Окисление капроновой кислоты

• так как имеется 6 атомов углерода, то при β-окислении образуется 3 молекул ацетил-SКоА. Последний поступает в ЦТК, при его окислении в одном обороте цикла образуется 3 молекулы НАДН, 1 молекула ФАДН₂ и 1 молекула ГТФ, что эквивалентно 12 молекулам АТФ. Итак, 8 молекул ацетил-S-КоА обеспечат образование 3×12= 36 молекул АТФ.
• для капроновой кислоты число циклов β-окисления равно 2. В каждом цикле образуется 1 молекула ФАДН₂ и 1 молекула НАДН. Поступая в дыхательную цепь, в сумме они "дадут" 5 молекул АТФ. Таким образом, в 7 циклах образуется 2×5= 10 молекул АТФ.
• двойных связей в капроновой кислоте нет.
• на активацию жирной кислоты идет 1 молекула АТФ, которая, однако, гидролизуется до АМФ, то есть тратятся 2 макроэргические связи или две АТФ.

Таким образом, суммируя, получаем 36+10-2 =44 молекул АТФ образуется при окислении капроновой кислоты.

Если подсчитать полный энергетический эффект гликолитического расщепления глюкозы и последующего окисления двух образовавшихся моле-

кул пирувата до СО2 и Н2О, то он окажется значительно большим. Как отмечалось, одна молекула НАДН (3 молекулы АТФ) * образуется при окислительном декарбоксилировании пирувата в ацетил-КоА. При расщеплении одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы пирувата, а при окислении их до 2 молекул ацетил-КоА и последующих 2 оборотов цикла трикарбоновых кислот синтезируется 30 молекул АТФ (следователь- но, окисление молекулы пирувата до СО2 и Н2О дает 15 молекул АТФ). К этому количеству надо добавить 2 молекулы АТФ, образующиеся при аэробном гликолизе, и 6 молекул АТФ, синтезирующихся за счет окисления 2 молекул внемитохондриального НАДН, которые образуются при окислении 2 молекул глицеральдегид-3-фосфата в дегидрогеназной реакции

гликолиза. Следовательно, при расщеплении в тканях одной молекулы глюкозы по уравнению С6Н12О6 + 6О2 —> 6СО2 + 6Н2О синтезируется 38 молекул АТФ. Несомненно, что в энергетическом отношении полное расщепление глюкозы является более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз. Необходимо отметить, что образовавшиеся в процессе превращения глицеральдегид-3-фосфата 2 молекулы НАДН в дальнейшем при окислении

могут давать не 6 молекул АТФ, а только 4. Дело в том, что сами молекулы внемитоондриального НАДН не способны проникать через мембрану внутрь митохондрий. Если функционирует малат-аспартатный механизм, то в результа-

те полного окисления одной молекулы глюкозы может образоваться не 36,

а 38 молекул АТФ.

Билет №27

27/1

Репликация

Механизм репликации ДНК хорошо исследован у бактерий E.coli. Он состоит из трёх различных ферментов - полимеразы 1, 2 и 3. Репликацию генома обеспечивает пол.3.

В эукариотических клетках найдено пять различных полимераз - альфа, бетта, гамма, сигма и эпселон. Пол. альфа эукариот соответствует пол.3 прокариот, пол. бетта - пол.1, а полимераза гамма ответствена за синтез митохондриальной ДНК.

Для того, чтобы ДНК-полимеразы могли реплицировать ДНК, требуется множество дополнительных белков:

1).Праймаза - это ни что иное, как РНК-полимераза, которая катализирует синтез короткого олигорибонуклеотида (4-10 нуклеотидов), т.е. праймера, с которого потом начинается синтез ДНК.

2).Хеликаза - выполняет функцию раскручивания двойной спирали ДНК.

3).ДНК-связывающие белки - препятствуют обратному скручеванию цепочек ДНК.

4).ДНК-лигаза - сшивает фрагменты Оказаки.

