Материал: bioorganicheskaya-ximiya.-shpargalki

8б фосфат, который, взаимодействуя в составе трансаминазы с аминокислотой, принимает на себя аминогруппу. Затем он превращается в пи@

ридоксаминфосфат, который передает аминогруппу α@кетокислоте, превращая ее в аминокислоту и вос@ станавливаясь в виде пиридоксальфосфата. Прореа@ гировавшая аминокислота, теряя аминогруппу, пере@ ходит в кетокислоту. Имеют значение две реакции переаминирования.

Кетокислоты, образующиеся при переаминиро@ вании, в зависимости от структуры, служат предшест@ венниками глюкозы и гликогена или кетоновых тел. В результате переаминирования из аминокислот об@ разуются кетокислоты — углеродные скелеты амино@ кислот, которые вовлекаются в цикл трикарбоновых кислот: аланин, глицин, лейцин, серин, треонин, ли@ зин, триптофан — через ацетил@КоА; фенилаланин и тирозин — через ацетил@КоА непосредственно в фу@ марат; аргинин, гистидин, глутамин, глутаминовая кислота, пролин — в 2@оксоглутарат; аспарагин и ас@ парагиновая кислота — в оксалоацетат; валин и мети@ онин — в сукцинол@КоА.

При интенсивном распаде аминокислот за счет усиленного образования ацетил@КоА ускоряется синтез кетоновых тел в печени.

Декарбоксилирование аминокислот — реакция, катализируемая декарбоксилазами:

молекула аминокислоты оказывается в цитозоле. Пос@ тупление энергии, необходимой для переноса, обес@ печивается за счет гидролиза двух пептидных связей в глутатионе на первой и второй стадии процесса.

Перенос одной молекулы сопровождается пот@ реблением одной молекулы глутатиона. Для продол@ жения процесса глутатион регенерирует в ходе трех последовательных превращений.

В реакции используются три молекулы АТФ. Всасы@ ваемые аминокислоты попадают в портальный кровоток, печень, общий кровоток. Особо интенсивно поглощают аминокислоты печень и почки, а мозг избирательно быстро — метионин, цистидин, глицин, аргинин, глута@ мин, тирозин. Микрофлора кишечника располагает на@ бором ферментных систем, катализирующих разно@ образные превращения пищевых аминокислот, не свойственных организму человека, благодаря чему соз@ даются оптимальные условия для образования ядовитых продуктов распада аминокислот — фенола, индола и др.

Все эти превращения аминокислот называются гниением. Распад серосодержащих аминокислот (аминокислотцистеина, метионина) приводит к обра@ зованию сероводорода, метилмеркаптана. Диамино@ кислоты (орнитин, лизин) подвергаются декарбокси@ лированию с образованием аминов, соответственно путресцина и кадаверина. Из ароматических амино@ кислот — фенилаланина, тирозина, триптофана при бактериальном декарбоксилировании образуются амины: фенилэтиламин, тирамин, триптамин. Мик@ робные ферменты кишечника разрушают боковые це@ пи циклических аминокислот, тирозина и триптофана с образованием ядовитых продуктов обмена, соответ@ ственно крезола и фенола, скатола, индола.

Амины (продукты декарбоксилирования) обла@ дают высокой биологической активностью, к этой группе соединений относятся многие медиаторы.

Гамма#аминомасляная кислота образуется в результате декарбоксилирования глутаминовой кис@ лоты, катализируемой глутаматдекарбоксиазой, ко@ фермент которой (фосфопиридоксаль) в основном образуется в ткани головного мозга. Она является тормозным медиатором в нервной системе.

Гистамин — продукт декарбоксилирования гис@ тидина, катализируемого специфической декарбок@ силазой, которая распространена в тучных клетках, устраняется гистамин диаминооксидазой, превращаю@ щей его в альдегид и аммиак.

В тучных клетках гистамин связан с белками, высвобождается под действием либераторов. В сли@ зистой желудка гистамин активирует секрецию пеп@ синогена и соляной кислоты.

