольшие олигонуклеотиды синтезируют химически, а затем соединяют в длинные цепн с помощью соответствующих ферментов. [c.348]

Рибонуклеаза панкреатическая — фермент осуществляющий гидролиз дрожжевой РНК. Обнаружен Джонсом в панкреатической железе. Это термостабильный белок небольшого размера с мол. массой 13 700, устойчив при кислых значениях pH, но в щелочной среде очень легко инактивируется. Панкреатическая РНК-аза расщепляет РНК с образованием З -монофосфатов или же олигонуклеотидов с З -фос тным нуклеотидом на конце. Оптимальную активность фермент проявляет при pH 7,0— 8,2. При температурах выше 65° С панкреатическая рибонуклеаза инактивируется. В результате структурных исследований волностью расшифровано первичное строение этого белка-фермента и осуществлен его полный химический синтез. Панкреатическая РНК-аза расщепляет связь между фосфатом, присоединенным к атому С-З -пиримидинового нуклеотвда, и С-5 -кислородом соседствующего с ним нуклеотида. Внутримолекулярная атака фермента на фосфодиэфирную связь происходит при участии 2 -гидроксильной группы. При этом обязательно образуется промежуточный 2 -3 -циклофосфат, который затем гидролизуется тем же ферментом с образованием свободного пиримидин-З -фосфата или же Олигонуклеотида с пиримидин-З -фосфатным нуклеотидом на конце. Нельзя считать абсолютной специфичность панкреатической РНК-азы по отношению к пиримидиновым нуклеотидам, поскольку диэфирные связи в полинуклеотиде, возникающие при наличии Аф, также расщепляются ферментом, хотя и в значительно меньшей степени, чем фосфодиэфирные, образующиеся пирими-динами. [c.75]

В результате нуклеофильной атаки по атому фосфора образуется ковалентная фосфодиэфирная связь (фосфатный мост). Без комплементарного полинуклеотида концевые амидофосфатная и гидроксильная группы олигонуклеотидов не взаимодействуют, не могут сблизиться из-за сложности пространственной структуры реагирующих олигонуклеотидов. Предложенная реакция, имеющая черты ферментативного процесса (направленное сближение реагирующих групп в пространстве, результатом чего является их взаимная активация), открывает возможность осуществления полностью химического синтеза генетического материала в условиях, близких к природным. [c.697]

При разработке методик химического синтеза полидезоксирибо- и полирибонуклеотидов перед химиками-синтетиками встают те же проблемы, что и в синтезе полипептидов. Подбор условий оптимального синтеза направлен на достижение высоких выходов на отдельных стадиях в цепи последовательных превраш,ений, включающих процессы запрограммированного наращивания полинуклеотидной цепи введения на каждой из стадий защитных групп для предотвращения побочных реакций конденсации и деблокирования. Например, в синтезе рибонуклеотидов часто требуется блокировать одну из вторичных гидроксильных групп в положении 2, что делает возможным селективное фосфорилирование соседней вторичной гидроксильной группы в положении 3. Рассмотрим теоретические основы некоторых приемов, используемых в синтезе полинуклеотидов. [c.280]

Мне хочется еще раз подчеркнуть очевидную мысль — ничто в ходе эволюции не может возникнуть внезапно, без связи с уже существующими механизмами. Не может появиться, аппарат энергетического обеспечения синтезов полинуклеотидов и полипептидов, не родственный уже отобранным в ходе эволюции химическим системам. Поэтому нам следует искать механизмы преобразования энергии, механизмы сопряжения эндэргонических процессов с реакциями превращения молекул, уже существовавших на ранних стадиях эволюции. Вот почему мое внимание и привлекает фотохимическое превращение именно фосфорных производных исходных матричных молекул — нуклеотидов. [c.128]

Принципиальная возможность образования полинуклеотидов без участия ферментов была показана Г. Шраммом (G. S hramm). Синтез полинуклеотидов осуществляли путем фосфорилирования и конденсации нуклеотидов и нуклеозидов при температуре 60° и в присутствии фосфорилирующих агентов. Образующиеся полимеры содержали от 60 до 200 нуклеотидов в цепи и имели относительную молекулярную массу 15 000—50 000. Так были получены полиадениловая, полиуридиловая, полицитидиловая кислоты и -их сополимеры. Таким образом, экспериментально показано, что в условиях первобытной Земли был возможен химический синтез биологически важных соединений (мономеров и полимеров), послуживших исходным материалом для построения всех организмов. [c.168]

