Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Пути выведения амиака,цикл мочевины, биороль её синтеза
Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины. Последняя выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно АМКного, обмена. На долю мочевины приходится до 80–85% от всего азота мочи. Основным и, возможно, единственным местом синтеза мочевины является печень. Уравнения реакций синтеза мочевины представлены в виде цикла- орнитинового цикла мочевинообразования Кребса. На первом этапе синтезируется макроэрги-ческое соединение карбамоилфосфат – метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза пи-римидиновых нуклеотидов (соответственно ДНК и РНК) и аргинина (соответственно белка и мочевины): К настоящему времени открыты три разных пути синтеза карбамоил-фосфата de novo, катализируемые тремя разными ферментами. Первую необратимую реакцию катализирует регуляторный фермент – аммиакзави-симая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.4.16): Реакция требует затраты двух молекул АТФ, открыта в митохондриях клеток печени и используется преимущественно для синтеза аргинина и мочевины. В этой реакции в качестве активного стимулирующего ал-лостерического эффектора действует N-ацетилглутамат. Вторую, также необратимую, реакцию катализирует глутаминзависимая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.5.5): Данная реакция открыта в цитозоле клеток животных и требует наличия ионов Mg2+. Следует указать, что благодаря включению гидролитической стадии она используется преимущественно для синтеза пиримидиновых нуклеотидов (см. далее). Фермент широко распространен в клетках животных. Третью обратимую реакцию катализирует карбаматкиназа (КФ 2.7.2.2): Реакция открыта у разных микроорганизмов и, возможно, используется скорее для ресинтеза АТФ, чем для синтеза карбамоилфосфата. На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоилтрансфераза (КФ 2.1.3.3). На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозави-симая,– это конденсация цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргининосукцината (эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининосукцинат распадается в следующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента – аргининосукцинатлиазы. На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы.
Необходимо подчеркнуть, что аргиназа содержится в печени тех животных, которые экскретируют с мочой мочевину как основной и конечный продукт азотистого обмена. В печени птиц, например, аргиназа отсутствует, поскольку птицы вместо мочевины выделяют мочевую кислоту. Орни-тиновый цикл мочевинообразования с учетом новых данных представлен на рис. 12.5. Суммарная реакция синтеза мочевины без учета всех промежуточных продуктов может быть представлена в следующем виде: Данная реакция сопровождается снижением свободной энергии (ΔG0 = –40 кДж), поэтому процесс всегда протекает в направлении синтеза мочевины. Следует указать, что синтез мочевины энергетически дорого обходится организму. На синтез одной молекулы мочевины требуется затрата четырех высокоэнергетических фосфатных групп: две молекулы АТФ расходуются на синтез карбамоилфосфата и одна – на образование аргининоянтарной кислоты, при этом АТФ расщепляется на АМФ и РРi, который при гидролизе также образует две молекулы Рi. Из приведенной схемы процесса мочевинообразования нетрудно видеть, что один из атомов азота мочевины имеет своим источником свободный аммиак (через карбамоилфосфат); второй атом азота поступает из ас-партата. Аммиак образуется главным образом в процессе глутаматде-гидрогеназной реакции. В процессе пополнения запасов аспартата участвуют три сопряженные реакции: сначала фумарат под действием фумаразы присоединяет воду и превращается в малат, который окисляется при участии малатдегидрогеназы с образованием оксалоацетата; последний в реакции трансаминирования с глутаматом вновь образует аспартат. Учитывая известные фактические данные о механизмах обезвреживания аммиака в организме, можно сделать следующее заключение. Часть аммиака используется на биосинтез АМК путем восстановительного аминирования α-кетокислот по механизму реакции трансаминирования. Аммиак связывается при биосинтезе глутамина и аспарагина. Некоторое количество аммиака выводится с мочой в виде аммонийных солей. В форме креатинина, который образуется из креатина и креатинфосфата, выделяется из организма значительная часть азота АМК. Наибольшее количество аммиака расходуется на синтез мочевины, которая выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового обмена в организме человека и животных. Подсчитано, что в состоянии азотистого равновесия организм взрослого здорового человека потребляет и соответственно выделяет примерно 15 г азота в сутки; из экскретируемого с мочой количества азота на долю мочевины приходится около 85%, креатинина – около 5%, аммонийных солей – 3%, мочевой кислоты – 1% и на другие формы – около 6%.