5).Топоизомеразы - снимают суперскручивание, разрезая цепочку ДНК.

Процесс репликации ДНК начинается в определённом месте хромосомы, требует праймер, идёт в направлении 5` - 3` на обоих цепочках одновременно и даёт точные копии цепочек.

Сначала идёт раскручивание двойной спирали ДНК с помощью хеликазы. Образовавшиеся на некоторое время одноцепочечные участки ДНК служат в качестве матрицы при репликации и стабилизируются при помощи особых белков, которые связываются с одной цпочкой ДНК и препятствуют обратному комплементарному взаимодействию цепей ДНК.

Потом праймаза катализирует синтез праймера. С праймера начинается синтез ДНК. Синтез ДНК идёт в направлении 5` - 3` посредством прикрепления 5`-фосфатной группы dНТФ к существующей свободной 3`-ОН группе праймера с последующим освобождением пирофосфата.

 

Синтез одной цепи осуществляется непрерывно, а другой - прерывисто.Цепочка, синтез которой осуществляется непрерывно, называется ведущая, а та, которой прерывисто, - отстающая. На отстающей цепи синтезируются короткие (100-200 нуклеотидов) фрагменты (Оказаки), которые затем сшиваются ДНК-лигазами.

Как получается так, что ДНК-полимераза копирует обе цепочки одновременно? ДНК-полимераза - это димер, ассоциированный с другими белками в репликационной вилке, которая называется реплисомой. Отстающая цепочка временно делает петлю через реплисому и ДНК-полимераза идёт вдоль двух цепочек одновременно.

Терминация наступает тогда, когда исчерпана ДНК-матрица.

Репарация

Репарация - это внутриклеточный процесс, обеспечивающий восстановление повреждённой структуры молекулы ДНК.

1).Эндонуклеаза - "узнаёт" повреждённый участок и рядом с ним разрывает нить ДНК.

2).Экзонуклеаза "вырезает" повреждённый участок.

3).ДНК-полимераза по принципу комплементарности синтезирует фрагмент ДНК на месте разрушенного.

4).Лигаза "сшивает" концы ресинтезированного участка с основной нитью ДНК.

Принципиально доказана возможность репарации молекулы ДНК при повреждении обоих цепей. При этом информация может быть считана с иРНК (фермент ревертаза).

фрагменты Оказаки- Фрагменты Оказаки (Okazaki fragment) — это относительно короткие фрагменты ДНК (с РНК-праймером на 5' конце), которые образуются на отстающей цепи в процессе репликации ДНК. Длина фрагментов Оказаки у E. coli составляет около 1000—2000 нуклеотидов, и обычно 100—200 нуклеотидов у эукариот.

Фрагменты Оказаки были описаны в 1968 году en:Reiji Okazaki, en:Tsuneko Okazaki, и соавторами при изучении репликации ДНК бактериофага у Escherichia coli.[1][2]

Каждый фрагмент Оказаки образуется рядом с репликационной вилкой после РНК-праймера, образуемого праймазой, и далее продолжается ДНК-полимеразой III в случае прокариот. У эукариот отстающая цепь синтезируется ДНК-полимеразой δ. Праймер позднее удаляется ферментом с эндонуклеазной активностью подобной РНКазе Н, flap-эндонуклеазами и геликазой/нуклеазой Dna2.

