|
|
билеты. Комплементарность взаимодействия молекул белка с лигандом. Обратимость связывания. Основы функционирования белков
2. ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ. СТРУКТУРА БИОГЕННЫХ АМИНОВ (ГИСТАМИН,
СЕРОТОНИН, -АМИНОМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА, КАТЕХОЛАМИНЫ). ФУНКЦИИ БИОГЕННЫХ АМИНОВ.
ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
Декарбоксилирование – процесс отщепления группы СО2 при
участии декарбоксилаз, небелковый компонент которых
пиридоксальфосфат (ПФ), активная форма витамина В6. Реакции
декарбоксилирования необратимы. Их продуктами являются СО2
и биогенные амины, которые выполняют функцию
нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК), гормонов
(адреналин, норадреналин), регуляторных факторов местного
действия (гистамин, карнозин и др.).
СТРУКТУРА БИОГЕННЫХ АМИНОВ
Биогенные амины – соединения, которые могут выступать в качестве гормонов местного действия,
нейромедиаторов. Они не обладают биологической активностью, но входят в состав биологически активных
соединений.
Гистамин – образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани.
Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог), развитии иммунных и аллергических реакций.
Роль:
1. стимулирует секрецию желудочного сока, слюны;
2. повышает проницаемость капилляров, вызывает отеки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное
давление, вызывает головную боль);
3. сокращает гладкую мускулатуру легких, вызывает
удушье;
4. участвует в формировании воспалительной реакции –
вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отечность
ткани;
5. выполняет роль нейромедиатора;
6. является медиатором боли.
Серотонин – нейромедиатор проводящих путей.
Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5-
окситриптофана. Он может превращаться в гормон
мелатонин, регулирующий суточные и сезонные
изменения метаболизма организма и участвующий в
регуляции репродуктивной функции.
Роль:
1. стимулирует сокращение гладкой мускулатуры;
2. оказывает сосудосуживающий эффект;
3. регулирует АД, температуру тела, дыхание;
4. обладает антидепрессантным действием
5. принимает участие в аллергических реакциях.
В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани тирозин является предшественником катехоламинов
(дофамина, норадреналина, адреналина).
При образовании катехоламинов и меланина (в меланоцитах) промежуточным продуктом служит
диоксифенилаланин (ДОФА). Однако гидроксилирование тирозина в клетках различных типов катализируется
различными ферментами:
- Тиразиназа ( Cu-зависимый фермент)
- Тирозингидроксилаза (1)
- ДОФА – декарбоксилаза (2)
- дофамингидроксилаза (3)
- фенилэтаноламин-N-метилтрансфераза (4)
дофамин и норадреналин служат медиаторами в синаптической передаче нервных импульсов, а адреналин –
гормон широкого спектра действия, регулирующий энергетический обмен. Одна из функций катехоламинов –
регуляция деятельности ССС.
γ-аминомаслянная кислота (ГАМК) – образуется путем декарбоксилирования глутаминовой кислоты. Основной
тормозной медиатор высших отделов мозга. Роль:
1.увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+
, что вызывает торможение нервного
импульса;
2. повышает дыхательную активность нервной ткани;
3. улучшает кровоснабжение головного мозга.
ГАМК в виде препаратов гаммалон или аминалон применяют при сосудистых заболеваниях головного мозга
(атеросклероз, гипертония), нарушениях мозгового кровообращения, умственной отсталости, эндогенных
депрессиях, травмах головного мозга, эпилепсии.
Дофамин – нейромедиатор, предшественник
норадреналина и адреналина
ГАМК оказывает тормозное воздействие на центральную
нервную систему (препараты на основе ГАМК применяются для лечения эпилепсии)
ФУНКЦИИ АМИНОВ:
Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании
аминокислот, часто являются биологически
активными веществами. Они выполняют функцию
нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и
др.), гормонов (норадреналин, адреналин),
регуляторных факторов местного действия
(гистамин, карнозин, спермин
3. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ. ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ В ПОПУЛЯЦИИ ЧЕЛОВЕКА
(ВАРИАНТЫ ГЕМОГЛОБИНА, ГЛИКОЗИЛТРАНСФЕРАЗЫ, ГРУППОСПЕЦИФИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ И ДР).
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ГЕТЕРОГЕННОСТЬ — явление, когда один и тот же патологический фенотип может быть
обусловлен различными мутациями в одном и том же гене (аллельная гетерогенность) либо мутациями в
различных генах (локусная гетерогенность).
ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ– изменение первичной структуры белка в пределах одного вида без изменения
функций. В его основе лежит генетическая гетерогенность молекул ДНК
гены миоглобина и протомеров гемоглобинов;
группа протеолитических ферментов: трипсин, химотрипсин, эластаза, тромбин и другие белки и
ферменты.
Другой важный пример полиморфизма белков, связанный с проблемой переливания крови, - существование
в популяции людей 3 аллельных вариантов гена фермента гликозилтрансферазы (А, В и 0). Этот фермент
принимает участие в синтезе олигосахарида, локализованного на наружной поверхности плазматической
мембраны и определяющего антигенные свойства эритроцитов. Варианты фермента А и В имеют разную
субстратную специфичность: вариант А катализирует присоединение к олигосахариду N-ацетилгалактозамина,
а вариант В - галактозы. Вариант О кодирует белок, лишённый ферментативной активности. В результате
структура олигосахаридов, расположенных на поверхности эритроцитов, будет разной. Антитела к антигенам А и В обычно имеются в сыворотке крови людей, на поверхности эритроцитов которых отсутствует
соответствующий антиген, т.е. индивидуумы с антигенами А на поверхности эритроцитов продуцируют в
сыворотку крови антитела к В-антигенам (анти-В), а люди с В-антигенами
антитела к антигенам А (анти-А). В
сыворотке крови анти-А и анти-В обычно присутствуют в высоких титрах и при появлении соответствующих
антигенов способны активировать ферменты системы комплемента. При переливании крови руководствуются
правилом, согласно которому кровь донора и реципиента не должна содержать антигены и антитела,
реагирующие между собой: например, реципиенту, имеющему в сыворотке крови анти-А, нельзя переливать
кровь от донора, содержащего на эритроцитах антигены А. При нарушении этого правила происходит реакция
антиген-антитело. Это вызывает агглютинацию (склеивание) эритроцитов и их разрушение ферментами
комплемента и фагоцитами.
Билет 16 (11, 70, 107, 135)
1.ЛАБИЛЬНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ И ИХ ДЕНАТУРАЦИЯ. ФАКТОРЫ,
ВЫЗЫВАЮЩИЕ ДЕНАТУРАЦИЮ.
ЛАБИЛЬНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ БЕЛКОВ
– способность структуры белковой молекулы претерпевать конформационные изменения под действием
различных физико-химических факторов. За счет разрыва одних и образовании других слабых связей
ДЕНАТУРАЦИЯ
–процесс разрушения структурной организации белковой молекулы до первичной структуры под действием
температуры, действием сильных кислот и щелочей, солей тяжелых металлов, некоторых растворителей
(спирт), радиации и др. Денатурация происходит из-за разрушения слабых связей, удерживающих третичную и вторичную структуры.
При денатурации изменяются свойства белка:
o снижается растворимость белка, т.е. белок выпадает в осадок;
o изменяются оптические свойства раствора;
o увеличивается вязкость раствора.
o Белок теряет биологическую активность.
o Радикалы аминокислот, формирующие активный центр белка, оказываются пространственно удаленными
друг от друга, т. е. разрушается специфический центрсвязывания белка с лигандом.
o Гидрофобные радикалы, обычно находящиеся в гидрофобном ядре глобулярных белков, при денатурации
оказываются на поверхности молекулы, тем самым создаются условия для агрегации белков. Агрегаты
белков выпадают в осадок.
В большинстве случаев денатурация –необратимый процесс.
Первичная структура при этом сохраняется, потому что она сформирована прочными ковалентными
связями. Разрушение первичной структуры может произойти только в результате гидролиза белковой
молекулы длительным кипячением в растворе кислоты или щелочи.
ФАКТОРЫ ДЕНАТУРАЦИИ
Высокая температура (более 50 ºС), увеличивающая тепловое движение атомов в молекуле и
приводящая к разрыву слабых связей.
Интенсивное встряхивания раствора, приводящее к соприкосновению белковых молекул с воздушной
средой на поверхности раздела фаз и изменению конформации этих молекул.
Органические вещества (этиловый спирт, фенол и его производные, мочевина и др.) способны
взаимодействовать с функциональными группами белков, что приводит к их конформационным
изменениям,
Кислоты и щелочи, изменяя pH среды, вызывают перераспределение связей в молекуле белка.
Соли тяжелых металлов (медь, ртуть, серебро, свинец и др.) образуют прочные связи с важными
функциональными группами белков, изменяя их конформацию и активность,
Детергенты (например, различные мыла) – вещества, содержащие гидрофобный углеводородный радикал
и гидрофильную функциональную группу, изменяют конформацию белков.
Ренатурация – процесс, обратный денатурации, при котором белки возвращают свою природную структуру.
В пробирке (in vitro) чаще всего это – необратимый процесс. Если же денатурированный белок поместить в
условия, близкие к нативным, то он может ренатурировать, но очень медленно, и такое явление характерно не для всех белков.
В организме, возможна быстрая ренатурация. Это связано с выработкой в живом организме специфических
белков, которые «узнают» структуру денатурированного белка, присоединяются к нему с помощью слабых
типов связи и создают оптимальные условия для ренатурации. Такие специфические белки известны как
«белки теплового шока» или «белки стресса».
2. БИОСИНТЕЗ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ В КАЧЕСТВЕ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ.
Биологическая роль кетоновых тел– являются альтернативным
глюкозе источником энергии (особенно для мышечной ткани,
особенно при голодании и сахарном диабете)
При голодании, длительной физической работе и в случаях, когда
клетки не получают достаточного количества глюкозы, жирные
кислоты используются многими тканями как основной источник
энергии. В отличие от других тканей мозг и другие отделы нервной
ткани практически не используют жирные кислоты в качестве
источника энергии. В печени часть жирных кислот превращается в
кетоновые тела, которые окисляются мозгом, нервной тканью,
мышцами, обеспечивая достаточное количество энергии для
синтеза АТФ и уменьшая потребление глюкозы. К кетоновым
телам относят β-гидроксибутират, ацетоацетат и ацетон.
Первые две молекулы могут окисляться в тканях, обеспечивая
синтез АТФ. Ацетон образуется только при высоких
концентрациях кетоновых тел в крови и, выделяясь с мочой,
выдыхаемым воздухом и потом, позволяет организму
избавляться от избытка кетоновых тел.
СИНТЕЗ КЕТОНОВЫХ ТЕЛ В ПЕЧЕНИ. При низком соотношении инсулин/глюкагон в крови в жировой ткани
активируется распад жиров. Жирные кислоты поступают в печень в большем количестве, чем в норме, поэтому увеличивается скорость β-окисления. Скорость реакций ЦТК в этих условиях снижена, так как оксалоацетат используется для глюконеогенеза. В результате скорость образования ацетил-КоА превышает способность ЦТК окислять его. Ацетил-КоА накапливается в митохондриях печени и используется для синтеза кетоновых тел. Синтез кетоновых тел происходит только в митохондриях
печени. Синтез кетоновых тел начинается с взаимодействия
двух молекул ацетил-КоА, которые под действием фермента
тиолазы образуют ацетоацетил-КоА. С ацетоацетил-КоА
взаимодействует третья молекула ацетил-КоА, образуя 3-
гидрокси-3-метилглутарил-КоА (ГМГ-КоА). Эту реакцию
катализирует фермент ГМГ-КоА-синтаза. Далее ГМГ-КоА-лиаза
катализирует расщепление ГМГ-КоА на свободный ацетоацетат
и ацетил-КоА. Ацетоацетат может выделяться в кровь или
превращаться в печени в другое кетоновое тело - βгидроксибутират путём восстановления. В клетках печени при активном β-окислении создаётся высокая концентрация NADH.
Это способствует превращению большей части ацетоацетата в
β-гидроксибутират, поэтому основное кетоновое тело в крови -
именно β-гидроксибутират.
При голодании для многих тканей жирные кислоты и кетоновые тела становятся основными топливными
молекулами. Глюкоза используется в первую очередь нервной тканью и эритроцитами.
При высокой концентрации ацетоацетата часть его неферментативно декарбоксилируется, превращаясь в
ацетон. Ацетон не утилизируется тканями, но выделяется с выдыхаемым воздухом и мочой. Таким путём
организм удаляет избыточное количество кетоновых тел, которые не успевают окисляться, но, являясь
водорастворимыми кислотами, вызывают ацидоз.
При длительном голодании кетоновые тела становятся основным источником энергии для скелетных мышц,
сердца и почек. Таким образом глюкоза сохраняется для окисления в мозге и эритроцитах. Через 2-3 дня после начала голодания концентрация кетоновых тел в крови достаточна для того, чтобы они проходили в клетки мозга и окислялись, снижая его потребности в глюкозе. β-Гидроксибутират, попадая в клетки, дегидрируется NAD-зависимой дегидрогеназой и превращается в ацетоацетат. Ацетоацетат активируется, взаимодействуя с сукцинил-КоА–донором КоА:
Ацетоацетат + Сукцинил-КоА → Ацетоацетил- КоА + Сукцинат.
Реакцию катализирует сукцинил-КоА-ацето-ацетат-КоА-трансфераза. Этот
фермент не синтезируется в печени, поэтому печень не использует
кетоновые тела как источники энергии, а производит их "на экспорт".
Кетоновые тела - хорошие топливные молекулы; окисление одной молекулы
β-гидроксибутирата до СО2 и Н2О обеспечивает синтез 27 молекул АТФ.
Эквивалент одной макроэргической связи АТФ (в молекуле сукцинил-КоА)
используется на активацию ацетоацетата, поэтому суммарный выход АТФ
при окислении одной молекулы β-гидроксибутирата - 26 молекул.
