Размещено на http://www.allbest.ru/

Общие пути обмена аминокислот

1. Общие пути обмена аминокислот

аминокислота белок аммиак биосинтез

Пути распада аминокислот до конечных продуктов можно разделить на 3 группы:

1. Пути распада, связанные с превращением NH2-групп.

2. Декарбоксилирование -СООН групп.

3. Превращения углеродного скелета аминокислот.

1.1 Превращение -аминогрупп аминокислот

В тканях организма происходит отщепление аминогрупп с образованием аммиака. Этот процесс называется дезаминированием. Возможны 4 типа дезаминирования:

1. Восстановительное

2. Гидролитическое

3. Внутримолекулярное

4. Окислительное



Окислительное дезаминирование бывает 2 видов: прямое и непрямое (трансдезаминирование).

Прямое окислительное дезаминирование осуществляется оксидазами. В качестве кофермента содержат ФМН или ФАД. Продуктами реакции являются кетокислоты и аммиак.

Трансдезаминирование - основной путь дезаминирования аминокислот. Трансдезаминирование проходит в 2 этапа.

Первый - трансаминирование - перенос аминогруппы с любой аминокислоты на -кетокислоту без промежуточного образования аммиака;

Второй - собственно окислительное дезаминирование.

В результате первого этапа аминогруппы "собираются" в составе глутаминовой кислоты. Второй этап связан с окислительным дезаминированием глутаминовой кислоты.

Трансаминирование аминокислот было открыто советскими учеными Браунштейном и Крицман (1937 г.).

Реакция трансаминирования обратима, она катализируется ферментами - аминотрансферазами.

Акцептором аминогрупп в реакциях трансаминирования являются три - кетокислоты: пируват, оксалоацетат, 2-оксоглутарат. Наиболее часто акцептором NH2-групп служит 2-оксоглутарат (-кетоглутарат), реакция приводит к образованию глутаминовой кислоты:



Аминотрансферазы содержат в качестве кофермента производные пиридоксина (витамин В6) - пиридоксаль-фосфат и пиридоксамин-фосфат.

(Механизм реакции трансаминирования с участием пиридоксальфосфата - учебник.)

Окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты.

Биологический смысл реакций трансаминирования состоит в том, чтобы собрать аминогрупы всех распадающихся аминокислот в составе одной аминокислоты - глутаминовой. Глутаминовая кислота поступает в митохондрии клеток, где происходит второй этап трансдезаминирования - собственно дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакция катализируется глутаматдегидрогеназой, которая в качестве кофермента содержит НАД+ или НАДФ+.

Клиническое значение определения активности трансаминаз.

Для клинических целей определяют активность АлТ и АсТ, которые катализируют следующие реакции:

Аспартат + -кетоглутаратоксалоацетат + глутамат

Аланин + -кетоглутарат пируват + глутамат

В сыворотке крови здоровых людей активность этих трансаминаз ниже, чем в органах. При поражении органов наблюдается выход трансаминаз из очага поражения в кровь. Так, при инфаркте миокарда уровень АсТ сыворотки крови уже через 3-5 ч после наступления инфаркта повышается в 20-30 раз. При гепатитах повышается более умеренное и затяжное.

1.2 Декарбоксилирование аминокислот

Процесс отщепление карбоксильной группы в виде СО2 называется декарбоксилированием и приводит к образованию биогенных аминов, которые оказывают фармакологическое действие на физиологические функции человека.

Серотонин обладает сосудосуживающим действием, участвует в регуляции артериального давления, t тела, дыхания, медиатор нервных процессов.

Дофамин- предшественник катехоламинов.



Гистамин обладает сосудорасширяющим действием. Он образуется в области воспаления, участвует в развитии аллергических реакций.

ГАМК является тормозным медиатором. В лечебной практике используется при лечении эпилепсии (резкое сокращение частоты припадков).

Орнитин декарбоксилируясь дает диамин - путресцин, а лизин - кадаверин.

В организме биогенные амины подвергаются реакции окислительного дезаминирования с образованием альдегидов и аммиака. Процесс осуществляется при участии моноаминооксидаз.

Схематически механизм трансдезаминирования можно представит так:



Пути превращения аминокислот в печени.

Включение углеродных скелетов аминокислот в цикл лимонной кислоты.

1.3 Синтез аминокислот

Заменимые аминокислоты образуются в печени из глутаминовой кислоты. Источником всех атомов углерода (а также азота аминогрупп) пролина, орнитина и аргинина является глутамат.

