Биологические функции белков

Биохимия

Лекции

2 курс

2013-2014 уч.год

Трубицына Виктория Владимировна, 03011208

ТЕМА 1. 3

ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЮ. БЕЛКИ.. 3

ТЕМА 2. 6

ФЕРМЕНТЫ.. 6

ТЕМА 3. 16

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. 16

ТЕМА 4. 17

МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ.. 17

ТЕМА 5. 25

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. ОБЩИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА. 25

СИНТЕЗ АТФ. 25

ТЕМА 6. 33

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ: ОБМЕН УГЛЕВОДОВ.. 33

ТЕМА 7. 44

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ: ОБМЕН ЛИПИДОВ.. 44

ТЕМА 8. 57

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ: ОБМЕН БЕЛКОВ.. 57

ТЕМА 9. 62

РЕГУЛЯЦИЯ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ: ГОРМОНЫ. 62

ТЕМА 10. 81

ПЕЧЕНЬ. 81

ТЕМА 11. 87

ГЕМОСТАЗ. 87

ТЕМА 12. 95

СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ. 95

 

ТЕМА 1

ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЮ. БЕЛКИ

 

Биохимия – это наука о молекулярных основах жизни.

· Статическая – химические формулы строения веществ

· Динамическая – последовательность реакций и процессов

· Функциональная – биохимия тканей и органов.

 

Белки – это биополимеры, состоящие из α-аминокислотных остатков, которые соединены между собой пептидной связью.

· Пептиды – цепочка до 10 аминокислотных остатков

· Полипептиды – более 10 аминокислотных остатков

· Протеины = белки – от 6 000 аминокислотных остатков

 

Строение белковой молекулы

Первичная структура – последовательность аминокислотных остатков, соединенных пептидной связью.

 

 

Начинается со свободной аминогруппы (N-конец), завершается свободной карбоксильной группой (С – конец).

При рН > 7 (кровь) пептидная связь енолизируется.

 

Наличие С = С придает пептидной связи планарный характер, т. е. вращение между N и О затруднено, что делает первичную структуру белков более жесткой.

 

NB!: Первичная структура белка имеет важное значение для индивидуальных (нативных) свойств пептида, полипептида и белков, Т. Е. последовательность аминокислот в любом белке строго специфична и детерминирована генами. Такая последовательность аминокислот формирует уникальную для каждого белка вторичную, третичную и четвертичную структуру.

К первичной структуре можно отнести дисульфидные мостики, образованные остатками цистеина.

– S – S –

Следовательно, первичная структура стабилизируется ковалентными связями между аминокислотными остатками.

Вторичная структура

1) α – спираль– поддерживается водородными связями между пептидными связями (рис.1)

Водородные связи играют роль во взаимодействии между молекулами Н₂О, поддержании структуры белков, нуклеиновых кислот. Они всегда возникают между электроотрицательным атомом (N или О) и Н, который связан ковалентной связью с электроотрицательным атомом.

2) β –складчатая структура – параллельно идущие полипептидные цепи, которые связаны водородными связями (рис. 2).

 

 

3) Смешанная вторичная структура – чередование α –спирали и β –складчатой структуры.

4) * Вторичная структура молекулы коллагена

В основе - стерическое взаимодействие между кольцами остатков пролина (водородных связей в первичной структуре нет).

Отличие тройной спирали предшественника коллагена состоит в том, что водородные связи образованы гидроксигруппами остатков гидроксипролина.

 

Третичная - специфичная для каждого белка пространственная упаковка молекулы.

Имеющие гидрофобный характер радикалы аминокислотных остатков ориентированы внутрь молекулы, а гидрофильные (О⁺, NН₃⁺, СОО^-) – на поверхности молекулы.

Структуру поддерживают гидрофобные взаимодействия межу углеводородными радикалами аминокислот.

Находящиеся на поверхности функциональные группы могут давать сложноэфирные связи, водно-солевые мостики и т. д. Эти функциональные группы способствуют связыванию молекул воды и образованию гидратной оболочки.

Каждый белок имеет собственную третичную структуру. Небольшое изменение ее может привести к потере физиологических функций белка.