РЕПЛИКАЦИЯ (редупликация) - процесс самовоспроизведения макромолекул нуклеиновых кислот, обеспечивающий точное копирование генетической информации и передачу её из поколения в поколение. В основе механизма репликации лежит принцип матричного синтеза ДНК на ДНК или РНК на РНК. Репликация ДНК у эукариот осуществляется в ядре. В результате репликации, происходящей при участии ферментов, образуются две двойные спирали ДНК. Эти «дочерние» молекулы ничем не отличаются друг от друга и от исходной, материнской, молекулы ДНК. Репликация осуществляется на основе ряда принципов. Принцип комплементарности заключается в том, что каждая из двух цепей материнской молекулы ДНК служит матрицей для синтеза дополняющей её комплементарной цепи. Второй принцип - полуконсервативность. Он основан на том, что в результате репликации образуются две двойные дочерние спирали, в каждой из которых только половина или одна спираль воспроизводит одну из материнских спиралей, а вторая спираль в каждой из дочерних молекул достраивается по принципу комплементарности. Следующий принцип -антипараллельности - основан на том, что две комплементарные цепи в молекуле ДНК расположены в противоположных направлениях. И последний - принцип прерывистости. Он базируется на том, что репликация начинается не с одного конца спирали материнской ДНК, а одновременно в нескольких местах молекулы ДНК. Участок между двумя точками, в которых начинается синтез дочерних цепей, называют репликдном (он же считается единицей репликации

 

27/2

Гликоген служит в животном организме резервом углеводов, из которого по мере метаболической потребности могут высвобождаться глюкозофосфат или глюкоза. Хранение в организме собственно глюкозы неприемлемо из-за ее высокой растворимости: высокие концентрации глюкозы создают в клетке высоко гипертоническую среду, что приводит к притоку воды. Напротив, нерастворимый гликоген осмотически почти неактивен.

Баланс гликогена

В организме человека может содержаться до 450 г гликогена, треть из которого накапливается в печени, а остальное — главным образом в мышцах. Содержание гликогена в других органах незначительно. Гликоген печени служит прежде всего для поддержания уровня глюкозы в крови в фазе

Гликоген образуется из глюкозо-6-фосфата под влиянием фермента гликогенсинтетазы, существующей в активной и неактивной формах.

При распаде гликогена образуется глюкозо-1-фосфат, который при помощи фермента глюкозо-6-фосфатазы способен превращаться в глюкозо-6-фосфат. Последний дефосфорилируется и в виде эндогенной глюкозы поступает в кровоток. Поскольку глюкозо-6-фосфатаза имеется только в печени и отсутствует в мышцах, мышцы не могут быть поставщиком эндогенной глюкозы. Этот процесс — прерогатива печени. Мышечный гликоген, распадаясь, продуцирует пируват и лактат, которые метаболизируются в циклах Кребса и Кори.

Исходное вещество для синтеза гликогена - глюкозо-6-фосфат. Глюкозо-6-фосфат образуется главным образом из глюкозы путем ее фосфорилирования. В печени, мышцах и других тканях эту реакцию катализирует гексокиназа. В печени имеется особая форма гексокиназы - глюкокиназа, которая вступает в действие только при сильном повышении концентрации глюкозы в крови.

 

Глюкозо-6-фосфат может синтезироваться и из неуглеводных субстратов глюконеогенеза (лактата, пирувата, аминокислот).

В мышцах глюкозо-6-фосфат синтезируется преимущественно из глюкозы крови. Печень способна к интенсивному глюконеогенезу, особенно после мышечной работы, когда в крови накапливается много лактата. Глюкозо-6-фосфат превращается в глюкозо-1-фосфат, из которого синтезируются цепи гликогена. Образование альфа-1,4-связей катализирует гликогенсинтетаза; для образования альфа-1,6-связей необходим 1,4-альфа-глюканветвящий фермент. Глюкозо-6-фосфат превращается не только в гликоген. В печени при гидролизе глюкозо-6-фосфата образуется глюкоза. Эта реакция катализируется глюкозо-6-фосфатазой.

Другие пути метаболизма глюкозо-6-фосфата: гликолиз (при этом образуются пируват и лактат) и пентозофосфатный путь (при этом образуется рибозо-5-фосфат).

В норме между всеми процессами метаболизма глюкозо-6-фосфата поддерживается равновесие.

