билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
 Скачать 488.86 Kb.
|
|
2. БИОСИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ, ХИМИЗМ, ЭНЕРГЕТИКА, РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ЖИРНЫХ КИСЛОТ. Основные источники водорода для синтеза жирных кислот В каждом цикле биосинтеза пальмитиновой кислоты проходят 2 реакции восстановления, донором водорода в которых служит кофермент NADPH. Восстановление NADP+ происходит в реакциях: • дегидрирования в окислительных стадиях пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы; • дегидрирования малата малик-ферментом; • дегидрирования изоцитрата цитозольной NADP-зависимой дегидрогеназой. Синтез жирных кислот протекает в цитоплазме клетки. В митохондриях в основном происходит удлинение существующих цепей жирных кислот. Установлено, что в цитоплазме печеночных клеток синтезируется пальмитиновая кислота (16 углеродных атомов), а в митохондриях этих клеток из уже синтезированной в цитоплазме клетки пальмитиновой кислоты или из жирных кислот экзогенного происхождения, т.е. поступающих из кишечника, образуются жирные кислоты, содержащие 18, 20 и 22 углеродных атома. - в жировой ткани – из жирных кислот и только из глюкозы (т.к. при её распаде образуется диоксиацетон-фосфат, который затем восстанавливается до глицерол-3-фосфата); - в печени – из жирных кислот и из глюкозы, из глицерина (он приходит в печень благодаря остаточной утилизации хиломикронов; в дальнейшем ему необходимо активироваться при помощи глицеролкиназой). Синтез пальмитиновой кислоты Подготовительные стадии: I. Образование малонил-КоА – подготовительная стадия для синтеза жирных кислот. II. Перенос малонильного и ацетильного остатков на ацилпереносящий белок (АПБ), у которого есть две SН группы для их связывания. Собственно синтез (итог – образование четырехуглеродного фрагмента насыщенной жирной кислоты): I. Конденсация – перенос ацильного остатка на малонильный, карбоксильная группа малонила отщепляется в виде углекислого газа. II. Гидрирование – восстановление радикала ацетоацетила. III. Дегидрирование радикала ацетоацетила. IV. Второе гидрирование – восстановление радикала ацетоацетила. После восстановления и образования остатка бутановой (масляной) кислоты, присоединенного к АПБ, цикл повторяется: к свободной SHгруппе снова присоединяется малонильный остаток, и снова происходит конденсация, восстановление, дегидратация, восстановление и т.д. На каждом цикле длина углеводородной цепочки удлиняется на два атома углерода. Так продолжается, пока длина не достигнет 16 атомов углерода. Тогда фермент деацилаза гидролитическим путем отделяет пальмитиновую кислоту от ферментного комплекса. БИОСИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ С ДЛИННОЙ ЦЕПЬЮ углеродных атомов происходит путем синтеза пальмитиновой кислоты и дальнейшего удлинения её цепи. Биосинтез жирных кислот протекает с участием НАДФН, АТФ, Мn2+ и НСО3 – (в качестве источника СО2); субстратом является ацетил-КоА, конечным продуктом – пальмитиновая кислота. Происходит образование малонил КоА, а затем начинается "нанизывание" атомов углерода на цепь, пока не получится пальмитиновая, либо другая жирная кислота. РЕГУЛЯЦИЯ биосинтеза и окисления жирных кислот Глюкагон и адреналин: • увеличивают скорость β-окисления, • снижают скорость синтеза жирных кислот Инсулин: • снижает скорость β-окисления, • увеличивает скорость синтеза жирных кислот 3.ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ НА РИБОСОМЕ ПРИ СБОРКЕ ПОЛИПЕПТИДНОЙ ЦЕПИ. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПОЛИРИБОСОМ. ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕССИНГ БЕЛКОВ. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ СОБЫТИЙ НА РИБОСОМЕ 1. Инициация – после того, как молекула зрелой мРНК выходит в цитоплазму, она связывается с малой субъединицей рибосомы. После этого к молекуле мРНК (к кодону инициации, кодирующему метионин) подходит и присоединяется тРНК, транспортирующая метионин (метионин-тРНК). После этого к образовавшемуся комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы таким образом, что в её Пучастке будет находится метионин-тРНК, а А-участок будет пустой, и напротив него находится следующий кодон. 2. Элонгация – допустим, следующий кодон кодирует валин, тогда валин-тРНК приносит в А-участок валин (необходима одна молекула ГТФ). После этого фермент пептидилтрансфераза обеспечивает перенос молекулы метионина на валин (необходима ещё одна молекула ГТФ – уже вторая). тРНК из П-участка возвращается в цитоплазму. В А-участке будет уже метионин-валин-тРНК (дипептид, связанный с молекулой тРНК). После этого происходит транслокация – рибосома «проезжает» по молекуле мРНК ровно на один триплет при помощи фермента транслоказа. В результате этого метионин-валин-тРНК оказывается в П-участке, а А-участок становится свободным. Туда входит новая молекула тРНК, переносящая аминокислоту. Допустим, это будет аланин-тРНК: она входит в А-участок большой судъединицы рибосомы, при помощи пептидилтрансферазы происходит перенос дипептида на аланинтРНК, в результате получается молекула метионин-валин-аланин-тРНК. Рибосома опять сдвигается на один кодон и так продолжается до тех пор, пока она не дойдёт до кодона терминации (УАА, УАГ, УГА). 3. Терминация – когда рибосома доходит до кодона терминации (УАГ, УГА, УАА), то происходит: диссоциация субъединиц рибосом; молекула полипептида отщепляется путём гидролиза от тРНК, оба они уходят в цитоплазму; синтез белка прекращается. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ПОЛИРИБОСОМ Полирибосома — несколько рибосом, одновременно транслирующих одну молекулу иРНК. Поскольку длина средней молекулы мРНК значительно превышает количество нуклеотидов, занимаемых на РНК рибосомой, одну молекулу РНК, в зависимости от скорости инициации одновременно транслируют несколько рибосом. Образование и количество рибосом в полирибосоме зависит от скорости инициации, элонгации и терминации на данной конкретной РНК. Чем длиннее пептидная цепь кодируе-мого белка, тем длиннее молекула РНК и тем больше рибосом в полирибосоме. ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕССИНГ БЕЛКОВ • Модификация N-конца полипептидной цепи • Фолдинг (формирование пространственной структуры) • Химическая модификация (гидроксилирование, гликозилирование и др.) • Присоединение простетических групп (у гетеропротеинов) • Объединение протомеров при образовании олигомерных белков • Присоединение сигнальных пептидов для выхода белка из клетки 4. ВАЖНЕЙШИЕ БЕЛКИ МИОФИБРИЛЛ: МИОЗИН, АКТИН, АКТОМИОЗИН, ТРОПОМИОЗИН, ТРОПОНИН, АКТИНИН. МИОЗИН– составляет 50–55% сухой массы миофибрилл и состоит из: фибриллярной части, состоящей из двух переплетенных спиралей и содержащей тяжелые цепи; глобулярной части, представленной глобулярными головками, располагающимися на спиралях фибриллярной части. В головках располагаются легкие цепи, принимающие участие в проявлении АТФазной активности миозина. В физиологических условиях (оптимальные pH, температура, концентрация солей) молекулы миозина спонтанно взаимодействуют между собой своими стержневыми участками («конец в конец», «бок в бок») с помощью слабых типов связей. Взаимодействуют только стержни, головки остаются свободными. Головка миозина обладает Са2+-зависимой АТФазной активностью и связывается с F-актином. АКТИН– составляет 20% сухой массы миофибрилл и встречается в виде двух форм: - глобулярный актин (G-актин) – состоит из одной полипептидной цепочки (глобула) и при повышении ионной силы до физиологического уровня полимеризуется в F-актин; фибриллярный актин (F-актин) – на электронных микрофотографиях его волокна выглядят две нити бус, закрученных одна вокруг другой. АКТОМИОЗИН– образуется при соединении миозина с F-актином. Обладает АТФазной активностью. ТРОПОМИОЗИН– состоит из двух α-спиралей и имеет вид стержня длиной 40 нм. ТРОПОНИН– глобулярный белок, состоящий из трех субъединиц: Тн-Т – связывается с тропомиозином; Тн-I – ингибирует взаимодействие между F-актином и миозином и связывается с другими компонентами тропонина; Тн-С – кальций-связывающий белок (сходен по строению с кальмодулином). АКТИНИН (α- и β-) – регуляторные белки, связывающиеся с актином Билет 4 (22,60,48,182) 1. КОФАКТОРЫ ФЕРМЕНТОВ: ИОНЫ МЕТАЛЛОВ И КОФЕРМЕНТЫ. КЛАССИФИКАЦИЯ КОФЕРМЕНТОВ. КОФЕРМЕНТНЫЕ ФУНКЦИИ ВИТАМИНОВ (НА ПРИМЕРЕ ВИТАМИНОВ В6, РР, В2). КОФАКТОРЫ ФЕРМЕНТОВ: ИОНЫ МЕ Большинство ферментов для проявления ферментативной активности нуждается в низкомолекулярных органических соединениях небелковой природы (коферментах) и/или в ионах металлов (кофакторах). Кофакторы выполняют функцию стабилизаторов молекулы субстрата, активного центра фермента и конформации белковой молекулы фермента, а именно третичной и четвертичной структур. В некоторых случаях ионы металла служат "мостиком" между ферментом и субстратом. Они выполняют функцию стабилизаторов активного центра, облегчая присоединение к нему субстрата и протекание химической реакции. В ряде случаев ион металла может способствовать присоединению кофермента. Перечисленные выше функции выполняют такие металлы, как Mg2+, Mn2+, Zn2+, Co2+, Мо2+. В отсутствие металла эти ферменты активностью не обладают. Такие ферменты получили название "металлоэнзимы". Кофактор – небелковая часть ферментов, которая может быть: - простетической группой, в том случае, когда она прочно связана с белковой частью (ионы металлов, гем и т.д.), и ее невозможно отделить от апофермента, не разрушив при этом фермент; - коферментом, если связи с апоферментом непрочные, соединение белковой и небелковой частей происходит только на время биокатализа, и затем образованный комплекс легко разрушается. E-Me-S КОФЕРМЕНТ, локализуясь в каталитическом участке активного центра, принимает непосредственное участие в химической реакции, выступая в качестве акцептора и донора химических группировок, атомов, электронов. Кофермент может быть связан с белковой частью молекулы ковалентными и нековалентными связями. В первом случае он называется простетической группой (например, FAD, FMN, биотин, липоевая кислота). Вместе с тем известны примеры, когда кофермент присоединяется к ферменту нековалентными связями настолько прочно, что не диссоциирует от белковой молекулы, например тиаминдифосфат. Во втором случае кофермент взаимодействует с ферментом только на время химической реакции и может рассматриваться в качестве второго субстрата. Примеры - NAD+, NADP+. Апофермент обеспечивает специфичность действия и отвечает за выбор типа химического превращения субстрата. Один и тот же кофермент, взаимодействуя с различными апоферментами, может участвовать в разных химических превращениях субстрата. Например, пиридоксальфосфат в зависимости от того, с каким апоферментом взаимодействует, участвует в реакциях трансаминирования или декарбоксилирования аминокислот. Химическая природа коферментов, их функции в ферментативных реакциях чрезвычайно разнообразны. Традиционно к коферментам относят производные витаминов, хотя помимо них есть значительный класс небелковых соединений, принимающих участие в проявлении каталитической функции ферментов. К коферментам относят следующие соединения: производные витаминов; гемы, входящие в состав цитохромов, каталазы, пероксидазы, гуанилатциклазы, NO-синтазы и являющиеся простетической группой ферментов; нуклеотиды - доноры и акцепторы остатка фосфорной кислоты; убихинон, или