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 РР_i, который при гидролизе также образует две молекулы Р_i.

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
1 что-то про вит-ы......

2 гормоны поджелудочной железы...функции....строение...

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.

3 гетерогликаны

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.

4 Классы ф-тов

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.

5 аллостерическая активность ф-тов.

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.

6 что-то с биологичес

 

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).