Расщепление гликогена (гликогенолиз) включает несколько этапов. Сначала фосфорилаза последовательно отщепляет остатки глюкозы от концов боковых цепей гликогена При этом фосфорилируются альфа-1,4-связи и образуются молекулы глюкозо-1-фосфата. Фосфорилаза атакует боковую цепь до тех пор, пока не дойдет до точки, отстоящей на 4 остатка глюкозы от места ветвления (т. е. от альфа-1,6-связи). Затем вступает в действие система отщепления боковых цепей гликогена. Первый фермент этой системы - 4-альфа-D-глюканотрансфераза - отщепляет 3 из 4 остатков глюкозы и переносит их на свободный конец другой боковой цепи. Второй фермент - амило-1,6-глюкозидаза - отщепляет от главной цепи четвертый остаток глюкозы. После этого главная цепь гликогена становится доступной для фосфорилазы. В реакции, катализируемой амило-1,6-глюкозидазой, образуется глюкоза.

В печени фосфорилаза находится как в активной, так и в неактивной форме. В активной фосфорилазе (фосфорилазе a) гидроксильная группа одного из остатков серина фосфорилирована. Под действием специфической фосфатазы (протеинфосфатазы-1) фермент превращается в неактивную фосфорилазу b в результате гидролитического отщепления фосфата от остатка серина. Реактивация происходит путем рефосфорилирования за счет ATP при действии специфического фермента киназы фосфорилазы

Активность гликогенсинтетазы можно регулировать с помощью ряда метаболитов, которые являются ингибиторами или активаторами этого фермента. Так, аденозинтрифосфат (АТФ), аденозиндифосфат (АДФ), инозинтрифосфат, инозиндифосфат ингибируют синтетазу. Высокий уровень гликогена может предотвращать это блокирование. Представляет интерес действие иона Mg2+. Оказалось, что магний увеличивает сродство гликогенсинтетазы к глюкозо-6-фосфату (Г-6-Ф), предотвращая тем самым инги-бирование. В полиморфно-ядерных лейкоцитах человека 2 мкмоль АТФ блокируют переход гликогенсинтетазы при малом содержании гликогена. При высоких концентрациях АТФ ингибирование возрастает с 5 до 58%; 1 ммоль Г-6-Ф предотвращает блокирование АТФ при низких концентрациях гликогена лучше, чем при высоких. В связи с этим предполагают, что фосфотаза, катализирующая превращение гликогенсинтетазы, существует в двух формах. Одна форма при высоких концентрациях гликогена ингибируется АТФ, а другая при низких его концентрациях не ингиби-руется АТФ.

Регуляция активности гликогенсинтетазы тесно связана с регуляторной сетью клеточных метаболитов через субстраты гликолиза и цикла трикарбоновых кислот, которые активируют L-фор-му. Карбоксильные кислоты увеличивают сродство фермента Г-6-Ф. Однако действие этих кислот отличается от действия Г-6-Ф в отношении АТФ: они не защищают фермент от ее инги-бирующего действия.

Фосфоролиз является основным путем распада гликогена, его катализирует фермент гликогенфосфорилаза, относящийся к классу трансфераз. Гликогенфосфорилаза отщепляет остатки глюкозы с нередуцирующего конца гликогена и переносит их на молекулу фосфорной кислоты с образованием глюкозо-1-фосфата:

Глюкозо-1-фосфат быстро изомеризуется, превращаясь в глюкозо-6-фосфат, который в печени гидролизуется фосфатазами до глюкозы и фосфорной кислоты:

Процесс фосфоролиза гликогена тонко регулируется. Регуляция активности гликогенфосфорилазы носит каскадный характер, в котором можно выделить несколько видов регуляции ферментативной активности:

1) гормональная (глюкагон в печени, адреналин в мышцах);

2) аллостерическая;

3) протеинкиназные реакции (в данном случае - фосфорилирование бокового радикала серина в гликогенфосфорилазе).

 

Активность мышечной фосфорилазы увеличивается при определенной концентрации АМФ и ацетилхолина, а также в присутствии катионов кальция и натрия.