 

Четвертичная – нежесткое соединение отдельных третичных образований, которые называются субъединицами.

Поддерживается водородными связями.

Классический пример – гемоглобин, состоит из 4 субъединиц.

 

В организме обнаружены более сложные структурные образования (некоторые ферментные комплексы, которые состоят из нескольких связанных четвертичных образований – пируватдекарбоксилазный комплекс).

 

Сложные белки

· Гликопротеины

· Нуклеопротеины

· Липопротеины

· Хромопротеины

· Металлопротеины

· Фосфопротеины

 

ТЕМА 2

ФЕРМЕНТЫ

Ферменты (Е) – биологически активные вещества, ускоряющие химические реакции в организме (в 1000 раз) за счет снижения энергии активации веществ.

Энергия активации – энергия, которую необходимо придать веществу, чтобы оно вступило в реакцию.

Все ферменты взаимодействуют с субстратами (S).

Субстраты – любые вещества, которые при взаимодействии с ферментами претерпевают химические превращения и превращаются в продукт (Р).

E + S → P + E

 

 

Количество ферментов в ходе реакции не изменяется.

 

Свойства ферментов

(отличие от неорганических катализаторов)

1) Превращают один субстрат

2) Все ферменты – белки, которые функционируют в третичной структуре

- схематичное изображение ферментов (третичная структура)

3) В ходе реакции не расходуются

4) Термолабильны (активность зависит от температуры)

5) Активность ферментов может регулироваться.

Ингибиторы – вещества, подавляющие активность ферментов.

Активаторы – вещества, повышающие активность ферментов.

6) Специфичность действия

· Абсолютная специфичность – фермент превращает только один субстрат

· Групповая – фермент превращает похожие субстраты (пепсин действует на многие белки)

· Стереоспецифичность – превращает только один изомер

· Специфичность путей превращения – один субстрат превращают в несколько ферментов

 

Строение ферментов

1) Активный центр (АЦ)

2) Аллостерический центр (АлЦ)

3) Кофакторы

 

1 – АЦ имеют все ферменты

Активный центр – небольшой участок фермента, который образован радикалами аминокислотных остатков, которые на уровне третичной структуры формируют центр взаимодействия с субстратом (центр, комплементарный субстрату).

Комплементарность – геометрическое (пространственное) и электростатическое (по заряду) соответствие между активным центром и субстратом.

Радикалы аминокислот, которые участвуют в образовании активного центра, могут находиться на расстоянии друг от друга в полипептидной цепи, но при формировании активного центра они сближаются.

 

Активный центр состоит из двух участков:

· Якорный – в который прикрепляется субстрат

· Каталитический – для химического превращения субстрата.

В момент взаимодействия активного центра и субстрата между ними возникают слабые нековалентные связи.

 

2 - АлЦ – (есть не у всех ферментов) = регуляторный центр, т.к. к нему могут присоединяться активаторы и ингибиторы и регулировать активность ферментов.

АлЦ и АЦ должны быть пространственно разделены: АЦ в одной субъединице, АлЦ - в другой.

Следовательно, аллостерические ферменты – олигомерные белки (четвертичная структура)

 

 

 

Субъединица с АлЦ – регуляторная. Субъединица с АЦ – каталитическая.

 

NB!: Аллостерические ферменты катализируют ключевые реакции метаболических путей.

 

3 – Кофакторы – вещества небелковой природы, необходимые для проявления активности ферментов (есть не у всех ферментов)

· Ионы металлов

· Коферменты

 

А) Ионы металлов:

· Прочно связываются с ферментом, участвуют в формировании АЦ → металлоферменты (алкогольдегидрогеназы - Zn)

· Непрочно связаны с ферментом, не участвуют в образовании АЦ. Но в присутствии металлов активность ферментов повышается → ферменты, активируемые металлами (α-амилаза слюны – Са²⁺).

 

 

Б) Коферменты

· Производные витаминов

· Участвуют в ферментативных реакциях

· Переносят различные группы

· В ходе ферментативных реакций претерпевают изменения, противоположные изменениям в субстрате.