кофермент Q, участвующий в переносе электронов и протонов в ЦПЭ; фосфоаденозилфосфосульфат, участвующий в переносе сульфата; S-аденозилметионин (SAM) - донор метильной группы; глутатион, участвующий в окислительно-восстановительных реакциях. КОФЕРМЕНТНЫЕ ФУНКЦИИ ВИТАМИНОВ Витамин В5 (РР) входит в состав кофермента НАД+ и НАДФ+, который принимает участие в ферментативных реакциях по последовательному механизму. НАД- и НАДФ-зависимые дегидрогеназы обеспечивают отщепление двух атомов водорода (2Н++ 2е−) от окисляемого субстрата в окислительно-восстановительных реакциях энергетического обмена. Витамин В6 – пиридоксальфосфат (ПФ) и пиридоксаминфосфат - кофермент аминотрансфераз, переносящих аминогруппы между аминокислотами и α- кетокислотами; - кофермент декарбоксилаз, участвующих в отщепление карбоксильных групп аминокислот. Витамин В2 – принимает участие в формировании кофактора ФАД и ФМН. Флавинадениндинуклеотид — кофактор, принимающий участие во многих окислительно-восстановительных биохимических процессах. FAD существует в двух формах — окисленной и восстановленной, его биохимическая функция, как правило, заключается в переходе между этими формами. FAD может быть восстановлен до FADH2, при этом он принимает два атома водорода. Молекула FADH2 является переносчиком энергии и восстановленный кофермент может быть использован как субстрат в реакции окислительного фосфорилирования вмитохондрии. Коферменты ФМН и ФАД входят в состав оксидоредуктаз: - дегидрогеназы обеспечивают отщепление двух атомов водорода (2Н+ + 2е-) от окисляемого субстрата в окислительно-восстановительных реакциях энергетического обмена; - окисидазы катализируют окисление субстратов с участием молекулярного кислорода. 2. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА МОНОСАХАРИДОВ: ГАЛАКТОЗЕМИЯ, НЕПЕРЕНОСИМОСТЬ ФРУКТОЗЫ, ПРИЧИНЫ, БИОХИМИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ И ПРОЯВЛЕНИЯ. ГАЛАКТОЗЕМИЯ – рецессивно наследуемое заболевание, при котором общее содержание моносахаридов в крови повышается за счет уровня галактозы, достигая 11,1–16,6 ммоль/л. Концентрация глюкозы в крови существенно не изменяется. Кроме галактозы, в крови накапливается также галактозо-1-фосфат. Галактоземия приводит к умственной отсталости и катаракте хрусталика. Возникновение данной болезни у новорожденных связано с недостатком фермента гексозо-1- фосфатуридилилтрансферазы. С возрастом наблюдается ослабление этого специфического нарушения обмена углеводов. ВРОЖДЕННАЯ НЕПЕРЕНОСИМОСТЬ ФРУКТОЗЫ – наследственное заболевание, вызываемое дефектом фермента фруктозо-1-фосфат-альдолазы. При этом накапливается фруктозо-1-монофосфорный эфир. Он обладает токсическим действием на клетки печени и почек, ингибирует ферменты гликогенолиза, развивается гипогликемия, поражение печени, желтуха, протеинурия. 3. МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ЦИТРАТНОГО ЦИКЛА. АНАБОЛИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ ЦИКЛА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ. РЕАКЦИИ, ПОПОЛНЯЮЩИЕ ЦИТРАТНЫЙ ЦИКЛ. АВТОНОМНАЯ САМОРЕГУЛЯЦИЯ ЦТК В ЦТК два ключевых фермента: 1) цитратсинтаза (1-я реакция) 2) изоцитратдегидрогеназа (3-я реакция) Оба фермента аллостерически ингибируются избытком АТФ и НАДН2. Изоцитратдегидрогеназа сильно активируется АДФ. Если АДФ нет, то этот фермент неактивен. В условиях энергетического покоя концентрация АТФ увеличивается, и скорость реакций ЦТК мала - синтез АТФ уменьшается. Изоцитратдегидрогеназа ингибируется АТФ намного сильнее, чем цитратсинтаза, поэтому в условиях энергетического покоя повышается концентрация цитрата, и он выходит в цитоплазму по градиенту концентраций путем облегченной диффузии. В цитоплазме цитрат превращается в Ацетил-КоА, который участвует в синтезе жирных кислот. Регуляция