 

Снижение скорости фосфоролиза происходит при уменьшении запасов гликогена и фосфорной кислоты, а также при увеличении концентрации глюкозо-6-фосфата. Механизмы, снижающие скорость фосфоролиза гликогена, предохраняют организм от больших трат углеводных запасов (гликогена), которые могли бы привести к недостатку глюкозы, необходимой для работы головного мозга и сердечной мышцы.

 

27/3

Ферменты - особые белки, которые действуют как катализаторы в биологических системах.

Поскольку ферменты - белковые молекулы, следовательно, они обладают всеми свойствами, характерными для белков.

основные свойства ферментов как биологических катализаторов:

Специфичность

Биологическая функция фермента, как и любого белка, обусловлена наличием в его структуре активного центра. Лиганд, взаимодействующий с активным центром фермента, называют субстратом. В активном центре фермента есть аминокислотные остатки, функциональные группы которых обеспечивают связывание субстрата, и аминокислотные остатки, функциональные группы которых осуществляют химическое превращение субстрата. Условно эти группы обозначают как участок связывания субстрата и каталитический участок, однако следует помнить, что не всегда эти участки имеют чёткое пространственное разделение и иногда могут "перекрываться"

. Субстратная специфичность способность каждого фермента взаимодействовать лишь с одним или несколькими определёнными субстратами. Различают:

• абсолютную субстратную специфичность; Активный центр ферментов, обладающих абсолютной субстратной специфичностью, комплементарен только одному субстрату
• групповую субстратную специфичность;
• стереоспецифичность. При наличии у субстрата нескольких стерео-изомеров фермент проявляет абсолютную специфичность

Б. Каталитическая эффективность

Большинство катализируемых ферментами реакций высокоэффективны, они протекают в 108-1014.раз быстрее, чем некатализируемые реакции. Каждая молекула фермента способна за секунду трансформировать от 100 до 1000 молекул субстрата в продукт.

Количество молекул субстрата, превращённых в продукт с помощью одной молекулы фермента за 1 с, называют числом оборотов фермента, или молярной активностью.

В. Лабильность ферментов

способность к небольшим изменениям нативной конформации вследствие разрыва слабых связей. Поэтому воздействие денатурирующих агентов, способных изменять конформацию молекулы фермента, приводит к изменению конформации активного центра и снижению способности присоединять субстрат. В результате этого уменьшается каталитическая эффективность фермента.

Г. Способность ферментов к регуляции

Активность ферментов в клетке зависит от количества молекул субстрата, продукта, наличия кофакторов и коферментов. Действие ферментов в клетке, как правило, строго упорядочено: продукт одной ферментативной реакции является субстратом другой, образуя таким образом "метаболические пути.

Билет 28

28.1

Реплика́ция ДНК — процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15—20 различных белков, называемый реплисомой (англ. replisome)[1].

репликация (синтез) ДНК происходит не беспорядочно, а в строго определенный период жизни клетки. Всего выделяют 4 фазы клеточного цикла: митоз (М), синтетическую (S), пресинтетическую (G1, от англ. gap – интервал), постсинтетическую (G2).

Синтез ДНК происходит в S-фазу клеточного цикла, когда клетка готовится к делению. Как любой матричный биосинтез, репликация требует наличия нескольких компонентов:

матрица – в ее роли выступает материнская нить ДНК,

растущая цепь – дочерняя нить ДНК,

субстраты для синтеза – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ,

источник энергии – dАТФ, dГТФ, dЦТФ, ТТФ,

ферменты.

Для того, чтобы ДНК-полимеразы могли реплицировать ДНК, требуется множество дополнительных белков:

1).Праймаза - это ни что иное, как РНК-полимераза, которая катализирует синтез короткого олигорибонуклеотида (4-10 нуклеотидов), т.е. праймера, с которого потом начинается синтез ДНК.

2).Хеликаза - выполняет функцию раскручивания двойной спирали ДНК.