В процессе эволюции живые организмы выработали различные типы азотистого обмена. Это аммониотелический тип, при котором главным конечным продуктом азотистого обмена является аммиак; он свойствен преимущественно рыбам. При уреотелическом типе обмена основным конечным продуктом обмена белков является мочевина; такой тип характерен для человека и животных. Урикотелический тип характерен для птиц и рептилий; главным конечным продуктом данного типа обмена является мочевая кислота Билет 13
Поджелудочная железа относ к железам со смеш секрецией. Внешнесекреторная функция ее заключается в синтезе ряда ключевых ф-тов пищеварения, в частности амилазы, липазы, трипсина, химо-трипсина, карбоксипептидазы и др., поступающих в кишечник с соком поджелудочной железы. Панкреатические островки (островки Лангерганса), состоящие из клеток разного типа и вырабатывающие гормоны, как правило, противоположного действия. Так, α- (или А-) клетки продуцируют глюкагон, β- (или В-) клетки синтезируют инсулин, δ-(или D-) клетки вырабатывают соматостатин и F-клетки – малоизученный панкреатический полипептид. Инсулин. Мол-ла инсулина, содерж 51 АМКный остаток, сост из 2 полипептидных цепей, соединенных м/у собой в двух точках дисульфидными мостиками. Существенных различий в АМКной послед сти в инсулине от разных животных нет. Инсулины различаются АМКным составом цепи А в положениях 8–10. Согласно современным представлениям, биосинтез инсулина осуществляется в β-клетках панкреатических островков из своего предшественника проинсулина. Проинсулин представлен одной полипептидной цепью, содержащей 84 АМКных остатка; он лишен био, т.е. гормональной, активности. Местом синтеза проинсулина считается фракция микросом β-клеток панкреатических островков; превращение неактивного проинсулина в активный инсулин происходит при перемещении проинсулина от рибосом к секреторным гранулам путем частичного протеолиза. Длина и первичная стр-ра С-пептида подвержена большим изменениям у разных видов животных, чем послед-сть цепей А и В инсулина. Синтезированный из проинсулина инсулин может сущ-ть в нескольких формах, различ-хся по био, иммунологич и физико-хим св-вам. Различают 2 формы инсулина: 1) свободную, вступающую во вз-действие с антителами, полученными к кристаллич инсулину, и стимулирующую усвоение глюкозы мышечной и жировой тканями; 2) связанную, не реагирующую с антителами и активную только в отношении жировой ткани.
В физиологич регуляции синтеза инсулина доминирующую роль играет конц-ция глюкозы в крови. Так, повышение содержания глюкозы в крови вызывает увеличение секреции инсулина в панкреатических островках, а снижение ее содержания, наоборот,– замедление секреции инсулина. Этот феномен контроля по типу обратной связи рассматривается как один из важнейших механизмов регуляции содержания глюкозы в крови. На секрецию инсулина оказывают влияние, кроме того, электролиты (особенно ионы кальция), АМКы, глюкагон и секретин. Приводятся доказательства роли циклазной системы в секреции инсулина. Предпол, что глюкоза действует в качестве сигнала для акт-вания аденилат-циклазы, а образовавшийся в этой системе цАМФ – в качестве сигнала для секреции инсулина. При недостаточной секреции инсулина развивается специфическое заболевание – сахарный диабет. Помимо клинически выявляемых симптомов (полиурия, полидипсия и полифагия), сахарный диабет хар-ризуется рядом специфических нарушений процессов обмена. Так, у больных развиваются гипергликемия (увеличение уровня глюкозы в крови) и гликозурия (выделение глюкозы с мочой, в к-рой в норме она отсутствует). К расстройствам обмена относят также усиленный распад гликогена в печени и мышцах, замедление биосинтеза белков и жиров, снижение скорости окисления глюкозы в тканях, развитие отрицательного азотистого баланса, увеличение содержания холестерина и других липидов в крови. При диабете усиливаются мобилизация жиров из депо, синтез УГов из АМК (глюконеогенез) и избыточный синтез кетоновых тел (кетонурия). После введения больным инсулина все перечисленные нарушения, как правило, исчезают, однако действие гормона ограничено во времени, поэтому необходимо вводить его постоянно. Клинические симптомы и метаболические нарушения при сахарном диабете могут быть объяснены не только отсутствием синтеза инсулина. У экспериментальных животных введение инсулина вызывает гипогликемию (снижение уровня глюкозы в крови), увеличение запасов гликогена в мышцах, усиление анаболических проц, повышение скор утилизации глюкозы в тканях. Кроме того, инсулин оказывает опосредов влияние на водный и минер обмен. Наиболее вероятной в настоящее время представляется мембранная локализация первичного действия почти всех белковых гормонов, включая инсулин. Получены доказательства существования специфического рецептора инсулина на внешней плазматической мембране почти всех клеток орг-ма, а также обр-ния инсулинрецепторного комплекса. Рецептор синтезируется в виде предшественника – полипептида (1382 АМКных остатка, мол. масса 190000), к-рый далее расщепляется на α-и β-субъединицы, т.е. на гетеродимер (в формуле α2–β2), связанные дисульфидными связями. Оказалось, что если α-субъединицы (мол. масса 135000) почти целиком располагаются на внешней стороне биомембраны, выполняя функцию связывания инсулина клетки, то β-субъединицы (мол. масса 95000) представляют собой трансмембранный белок, выполняющий функцию преобр-ния сигнала (рис. 8.1). Конц-ция рецепторов инсулина на поверхности достигает 20000 на клетку, и период их полужизни составляет 7–12 ч.