ЦТК: Аллостерицеская регуляция: - цитратсинтетаза (первая реакция); - изоцитратдегидрогеназа (третья реакция). Эти ферменты имеют аллостерический центр. С помощью активаторов и ингибиторов происходит изменения их активности. - активаторы: НАД+, АМФ, АДФ; - ингибиторы: НАДН+Н+, АТФ. Состояние депо энергии: - АДФ + НР – Активатор; - АТФ – ингибитор. Состояние коферментов: - Окисленные коферменты (НАД+ и ФАД) – активатор; - Восстановленные коферменты (НАДН+Н+, ФАДН2) – ингибитор. Проницаемость мембран митохондрий. РЕАКЦИИ, ПОПОЛНЯЮЩИЕ ЦИТРАТНЫЙ ЦИКЛ. Реакция трансаминирования – аспартата в оксалоацетат (аминокислота в кетокислоту). Реакция карбоксилирования – пируват в оксалоацетат (кофермент – биотин). Реакция карбоксилирования – фосфоенолпируват в оксалоацетат 4. БИОХИМИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И ПРОВЕДЕНИЯ НЕРВНОГО ИМПУЛЬСА. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ МЕХАНИЗМЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ. НЕРВНЫЙ ИМПУЛЬС Мембрана обладает избирательной проницаемостью: большей для ионов К+ и значительно меньшей для ионов Nа+. Кроме того, в нервных клетках существует механизм, который поддерживает внутриклеточное содержание натрия на низком уровне вопреки градиенту концентрации.-натриевый насос. В состоянии покоя внутренняя сторона клеточной мембраны заряжена электроотрицательно по отношению к наружной поверхности. Объясняется это тем, что количество ионов Nа+, выкачиваемых из клетки с помощью натриевого насоса, не вполне точно уравновешивается поступлением в клетку ионов К+. В связи с этим часть катионов натрия удерживается внутренним слоем противоионов (анионов) на наружной поверхности клеточной мембраны. Таким образом, возникает трансмембранная разность электрических потенциалов; такие мембраны возбудимы. При возбуждении селективно изменяется проницаемость мембраны нервной клетки (аксона): увеличивается избирательно для ионов Nа+ и остается без изменения К+. В результате ионы Nа+ устремляются внутрь клетки, что приводит к возникновению отрицательного заряда на наружной поверхности клеточной мембраны. Внутренняя поверхность приобретает положительный заряд; происходит перезарядка и возникает потенциал действия (спайк) МЕХАНИЗМЫ СИНАПТИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ Синапс – узкое пространство (щель), ограниченное с одной стороны пресинаптической, а с другой – постсинаптической мембраной. В синаптических нервных окончаниях имеются пузырьки, содержащие нейромедиаторы. В холинергических синапсах – ацетилхолин, в адренергических – норадреналин. При возбуждении высвобождение медиатора происходит «квантами», т.е. путем полного опорожнения каждого отдельного пузырька. Деполяризация мембраны синаптических окончаний вызывает быстрый ток ионов Са2+ в клетку, что стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков с плазматической мембраной и таким образом запускает процесс высвобождения их содержимого. Выделенный в синаптическую щель ацетилхолин вступает во взаимодействие с белком- хеморецептором, входящим в состав постсинаптической мембраны. В результате изменяется проницаемость мембраны – резко увеличивается ее пропускная способность для ионов Nа+. Взаимодействие между рецептором и медиатором запускает ряд реакций, заставляющих постсинаптическую нервную клетку или эффекторную клетку После выделения медиатора должна наступить фаза его быстрой инактивации, или удаления, чтобы подготовить синапс к восприятию нового импульса. В холинергических синапсах это происходит двумя путями: A. ферментативный гидролиз ацетилхолина (под влиянием ацетилхолинэстеразы), в результате чего образуется уксусная кислота и холин; B. энергозависимый активный транспорт ацетилхолина в нейрон, где он накапливается для последующего повторного использования |