ВИТАМИНЫ	Коферментная формула	Что переносит
В1 = тиамин	ТПФ (тиаминпирофосфат)	СО2
В2 = рибофлавин	ФАД (флавинадениндинуклеотид)	2Н (2е^-+ 2Н^+) в ОВР
ФМН (флавинмононуклеотид)
РР = никотинамид	НАД^+(никотинамидадениндинуклеотид), НАДФ	2Н (2е^-+ 2Н^+) в ОВР
В6 = пиридоксин	ПФ (пиридоксальфосфат)	NН2

 

Если в реакции субстрат будет окисляться (т.е. от него отщепляется 2Н), то кофермент будет восстанавливаться.

 

-

 

 

Механизм действия ферментов

Описывается уравнением ферментативного катализа

E+S ↔ ES → ES* → EP → E+P

1) E+S – фермент подходит к своему субстрату, который ориентируется к АЦ определенным образом, …

2) ES – … взаимодействует с АЦ фермента, образуя фермент-субстратный комплекс (нестабильный), который может распадаться на фермент и субстрат.

3) ES* – происходит образование стабильного фермент-субстратного комплекса, перераспределение связей в субстрате …

4) EP – … и он превращается в продукт.

5) E+P – т.к. продукт не комплементарен АЦ, он выходит из него.

Количество фермента не меняется.

 

Существует множество теорий ферментативного катализа. Основные:

· Теория Фишера «ключ-замок»: АЦ и субстрат должны быть строго комплементарны до взаимодействия. Соответствие по заряду не учитывается

 

 

· Теория Кошланда «Теория индуцированного (вынужденного) соответствия» («рука-перчатка»): АЦ и субстрат геометрически приблизительно похожи до взаимодействия. Строгое соответствие возникает в момент взаимодействия. Электростатическое соответствие учитывается.

 

Классификация ферментов

В основе – тип катализируемой реакции (то, как фермент действует на субстрат). Выделяют 6 классов ферментов:

I класс – оксидоредуктазы: осуществляют ОВР, т.е. реакции с участием кислорода, отщеплением или присоединением 2Н с участием коферментов ФАД и НАД⁺, перемещающих электроны.

II класс – трансферазы: осуществляют межмолекулярный перенос групп атомов (кроме 2Н) от одного субстрата к другому.

 

 

III класс – гидролазы: расщепляют связи в присутствии воды (ферменты ЖКТ).

 

IV класс – лиазы: отщепляют карбокси-, аминогруппы, воду (с образованием двойных связей) негидролитически.

 

V класс – изомеразы: внутримолекулярный перенос групп атомов или превращение изомеров.

 

 

VI класс – лигазы = синтетазы: участвуют в процессах синтеза с затратой АТФ и витамина Н (биотина).

 

 

 

АТФ может участвовать в реакциях:

· Как донор фосфора – трансферазы

 

 

· Как донор энергии – лигазы

 

 

 

Название ферментов

Название субстрата + тип катализируемой реакции + -аза

Например, пируват.декарбоксил.аза, малат.дегидроген.аза

 

Ингибирование ферментов

Ингибиторы – низкомолекулярные вещества, уменьшающие активность ферментов.

По степени связывания фермента и ингибитора:

1) Обратимое ингибирование

2) Необратимое ингибирование

Обратимое ингибирование – ингибитор непрочно связывается с ферментом (нековалентные связи) и после отделения ингибитора активность фермента восстанавливается.

· Конкурентное

· Неконкурентное

 

Конкурентное – ингибитор похож на субстрат.

· Субстрат конкурирует с ингибитором за присоединение в АЦ, т. к. они похожи.

· Тип ингибирования зависит от концентрации субстрата (рис. 3): при увеличении концентрации субстрата он вытесняет ингибитор и АЦ, и максимальная скорость реакции не измениться, а константа Михаэлиса будет увеличиваться.

 

 

Неконкурентное – ингибитор не похож на субстрат.

· Субстрат не конкурирует с ингибитором за присоединение в АЦ, ингибитор присоединяется в другом (например, аллостерическом).

· Тип ингибирования не зависит от концентрации субстрата (рис. 4): т. е. при максимальном увеличении концентрации субстрата скорость реакции в присутствии ингибитора будет меньше (это связано с уменьшение количества ферментов).