Самым интересным св-вом рецептора инсулина, отличным от всех других рецепторов гормонов белковой и пептидной природы, явл его способность аутофосфорилирования, т.е. когда рецептор наделен сам протеинкиназной (тирозинкиназной) активностью. При связывании инсулина с α-цепями рецептора происходит активирование тирозинкиназной активности β-цепей путем фосфорилирования их тирозиновых остатков. В свою очередь активная тирозинкиназа β-цепей запускает каскад фосфо-рилирования–дефосфорилирования протеинкиназ, в частности мембранных или цитозольных серин- или треонинкиназ, т.е. протеинкиназ и белков-мишеней, фосфорилирование в к-рых осуществляется за счет ОН-групп серина и треонина. Соотв-енно имеют место изменения клеточной активности, в частности активация и ингибирование ф-тов, транспорт глюкозы, синтез полимерных мол-л нуклеиновых к-т и белков и т.д. Следует подчеркнуть, однако, что тонкие мол-лярные механизмы путей передачи сигнала от инсулинрецепторного комплекса на множество внутриклеточных процессов пока не раскрыты. Вполне возможно участие в подобных процессах ряда внутриклеточных вторичных мессенджеров, в частности циклических нуклеотидов, производных фосфатидилинозитолов и др. Нельзя исключить, кроме того, возможности существования внутриклеточного посредника или медиатора действия инсулина (особого внутриклеточного рецептора), контролирующего транскрипцию генов и соотв-енно синтез мРНК. Предполагают, что действием инсулина и участием в регуляции экспрессии генов или в транскрипции специфических мРНК может быть объяснена его роль в таких фундаментальных процессах жизнедеятельности, как эмбриогенез и дифференцировка клеток высших орг-мов. Глюкагон Глюкагон впервые был обнаружен в коммерческих препаратах инсулина еще. Глюкагон синт-ся в α-клетках панкреатических островков поджелуд железы, а также в ряде клеток киш-ка. Он представлен одной линейно располож полипептидной цепью, в сост к-рой входит 29 АМКных ост-ов. Первичная стр-ра глюкагонов человека и животных оказалась идентичной; исключение составляет только глюкагон индюка, у к-рого вместо аспарагина в положении 28 содержится серин. Особенностью стр-ры глюкагона явл отсутствие дисульфидных связей и цистеина. Глюкагон обр-ется из своего предшественника проглюкагона, содержащего на С-конце полипептида дополнительный октапептид (8 остатков), отщепляемый в процессе постсинтетического протеолиза. Имеются данные, что у проглюкагона, так же как и у проинсулина, существует предшественник – препроглюкагон (мол. масса 9000), стр-ра к-рого пока не расшифрована.