3).ДНК-связывающие белки - препятствуют обратному скручеванию цепочек ДНК.

4).ДНК-лигаза - сшивает фрагменты Оказаки→ синтезируемые на отстающей цепи отрезки ДНК

5).Топоизомеразы - снимают суперскручивание, разрезая цепочку ДНК.

Процесс репликации ДНК начинается в определённом месте хромосомы, требует праймер, идёт в направлении 5` - 3` на обоих цепочках одновременно и даёт точные копии цепочек.

Сначала идёт раскручивание двойной спирали ДНК с помощью хеликазы. Образовавшиеся на некоторое время одноцепочечные участки ДНК служат в качестве матрицы при репликации и стабилизируются при помощи особых белков, которые связываются с одной цпочкой ДНК и препятствуют обратному комплементарному взаимодействию цепей ДНК.

Потом праймаза катализирует синтез праймера. С праймера начинается синтез ДНК. Синтез ДНК идёт в направлении 5` - 3` посредством прикрепления 5`-фосфатной группы dНТФ к существующей свободной 3`-ОН группе праймера с последующим освобождением пирофосфата.

 

Синтез одной цепи осуществляется непрерывно, а другой - прерывисто.Цепочка, синтез которой осуществляется непрерывно, называется ведущая, а та, которой прерывисто, - отстающая. На отстающей цепи синтезируются короткие (100-200 нуклеотидов) фрагменты (Оказаки), которые затем сшиваются ДНК-лигазами.

Как получается так, что ДНК-полимераза копирует обе цепочки одновременно? ДНК-полимераза - это димер, ассоциированный с другими белками в репликационной вилке, которая называется реплисомой. Отстающая цепочка временно делает петлю через реплисому и ДНК-полимераза идёт вдоль двух цепочек одновременно.

Обратная транскрипция

Обратная транскрипция - это синтез ДНК на матрице РНК. В 1970г. в составе онковирусов был открыт фермент обратная транскриптаза (ревертаза, РНК-зависимая ДНК-полимераза), который катализирует биосинтез молекулы ДНК на матрице РНК.Фермент также открыт во многих клетках про- и эукариот, в частности - в лейкозных клетках, пролиферирующих тканях, включая эмбриональные ткани.

Синтез ДНК на матрице РНК включает три стадии:

1).Ревертаза синтезирует на матрице вирусной РНК комплементарную цепь ДНК, что приводит к формированию гибридной молекулы.

2).Разрушение исходной вирусной РНК из комплекса гибридной молекулы под действием РНКазы.

3).На матрице цепи ДНК комплементарно синтезируются новые цепи ДНК.

Транскри́пция ( от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы,

Транскрипция является первой стадией экспрессии генетического материала в клетках всех организмов. Именно на уровне транскрипции действуют основные механизмы генетической регуляции. Главным ферментом, осуществляющим транскрипцию, является РНК-полимераза (РНКП)

Наиболее сложной и жестко регулируемой стадией транскрипции является стадия инициации. Инициация транскрипции происходит в специфических участках ДНК - промоторах, - и сама состоит из нескольких стадий. В отличие от ДНК-полимераз, РНКП способна самостоятельно осуществлять инициацию и начинать синтез РНК в отсутствие затравки.

Инициация требует наличия субстратов РНК-полимеразы - нуклеозидтрифосфатов - и заключается в образовании первых нескольких звеньев цепи РНК. Первый нуклеотид входит в состав цепи, сохраняя свою трифосфатную группу, а последующие присоединяются к 3'-OH-группе предыдущего с освобождением пирофосфата. На стадии инициации РНК-продукт связан с матрицей и РНК-полимеразой непрочно и с высокой вероятностью может освобождаться из комплекса. В этом случае РНК-полимераза, не покидая промотора, снова инициирует РНК. Такой синтез ди-, три- и более длинных олигонуклеотидов называют абортивной инициацией - в противоположность продуктивной (т.е. завершающейся образованием полноценного РНК-продукта) инициации. Когда РНК-продукт достигает критической длины (от 3 до 9 нуклеотидов на разных промоторах), абортивная инициация полностью прекращается, транскрибирующий комплекс стабилизируется и уже не распадается до тех пор, пока синтез молекулы РНК не будет доведен до конца. Примерно в этот же момент, который считается концом инициации и началом элонгации, от бактериальнойРНК-полимеразы отделяется сигма- субъединица.