 

Необратимое ингибирование – ингибитор связан с ферментом прочными ковалентными связями и необратимо выводит фермент из реакции.

· Специфическое

· Неспецифическое

 

Спецефическое – ингибитор связан со спецефической группой в активном центре (например, с SН-группой серина связываются многие токсические вещества – делициды, зорин и т. п.).

Неспецифическое – ингибитор связан с ферментом вне АЦ (тяжелые металлы). Например, аспирин необратимо ингибирует фермент циклооксигеназу, которая образует медиаторы воспаления – простагландины. Следовательно, аспирин является противовоспалительным жаропонижающим средством/

Изоферменты

Изоферменты – м ножественные формы фермента, которые катализируют одну и ту же реакцию, но в разных органах.

· Максимальной скорости реакции · Константе Михаэлиса

Они отличаются по:

· Строению

· Молекулярной массе

· Электрофоретической подвижности

Например, ЛДГ (лактатдегидрогеназа) катализирует реакции ПВК ↔ лактат в разных органах.

Фермент состоит из 4 субъединиц двух типов:

 

 

И существует 5 типов (изоформ) фермента

 

 

Методом электрофореза установлено, что ЛДГ 1 и меньше ЛДГ 2 присутствуют в сердечной мышце, в почках. ЛДГ 4 и ЛДГ 5 – в печени и мышцах.

 

ТЕМА 3

СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

(самостоятельное изучение)

 

1. Определение нуклеиновых кислот

2. Строение

3. Строение нуклеотидов, название

4. Отличие нуклеотидов от нуклеозидов

5. Соединение нуклеотидов между собой в полинуклеотидную цепь

6. Вторичная структура ДНК (модель Уотсона-Крика). Правило Чаргаффа

7. Строение и функции мРНК, тРНК, рРНК

 

Строение тРНК

тРНК состовляет 5% от всех РНК

 

Функции:

· Перенос аминокислот к месту синтеза белка

· Адаптерная – помогает переводить информацию из последовательности нуклеотидов в последовательность аминокислот.

Имеет вторичную структуру в виде клеверного листа, несколько петель (между азотистыми основаниями водородной связи).

 

 

На 3’ – конце последовательность ЦЦА – сюда присоединяется аминокислота.

Антикодоновая петля – для присоединения с кодоном (3нуклеотида) на мРНК.

Псевдоуридиловая петля (ψу) -для присоединения тРНК в А-участке рибосоме.

Дигидроуридиловая петля – связывается со специфическим ферментом (аминоацил-тРНК-синтетаза) при активации аминокислоты.

 

 

ТЕМА 4

МАТРИЧНЫЕ БИОСИНТЕЗЫ

Генетическая информация от материнского организма к дочернему передается благодаря трем матричным биосинтезам:

1) Репликация – биосинтез (удвоение) ДНК

2) Транскрипция – биосинтез всех видов РНК

3) Трансляция – биосинтез белков

 

РЕПЛИКАЦИЯ

Общая характеристика:

1. Матрица – двуцепочечная молекула ДНК.

2. Субстрат (из чего синтезируется продукт) – дНТФ (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты): дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

3. Продукт – две дочерние ДНК, комплементарные друг другу (но не идентичные).

4. Источник энергии – дНТФ (дезоксирибонуклеозидтрифосфаты): дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ.

5. Ферменты – топоизомераза I,II, ДНК-полимераза, ДНК-лигаза.

6. Локализация в клетке – ядро (S-фаза клеточного цикла).

 

Стадии:

1) Образование репликативной вилки

2) Синтез дочерних цепей ДНК

3) Удаление праймеров

 

Основной механизм – полуконсервативный, т.е. двойная спираль раскручивается, цепи расходятся и каждая затем достраивается до двуцепочечной по принципу комплементарности. Каждая новая двуцепочечная молекула ДНК = 1 цепь старой + 1 цепь дочерней ДНК.