Источником углерода аланина, серина и глицина служат трехуглеродные промежуточные продукты гликолиза, а источником азота их аминогрупп - глутамат; аспартат получает углерод от оксалоацетата, а азот от глутамата.

-кетоглутарат + NH3 + НАДН (или НАДФН) Глутамат + НАД+ (или НАДФ+)

Глутамат + -кетокислота -кетоглутарат + аминокислота

-кетокислота + NH3 + НАДН (НАДФН) аминокислота + НАД+ (НАДФ+)

Восстаниовительное аминирование в печени и других тканях обеспечивает сохраниение и повторное использование аммиака. Большая часть аминокислот синтезируется в результате переноса аминогрупп от других аминокислот без превращения в NH3.

Трансаминирование = переаминирование = аминирование -кетоглутарата.

Мак-Мюррей, стр. 276

Трансаминированию в печени не подвергаются аминокислоты с разветвленной цепью - лейцин, изолейцин, валин.

Эти аминокислоты вступают в реакции трансаминироания в почечной и мышечной тканях.

Лизин и треонин не вступают в реакцию трансаминирования.

1.4 Азотистый обмен

В организме человека ежесуточно распадается на аминокислоты около 400 г беков и столько их синтезируется.

Основная функция белков пластическая. Белки могут выполнять энергетическую функцию при избыточном их поступлении с пищей или в экстремальных ситуациях, когда белки тела подвергаются усиленному распаду. Этот процесс наблюдается при голодании или патологии (при сахарном диабете). При сгорании 1 г белков высвобождается 16,8 кДж.

Под термином "резервные" белки понимают не особые отложения белков, а легкомобилизуемые при необходимости тканевые белки, которые после гидролиза под действием тканевых протеиназ дают аминокислоты.

Факторы определяющие состояние белкового обмена.

1. Возраст (в детском возрасте, при активной мышечной работе, беременности), состояние организма - резко повышается потребность в белках.

2. Характер питания (количественный и качественный состав пищи). При недостаточном поступлении белков с пищей происходит распад белков ряда тканей (печени, плазмы, крови). Введение с пищей повышенных количеств белка не оказывает заметного влияния на состояние белкового обмена, если избыточное поступление белка не превышает 2-3 раза. Качественный состав белков важен, т.к. отсутствие или недостаток хотя бы одной какой-либо незаменимой аминокислоты нарушает процесс биосинтеза белков в организме. Синтез белка подчиняется закону "все или ничего" и осуществляется при условии наличия в клетке полного набора 20 аминокислот.

3. Обмен белков связан с обеспеченностью организма витаминами В1, В2, В6, РР и др.

4. Секреция гормонов (СТГ, гормоны щитовидной железы, андрогены, эстрогены).

Для оценки состояния обмена белков используется понятие азотистый баланс.

Азотистый баланс - разница между введением с пищей азота и выведением его в виде конечных продуктов азотистого обмена.

Различают 3 вида азотистого баланса:

1. Положительный - количество выводимого из организма азота меньше количества азота, вводимого с пищей. Азот остается в организме и расходуется на синтез белков. Характерен для растушего организма и во время беременности.

2. Отрицательный - количество выделяемого азота превышает количество азота, поступающего в течение суток. Встречается при голодании, белковой недостаточности, тяжелых заболеваниях, когда происходит интенсивный распад белков тела. Отрицательный азотистый баланс наблюдается у пожилых людей.

3. Азотистое равновесие - количество азота выводимого из организма, равно количеству получаемого с пищей азота. Характерно для здорового взрослого человека.

1.5 Биологическая ценность белков

Определяется следующими критериями:

1. Чем ближе аминокислотный состав пищевого белка к аминокислотному составу беков тела, тем выше его биологическая ценность.

2. В составе белка должны быть все незамеимые аминокислоты: вал, илей, лей, лиз, мет, тре, три, фен. Исключение какой-либо незаменимой аминокислоты из пищи сопровождается развитием отрицательного азотистого баланса.

3. В составе белка установлены пропорциональные величины незаменимых аминокислот, относительно триптофана, принятого за единицу, лиз-5, лей-4, вал-3,5.

Недостаток в пище одной незаменимой аминокислоты ведет к неполному усвоению других аминокислот.

Для человека наиболее ценны белки молока, яиц, мяса, т.к. их аминокислотный состав ближе к аминокислотному составу органов и тканей человека.