Серотонин (5@окситриптамин) образуется из триптофана в результате его гидроксилирования триптофан@5@монооксигеназой (кофактор — тетра@ гидроптеридин) в 5@окситриптофан с последующим декарбоксилированием под действием 5@окситрипто@ фан@декарбоксилазы. Образуется преимущественно нейронами гипоталамуса и ствола мозга. Функциони@ рует как медиатор этих нейронов, аксоны которых за@ канчиваются на нейронах многих других отделов го@ ловного и спинного мозга, на проводящих путях. Они имеют отношение к процессам сна и сенсорного восприятия. Серотонин взаимодействует с α@рецеп@ торами пре@ и постсинаптической мембран. Серото@

10а 10. Обезвреживание аммиака

в организме. Спицифческие пути обмена аминокислот

Обезвреживание аммиака в организме, образу@ ющегося при дезаминировании аминокислот, в мень@ шей степени при дезаминировании пуриновых осно@ ваний, биогенных аминов, амидов аминокислот, распаде пиримидиновых оснований, происходит сле@ дующим путем:

1)восстановительное аминирование происходит в ма@ лом объеме аммиака;

2)образование амидов аспарагиновой и глутамино@ вой кислот (аспарагина и глутамина) протекает преимущественно в нервной ткани;

3)образование аммонийных солей происходит в по@ чечной ткани.

Амиды гидролизуются глутаминазой и аспарагина@ зой, образуя аспартат, глутамат и аммиак, который нейтрализуется с образованием солей аммония (они удаляются с мочой);

4)синтез мочевины — основной путь обезврежива@ ния и удаления амиака — осуществляется в пече@ ни.

Начальная стадия синтеза мочевины — синтез карбамоил@фосфата, который, взаимодействуя с орнитином, образует цитрулин. Далее цитрулин взаимодействует с аспарататом, образуя аргинин@

сукцинат. Последний расщепляется на фумарат

иаргинин.

Аргинин под действием аргиназы расщепляется

гидролитически на мочевину и аргинин.

11а 11. Патология азотистого обмена

Врожденные нарушения обмена аминокислот сопровождаются токсическим действием амино@ кислот и их метаболитов вследствие высокой чувствительности нервной ткани к дисбалансу ами@ нокислот.

Врожденные нарушения обмена амино# кислот:

1)гипераминоацидемии, сопровождающиеся амино@ ацидурией, обусловлены дефектом ферментов в обмене аминокислот: фенилкетонурия, пролине@ мия, цитруллинемия, болезнь «кленового сиропа», гистидинемия, лизинемия, метионинемия;

2)наследственные нарушения транспорта аминокис@ лот, вызванные угнетением канальцевой транспо@ ртной системы;

3)вторичные аминоацидурии, обусловленные дей@ ствием различных факторов на систему почечного транспорта аминокислот, сопровождают почечные

ивнепочечные заболевания.

Фенилкетонурия (фенилпировиноградная оли@

гофрения) — нарушение обмена фенилаланина, кото@ рый при этом дефекте не вовлекается в окислительно@ восстановительный распад, накапливается в высоких концентрациях.

Тирозинемия — результат нарушения превра@ щения р@гидрооксипирувата в гомогентизированную кислоту, в крови накапливается тирозин и метионин.

Алкаптонурия — результат нарушенных прев@ ращений гомо@гентизированной кислоты, продукты окисления которой накапливаются в мезенхимальных тканях, моча при этом окрашивается в черный цвет.

12а 12. Общие представления об обмене

нуклеопротеидов

Переваривание нуклеопротеидов начинается

вжелудке. Под влиянием соляной кислоты и пепсина разрушаются связи между белковым компонентом нуклеопротеидов и их простетической группой. Нуклеи@ новые кислоты в кишечнике гидролизуются под дейст@ вием ДНКазы и РНКазы панкреатического сока, продук@ ты гидролиза — олиго@ и мононуклеотиды. Фосфатазы

вкишечнике гидролизуют мононуклеотиды до нуклео@ зидов и фосфорной кислоты. В тканях нуклеотиды слу@ жат предшественниками и составными элементами нуклеиновых кислот, участвуют в кумуляции энергии и ее транспорте (АДФ@АТФ), являются структурными компонентами коферментов (НАД, НАДФ, ФАД, КоА, ГТФ, ЦТФ), посредниками при передаче гормональных сигналов (3,5@цАМФ, 3,5@цГМФ) на внутриклеточные системы.