 

1. Образование репликативной вилки

Топоизомеразы I (II) находят на двуцепочечной молекуле ДНК определенную последовательность – точку начала репликации. Затем разрывают или одну цепь (топоизомераза I), или обе (топоизомераза II) и встраиваются в них.

Происходит разрыв двуцепочечной молекулы с образованием репликативного «глаза» = участок инициации репликации = original.

Т.к. молекула ДНК содержит около 150∙10⁶ пар нуклеотидов, а репликация идет со скоростью 50 нуклеотидов/мин, то репликация занимала был 800 часов, а она идет 9.

Следовательно, на молекуле ДНК несколько участков начала репликации, и репликация идет в двух направлениях.

В репликативном глазе можно выделить 2 репликативные вилки.

 

 

Специфический фермент ДНК-геликаза (активность зависит от АТФ) встраивается между цепями и разъединяет их.

Вдоль цепи расположены ДНК-раскручивающие белки = ДНК-дестабилизирующие белки = SSB-белки, которые не позволяют цепям ДНК образовать двуцепочную структуру, удерживают их в раскрученном виде, облегчают репликацию.

 

2.Синтез дочерних цепей.

ДНК-полимеразы:

· Осуществляют синтез в направлении 5’→3’ дочерней цепи

· Не могут начинать синтез, а могут только достраивать.

 

Следовательно, для синтеза дочерних цепей необходима «затравка» = праймер.

Праймер строится из нуклеотидов, принадлежащих РНК (чтобы отличить его от дочерних цепей). Для этого используется фермент РНК-праймаза.

После этого ДНК-полимераза-δ синтезирует дочернюю цепь быстро и непрерывно, т.к. направление синтеза совпадает с направлением репликации.

Вторая дочерняя цепь синтезируется медленнее и фрагментами (фрагменты Оказаки), т.к. по принципу антипараллельности ДНК-полимераза достраивала бы в направлении 3’→ 5’, чего не может быть. Если бы мы строили в нужном направлении, то синтез дочерних цепей не совпадал бы с общим направлением репликации. Поэтому отстающая цепь синтезируется фрагментами.

Для этого на материнской цепи строится несколько РНК-праймеров (около 200 нуклеотидов).

ДНК-полимераза-ε узнает 3’-конец праймера и достраивает его в нужном 5’→3’ направлении до предыдущего праймера.

Далее ДНК- полимераза-ε двигается в направлении репликации и находит 3’-конец следующего праймера и достраивает его (фрагменты Оказаки).

И так далее.

 

РНК-аза (эндонуклеаза) вырезает праймеры.

ДНК-полимераза-β достраивает недостающие участки.

Одноцепочечные разрывы соединяют ДНК-лигазы.

 

ТРАНСКРИПЦИЯ

Общая характеристика:

1. Матрица – одна цепь ДНК.

2. Субстрат (из чего синтезируется продукт) – НТФ (рибонуклеозидтрифосфаты): АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ.

3. Продукт –пре-тРНК, пре-мРНК, пре-рРНК.

4. Источник энергии - НТФ (рибонуклеозидтрифосфаты): АТФ, ГТФ, ЦТФ, ТТФ.

5. Ферменты – РНК-полимеразы (I – для рРНК, II – для мРНК, III – для тРНК), белковые факторы инициации, элонгации и терминации..

6. Локализация в клетке – ядро (не зависит от фазы клеточного цикла).

Биосинтез мРНК

Этапы:

1) Инициация

2) Элонгация

3) Терминация

 

Механизм – одна цепь ДНК - матричная цепь, а вторая – кодирующая, которая перписывается в комплементарную ей последовательность нуклеотидов РНК.

 

1.Инициация

На матрице существуют участки – транскриптоны:

В начале – промотор (Pro)

В конце - сайт терминации

В области промотора – гормон-чувствительные участки, которые могут стимулировать транскрипцию (энхансеры) или подавлять ее (сайленсеры).

 

 

1 – к Pro присоединяются белковые факторы – ТАТА

 

2 – это облегчает присоединение к Pro РНК-полимеразы II.

РНК-полимеразы II – большие олигомерные белки, которые состоят из 2α, β, β’ и δ субъединиц (δ – регуляторная субъединица).