По биологическому действию глюкагон, как и адреналин, относятся к гипергликемическим факторам, вызывает увеличение конц-ции глюкозы в крови главным образом за счет распада гликогена в печени. Органами-мишенями для глюкагона явл печень, миокард, жировая ткань, но не скелетные мышцы. Биосинтез и секреция глюкагона контролируются главным образом конц-цией глюкозы по принципу обратной связи. Таким же св-вом обладают АМКы и свободные ЖКы. На секрецию глюкагона оказывают влияние также инсулин и инсулиноподобные факторы роста. В механизме действия глюкагона первичным явл связывание со специфическими рецепторами мембраны клеток, образовавшийся глю-кагонрецепторный комплекс активирует аденилатциклазу и соотв-енно обр-ние цАМФ. Последний, являясь универсальным эффектором внутриклеточных ф-тов, активирует протеинкиназу, к-рая в свою очередь фосфорилирует киназу фосфорилазы и гликогенсинтазу. Фосфорили-рование первого ф-та способствует формированию активной гликоген-фосфорилазы и соотв-енно распаду гликогена с обр-нием глюкозо--1-фосфата (см. главу 10), в то время как фосфорилирование гликогенсинта-зы сопровождается переходом ее в неактивную форму и соотв-енно блокированием синтеза гликогена. Общим итогом действия глюкагона явл ускорение распада гликогена и торможение его синтеза в печени, что приводит к увеличению конц-ции глюкозы в крови. Гипергликемический эффект глюкагона обусловлен, однако, не только распадом гликогена. Установлено, что глюкагон способствует обр-нию глюкозы из промежуточных продуктов обмена белков и жиров. Глюкагон стимулирует обр-ние глюкозы из АМК путем индукции синтеза ф-тов глюконеогенеза при участии цАМФ, в частности фосфоенолпируваткарбок-сикиназы – ключевого ф-та этого процесса. Глюкагон в отличие от адреналина тормозит гликолитический распад глюкозы до молочной к-ты, способствуя тем самым гипергликемии. Он активирует опосредованно через цАМФ липазу тканей, оказывая мощный липолитический эффект. Существуют и различия в физиологическом действии: в отличие от адреналина глюкагон не повышает кровяного давления и не увеличивает частоту сердечных сокращений. Следует отметить, что, помимо панкреатического глюкагона, в последнее время доказано существование кишечного глюкагона, синтезирующегося по всему пищеварительному тракту и поступающего в кровь. Первичная стр-ра кишечного глюкагона пока точно не расшифрована, однако в его мол-ле открыты идентичные N-концевому и среднему участкам панкреатического глюкагона АМКные послед сти, но разная С-концевая послед сть АМК.
Гетерополисахариды (гетерогликаны; устар. мукополисахариды) – сост из многократно повторяющихся нескольких различных остатков моносах. Среди природных гетерогликанов встречаются, например, D-глюко-D-маннаны (сост из остатков D-глюкозы), D-ксиланы, D-фруктаны и др. По особенностям орг-ции первич стр-ры, т.е. последовательности чередования остатков моносахаридов, полисахариды подразделяются на регулярные и нерегулярные. Значительную часть гетерогликанов сост гликозаминогликаны – кислые биополимеры, распространенные у животных. Обязательными повторяющимимся стр-рными элементами гликозаминогликанов являются какой-либо моносахарид и N-ацетил-производные аминосахара. Обычно гликозаминогликаны существуют в виде ковалентных соединений с белками – так называемых протеогликанов. Хондроитинсульфаты – полимеры D-глюкуроновой кислоты, N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфата и N-ацетил-D-галактозамин-6-сульфата соединенных b(1®3)- и b(1®4)-связями. Дерматансульфат – важнейший гетерогликан кожи, не расщепляющийся гиалуронидазой. Содержит остатки редкой L-идуроновой кислоты и N-ацетил-D-галактозамин-4-сульфата соединенных b(1®3)- и b(1®4)-связями. Кератансульфаты – один из ключевых углеводов глаза, построен из повторяющихся остатков D-галактозы и различных N-ацетил-D-галактозаминсульфатов с b(1®3)- и b(1®4)-связями. Гиалуроновая кислота – истинный гетерополисахарид с молекулярной массой около 105-107, состоит из повторяющихся остатков D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина соединенных b(1®3)- и b(1®4)-связями. В составе соединительной ткани молекулы гиалуроновой кислоты сворачиваются