Биосинтез пуриновых и пиримидиновых нукле@ отидов осуществляется клетками большинства тка@ ней. Пуриновый скелет образуется из фрагментов разных соединений: аспартата формила, глутамина, углекислоты и глицина.

Синтез начинается с образования 5@фосфори@ бозил@1@амина, далее к аминогруппе присоединяет@ ся остаток глицина. Затем в образовании пуриново@ го ядра участвуют метенил@Н4@фолат, глутамин, диоксид углерода, аспарагиновая кислота, фор@ мильный остаток формил@Н4@фолата.

Эта совокупность реакций ведет к образованию инозиновой кислоты (ИМФ), которая является пред@ шественником АМФ и ГМФ. Специфические киназы

12б превращают нуклеозидмонофосфаты в нуклео@ зидди@ и трифосфаты. Высвобождающиеся

впроцессе превращения нуклеотидов в тканях пу@ риновые основания (аденин и гуанин) могут исполь@ зоваться повторно для синтеза нуклеотидов.

Пиримидиновое ядро пиримидиновых нуклео@ тидов синтезируется из диоксида углерода, амид@ ной группы глутамина и аспарагиновой кислоты.

Первый этап синтеза — образование карбамоил@ фосфата, поставщиком аминогруппы для которого яв@ ляется глутаминовая кислота, затем из него обра@ зуются карбамоиласпартат, дигидрооротат, оротат, оротидиловая кислота, уридиловая кислота (УМФ).

Дезоксирибонуклеотиды образуются из рибо@ нуклеотидов за счет восстановления остатка рибо@ зы: донором водорода служит низкомолекулярный белок тиоредоксин, содержащий две тиогруппы.

Активация синтеза дезоксирибонуклеотидов наблюдается на стадиях, предшествующих делению клетки. Катаболизм пуриновых нуклеотидов завер@ шается образованием мочевой кислоты.

Синдром Леша#Нихана сопровождается кли@ ническими признаками подагры у мальчиков от полу@ года до 16 лет. На первый план выступают неврологи@ ческие симптомы, в основе чего лежит дефект трансаминазы, превращающей гипоксантин и гуанин

винозинмонофосфат.

Вторичные гиперурикемии обусловлены дей@ ствием лекарственных средств, замедляющих выве@ дение мочевой кислоты (хлоротиазида, фуросеми@ да), ускоренным распадом нуклеопротеидов или возникают при некоторых заболеваниях (лейкозах).

обратного всасывания. Цистин плохо растворим, поэтому появление его в моче ведет к образованию камней.

Цистиноз имеет в основе дефект системы окисления цистина в тканях, дефект резорбции ами@ нокислот и фосфатов в почечных канальцах.

Гомоцистинурия есть проявление нарушения метаболизма метионина.

Глицинурия обусловлена дефицитом фермен@ тов, обеспечивающих превращения глицина, что ве@ дет к усиленной продукции оксалата. Избыточное вы@ ведение оксалата с мочой в присутствии кальция вызывает формирование кристалликов в почках и мо@ чевыводящих путях.

Альбуминизм характеризуется отсутствием пиг@ ментов в коже, волосах, сетчатке, связан с потерей способности меланоцитов синтезировать тирозиназу, катализирующую окисление тирозина в предше@ ственники меланина.

Болезнь Хартнупа имеет в своей основе нару@ шение всасывания триптофана в кишечнике и реаб@ сорбции в почках (характерны пеллагроподобные кожные поражения, психические расстройства, атак@ сия, гипераминоацидурия, моча имеет запах клено@ вого сиропа).