Под действием факторов инициации происходит раскручивание участка одного витка спирали впереди РНК-полимеразы

 

 

3 – от РНК-полимеразы II отделяется δ-субъединица и на ее место присоединяется факторы элонгации.

 

2.Элонгация

РНК-полимераза II продвигается по цепи ДНК, достраивая комплементарную ей цепь РНК, которая спаривается с ней на протяжении 8-10 нуклеотидов.

 

3а – после синтеза примерно 30 нуклеотидов РНК происходит кэпирование 5’-конца – присоединение к 5’-концу пре-мРНК метилированного ГТФ (связь 5’– 5’).

4 – когда РНК-полимераза достигает сайта терминации, факторы терминации отщепляют ее от матрицы.

Синтезированная пре-мРнК подвергается процессингу (нет у пре-тРНК и пре-рРНК).

Функции кэпа:

· Инициирование биосинтеза белков

· Полиаденилирование - после синтеза пре-мРНК на 3’-конце образуется множество последовательностей –А-А-А- (поли-А).

 

Функции поли-А:

· Облегчает выход РНК в цитоплазму

· Защищает РНК в цитоплазме от гидролиза ферментами.

 

После этого – сплайсинг – вырезание некодирующих участков – интронов, сшивание экзонов. Это осуществляют ферменты мя-РНП (малые ядерные нуклеопроетины), в составе которых есть мя-РНК.

На ингибировании репликации и транскрипции основаны противоопухолевые препараты (токсин бледной поганки α-амоннитин ингибирует РНК-полимеразы).

 

КЭП

 

NB!: В процессе репликации спонтанно или под действием каких-либо факторов (УФ, яды, канцерогены) могут возникать ошибки в синтезированных дочерних цепях (например, при УФ в дочерней цепи ппроисходит дезаминирование цитозина с образование урацила). Если их не исправлять, то будут образовываться мутации.

Следовательно, существуют ферменты репарации, которые исправляют ошибки.

Это ферментный комплекс, который включает в себя:

· Фермент, который находит ошибку

· Фермент, который вырезает ошибку

· Фермент, который исправляет ошибку

· Фермент, сшивающий участки (лигазы).

 

ТРАНСЛЯЦИЯ

Общая характеристика:

1. Матрица – мРНК.

2. Субстрат (из чего синтезируется продукт) – активированные аминокислоты.

3. Продукт –белок или ппц.

4. Источник энергии - АТФ, ГТФ, энергия макроэргических связей.

5. Ферменты, синтезирующие пептидную связь – пептидилтрансфераза (28S рРНК большой субъединицы рибосомы).

6. Локализация в клетке – цитоплазма.

7. Особенность: трансляция –единственный матричнй синтез, в котором матрица и продукт состоят из разных компонентов (матрица - нуклеотиды, продукт – аминокислоты).

Следовательно, должна существовать адаптерная молекула, которой является тРНК.

Этапы:

1) Инициация

2) Элонгация – синтез ппц

3) Терминация -конец синтеза

 

Механизм – в результате трансляции генетическая информация на матричной РНК переводится = транслируется в последовательность аминокислот в белке.

 

Прежде чем аминокислоты будут включены в синтез, они должны быть активированы.

 

Активация аминокислот

Активация аминокислоты – присоединение аминокислоты к 3’-ОН концу тРНК макроэргической связью.

Процесс идет с затратой АТФ (2 макроэргических связи).

Для каждой аминокислоты - своя тРНК (согласно таблице кодов).

Присоединение катализируется специфичным ферментом – аминоацил-тРНК-синтетаза.

 

Например, активация глицина:

тРНК связывается со специфичным ферментом - гицилтранфераза- дигидроуридиловой петлей.

Фермент, используя АТФ, переносит аминокислоту на тРНК (α-карбоксильная группа аминокислоты соединяется с 3’-ОН группой тРНК макроэргической связью).

Образуется активированная аминокислота – глицил-тРНК (в общем случае – аминоацил-тРНК).

 

 

Упрощение тРНК

NH2 – Гли – СО ~ О

Т.к. тРНК антикодоновой петлей будет взаимодействовать с кодоном на мРНК, то тРНК упрощается:

 

1.Инициация

Сборка белоксинтезирующего аппарата.