С начала 70-х гг., когда было показано, что ДНК можно расщепить на фрагменты и затем снова соединить in vitro, рекомбинантные ДНК стали важным инструментом молекулярной биологии [И]. В настоящее время методы генной инженерии позволяют изолировать, размножить и прочитать (определить нуклеотидную последовательность) любой нужный ген, принадлежит ли он растению, животному или микроорганизму. Зная нуклеотидную последовательность ДНК представляющего интерес гена, мы можем затем установить аминокислотную последовательность кодируемого им белка. Верно и обратное-для любой требуемой полипептидной цепи можно создать соо1ветствующую нуклеотидную последовательность. Для относительно небольших пептидов в 1981 г. осуществлен химический синтез гена in vitro [14]. Таким образом, не существует теоретических препятствий к конструированию генов, кодирующих новые функции. Трудности возникают, если нужно синтезировать длинные полинуклеотиды-с приемлемым выходом, не загрязненные побочными продуктами сходного строения, а также при проектировании полипептидной последовательности, обеспечивающей желаемые функции. Мы еще очень мало знаем о факторах, определяющих упаковку белка. Поэтому сейчас мы ограничиваемся модификацией существующих белков путем замены нуклеотидов в соответствующих областях гена. [c.102]

Стратегические проблемы синтеза полипептидов и полинуклеотидов носят существенно иной характер. Здесь также требуется последовательное построение необходимых межмономерных связей и, следовательно, применение эффективных и общих методов создания амидной и фосфодиэфирной связей соответственно. Однако в отличие от типичных полисахаридов эти биополимеры состоят из линейных, но нерегулярных последовательностей не идентичных мономерных звеньев. Именно эта специфическая последовательность определяет уника,тьные химические, физические и биохимические свойства каждого из этих биополимеров. Таким образом, стратегической проблемой в синтезе этих соединений является обеспечение строго определенной последовательности мономерных звеньев в растущей полнпептидной или полинуклеотидной цепи, тогда как задача построения самих межмономерных связей низводится на тактический, рутинный уровень. Очевидно, что для построения таких нерегулярных полимерных цепей реакции типа полимеризации или поликонденсации принципиально неприменимы (в противоположность синтезу регулярных полисахаридов), а присоединение к растущей цепи каждого очередного мономерного звена превращается в самостоятельную операцию, требующую собственного набора реагентов и условий ее проведе- [c.298]

Естественно, в смешанных полимерах, в том числе и в синтетической РНК , помимо наличия 2 -5 -связи, отсутствующей в природном полимере, порядок связи мономерных единиц совершенно случаен и не может соответствовать строго определенному порядку этих связей в природных РНК- Это наиболее важное отличие характерно для всех синтетических гетеропол-имеров, так как существующие методы полимеризации еще не позволяют осуществить направленный синтез гетерополимера с любым заданным чередованием очень близких по химическому строению, но все же различных мономерных единиц. Поэтому метод получения полинуклеотидов, предложенный Майклсоном, нельзя использовать для получения полинуклеотидов специфического строения, и он может быть назван лишь методом неизбнрательной полимеризации. Пока еще нельзя предложить путь получения специфических полимерных нуклеотидов чисто химическими методами. [c.251]

С помощью химического и ферментативного гидролиза было показано, что синтетические полинуклеотиды, как и РНК, состоят из нуклеозид-5 -монофосфатных единиц, связанных между собой 3, 5 -фосфодиэфирными связями (стр. 46). Анализ концевых групп показал, что на конце полипептидной цепи находится фосфатная группа, этерифицированная по С-5 концевого нуклеозида. При гидролизе щелочью, фосфодиэстеразой змеиного яда, фосфодиэстеразой из селезенки или панкреатической рибонуклеазой эти полимеры дают точно такие же продукты, как и РНК. Очоа и его сотрудники воспользовались перечисленными свойствами, чтобы выяснить природу межнуклеотидных связей, образуемых с помощью фермента. Они синтезировали (А, Г, У, Ц)-полимер из смеси нуклеотидов, содержавшей АДФ, меченный по фосфору, и затем гидролизовали его фосфодиэстеразой змеиного яда (фиг. 87). Из полученных после гидролиза четырех нуклеозид-5 -фосфатов меченым оказался только АМФ, и его удельная радиоактивность соответствовала удельной радиоактивности первоначально включенного АМФ. Следовательно, во время синтеза фосфоэфирпая связь АМФ не затрагивалась. Если же синтезированный полимер гидролизовали щелочью или фосфодиэстеразой селезенки, то метку включал каждый из четырех пуклеозид-З -монофосфатов. Значит, в ходе синтеза полинуклеотидфосфорилаза формирует связи А—ф—А, Ц—ф—А, У—ф—А и Г—ф—А. Аналогичные результаты были получены с Р -УДФ. [c.253]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология