билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
 Скачать 488.86 Kb.
|
|
3. РОЛЬ ТРАНСПОРТНЫХ РНК В БИОСИНТЕЗЕ БЕЛКОВ. БИОСИНТЕЗ АМИНОАЦИЛ-Т-РНК. СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ АМИНОАЦИЛ-Т-РНК-СИНТЕТАЗ. РОЛЬ ТРАНСПОРТНЫХ РНК В БИОСИНТЕЗЕ БЕЛКОВ. Второй тип РНК называют транспортной (адапторной сокращенно— т-РНК). Она выполняет функцию переносчика активированных аминокислот к месту синтеза белка. Каждая молекула такой РНК является адаптером только какой-нибудь одной аминокислоты, т. е. находит место аминокислоты на и-РНК- Поэтому в клетке имеется не менее 20 разновидностей РНК, специализированных для 20 аминокислот. После присоединения к соответствующей тРНК аминокислота уже не участвует в определении специфичности аминоацил-тРНК, ибо сама по себе аминоацильная группа не узнается ни рибосомой, ни мРНК. Специфичность аминоацил-тРНК обеспечивается исключительно структурой тРНК. Это было окончательно доказано четкими опытами, в которых с помощью ферментов была получена цистеинил-тPHKCys, которую затем выделили и химическим путем превратили в аланил-тPHKCys. После этого такую гибридную аминоацил-тРНК, которая несет аланин, но содержит антикодон для цистеина, инкубировали в бесклеточной белоксинтезирующей системе. При анализе новосинтезированного полипептида было обнаружено, что в положениях, которые должен занимать цистеин, присутствует аланин СУБСТРАТНАЯ СПЕЦИФИЧНОСТЬ АМИНОАЦИЛ-Т-РНК-СИНТЕТАЗ У АРСаз абсолютная субстратная специфичность. Всего их 20 штук (как и аминокислот, и аминоацил-тРНК). Каждая АРСаза может присоединить только определённую L-аминокислоту (например, глицин) к молекуле тРНК. Для тех аминокислот, для которых открыты две и более тРНК, соответствующая аминоацил-тРНКсинтетаза катализирует аминоацилирование всех этих тРНК. В белковом синтезе «узнавание» аминоацилтРНК основано не на природе аминокислоты, а на химической природе антикодона тРНК. Считается, что в молекуле каждой аминоацил-тРНК-синтетазы имеется по крайней мере 3 центра связывания: для аминокислоты, тРНК и АТФ. Изоакцепторные тРНК. - Группа тРНК, связывающих одну и ту же аминокислоту, но имеющих разные антикодоны; разные Изоакцепторные тРНК узнаются одной и той же аминоацил-тРНК-синтетазой; Изоакцепторные тРНК отсутствуют у метионина и триптофана, а наибольшее их число (по 6) распознают кодоны аденина, лейцина и серина;Изоакцепторные тРНК могут иметь одинаковые антикодоны, но различную первичную структуру 4. ТОКСИЧНОСТЬ КИСЛОРОДА, АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА (СУПЕРОКСИД АНИОН, ПЕРЕКИСЬ ВОДОРОДА, ГИДРОКСИЛЬНЫЙ РАДИКАЛ). ТОКСИЧНОСТЬ КИСЛОРОДА Основная часть кислорода восстанавливается с использованием 4 электронов и 4 протонов: О2 + 4 е̶+ 4 Н+ =2 Н2О При восстановлении кислорода любым другим количеством электронов образуются так называемые активные (или токсические) формы кислорода – группа стабильных промежуточных продуктов восстановления кислорода, обладающая высокой химической активностью. АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА АФК выполняют важнейшие функции в поддержании гомеостаза организма, участвуют в биосинтезе йодтиронинов, катехоламинов, простагландинов, окислительном разрушении ксенобиотиков, в реализации бактерицидного действия фагоцитов. Однако избыток АФК может вызвать тяжѐлые последствия для клетки. Активные формы кислорода вызывают перекисное окисление липидов биологических мембран (ПОЛ). ПОЛ увеличивает полярность жирных кислот, они вытесняются на поверхность мембраны. Это меняет проницаемость биологических мембран, способствует их обновлению. При усилении процессов ПОЛ нарушается структура и функция белков, нуклеиновых кислот, клетка гибнет. Являясь активными окислителями, АФК представляют серьезную опасность для клетки. Билет 13 (3, 97, 123, 132) 1. УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КЛЕТКИ. БИОХИМИЯ КАК МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ИЗУЧЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ЖИЗНИ. БИОХИМИЯ И МЕДИЦИНА. УРОВНИ СТРУКТУРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ КЛЕТКИ Предшественники, поступающие из внешней среды (Аммиак, СО2, Н2О 18-44 Да) Промежуточные соединения (Кетокислоты, рибоза, карбамоилфосфат, ацетат, малат 50-250 Да) Строительные блоки (Аминокислоты, моносахара, жирные кислоты, мононуклеотиды 100-350 Да) Макромолекулы (Белки, липиды, сложные углеводы, нуклеиновые кислоты 3 6 10 - 10) Надмолекулярные комплексы (Полиферментные системы, рибосомы, сократительные системы 3 9 10 - 10) Клеточные органеллы (Ядро, митохондрии, микросомы, лизосомы) БИОХИМИЯ КАК МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ ИЗУЧЕНИЯ ЯВЛЕНИЙ ЖИЗНИ Молекулярный уровень выступает основой для всей жизнедеятельности любого организма на планете, это уровень функционирования биологических макромолекул - биополимеров: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, липидов, стероидов. Именно на молекулярном уровне происходят различные процессы жизнедеятельности живых организмов: обмен веществ, превращение энергии, формирование биопотенциалов клетки. С помощью молекулярного уровня осуществляется передача наследственной информации, образуются отдельные органоиды, происходят ферментативные процессы. Биологическая химия – это наука о молекулярной сущности жизни. Она изучает химическую природу веществ, входящих в состав живых организмов, их превращения, а также связь этих превращений с деятельностью клеток, органов и тканей и организма в целом. Биохимия занимается выяснением химических основ важнейших биологических процессов и общих путей и принципов превращений веществ и энергии, лежащих в основе разнообразных проявлений жизни, поэтому она изучает процессы, происходящие на молекулярном уровне организации живого. БИОХИМИЯ И МЕДИЦИНА Задачи медицинской биохимии: Изучение химического состава и химических процессов, протекающих в больном и здоровом теле; Разработка методов, позволяющих выявлять нарушение биохимических процессов с целью диагностики заболеваний; Разработка основ фармакотерапии и рационального питания здорового и больного человека. Биохимические методы используется в диагностике заболеваний: например, содержание определенных ферментов в сыворотке крови может служить ценным критерием при диагностике перенесенного заболевания. Также биохимия постепенно создает основу для рационального назначения лекарственных препаратов. Исключительную важность представляет выяснение молекулярных механизмов некоторых заболеваний, например, серповидно-клеточной анемии или большого числа врожденных нарушений метаболизма, исследованных к настоящему времени 2. СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ, ХИМИЗМ, ЭНЕРГЕТИКА ПРОЦЕССА. СВЯЗЬ ОРНИТИНОВОГО ЦИКЛА С ЦТК. ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТОМОВ АЗОТА МОЧЕВИНЫ. НАРУШЕНИЯ СИНТЕЗА И ВЫВЕДЕНИЯ МОЧЕВИНЫ. ГИПЕРАММОНЕМИИ. СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ Кребс и Гензеляйт установили, что синтез мочевины представляет собой циклический процесс, в котором ключевым соединением, замыкающим цикл, является орнитин. Кохен и Ратнер выяснили, что начальной реакцией этого цикла является синтез карбамоилфосфата. В печени аммиак связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы. Затем под действием орнитин-карбамоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на орнитин и образуется цитруллин. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает его с аспартатом и образуется аргининоянтарная кислота. Аспартат – источник второго атома азота мочевины. Далее происходит расщепление аргининоянтарной кислоты на аргинин и фумарат (идет в ЦТК). Аргинин гидролизуется под действием аргиназы на орнитин и мочевину. Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.Первые две реакции происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения. Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции: 1. превращение азота аминокислот в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов - аммиака; 2. синтез аргинина и пополнение его в организме. Отмечается, что у детей первых месяцев жизни функция печени развита недостаточно, что проявляется в том, что у ребенка количество аммиака по сравнению с взрослым человеком увеличено в 2-2,5 раза. У новорожденных – 20-30% общего азота падает на азот мочевины. Мочевина – безвредное для организма соединение. Главным местом ее образования в организме является печень, где есть ферменты мочевинообразования. В головном мозге имеются все ферменты синтеза мочевины, кроме карбамоилфосфатазы, поэтому в нем мочевина не образуется. Мочевина – основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выделяется до 90% всего выводимого азота. В норме экскрекция мочевины – 25-30 г/сут. Основной источник аммиака - аминокислоты. Большая часть образовавшегося аммиака обезвреживается в орнитиновом цикле в печени и выделяется в виде мочевины. Основной реакцией обезвреживания аммиака в тканях является синтез глутамина, который затем используется в анаболических процессах и для обезвреживания веществ в печени. ХИМИЗМ 1. Связывание аммиака под действием митохондриальной карбамоилфосфатсинтетазы I с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата (процесс идет в митохондриях). Аммиак – источник первого атома азота мочевины; 2. Карбамоильная группа карбамоилфосфата под действием орнитинкарбамоилтрансферазы переносится на орнитин, в результате чего образуется цитруллин, который выходит из митохондрий в цитоплазму 3. Связывание цитруллина с аспартатом под действием аргининосукцинатсинтетазы с образованием аргининосукцината (аргининоянтарная кислота). Аспартат – источник второго атома азота мочевины; 4. Расщепление аргининосукцината под действием аргининосукцинатлиазы с образованием аргинина (частично заменимая аминокислота) и фумарата, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина; 5. Гидролиз аргинина под действием аргиназы (органоспецифический) с образованием орнитина и мочевины. ЭНЕРГЕТИКА В результате орнитинового цила расходуются четыре макроэргические связи трех молекул АТФ на каждый оборот цикла. Однако, все неплохо компенсируется: - при включении фумарата в ЦТК на стадии дегидрирования малата образуется НАДН, который обеспечивает синтез трех молекул АТФ. - при окислительном дезаминировании глутамата в разных органах также образуется НАДН, и образуется три молекулы АТФ. СВЯЗЬ ОРНИТИНОВОГО ЦИКЛА С ЦТК 1. Оба цикла протекают в одном и том же месте – в митохондриях печени 2. АТФ и СО2, образованные в ЦТК, расходуется в орнитиновом цикле 3. Фумарат из цикла мочевинообразования поступает в ЦТК ПРОИСХОЖДЕНИЕ АТОМОВ АЗОТА МОЧЕВИНЫ Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций, протекающих в печени. Оба атома азота берутся из свободного аммиака и за счет дезаминирования аспартата, карбонильная группа — из гидрокарбоната. НАРУШЕНИЯ СИНТЕЗА И ВЫВЕДЕНИЯ МОЧЕВИНЫ Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови - гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Известны пять наследственных заболеваний, обусловленных дефектом пяти ферментов орнитинового цикла Нарушение орнитинового цикла наблюдается при гепатитах различной этиологии и некоторых других вирусных заболеваниях. Например, установлено, что вирусы гриппа и других острых респираторных вирусных инфекций снижают активность карбамоилфосфатсинтетазы I. При циррозе и других заболеваниях печени также часто наблюдают гипераммониемию. Снижение активности какого-либо фермента синтеза мочевины приводит к накоплению в крови субстрата данного фермента и его предшественников. Уремия (uraemia; греческий uron моча + haima кровь; синонимы мочекровие) — синдром аутоинтоксикации, развивающийся при выраженной почечной недостаточности в результате задержки в организме азотистых метаболитов и других токсических веществ, расстройства водно-солевого, кислотно-щелочного и осмотического гомеостаза, сопровождающийся вторичными обменными и гормональными нарушениями, общей дистрофией тканей и дисфункцией всех органов и систем ГИПЕРАММОНЕМИИ Повышение содержания аммиака в крови до 6000мкмоль/л (норма-60мкмоль/л) оказывает токсическое действие на организм. Причины: 1. генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени; 2. вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и др. Симптомы: тошнота, повторяющаяся рвота, потеря сознания, отек мозга, отставание умственного развития. Все симптомы гипераммониемии – проявление действия аммиака на ЦНС. Для диагностики производят определение содержания аммиака в крови, метаболитов орнитинового цикла в крови и моче, активность ферментов печени. Основной диагностический признак - повышение концентрации аммиака в крови. Содержание аммиака в крови может достигать 6000 мкмоль/л (в норме - 60 мкмоль/л). 1. Гипераммониемия I типа – возникает при дефекте фермента карбамоилфосфатсинтетазы I (в печени), характеризуется очень тяжелым состоянием больного, несовместимо с жизнью (в течение 24-48 часов после рождения кома, смерть). 2. Гиппераммониемия II типа - возникает при дефекте фермента орнитинкарбамоилтрансферазы, характеризуется снижением толерантности к белкам, гипотонией. Еще симптомы: при пальпации обнаруживается увеличение печени, головные боли, тошнота, рвота (особенно после большого количества белковой пищи), судороги, летаргический сон (редко). 3. Цитрулинемия – возникает при дефекте фермента аргининосукцинатсинтетазы, проявляется также как гипераммониемия II типа, только чуть легче. + У новорожденных тяжелая гипераммониемия, у взрослых – только после белковой нагрузки. 4. Аргининосукцинатурия – возникает при дефекте фермента аргининосукцинатлиазы. Характеризуется гипераммониемией, атаксией (нарушение согласованности движений различных мышц при условии отсутствия мышечной слабости), судорогами, выпадением волос. 5. Гипераргиниемия – возникает при дефекте фермента аргиназы. Клиническим проявлением является гипераргиниемия (повышенное содержание аргинина в крови и спинномозговой жидкости, низкое содержание в эритроцитах аргиназы). 3. ПОНЯТИЕ О КЛЕТОЧНОЙ ДИФФЕРЕНЦИРОВКЕ. ИЗМЕНЕНИЕ БЕЛКОВОГО СОСТАВА КЛЕТОК ПРИ ДИФФЕРЕНЦИРОВКЕ (НА ПРИМЕРЕ БЕЛКОВОГО СОСТАВА ПОЛИПЕПТИДНЫХ ЦЕПЕЙ ГЕМОГЛОБИНА). КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА — это процесс, в результате которого клетка становится специализированной, т.е. приобретает химические, морфологические и функциональные особенности. В самом узком смысле это изменения, происходящие в клетке на протяжении одного, нередко терминального, клеточного цикла, когда начинается синтез главных, специфических для данного клеточного типа, функциональных белков. Примером может служить Дифференцировка клеток эпидермиса кожи человека, при которой в клетках, перемещающихся из базального в шиповатый и затем последовательно в другие, более поверхностные слои, происходит накопление кератогиалина, превращающегося в клетках блестящего слоя в элеидин, а затем в роговом слое — в кератин. При этом изменяются форма клеток, строение клеточных мембран и набор органоидов. На самом деле дифференцируется не одна клетка, а группа сходных клеток. Примеров можно привести множество, так как в организме человека насчитывают порядка 220 различных типов клеток. Фибробласты синтезируют коллаген, миобласты — миозин, клетки эпителия пищеварительного тракта — пепсин и трипсин ИЗМЕНЕНИЕ БЕЛКОВОГО СОСТАВА КЛЕТОК Эмбриональная гетерогенность обусловлена изменяющимися потребностями развивающегося организма: Нb P = α2 ε2 Hb F = α2 γ2 Hb A = α2 β2 Hb A2 = α2 δ2 * ε – эпсилон; δ – дельта. 1. С первой недели развития у эмбриона синтезируется эмбриональный гемоглобин Нb Р α2 ε2 (от англ. preventive – превентивный, предварительный), состоящий из двух α- и двух ε-глобиновых цепей. У него очень высокое сродство к кислороду, но малая способность его удерживать и транспортировать. Цепи ε образуются только в первом триместре беременности, т.е. ген ε кроме это времени больше никогда не работает; 2. С 3-4 недели начинает синтезироваться и к четвертому месяцу достигает максимума глобин γ, т.е. в это время на смену эмбриональному приходит фетальный гемоглобин Hb F α2 γ2, сродство к кислороду у него ниже, но способность его удерживать и транспортировать выше, чем у эмбрионального (размер плода больше, но и снабжение кислородом через плаценту лучше); 3. Во втором триместре (начало 4 месяца – 14 неделя) начинают нарабатываться цепи β и образуется взрослый гемоглобин Hb A α2 β2 (от англ. аdult – взрослый), сродство к кислороду у него еще ниже, зато способность к транспорту значительно выше. ! К моменту рождения ребенка в его крови 80% Hb F и 20% Hb А, к 1-1,5 месяцам – 50 и 50%, к 6 месяцам ген γ затухает и в крови ребенка (а потом и взрослого) остается около 1% фетального гемоглобина (минорный компонент). Незадолго до рождения происходит активация гена δ и образуется второй минорный гемоглобин Нb А2 α2δ2. У взрослого человека основным гемоглобином является Нb A, но имеет место гетерогенность, обусловлена наличием минорных гемоглобинов: Hb A = α2 β2 (96-98%) Hb A2 = α2 δ2 (1-2%) Hb F = α2 γ2 (1-2%) |