В цитоплазме в свободном виде находятся:

1)

 

2)

 

3)

4) активированный метионин – метианил-тРНК - тРНК^мет

Метионил-тРНК – инициирующая аминоацил-тРНК, т.к. с нее всегда начинается синтез белков у эукариот.

 

 

5) факторы инициации - Fi

6) ГТФ, АТФ

 

А) К малой субъединице рибосомы присоединяется инициирующая аминоацил-тРНК (метионил-тРНК), факторы инициации и ГТФ.

Б) Этот комплекс при использовании фактора инициации-«кэп-узнающего» - находит 5’-конец мРНК (где находится кэп) и присоединяется к нему.

В) Комплекс передвигается по мРНК от 5’ к 3’ (затрачивается 1 АТФ), пока не достигнет стартового кодона

Важно: кодирует метионин, с него всегда начинается биосинтез – АУГ на мРНК.

Г) При достижении комплексом АУГ от него отщепляются факторы инициации, гидролизируется ГТФ, присоединяется большая субъединица.

В рибосоме формируется Р-участок (для инициирующей аминоацил-тРНК) и А-участок.

 

2.Элонгация– синтез ппц (циклический)

1) Присоединение следующей аминоацил-тРНК в А-участок

2) Образование пептидной связи

3) Транслокация (перемещение) рибосомы

 

1 – в свободный А-участок присоединяется следующая аминоацил-тРНК согласно кодону мРНК. Затрачивается 1 ГТФ, принимают участие факторы элонгации.

2 – происходит разрыв макроэргических связей между аминокислотой и тРНК в Р-участке;

при участии фермента пептидилтрансфераза (28S рРНК большой субъединицы рибосомы) остаток аминокислоты из Р-участка соединяется пептидной СО-концом с аминогруппой аминокислоты из А-участка.

3 – под действие фактора элонгации-2 и ГТФ рибосома перемещается на один кодон в направлении 5’→3’.

При этом:

· Свободная тРНК из Р-участка остается за рибосомой

· В Р-участке оказывается тРНК с растущим пептидом, а А-участок свободный.

И все сначала.

Это продолжается, пока рибосома не встретит один из терминирующих или стоп-кодонов (УАА, УАГ, УГА) терминация не наступит.

К терминирующему кодону присоединяется фактор терминации, разрываются макроэргические связи между тРНК и синтезированной ппц. Фермент пептидилтрансфераза присоединяет к свободному СО-концу воду.

Так ппц освобождается из рибосомы, которая распадается.

 

ТЕМА 5

СИНТЕЗ АТФ.

АТФ – производное нуклеотида, у которого в 5’-положении находятся 3 остатка фосфорной кислоты, две концевые связаны макроэргическими связями. При их расщеплении выделяется энергия.

Функции:

· Донор энергии для биосинтеза веществ

· Мышечное сокращение

· Транспорт веществ через мембрану

· Работа ионных насосов

· Поддержание температуры тела

 

Обмен энергии связан с обменом веществ.

Обмен веществ включает стадии:

1) Поступление пищевых веществ (белков, жиров, углеводов) в организм и их расщепление в ЖКТ

2) Метаболизм

3) Выделение конечных продуктов обмена из организма

 

Метаболизм:

· Катаболизм – расщепление сложных пищевых веществ до конечных продуктов – СО₂, Н₂О, мочевина

Конечные продукты – вещества, которые не подвергаются превращению в организме и выводятся из него.

В результате катаболизма энергия, заключенная в пищевых веществах, трансформируется в энергию АТФ.

Катаболизм сопровождается синтезом АТФ.

· Анаболизм – синтез сложных веществ из простых с затратой АТФ, полученной при катаболизме

Следовательно, энергетический обмен тесно связан с метаболизмом и представляет собой цикл.

 

 

 

За сутки вырабатывается около 60 кг АТФ, но они не накапливаются, а сразу используются по мере необходимости.

Время жизни одной молекулы АТФ – 1 минута, т.е. в организме постоянно происходит синтез АТФ.