с образованием огромных (по меркам биомолекул) глобулярных стр-р с диаметром около 200 нм. Объем такой частицы в 75000 раз (!) больше объема, занимаемого жесткой молекулой коллагена с такой же молекулярной массой. Глобулы гиалуроновой кислоты контактируя друг с другом несколько сжимаются и взаимопроникают, формируя вязкую и эластичную внеклеточную среду соединительной ткани. Они весьма прочно связывают катионы (Na+, K+, Ca2+) и воду. Таким образом, все эти особенности стр-рной организации гиалуроновой кислоты позволяют ей служить уникальным смазочным материалом в суставах, в серозных оболочках, создавать эластичность соединительной ткани, регулировать проницаемость межклеточного матрикса, ограничивая перемещение крупных биомолекул. Состояние гиалуроновой кислоты в тканях регулируется ферментом гиалуронидазой, который осуществляет гидролиз гетерогликана. Гепарин и гепаринсульфаты – природные антикоагулянты, в отличие от большинства внеклеточных гетерогликанов гепарины локализуются внутри и на поверхности клеток. Состоят из остатков b-D-глюкуроновой кислоты, a-L-идуроновой кислоты и производных a-D-глюкозамина (сульфатированных и N-ацетилированных). Нативные природные гепарины связаны гликозидной связью через L-Тре и L-Асн с полипептидом. Гепарины специфически связываются с белком крови антитромбином III, усиливая его ингибирующее действие по отношению к протеолитическим ферментам (например, к тромбину), участвующим в реакции свертывания крови. Пептидогликаны клеточных стенок бактерий (муреины) представляют собой сложные смешанные биополимеры с молекуляр-ной массой до 1011! По стр-ре муреины пред-ставляют собой сополимеры N-ацетил-b-D-глюкозамина N-ацетил-мурамовой кисло-ты, соединенные друг с другом поперечными пеп-тидными мостиками. Муре-ины формируют жесткий и порой весьма объемный каркас клеточных стенок бактерий. Наиболее развит толстый и плотный слой муреина у так называемых грамположительных бактерий в отличие от грамотрицательных бактерий, где муреиновая сеть рыхлая и тонкая. В клеточную стенку грамположительных бактерий вплетены также тейхоевые кислоты (гетерополимеры глицерина и рибита с остатками разных моносахаридов). Гидролиз гетерогликана и, следовательно, разрушение бактер кл осущ-тся ферментом лизоцимом, который обнаруживается с слюне, слезной жидкости, крови и др. Камеди также относятся к гетерогликанам. Это сложные гетеро-гликаны раст, к-рые выделяются в ответ на повреждение растит тканей. Протеогликаны составляют около 30% сухого веса соединительной ткани организма высших животных и человека. Они отличаются от гликопротеинов тем, что в их стр-ре доминирует углеводный компонент (всегда гликозаминогликан), составляя до 95% стр-ры протеоглика-на, а аминокислотный состав белковой части крайне упрощен с преобладанием глицина и серина. Протеогликаны – это полианионные, очень сложные макромолекулярные соеди-нения, которые содержат боль-шое количество полисахарид-ных боковых цепей, связанных ковалентно с полипептидным остовом. Гликозидная связь между углеводной и белковой частью реализуется через ОН-группу серина или амидный азот аспарагина. Протеогликаны формируют еще более крупные агрегаты. Биосинтез протеогликанов протекает весьма интенсивно и время полуобновления различных протеогликанов варьирует от 7 до 45 суток. Нарушение естественного баланса между реакциями биосинтеза и деградации протеогликанов, включая полное отсутствие некоторых ферментов, лежит в основе ряда тяжелых заболеваний человека. Протеогликаны принимают участие в образовании кожи, хрящей, сухожилий, связок, роговицы, стекловидного тела глаза, спинальных дисков, сердечных клапанов, сосудистой стенки, слизистых жидкостей, плазматических мембран и др. Конструирование всего удивительного разнообразия элементов и стр-р соединительной ткани достигается путем регулируемого сочетания различных белков и гетерогликанов. Варьирование соотношением и стр-рным состоянием протеогликанов позволяет создавать такие анатомические стр-ры, как, например, глаз, где высокая степень упорядоченности и однообразия макромолекулярных комплексов белков и гетерогликанов создает уникальную оптически прозрачную среду.
Тип кат-емой хим р-ции в сочетании с назв субстрата (субстратов) служит основой для сист-кого наименования ф-тов. Согласно М/ународной клас-ции, ф-ты делят на 6 главных кл, в каждом из к-рых несколько п/клов: 1) оксидоредуктазы; 2) трансферазы; 3) гидролазы; 4) лиазы; 5) изомеразы; 6) лигазы (синтетазы). Оксидоредуктазы. К классу оксидоредуктаз относят ф-ты, кат-ющие с участием двух субстратов окислительно-восстановительные р-ции, лежащие в основе биологического окисления. Систематические названия их составляют по форме «донор: акцептор оксидоредуктаза». Например, лактат: НАД+ оксидоредуктаза для лактатдегидрогеназы (ЛДГ). Различают следующие основные оксидоредуктазы: аэробные дегидро-геназы или оксидазы, кат-ющие перенос протонов (электронов) непосредственно на кислород; анаэробные дегидрогеназы, ускоряющие перенос протонов (электронов) на промежуточный субстрат, но не на кислород; цитохромы, кат-ющие перенос только электронов. К этому классу относят также гемсодержащие ф-ты каталазу и пероксидазу, кат-ющие р-ции с участием перекиси водорода. Трансферазы. К классу трансфераз относят ф-ты, кат-ющие р-ции межмол-лярного переноса различных атомов, групп атомов и радикалов. Наименование их составляется по форме «донор: транспортируемая группа – трансфераза». Различают трансферазы, кат-ющие перенос одноуглеродных остатков, ацильных, гликозильных, альдегидных или кетонных, нуклеотидных остатков, азотистых групп, остатков фосфорной и серной к-т и др. Например: метил- и формилтрансферазы, ацетилтрансферазы, амино-трансферазы, фосфотрансферазы и др. Гидролазы. В класс гидролаз входит большая группа ф-тов, кат-ющих расщепление внутримол-лярных связей органических в-в при участии мол-лы воды. Наименование их составляют по форме «субстрат-гидролаза». К ним относятся: зстеразы – ф-ты, кат-ющие р-ции гидролиза и синтеза сложных эфиров; гликозидазы, ускоряющие разрыв гликозидных связей; фосфатазы и пептидгидролазы, кат-ющие гидролиз фосфоангидридных и пептидных связей; ами-дазы, ускоряющие разрыв амидных связей, отличных от пептидных, и др. Лиазы. К классу лиаз относят ф-ты, кат-ющие разрыв связей С—О, С—С, С—N и других, а также обратимые р-ции отщепления различных групп от субстратов не гидролитическим путем. Эти р-ции сопровождаются обр-нием двойной связи или присоединением групп к месту разрыва двойной связи. Ф-ты обозначают термином «субстрат-лиазы». Например, фумарат-гидратаза (систематическое название «L-малат-гидролаза») катализирует обратимое отщепление мол-лы воды от яблочной к-ты с обр-нием фумаровой к-ты. В эту же группу входят декарбоксилазы (карбокси-лиазы), амидин-лиазы и др. Изомеразы. К классу изомераз относят ф-ты, кат-ющие взаимопревращения оптических и геометрических изомеров. Систематическое название их составляют с учетом типа р-ции: «субстрат – цис-транс-изомераза». Если изомеризация включает внутримол-лярный перенос группы, ф-т получает название «мутаза». К этому же классу относят рацемазы и эпимеразы, действующие на амино- и оксик-ты, УГы и их производные; внутримол-лярные оксидоредуктазы, кат-ющие взаимопревращения альдоз и кетоз; внутримол-лярные трансферазы, переносящие ацильные, фосфорильные и другие группы, и т.д. Лигазы (синтетазы). К классу лигаз относят ф-ты, кат-ющие синтез органических в-в из двух исходных мол-л с использованием энергии распада АТФ (или другого нуклеозидтрифосфата). Систематическое название их составляют по форме «X: Y лигаза», где X и Y обозначают исходные в-ва. В качестве примера можно назвать L-глутамат: аммиак лигазу (рекомендуемое сокращенное название «глутаминсинтета-за»), при участии к-рой из глутаминовой к-ты и аммиака в присутствии АТФ синтезируется глутамин.
Аллостерическая регуляция. Во многих строго биосинтетических р-циях основным типом регуляции скор многоступенчатого ф-тативного процесса явл ингибирование по принципу обратной связи. Это означает, что конечный продукт биосинтетической цепи подавляет активность ф-та, кат-ющего первую стадию синтеза, к-рая явл ключевой для данной цепи р-ции. Поскольку конечный продукт стр-рно отличается от субстрата, он связывается с аллостери-ческим (некаталитическим) центром мол-лы ф-та, вызывая ингиби-рование всей цепи синтетической р-ции. Предположим, что в кл осущ-ется многоступенчатый биосинтетический процесс, каждая стадия к-рого катализируется собственным ф-том: Скор подобной суммарной послед сти р-ций в значительной степени определяется конц-цией конечного продукта Р, накопление к-рого выше допустимого уровня оказывает мощное инги-бирующее действие на первую стадию процесса и соотв-енно на ф-т E1. Впервые существование подобного механизма контроля активности ф-тов метаболитами было обнаружено у Е.coli при исследовании синтеза изолейцина и ЦТФ. Оказалось, что изолейцин, являющийся конечным продуктом синтеза, избирательно подавляет активность треонин-дегидратазы, кат-ющей первую стадию послед го процесса превращения треонина в изолейцин, насчитывающего пять ф-тативных р-ций: Аналогично ЦТФ как конечный продукт биосинтетического пути оказывает ингибирующий эффект на первый ф-т (аспартаткарбамоилтран-сферазу), регулируя тем самым свой собственный синтез (см. главу 13). Этот тип ингибирования получил название ингибирования по принципу обратной связи, или ретроингибирования. Существование его доказано во всех живых орг-мах. В настоящее время он рассматривается как один из ведущих типов регуляции активности ф-тов и клеточного метаболизма в целом. С другой стороны, в амфиболических процессах, выполняющих одновременно биосинтетические и биодеградативные функции, доказано существование регуляции как по типу ретроингибирования, так и макроэрги-ческими соединениями – индикаторами энергетического состояния клетки. Для амфиболических процессов уникальным типом регуляции, св-венным только им, явл, кроме того, активация предшественником, когда первый метаболит в многоступенчатом пути активирует ф-т, кат-ющий последнюю стадию. Так, доказано активирующее влияние глюкозо-6-фосфата, являющегося предшественником гликогена, на ф-т гликогенсинтазу. Подобные типы ингибирования конечным продуктом и активирования первым продуктом св-венны аллостерическим (регуляторным) ф-там, когда эффектор, модулятор, стр-рно отличаясь от субстрата, связывается в особом (аллостерическом) центре мол-лы ф-та, пространственно удаленном от активного центра. Следует, однако, иметь в виду, что модуляторами аллостерических ф-тов могут быть как активаторы, так и ингибиторы. Часто оказывается, что сам субстрат оказывает активирующий эффект. Ф-ты, для к-рых и субстрат, и модулятор представлены идентичными стр-рами, носят название гомотропных в отличие от гетеротропных ф-тов, для к-рых модулятор имеет отличную от субстрата стр-ру. Взаимопревращение активного и неактивного аллостерических ф-тов в упрощенной форме, а также конфор-мационные изменения, наблюдаемые при присоединении субстрата и эффекторов, представлены на рис. 4.25. Присоединение отрицательного эффектора к аллостерическому центру вызывает значительные изменения конфигурации активного центра мол-лы ф-та, в результате чего ф-т теряет сродство к своему субстрату (обр-ние неактивного комплекса). Аллостерические вз-действия проявл в хар-ре кривых зависимости начальной скорости р-ции от конц-ции субстрата или эффектора, в частности в S-образности этих кривых (отклонение от гиперболической кривой Михаэлиса-Ментен). S-образный хар-р зависимости v от [ S ] в присутствии модулятора обусловлен эффектом кооперативности. Это означает, что связывание одной мол-лы субстрата облегчает связывание второй мол-лы в активном центре, способствуя тем самым увеличению скорости р-ции. Кроме того, для аллостерических регуляторных ф-тов хар-рна нелинейная зависимость скорости р-ции от конц-ции субстрата.