В результате недостаточного поступления белков в организм возникает синдром кваширхор. Поражает детей в период отнятия от груди. Нарушение норамального синтеза белка в печени вызывает снижение содержания сыворотного альбумина, что приводит к отеку, снижение содержания ЛОНП приводит к развитию жирового поражения печени. Снижен синтез гемоглобина, в результате развивается анемия. Резко нарушается функция кишечника, т.к. из недостатка аминокислот страдает синтез ферментов поджелудочной железы. Смерть наступает от диареи, острых инфекций и хронических заболеваний печени.

1.6 Переваривание и всасивание

Переваривание белков происходит в 3 этапа:

1. в желудке;

2. в тонком кишечнике;

3. в клетках слизистой оболочки тонкого кишечника.

Расщепление белков происходит при участии нескольких групп ферментов:

1. Экзопептидазы - катализирует разрыв концевой пептидной связи с образованием одной какой-либо аминокислоты.

2. Эндопептидазы - гидролизуют пептидные связи внутри полипептидной цепи.

К эндопептидазам относятся следующие ферменты: пепсин, гастрин, трипсин, химотрипсин, эластаза.

К экзопептидазам относятся: карбоксипептидазы, аминопептидазы, дипептидазы.

Экзопептизазы участвуют в переваривании белков в тонком кишечнике.

В результате расщепления образуются свободные аминокислоты, которые затем подвергаются всасыванию. Аминокислоты всасываются свободно с ионами натрия. Некоторые аминокислоты обладают способностью конкурентно тормозить всасывание других аминокислот:

Лизин тормозит всасывание аргинина. Это позволяет считать, что существует общая переносящая система.

Часть аминокислот в кишечнике под действием микрофлоры подвергается гниению. В результате гниения аминокислот в кишечнике образуются ядовитые продукты распада - фенол, индол, крезол, скатол, сероводород. Распад цистеина, цистина, метионина приводит к образованию сероводорода, метилмеркаптана. Диаминокислоты - арнитин и лизин подвергаются декарбоксилированию с образованием путресцина и кадаверина.

Микробные ферменты кишечника превращают тирозинкрезолфенол триптофанскатолиндол.

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где обезвреживаются путем связывания с серной или глюкуроновой кислотами с образованием парных кислот, которые выделяются с мочей.



1.7 Аминокислоты как лекараственные препараты

Препараты гидролизатов белков - используются для перентерального питания.

К ним относятся гидролизин, гидролизат казеина, аминопептид, церебролизин, аминокровин, фиброносол.

Применяют после операций на ЖКТ, у больных с нарушениями переваривания белков и аминокислот, при тяжелых ожегах.

Препараты отдельных аминокислот.

Метион - липотропный фактор, а также для лечения белковой недостаточности при хронических заболеваниях.

Цистеин - при нарушениях обмена серосодержащих белков (хрусталик, роговица глаза, коллаген), при отравлениях солями тяжелых Ме, которые связываются аминокислотами.

Глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота (калиевые и магниевые соли - препарат панангин, аспаркам) используются для обезвреживания аммиака.

2. Пути обезвреживания аммиака

Уровень аммиака в норме в крови не превышает 60 мкМоль/литр. Для кроликов концентрация аммиака 3 мМоль/литр является летальной.

В организме существует 4 пути обезвреживания аммиака.

1. Образование глутамина - процесс идев в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах.

Глутамин выделяется с мочой.

2. Восстановительное аминирование -кетоглутаровой кислоты

-кетоглутарат+NH3 + НАДН глутамат + НАД+

Эта реакция обратная окислительному дезаминированию глутяминовой кислоты. Дальше глутамат связывает еще одну молекулу NH3 и дают глутамин.

Глу+NH3 Глн.

Глутамин используется почками как резервный источник аммиака, необходимый для нейтрализации кислых продуктов обмена при ацидозе.

3. Образование аммонийных солей.

Аммиак в почках акцептирует протон кислоты, образуя аммонийную соль. Одновременно этот процесс обеспечивает сбережение организмом ионов Na+, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот.

NH3+Н+Cl- NH4Cl

4. Биосинтез мочевины.

Мочевина - главный конечный продукт обмена азота в организме. С мочой за сутки выводится 25-30 г мочевины. Синтез мочевины идет в печени. Превращение аммиака в мочевину осуществляется в форме цикла. Цикл мочевины открыли Ганс Кребс и Курт Хенселайт (1932г).