3 .ВТОРИЧНАЯ И ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК. ДЕНАТУРАЦИЯ, РЕНАТИВАЦИЯ ДНК. ГИБРИДИЗАЦИЯ,
ВИДОВЫЕ РАЗЛИЧИЯ ПЕРВИЧНОЙ СТРУКТУРЫ ДНК.
ВТОРИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК
Дж. Уотсоном и Ф. Криком была предложена модель пространственной структуры ДНК. Согласно этой модели, молекула ДНК имеет форму спирали, образованную двумя полинуклеотидными цепями, закрученными
относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинуклеотидньхе цепи в
ней антипараллельны т.е. если одна из них ориентирована в направлении 3'→5', то вторая – в направлении
5'→3'. Поэтому на каждом из концов молекулы ДНК расположены 5'-конец одной цепи и 3'-конец другой цепи.
Все основания цепей ДНК расположены внутри двойной спирали, а пентозофосфатный остов - снаружи.
Полинуклеотидные цепи удерживаются относительно друг друга за счёт водородных связей между
комплементарными пуриновыми и пиримидиновыми азотистыми основаниями А и Т (две связи) и между Г и Ц (три связи). Между основаниями двухцепочечной молекулы в стопке возникают гидрофобные
взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль.
ТРЕТИЧНАЯ СТРУКТУРА ДНК
Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. Чтобы расположить ДНК в ядре клетки, должна быть сформирована очень компактная структура. Компактизация и суперспирализация ДНК осуществляются с
помощью разнообразных белков, взаимодействующих с определёнными последовательностями в структуре
ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы: гистоновые и негистоновые
белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином. Гистоны - белки с молекулярной
массой, содержащие много остатков аргинина и лизина. Благодаря положительному заряду гистоны образуют
ионные связи с отрицательно заряженными фосфатными группами, расположенными на внешней стороне
двойной спирали ДНК. Существует 5 типов гистонов. Четыре гистона Н2А, Н2В, НЗ и Н4 образуют
октамерный белковый комплекс (Н2А, Н2В, НЗ, Н4)2, который называют «нуклеосомный кор». Молекула ДНК
«накручивается» на поверхность гистонового октамера. Такой комплекс гистоновых белков с ДНК служит
основной структурной единицей хроматина, ее называют «нуклеосома». ДНК, связывающую
нуклеосомные частицы, называют линкерной ДНК. Молекулы гистона H1 связываются с ДНК в
межнуклеосомных участках (линкерных последовательностях) и защищают эти участки от действия нуклеаз.
Негистоновые белки – отвечают за регуляторную функцию.
ДЕНАТУРАЦИЯ
Вторичная структура нуклеиновых кислот образуется за счёт слабых взаимодействий - водородных и
гидрофобных. Поэтому если водный раствор ДНК нагреть до 100 °С, то связи, удерживающие две цепи
двойной спирали вместе, разрушаются. В результате разрыва водородных и гидрофобных связей цепи ДНК
расходятся и получение двух одинарных цепочек – денатурация.
РЕНАТИВАЦИЯ ДНК
Однако если раствор, содержащий денатурированную ДНК, очень медленно охлаждать, то могут получиться
двухспиральные структуры, идентичные исходным. Такой процесс получил название – ренативация –
соединение двух одинарных цепочек ДНК за счет связавания комплементарных оснований.
ГИБРИДИЗАЦИЯ
На явлении денатурации и ренативации основан метод, называемый молекулярная гибридизация. Процесс
гибридизации может осуществляться между двумя любыми цепями нуклеиновых кислот (ДНК-ДНК, ДНК-РНК)
при условии, что они содержат комплементарные последовательности нуклеотидов. Такие гибридные
структуры можно выделить центрифугированием в градиенте плотности сахарозы или наблюдать в
электронном микроскопе. Если раствор, содержащий образцы ДНК 1 и 2, выделенные из организмов разных
видов, денатурировать, а затем провести ренативацию, то образуются двухспиральные структуры. Но наряду с
исходными ДНК 1 и ДНК 2 образуются гибридные двойные спирали, содержащие цепь ДНК образца 1 и цепь
ДНК образца 2, где присутствуют как спирализо- ванные, так и неспирализованные участки. В
неспирализованных участках фрагменты цепей ДНК не комплементарны, т.е. в ходе гибридизации получаются
несовершенные гибриды.
При проведении гибридизации ДНК-РНК были выделены гибридные молекулы, содержащие одну цепь ДНК и
одну цепь РНК. Если для эксперимента были взяты ДНК и РНК (первичный транскрипт), выделенные из одного
организма, то образовывались совершенные гибриды, потому что молекула РНК комплементарна цепи ДНК.
Гибридизацией ДНК-РНК было впервые установлено, что все виды РНК клетки имеют на молекуле ДНК
комплементарные участки. |
|
|
Скачать 488.86 Kb.