Билет 1. Третич стр-ра – способ укладки полипептидной цепи в пространстве. Для определения третичной стр-ры используют высокораз-решающий рентгеностр-рный анализ и компьютерное моделиро-вание, которые позволяют построить атомарную стр-ру белка. Для этого необходимо получить сверхочищенный белок в кристал-лическом сост. В третич стр-ре у белков появляются функц-ные св-ва. Третичная стр-ра форм-ся самопроизвольно, но при решающем участии ряда вспомогательных факторов, и определяется первич стр-рой. Нативная конформация различных белков уникальна, строго индивидуальна и реализуется в проц функц-вания белка в виде ограниченного числа взаимопревращаемых близких вариантов (конформеров). Третичная стр-ра стабилизируется различными связями: - Ковалентными дисульфидными связями между цистеинами - Нековалентными - водородными, гидрофобными и ионными связями между боковыми радикалами аминокислот Третичная стр-ра мб представлена в виде глобул и фибрилл. В больш-ве случаев внутри глобулы локализованы гидрофобные АМК, на поверхности водорастворимых бел-ков нах заряженные или полярные АМК. В мемб-ранных белках на нек-рых участках их поверхности конц-руются гидрофобные АМК, а на др, экспонированных наружу или внутрь кл – заряж или полярные. Молекула белка почти всегда гидратирована, поэтому связывает большое количество воды. Считается, что и в кристаллическом состоянии белки содержат связанную воду, однако внутри нативной белковой молекулы содержание воды обычно невелико. Доменная стр-ра белков. Это промежуточный тип организации между вторичной и третичной стр-рой белков. Домен представляет собой стр-рно обособленный участок полипептидной цепи (модуль белка). Четвертичная стр-ра предст собой способ укладки в пространстве нескольких полипептидных цепей, обладающих третич стр-рой и связанных др с др в виде единого макромол-рного белкового комплекса. Мол-рная масса таких белков может достигать сотен тысяч и даже миллионов Да. Такие белки называются субъединичными белками. В их составе могут объединяться как несколько одинаковых субъединиц, так и нескольких различных субъединиц – продуктов разных генов. Связи между субъединицами либо ковалентные (дисульфидные мостики), либо нековалентные. Появление четвертичной стр-ры в белках коррелирует с усложнением уровня развития живых объектов. Оно приводит к увеличению эффективности функционирования белков, к появлению регуляторных центров в белках и, следовательно, к совершенствованию механизмов регуляции активности белков, а также дает возможность комбинировать несколько различных функциональных центров в одной белковой молекуле. Таким образом, усложняясь белки становятся не только “умнее”, но и “сильнее”. При анализе сложных белков будут рассмотрены как примеры белков природного происхождения, так и искусственно полученных химерных белков. Сходным способом формируется стр-ра и функциональные возможности надмолекулярных комплексов, которые по сути представляют собой переходный уровень организации биосистем между молекулярным и субклеточным. Надмолекулярные комплексы стабилизируются нековалентными связями. К таким надмолекулярным комплексам относ цитоскелет, метаболоны, рибосомы, нуклеопротеины и др. На уровне третич и четвертич стр-ры в белках появл активные и регуляторн центры, контактные участки, к-рые мб орг-ваны в виде впячиваний, щелей и карманов, выстланные боковыми радикалами определенных аминокислот. Причем сходные функции обеспечиваются близкими по стр-ре функциональными центрами. Например, АТФ-связывающий центр с высокой степенью вероятности имеет одинаковую или близкую организацию у разных АТФ-связывающих белков. Вся остальная часть белковой молекулы, размеры которой значительно превосходят размеры функциональных центров, служит для организации, активации и поддержания дееспособности таких активных центров. Высокоточная стереоспецифическая организация функциональных центров является обязательным условием эффективного функционирования белков. Правильное взаимодействие достигается за счет электростатической и геометрической комплементарности определенных химических стр-р в комплексах: белок-белок, белок-субстрат, белок-кофактор, белок-регулятор. Более того, при этом должно реализовываться так называемое индуцированное соответствие между участниками комплекса, т.е. непосредственно в процессе взаимодействия осуществляется их взаимное влияние, создающее наилучшие условия для связывания. Так работают ферменты и белки без каталитической функции. Полипептидная цепь организована: 1) ковалентными пептидными связями, 2) пространственная стр-ра формируется за счет водородных связей между С=О и N-H группами пептидных связей, фенольным кольцом L-Тир и СООН-группой L-Асп или L-Глу, 3) ионными связями между кислыми и основными аминокислотами (например, между L-Лиз и L-Глу, L-Арг и L-Асп), 4) ковалентными дисульфидными мостиками между двумя остатками цистеина, 5) гидрофобными взаимодействиями между ароматическим ядрами или алифатическим радикалами (на схеме все эти типы связей расположены в направлении слева направо).
|
|||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2017-01-24; просмотров: 543; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.191.22.196 (0.065 с.) |