Пернвая аминогруппа, поступающая в цикл мочевины, получается в виде свободного аммиака при окислительном дезаминировании глутамата в митохондриях клеток печени. Эта рекция катализируется глутаматдегидрогеназой, для действия которой требуется НАД+

Глутамат+НАД++Н2О-кетоглутарат + +НАДН+Н+.

Аммиак соединяется с двуокисью углерода с образованием карбомоилфосфата. Реакция требует затраты АТФ. Катализирует эту реакцию карбомоилфосфатсинтетаза. На следующей стадии карбомоилфосфат взаимодействует с орнитином с образованием цитрулина. Образовавшийся цитрулин переходит из митохондрий в цитозоль клеток печени. Цитрулин взаимодействует с аспартатом в присутствии АТФ с образованием аргининсукцината. Эта реакция катализируется аргининсукцинатсинтетазой. На следующей стадии аргининсукцинат расщепляется с образованием аргинина и фумарата. Фумарат возвращается в пул промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты. На последней стадии аргинин под действием аргиназы расщепляется на мочевину и орнитин.

Регенерированный орнитин вновь поступает в митохондрии.

Мочевина из клеток печени поступает в кровь и через почки выводится с мочой.



Повышение концентрации аммиака в крови может вызвать повторяющуюся рвоту, возбуждение, припадки с потерей сознания (печеночная кома) и судорогами. При хронической врожденной гипераммониемии наблюдается отставание умственного развития. Наиболее частая причина гипераммониемии - нарушение орнитинового цикла. В орнитиновом цикле участвует 5 ферментов и имеет место 5 типов наследственных болезней. Люди с такими дефектами не переносят пищи, богатой белком. Детей с таким нарушением лечат введением -кетоаналогов аминокислот. -кетоаналоги незаменимых аминокислот могут под действием трансаминаз присоединять аминогруппы от имеющихся заменимых аминокислот. Это предотвращает возможность попадания аммиака в кровь.

Почему высокое содержание NH4+ токсично? Ион аммония сдвигает равновесие реакции, катализируемой глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глутамата, а это приводит к истощению -кетоглутарата. Истощение -оксоглутамата, промежуточного продукта ЦТК, приводит к уменьшению скорости образования АТФ.

2.1 Энергетическая цена синтеза мочевины

На синтез одной молекулы мочевины расходуется 4 высокоэнергетические фосфатные группы. Две молекулы АТФ требуются для образования аргининосукцината. Но в последней реакции АТФ подвергается пирофосфат, который гидролизуется с образованием 2 молекул ортофосфата. Поэтому на синтез мочевины расходуется 4 молекулы АТФ.

2.2 Синтез заменимых аминокислот

1. Аминирование

2. Переаминирование

3. Глюсергли

2.3 Токсическое действие аммиака.

Способ лечения:

1. Перевод на малобелковую пищу

2. Замена заменимых аминокислот на кетокислоты (незам)

Гепатоцит

3. Индивидуальные пути обмена аминокислот

3.1 Обмен глицина и серина

Гли и сер относятся к заменимым, глюкопластичным аминокислотам.

1. Глицин, много содержится в белках, не имеет радикала, оптически неактивна, заменимая, глюкогенная NН2-СН2-СООН

Используется для синтеза креатина в почках

Почки

Мышцы требуют Е (кратковременная интенсивная работа). Должен быть запас Е-креатинфосфат.

Может образовываться в других клетках. Это средство транспорта Е внутри клетки.

Фосфокреатин используется мышцами для кратковременной работы.

Продукт распада креатина креатин

Креатинфосфат легко проходит в цитоплазму, он менее полярен, чем АТФ. Креатинфосфат отдает Фн на АДФ, а креатин возвращается в митохондрии. Такая транспортная функция креатинфосфата характерна для всех клеток.

2. Образование -аминолевулиновой кислоты.

3. Синтез пуриновых оснований. Глицин является остовом - это скелет.

4. Синтез вторичных желчных кислот. Желчные кислоты участвуют в переваривании жиров, холестеридов. Желчные кислоты активируются глицином (холевая - гликохолевая).

Глицин - нейромедиаторная АМК - тормозной медиатор нервной системы (30 минут). Глицин принимает участие в синтезе белков, пуриновых нуклеотидов, гема, парных желчных кислот, кератина, глутатиона.