 

Синтез АТФ можно представить как фосфорилирование АДФ.

АДФ + Ф_н → АТФ

Пути синтеза АТФ:

1) Субстратное фосфорилирование

Может протекать в цитоплазме (гликолиз) или митохондриях (ЦТК).

Протекает на уровне субстрата (без участия цепи переноса электронов) за счет энергии, которая выделяется при разрыве макроэргических связей в субстрате.

2) Окислительное фосфорилирование

Протекает только в митохондриях.

Протекает с окислением субстратов, с участием цепи переноса электронов за счет энергии протонного градиента.

Окисление субстрата – отщепление от него электронов и протонов, т.е. атомов водорода.

Ферменты – дегидрогеназы (I класс). Участие коферментов НАД⁺ и ФАД.

Окисление субстрата и синтез АТФ протекают с участием кислорода (его требуется до 500 л в сутки).

Тканевое дыхание – окисление веществ с участием кислорода до конечных продуктов (СО₂ и Н₂О). Всегда сопровождается синтезом АТФ путем ОФ.

 

Пищевые вещества (Б,Ж,У) подвергаются расщеплению в организме в 3 стадии:

I и II стадии – специфические, III – общий путь катаболизма (ОПК), т.к. он одинаков для Б,Ж,У.

 

 

 

ПВК

 

 

 

 

I стадия – специфическая – идет в ЖКТ.

Пищевые вещества расщепляются до мономеров (У,Б) или до составляющих частей (Ж).

Белки → аминокислоты

Углеводы → глюкоза (в основном)

Жиры → глицерол и жирные кислоты

II стадия – специфическая – протекает внутриклеточно (или в цитоплазме, или в митохондриях)

Заканчивается образованием двух продуктов: ПВК и ацетил-КоА

III стадия – ОПК в митохондриях

Включает 2 процесса:

1) Окислительное декарбоксилирование ПВК (ОДПВК) – ферментативное превращение ПВК в ацетил-КоА

2) ЦТК – общий конечный путь катаболизма Б, Ж, У

 

ОПК тесно связан с цепью переноса электронов (ЦПЭ).

В результате функционирования ЦПЭ сопряжено синтезируется АТФ путем ОФ.

Таким образом, все пищевые вещества расщепляются до СО₂ и Н₂О с выделение АТФ.

 

ЦТК

ЦТК = цикл лимонной кислоты = цитратный цикл = цикл Кребса – открыт в 1937 г.

ЦТК – общий конечный путь катаболизма Б, Ж, У.

Функции ЦТК:

· общий конечный путь катаболизма Б, Ж, У

· основной, но не единственный поставщик атомов Н в ЦПЭ

· анаболическая функция (синтетическая) – из промежуточных продуктов образуются аминокислоты, глюкоза, гем.

Протекает в матриксе митохондрий.

Все ферменты функционируют в матриксе, кроме сукцинатдегидрогеназы (связан с внутренней мембраной митохондрии).

Существует 3 регуляторных реакции, т.е. регуляторных фермента:

· цитратсинтаза

· изоцитратдегидрогеназа (самая медленная реакция, определяет скорость)

· α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс (похож на ПДК)

В цикле 8 реакций, 4 из них – реакции окисления (ферменты – дегидрогеназы, использующие НАД⁺ и ФАД).

В цикл вступает двухуглеродная молекула ацетил-КоА, соединяющаяся с четырехуглеродным оксалоацетатом (ЩУК). Образуется шестиуглеродный цитрат.

Далее – 4 реакции оксиления и 2 реакции декарбоксилирования.

И оксалоацетат регенерирует.

 

Таким образом, в результате 4 реакций окисления в ЦТК и одной в ОДПВК отщепляются атомы Н (8 в ЦТК и 2 в ОДПВК). Эти Н поступают в ЦПЭ, где утилизируются с образованием конечного продукта – воды (метаболическая вода 400-500 мл).

 

ТЕМА 6

Синтез и распад гликогена

Гликоген запасается в печени (6% от массы печени) -120 г, и мышцах (1% от массы мышц).

В печени распад и синтез гликогена направлены на поддержание н