Аденозинфосфорные кислоты

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

ХАРАКТЕРИСТИКИ АДЕНОЗИН-5-ФОСФОРНЫХ КИСЛОТ

Показатель	АМФ	АДФ	АТФ
Мол. м.	347,23	427,22	507,21
Т. пл., °С	196-200	215*	143-145 (с разл.)**
	-41,78 (50 °С)	-25,7° (25 °С)	-26,7° (22 °С)
*10-3 при рН 2 .	15.1	15.0	14,7
рКa (аденин)	3,7	3,9	4,0
рК"а (к-та)	6,05	6,27	6,48

* Для моноакридиновой соли. ** Для мононатрисвой соли.

Они хорошо раств. в воде, плохо-в спирте, не раств. в большинстве орг. р-рителей. 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 р-рах АДФ п АТФ неустойчивы. При 0°С АТФ стабильна в воде всего неск. часов. При кипячении в течение 10 мин в кислом р-ре АДФ и АТФ полностью расщепляются до АМФ и Н₃РО₄. Эта р-ция иногда используется для определения "лабильного фосфата". В разб. р-ре щелочи АТФ гидролизуется до АМФ и пирофосфорной к-ты Н₄Р₂О₇. При длит, кипячении АМФ в щелочной или кислой среде образуются рибоза, аденин и фосфорная кислота.

Своб. энергия (G°) гидролиза АТФ, идущего с отщеплением концевого (терминального) остатка Н₃РО₄, в стандартных условиях равна — 30,5 кДж/моль при рН 7,0. Близкая величина найдена для гидролиза АТФ с отщеплением Н₄Р₂О₇. Абс. величинаG° гидролиза АМФ значительно ниже ( — 12,6 кДж/моль).

Хим. св-ва аденозин-5'-фосфорных к-т определяются также функц. группами остатка аденозина. Так, для А. к. характерно дезаминирование под действием HNO₂, приводящее к инозиновым производным. А. к. ацилируются по NH₂-и ОН-группам. При галогенировании (обычно бромирова-нии) 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 к-ты и формальдегида атом Н в группе NH₂ замещается на группировку CH₂SCH₂CH₂COOH. N⁶-Карбоксиметильное производное АТФ получают перегруппировкой N¹-карбоксиметил-АТФ, образующейся при р-ции АТФ с иодуксусной к-той. С помощью этиленоксида получают N¹-гидроксиэтильные производные А. к. При взаимод. А. к. с хлоруксусным альдегидом по атому N в положении 1 алкилирование сопровождается циклизацией по аминогруппе с образованием трициклич. соед.-производного этеноаденозина; эти в-ва используют в кач-ве флуоресцентных меток при структурно-функциональном исследовании белков и нуклеиновых к-т.

Хим. модификация прир. А.к. используется для изучения механизма ферментативных р-ций. Модификация позволяет применять эти соед. в кач-ве 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 р-ции, 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 р-ции. наиб. чувствит. метод-люминесцентный люциферин-люциферазный, в к-ром используется выделяемая из светляков люцифераза, катализирующая в присут. 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 Са²⁺. 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 к-т, многие др. процессы, идущие с увеличением своб. энергии, сопряжены с гидролизом АТФ. Часть из них проходит с отщеплением от АТФ Н₃РО₄, другая-Н₄Р₂О₇. В живой клеткеG гидролиза АТФ составляет - 50 кДж/моль. Сравнительно высокая абс. величинаG° гидролиза двух ангидридных связей в АТФ (макроэргич. связи) обусловливает уникальное положение АТФ в метаболизме.

Исходный субстрат в биосинтезе АМФ-инозиновая к-та. 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 р-ции с окислит.-восстановит. р-циями. 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 хло-ропластов) и бактерий.

Для сопряжения биохим. р-ций необходимо наличие общего для этих р-ций промежут. соединения (интермедиата). Так, в гликолизе окисление 3-фосфоглицеральдегида до фосфоглицериновой к-ты идет через стадию образования 1,3-дифосфоглицериновой к-ты, являющейся таким "макроэргич. интермедиатом". Ферментативная р-ция 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 Н⁺. Особенность электрон-транспортных систем сопрягающих мембран-способность переносить Н ⁺ через мембрану. В то же время ферментативный комплекс, катализирующий синтез АТФ,-АТФ-синтетаза, может использовать энергию этого потенциала. Молекулярный механизм трансмембранного транспорта Н⁺ 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 к-т 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. Шолъц.