Глицин участвует в образовании гема:

-аминолевулиновая кислота

В качестве кофермента -аминолевулинансинтаза содержит витамин В6. -аминолевулинсинтаза - аллостерический, ключевой фермент синтеза гема. Ингибируется активность фермента по принципу обратной отрицательной связи - гемом.

Глицин принимает участие в синтезе креатина. Креатин обеспечивает работающую мышцу АТФ. Синтез креатина идет в почках и печени. В почках образуются гуанидинуксусная кислота:

Гуанидинацетат с кровотоком поступает в печень, где в результате реакции трансметилирования дает креатин:

Источником метильного радикала является метионин.

Серин - заменимая аминокислота, углеродная часть которой образуется из глюкозы:

Серин - содержит ОН-группу, заменимая, глюкогенная. Является источником одноуглеродных фрагментов, которые идут на синтез БАВ (гормоны, медиаторы).

Серин является донатором одноуглеродных радикалов: метила, гидроксиметилена, формила.

Нарушения обмена ДОФА-амина

1. Паркинсонизм - мышечная дрожь, ригидность мышц (дегенерация ДОФА-амин синтезирующих нейронов). Можно моделировать паркинсонизм с помощью амфитамина

Лечат с помощью ДОФА (предшественник), легко проникает через мембраны.

2. Шизофрения - избыток накопления ДОФА-амина.

3.2 Обмен цистеина и метионина

В молекулах белка обнаружены 3 серосодержащие аминокислоты: метионин, цистеин, цистин.

Цистеин в организме синтезируется из метионина.

Функции цистеина:

1. Цистеин участвует в образовании цистина:

2. При образовании цистина возникает дисульфидная связь S-S между двумя полипептидными цепями, что способствует стабилизации третичной структуры белка.

3. Цистеин входит в состав трипептида глутатиона-Г-SH. Глутатион обеспечивает сохранение ферментов в активной форме. Глутатион участвует в ингибировании белков. Например, инсулина.

4. Цистеин превращается в таурин:

Таурин используется для синтеза парных желчных кислот.

5. Цистеин входит в состав активных центров ферментов.

Метионин - незаменимая аминокислота.

Функции метионина:

1. Метионин является источником одноуглеродного радикала - метила, который используется в реакциях трансметилирования. Непосредственным источником метильных групп является производное метионина - S-аденозилметионин.

2. Метионин участвует в синтезе креатина. Синтез креатина происходит в печени и почках. В почках образуется гуанидинацетат из аргинина и глицина:

В печени гуанидинацетат взаимодействует с S-аденозилметионином и образуется креатин:

3. Метионин участвует в реакциях трансметилирования в синтезе: адреналина, мелатонина, азотистых оснований.

В результате реакции трансметилирования образуется гомоцистеин.



4. Гомоцистеин превращается в цистеин:

В качестве кофермента цистатионин--синтаза и цистатионин--лиаза содержат пиридоксальфосфат (В6).

Гомоцистеин может превращаться в метионин путем метилирования.

Гомоцистеин может превращаться в гомоцистин. Накопление гомоцистина в тканях и крови - характерный симптом наследственной недостаточности ферментов, а также признак недостаточности витаминов В6 и В12. Гомоцистин накапливается, если нарушается превращение гомоцистеина в метионин и цистеин.



Гомоцистинурия - высокая концентрация гомоцистина и меионина. Нарушение умственного развития и скелета.

Цистинурия - выделение цистина с мочой: цистиновые камни в мочевых путях.

Выделяют 2 причины образования блоков:

1. Наследственная недостаточность ферментов, участвующих в обмене.

2. Недостаточность (гиповитаминоз) В6, В12, фолиевой кислоты.

При блоке 1 развивается гомоцистинурия.

Биохимически накапливается мет и гомоцистин, т.к. гомоцистеин не превращается в цистатионин. Гомоцистин выделяется с мочой.

Клинически: нарушения со стороны соединительной ткани, сердечнососудистой системы, свертывающей системы, образование тромбов. Уродства черепа - башневидный череп, вывернутые глазные яблоки (подвывих хрусталика), умственная отсталость.

При блоке 2 развивается цистатионинурия.

Биохимически повышается концентрация цистатионина, уменьшается цистеина.

Цистинурия - в моче выделяется в 50 раз больше нормы цистина, лизина, аргинина, орнитина.

Причиной заболевания является нарушение реабсорбции цистина и нарушением всасывания остальных аминокислот.