 

Эффективность инициации на разных промоторах, их "сила", существенно различается

Инициация транскрипции начинается со сборки на промоторе прединициационного комплекса, в состав которого входят молекулы РНК-полимеразы и матричной ДНК. Если в случае РНК-полимеразы E. coli и других прокариот для осуществления этого процесса нет необходимости в присутствии других белковых факторов, то механизм сборки инициационного комплекса с участием РНК-полимеразы II носит более сложный характер.

Существуют две модели инициации транскрипции РНК-полимеразой II. В соответствии с одной из них на промоторе происходит постепенная (ступенчатая) сборка инициационного комплекса из отдельных компонентов. Другая модель акцентирует внимание на то, что Pol II может входить в состав инициационного комплекса в виде холофермента, состоящего из многих субъединиц. Сборка такого комплекса начинается с последовательного связывания с промотором основных факторов транскрипции.

28.2

Гликоген служит в животном организме резервом углеводов, из которого по мере метаболической потребности могут высвобождаться глюкозофосфат или глюкоза. Хранение в организме собственно глюкозы неприемлемо из-за ее высокой растворимости: высокие концентрации глюкозы создают в клетке высоко гипертоническую среду, что приводит к притоку воды. Напротив, нерастворимый гликоген осмотически почти неактивен.

Баланс гликогена

В организме человека может содержаться до 450 г гликогена, треть из которого накапливается в печени, а остальное — главным образом в мышцах. Содержание гликогена в других органах незначительно. Гликоген печени служит прежде всего для поддержания уровня глюкозы в крови в фазе

Гликоген образуется из глюкозо-6-фосфата под влиянием фермента гликогенсинтетазы, существующей в активной и неактивной формах

Под действием фермента гликогенсинтазы образуется гликозидная связь ([1->4]-связь) между атомом C1 активированной глюкозы, находящейся в составе UDPGlc, и атомом C4 концевого остатка глюкозы в гликогене с освобождением UDP. Для инициирования этой реакции требуется молекула гликогена (G6n') в качестве "затравки". Эта затравка может синтезироваться на остове пептидной цепи подобно тому, как это происходит при синтезе других гликопротеинов.

Присоединение остатка глюкозы к "затравочной" цепи гликогена происходит на внешнем, невосстанавливающем конце молекулы. "Ветвь" гликогенового "дерева" удлиняется. После того как длина линейного участка цепи достигнет как минимум 11 остатков глюкозы, ветвящей (бранчинг) фермент (Амило-[1->4]->[1->6]-трансглюкозидаза) переносит фрагмент (1->4)-цепи (с минимальной длинной в 6 остатков глюкозы) на соседнюю цепь, присоединяя к ней переносимый фрагмент (1->6)-связью; таким образом образуется точка ветвления в молекуле.

Гликогенсинтаза может находиться либо в фосфорилированном, либо в нефосфорилированном состоянии. Активна дефосфорилированная форма (гликогенсинтаза a), которая может быть инактивирована с образованием гликогенсинтазы b путем фосфорилирования семи остатков серина, осуществляемого не менее чем пятью различными протеинкиназа ми. Все семь мест фосфорилирования находятся на каждой из четырех идентичных субъединиц. Две из протеинкиназ являются Ca2+/ кальмодулин зависимыми. Одна из них - это киназа фосфорилазы, другая киназа является cAMP-зависимой протеинкиназой; именно эта протеинкиназа обеспечивает реализацию опосредованных cAMP гормональных воздействий, синхронно ингибирующих синтез гликогена и активацию гликогенолиз а. Оставшиеся киназы известны как киназы гликогенсинтазы -3, -4 и -5.