15а 15. Синтез белка и его транспорт

через мембраны

Синтез белка (трансляция) представляет со@ бой циклический энергозависимый многоступенча@ тый процесс, в котором свободные аминокислоты полимеризуются в генетически детерминирован@ ную последовательность с образованием полипеп@ тидов.

Процесс состоит из двух этапов:

1)активирования аминокислот. Активация свободных аминокислот осуществляется при помощи специ@ фических ферментов аминоацил@тРНК@интетаз в присутствии АТФ;

2)собственно процесса трансляции.

Собственно трансляция. Второй этап матрично@ го синтеза белка условно разделяется на три стадии:

1)инициацию;

2)элонгацию;

3)терминацию.

Инициация трансляции требует наличия в систе@ ме, помимо рибосом, инициаторной аминоацил тРНК, инициирующих кодонов в составе мРНК и белковых факторов инициации. N@формилметионил@тРНК явля@ ется первой аа@тРНК, которая определяет включение N@концевого остатка аминокислоты и тем самым на@ чало трансляции. Образовавшаяся формилметионил@ тРНК первой связывается в определенном участке с субчастицей рибосомы и с мРНК.

Элонгация начинается со связывания следую@ щей аа@тРНК (аминокислотный остаток которой явля@ ется вторым с конца после формилметионина) с бел@ ковыми факторами и присоединения всего комплекса

16а 16. Регуляция синтеза белка

Количество и разнообразие белков определяют@ ся степенью их участия в метаболизме. Интенсив@ ность обмена регулируется скоростью синтеза белка и параллельно контролируется аллостерическим пу@ тем. Сущность общей теории регуляции синтеза бел@ ка сводится к «выключению» или «включению» генов как функционирующих единиц в процесс передачи за@ кодированной в структурных ге нах ДНК генетической информации для синтеза специфических белков. В биосинтезе белка у бактерий участвуют:

1)структурные гены;

2)ген@регулятор;

3)ген@оператор.

Структурные гены определяют первичную струк@ туру синтезируемого белка, именно эти гены в цепи ДНК являются основой для биосинтеза мРНК, которая затем поступает в рибосому и служит матрицей для биосинтеза белка.

Синтез мРНК на структурных генах молекулы ДНК непосредственно контролируется определенным участком, называемым геном@оператором, который служит пусковым механизмом для функционирования структурных генов. Считывание генетического кода, т. е. формирование мРНК, начинается с промотора — участка ДНК, являющегося точкой инициации для син@ теза мРНК, и далее распространяется последователь@ но вдоль оператора и структурных генов. Кодирован@ ный одним оператором одиночный ген или группа структурных генов образуют оперон. Деятельность оперона находится под контролем другого участка цепи ДНК, получившего название гена@регулятора.

14б РНК, синтезирующегося на матрице ДНК в яд@ ре, рибосомальные белки имеют цитоплазмати@ ческое происхождение, затем они транспортируются

вядрышки, где происходит спонтанное образование рибосомальных субчастиц. Аминоацил@тРНК@синтета@ зы — специфические ферменты, катализирующие ак@ тивирование аминокислот и связывание последних с определенными тРНК. Ферменты обладают абсо@ лютной специфичностью действия, узнают только одну аминокислоту.

Внастоящее время известно 60 различных тРНК. Для каждой аминокислоты в клетке имеется по крайней мере одна специфическая РНК. Матрич@ ная РНК обеспечивает перенос информации от ДНК

вядре, где она синтезируется под действием ДНК@зави@ симой РНК@полимеразы до цитоплазмы, соединяется с рибосомами и служит матрицей, на которой происхо@ дит синтез белка. Природа генетического кода. Генети@ ческая информация, закодированная в первичной структуре ДНК, переводится еще в ядре в нуклеотидную последовательность мРНК, но каким образом эта ин@ формация передается на белковую молекулу, долго было неясно. В нуклеотидной последовательности молекулы мРНК имеются кодовые слова для каждой аминокис@ лоты. Для кодирования всех аминокислот белковой молекулы достаточно взять триплетный код, тогда число возможных комбинаций составит 64.