Для людей с этой патологией характерно образование камней.

3.3 Обмен дикарбоновых аминокислот

Глутаминовая кислота - моноаминодикарбоновая, заменимая, глюкогенная.

Необходима для трансдезаминирования аминокислот:



Связывает NH3 в нервных клетках, прямо на месте, по мере образования:

Глн входин в полипептидную цепь белка, это продукт обезвреживания NH3.

Это процесс сохранения кислотно-щелочного равновесия.

Основной щелочной эквивалент Na+, его нельзя терять с мочой. Na+ реабсорбируется, процесс регулируется гормонально. Вместо Na+ выводится .

1. Глутамин является возбудительным медиатором, в процессе метаболизма превращается в тормозной медиатор.



-аланин - заменимая, глюкогенная АМК, много в машечной ткани.

Здесь существует 2 цикла глю - лак и глю - ала.

Пируват аминируется или трансаминируется и образуется ала. Благодаря этому:

1. меньше образуется лактата

2. связывается определенное количество NH3 (его много в рабодающей мыщце за счет дезаминирования).

В виде аланина NH3 идет в печень, где обезвреживается путем синтеза мочевины.

Аргинин - диаминомонокарбоновая кислота, заменимая, гликогенная.



1. Отдача гуанидиновой группы в виде NH2-CО-NH2 (мочевины)

2. Отдача на гли гуанидиновой группы и образование креатина. При этом образуется орнитин NH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH. Его мало в пищевых продуктах, он не входит в белки, но он необходим для синтеза мочевины.

Основа для синтеза орнитина - аргинин.

Аспарагиновая кислота - моноаминодикарбоновая кислота, заменимая, гликогенная.

1. Участвует в обезвреживании NH3 с образованием аспарагина (связыв. NH3 в 10 раз меньше, чем глу). Асн входит в полипептидную цепь (в геноме есть триплет).

2. При дезаминировании превращается в ЩУК.

Два источника ЩУК

а) асп (энергонезависимый путь)

б) Карбоксилирование пирувата (энергозависимый путь).

Без ЩУК не идет ЦТК, невозможен для многих веществ путь превращения в глю, т.е. глюконеогенез.

3. Асп - основа для синтеза пиримидиновых оснований. 4 положения из асп кислоты (по Лениджиру только 3) 2 остальных положения из карбомаилфосфата. Обезвреживание NH3 связано с синтезом пиримидиновых оснований.

4. Асп источник и -аланина (встречается в КоА, кранозин, ансериндипептиды - находится в мышечной ткани.)

В других тканях таких дипептидов мало, нужны для функционирования мышечной ткани и повышения физической работоспособности.

3.4 Обмен триптофана

Триптофан - незаменимая кислота.

В физиологических условиях 95% триптофана окисляются по кинурениновому пути и не более 1% по серотониновому.

Основной обмен триптофана приводит к синтезу НАД, уменьшая потребность организма в витамине РР.

3.5 Обмен фенилаланина и тирозина

Фен - незаменимая аминокислота. Тирозин может синтезироваться из фенилаланина. Глюко-кетогенные аминокислоты.



Синтез катехоламинов (адреналина, норадреналина)

Синтез тироксина

3.6 Обмен разветвленных аминокислот

Вал, лей, илей.

Незаменимые аминокислоты.

Вал глю (пропионил-КоА сукцинил-КоА глю)

Лейкетокислота

3.7 Структура и свойства нуклеопротеидов

Функция нуклеопротеидов заключается в хранении и передаче наследственной информации.

Состоят из белков и нуклеиновых кислот. Простетической группой нуклеопротеидов является нуклеиновая кислота.

При легком гидролизе белок дает пептиды, а нуклеиновые кислоты дают нуклеотиды или нуклеозиды.

При жестком гидролизе образуются аминокислоты, азотистые основания (аденин, гуанин, урацил, цитозин, тимин), рибоза, дезоксирибоза.

Виды нуклеиновых кислот

Признаки	ДНК	РНК
I. Химическое строение
а) производные пурина	А, Г	А, Г
б) производные пиридина	Ц, Т	Ц, У
в) углеводы	Дезоксирибоза-5-фосфат	Рибоза-5-фосфат
г) Фн	Н3РО4	Н3РО4
д) минорные основания	+	+ + +
II. Локализация	Ядро, митохондрии	Ядро, цитоплазма
III. Содержание	Неизменно	Изменяется
IV. Метаболизм	Инертен	Активный
V. Функция	Хранитель информации	Передача информации

Виды РНК: информационная (матричная)

Рибосомальная

Транспортная

Функции: И-РНК - передача информации

Р-РНК - основа рибосом. Способствует передвижению и-РНК по рибосоме.

Т-РНК - перенос аминокислот.

Структура нуклеопротеидов.

1. Первичная структура - это последовательность нуклеотидов, соединенных сложноэфирной связью. При изучении структуры Чаргафом установлены закономерности:

а. Количество А=Т, Ц=Г

б. Количество пуриновых оснований = количеству пиримидиновых

А+Г=Ц+Т

в.

2. Вторичная структура - трехмерная, пространственная структура, состоящая из антипараллельных противозакрученных спиралей. Шаг спирали содержит 10 нуклеотидов. Внутри цепочки находятся азотистые основания, соединенные по принципу комплиментарности.

Образуют вторичную структуру водородные связи, вандер-вальсовы связи, гидрофобные. ДНК имеет двуцепочную вторичную структуру, РНК - одноцепочную.

Изучена в Работах Уотсона и Крика.

3. Третичная структура - определенная укладка спирализованной структуры. М-ДНК имеет форму восьмерки. РНК - изучена мало.

4. Четверичная структура - фонкционально активная, соединена с белком.

В состав нуклеопротеидов входят белки гистонового ряда, которые соединяются с НК слабой электростатической связью.

Функции гистонов:

1) Участвуют в пространственном построении НК;

2) Регулируют активность генома - репрессия гена, с которым соединен гистон и ген будет молчать.

Гистоновые белки содержат лиз, арг, мало цис.

Негистоновые белки образуют с ДНК легко разрушаемые связи и это обеспечивает регуляцию активности генома.

В процессе жизни ДНК может подвергаться под действием химических соединений (кофеин) или радиоактивного излучения изменениям, т.е. мутациям.

Виды мутаций:

1. Транзиция - замена пуринового основания на другое пуриновое.

2. Трансверсия - замена пуринового основания на пиримидиновое.

3. Делеция - вставка пары нуклеотидов.

4. Вставка пары нуклеотидов.

Тяжелые последствия наблюдаются при вставке или выпадении нуклеотидов.

В случае делеции одного мономера изменяется считывание всех последующих кодонов - это мутация со "сдвигом рамки". В результате синтезируется белок с "бессмысленной" последовательностью аминокислот. При делеции двух мономеров также происходит сдвиг рамки.

При утрате трех мономеров (или число, кратное трем) сдвига рамки нет и синтезируется белок, укороченный на 1 аминокислоту.

Обмен нуклеотидов.

Источники нуклеотидов

1. Поступление с пищей

НК в 12-перстной кишке под действием ДНК-азы и РНК-азы разщепляются за счет разрыва сложноэфирных связей, в результате образуются нуклеотиды, нуклеозиды, очень редко компоненты нуклеотидов. Внутриклеточно идет такой же распад НК.

2. Основное количество нуклеотидов идет de novo.

Соединения, участвующие в синтезе пурина

Глн + 2 АТФ + СО2 карбамоилфосфат + асп

Рибоза и дезоксирибоза - синтезируются в пентозофосфатном цикле и поступают с пищей.

Катаболизм нуклеотидов.

РНК быстрее ДНК. Конечные продукты распада азотистых оснований - мочевина, мочевая кислота.

Ц, У, Т - конечный продукт мочевина.

3.8 Распад пуриновых оснований

Подагра - избыток мочевой кислоты (ген. заболевание почек, алкоголь, отравления, мясная пища).

Мочевая кислота выпадает в осадок (соли К-ураты) мочекаменная болезнь. Откладывается в мелких суставах. Лечение основного заболевания + усиление выведения солей.

3.9 Нуклеиновые кислоты

Хромосомы - очерченный материал 46 пар.

Если клетка находится в покое, то хромосомы называют хроматином.

Хроматин - 60% белка, 35 ДНК, остальное РНК. Представлен в виде нитей с узелками и утолщениями (нуклеосома).

У человека в спейсере - 50 пар нуклеотидов. Нуклеосома - 90%, спейсер - 10%.

Спейсер - это активный хроматин, списывание информации (транскрипция) идет с этих участков.

Нуклеосома - это белковый + нуклеотидный компонент. Сюда входят гистоны, имеют основной характер (арг, лиз), нет цис, мало три, много гли. Молекулярная масса - 25 - 30 тысяч дальтон.