Генетический код для аминокислот — вырож@ денный.

16б Связь между структурным геном и геном@регу@ лятором осуществляется белком@посредни@ ком, названным репрессором. Он имеет сродство

с геном@оператором и обратимо соединяется с ним в комплекс. Образование такого комплекса приводит к блокированию синтеза мРНК, следовательно, к син@ тезу белка, т. е. функция гена@регулятора состоит в том, чтобы через белок@репрессор прекращать дея@ тельность структурных генов, синтезирующих мРНК. Репрессор также обладает способностью строго спе@ цифически связываться с определенными низкомо@ лекулярными веществами, называемыми индуктора@ ми, или эффекторами.

Синтез мРНК, контролирующий синтез белка в ри@ босомах, зависит от функционального состояния реп@ рессора. Концентрация ряда ферментов в клетках рез@ ко снижается при увеличении концентрации отдельных конечных продуктов. Такой эффект называется реп@ рессией ферментов, конечный продукт выступает в ка@ честве корепрессора. Им является не свободная амино@ кислота как конечный продукт биосинтетической реакции, а комплекс ее с тРНК@аа@тРНК.

В регуляции экспрессии структурных генов спе@ цифическое участие принимает особый белок — ген@ак@ тивирующий белок (САР), который взаимодействует с цАМФ, образуя комплекс, способствующий прикрепле@ нию РНК@полимеразы к промоторному участку генома.

13б связывания друг с другом фрагментов новооб@ разуемых цепей ДНК.

3. Этап терминации синтеза ДНК наступает ско@ рее всего, когда исчерпана ДНК@матрица и трансфе@ разные реакции прекращаются.

РНК по структуре напоминает ДНК, отличие за@ ключается в содержании дезоксирибозы, а не рибозы, а вместо тимина присутствует урацил. Существуют три основных типа РНК. Три более тяжелые РНК про@ исходят из рибосом и являются рибосомальными (рРНК), две из них принадлежат большей субчасти@ це рибосомы, третья входит в состав малой части@ цы. В рибосомах молекулы РНК связаны с белком. Ин@ формационная или матричная РНК (мРНК) служит матрицей для синтеза белка. Каждому работающему гену или группе генов соответствует своя молекула мРНК. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокис@ лоты в активированной форме к рибосомам.

Процесс образования молекулы мРНК на матри@ це ДНК — биогенез мРНК включает транскрипцию со@ ответствующего гена при участии РНК@полимеразы. Последовательность нуклеотидов в молекуле мРНК начинается с пары ГУ (гуанин — урацил) и заканчи@ вается парой АГ (аденин — гуанин). Эти последова@ тельности служат сайтами (местами) узнавания для ферментов сплайсинга (созревания).

15б к аминоацильному центру в соответствии с кодо@ вым триплетом на мРНК, энергия обеспечивается гидролизом ГТФ. На стадии элонгации происходит пос@ ледовательное наращивание полипептидной цепи по одной аминокислоте в строгом соответствии с поряд@ ком триплетов (кодонов) в молекуле мРНК. Терминация трансляции. После того как терминирующий кодон мРНК займет свое место в аминоацильном центре ри@

босомы, к нему не присоединяется тРНК. Экспортируемые белки, которые функционируют

вне клетки, переносятся через клеточную мембрану при помощи особых низкомолекулярных пептидов, полу@ чивших название сигнальных. Их особенность состоит в преимущественном содержании гидрофобных ради@ калов, что позволяет им легко проникать через бислой@ ную липидную мембрану или встраиваться в мембрану. Сигнальные последовательности в рибосомах легко уз@ наются рецепторными участками мембраны эндоплаз@ матической сети, образуется комплекс между мРНК, рибосомой и мембранными рецепторными белками, формируя канал в мембране, через который сигналь@ ный пептид проникает внутрь цистерны эндоплазмати@ ческой сети, увлекая за собой синтезируемую молекулу секреторного белка.

Синтезированная на рибосоме в строгом соот@ ветствии с генетической программой линейная по@ липептидная цепь уже содержит конформационную информацию.