Взаимодействуют гистоны с НК за счет электрохимических взаимодействий (гистон (+), НК (-)).

5 классов гистонов:

Н1 - лизин

Н2b - лиз

Н2а - лиз = арг

Н3 - арг , есть лиз, цис!!

Н4 - арг , гли

Молекулярная масса всех классов одинакова.

Н1 - находится в спектре. При взаимодействии образуется октамер.



Функциональные участки ДНК - это гены.

1. Структурные гены - ответственны за последовательность АМК и за последовательность нуклеотидов.

2. Регуляторные участки - промотор

3. Интроны - неинформативные участки - нетранскрибируемые участки.

3.10 Распад пиримидиновых оснований

Распад пуриновых оснований.



4. Матричные биосинтезы

Виды переноса генетической информации.

1. Перенос генетической информации в пределах одного класса нуклеиновых кислот, т.е. от ДНК к ДНК или у некоторых вирусов от РНК к РНК, называется репликацией или самоудвоением.

2. Перенос информации между разными классами нуклеиновых кислот: ДНК-РНК, называется транскрипцией или переписыванием.

Транскрипция бывает прямая от ДНК к РНК и обратная от РНК к ДНК. Обратная транскрипция выявлена у РНКовых опухолеродных вирусов.

3. Перенос генетической информации от м-РНК к белку, называется трансляцией или переводом.

Перенос генетической информации от ДНК через РНК к белку называется центральным постулатом генетики. Этот постулат был сформулирован Криком.

5. Репликация

Возможны 3 типа репликации:

1. Консервативная - дочерняя двойная спираль ДНК образуется без разделения цепей родительской ДНК.

2. Полу консервативная - цепи родительской ДНК расходятся, и на каждой из родительских цепей образуются комплиментарные цепи дочерней ДНК.

3. Дисперсивная - происходит расщепление в нескольких местах цепей родительской ДНК и образование на ней новых цепей ДНК.

У высших организмов репликация ДНК происходит полуконсервативным путем.

6. Этапы биосинтеза ДНК

Условно механизм синтеза делят на 3 этапа: инициацию, т.е. начало, элонгацию, т.е. продолжение, и терминацию, т.е. прекращение синтеза.

Первый этап - инициация - начало синтеза нуклеотидных цепей на матрице ДНК затравочного олигорибонуклеотида (праймера) со свободной гидроксильной группой у С-3'рибозы.

Второй этап - элонгация синтеза ДНК состоит из 2 стадий. На первой стадии идет репликация обеих материнских цепей ДНК, синтез одной идет непрерывно, а другой фрагментарно при помощи ДНК-полимеразы III. Вторая стадия включает связывание фрагментов друг с другом, здесь происходит отделение олигорибонуклеотидных праймеров. Процесс идет при помощи ДНК-лигаз.

Третий этап терминация синтеза ДНК наступает тогда, когда исчерпана ДНК-матрица.

Репарация ДНК - исправление поврежденных участков одной из цепей ДНК. Сначала такой участок удаляется ДНКазами. Затем при участии фрагмента ДНК-полимеразы I заполняется фрагмента ДНК-полимеразы I заполняется пробел путем синтеза участка в направлении 5' 3'. Затем концы сшиваются ДНК-лигазой.

7. Механизм транскрипции ДНК

Субстратом реакции служат трифосфаты нуклеотидов.

Реакция идет только в присутствии ДНК, выполняющий роль матрицы (матрицей служит одна из цепей ДНК). Все синтезированные молекулы РНК имеют структуру, комплементарную матрице, т.е. одной цепи ДНК.

Транскрипция катализируется ферментом РНК-полимеразой. Фермент присоединяется к матрице в участке, который называется промотор. Связывание РНК-полимеразы с промотором приводит к локальному расхождению нуклеотидных цепей в этом в участке. Наращивание молекулы РНК происходит в результате перемещения РНК-полимеразы вдоль ДНК путем присоединения очередного рибонуклеотида.

В ДНК имеется участок, который содержит терминирующий кодон, достигнув которого РНК-полимераза и синтезированная РНК отделяются от ДНК.

Все типы РНК (рРНК, тРНК, мРНК) синтезируются сходным образом.

В результате транскрипции образуются предшественники РНК, которые в ядре подвергаются посттранскрипционной доработке, т.е. созреванию, процессингу.

Размещено на Allbest.ru