Гликогенолиз - это распад гликогена, запасного полисахарида. Гликогенолиз происходит непрерывно, и за счет этого поддерживается постоянная концентрация глюкозы в крови в промежутках между приемами пищи. Во время ночного голодания около 75% глюкозы печеночного происхождения образуется путем гликогенолиза. 25% глюкозы печеночного происхождения образуется путем глюконеогенеза.

 

Расщепление гликогена включает несколько этапов. Сначала фосфорилаза последовательно отщепляет остатки глюкозы от концов боковых цепей гликогена При этом фосфорилируются альфа-1,4-связи и образуются молекулы глюкозо-1-фосфата. Фосфорилаза атакует боковую цепь до тех пор, пока не дойдет до точки, отстоящей на 4 остатка глюкозы от места ветвления (т. е. от альфа-1,6-связи). Затем вступает в действие система отщепления боковых цепей гликогена. Первый фермент этой системы - 4-альфа-D-глюканотрансфераза - отщепляет 3 из 4 остатков глюкозы и переносит их на свободный конец другой боковой цепи. Второй фермент - амило-1,6-глюкозидаза - отщепляет от главной цепи четвертый остаток глюкозы. После этого главная цепь гликогена становится доступной для фосфорилазы. В реакции, катализируемой амило-1,6-глюкозидазой, образуется глюкоза.

 

Регуляция: В организме человека может содержаться до 450 г гликогена, треть из которого накапливается в печени, а остальное — главным образом в мышцах. Содержание гликогена в других органах незначительно. Гликоген печени служит прежде всего для поддержания уровня глюкозы в крови в фазе пострезорбции (см. с. 300). Поэтому содержание гликогена в печени варьирует в широких пределах. При длительном голодании оно падает почти до нуля, после чего начинается снабжение организма глюкозой с помощью глюконеогенеза (см. с. 156). Гликоген мышц служит резервом энергии и не участвует в регуляции уровня глюкозы в крови. В мышцах отсутствует глюкозо-6-фосфатаза, поэтому гликоген мышц не может быть источником глюкозы в крови. По этой причине колебания содержания гликогена в мышцах меньше, чем в печени.

28/3

Ацетил КоА-важное соединение в обмене веществ, используемое во многих биохимических реакциях. Его главная функция – доставлять атомы углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот, чтобы те были окислены с выделением энергии. По своей химической структуре ацетил-КоА – тиоэфир между коферментом А (тиолом) и уксусной кислотой (носителем ацильной группы). Ацетил-КоА образуется во время второго шага кислородного клеточного дыхания, декарбоксилирования пирувата, который происходит в матриксе митохондрии. Ацетил-КоА затем поступает в цикл трикарбоновых кислот.

 

У животных ацетил-КоА является основой баланса между углеводным обменом и жировым обменом. Обычно ацетил-КоА из метаболизма жирных кислот поступает в цикл трикарбоновых кислот, содействуя энергетическому обеспечению клеток. В печени, когда уровень циркуляции жирных кислот высок, производство ацетил-КоА от разрыва жиров превышает энергетические потребности клетки. Чтобы использовать энергию, доступную из лишних ацетил-КоА, создаются кетоновые тела, которые затем могут циркулировать в крови. В некоторых обстоятельствах это может привести к высокому уровню кетоновых тел в крови, состоянию, называемому кетозом, которое отличается от кетоацидоза, опасного состояния, способного повлиять на диабетиков. У растений синтез новых жирных кислот происходит в пластидах. Многие семена запасают большие количества масел в семенах, чтобы поддерживать прорастание и ранний рост саженцов, пока они не перешли на питание от фотосинтеза. Жирные кислоты включены в липиды мембраны, главнейший компонент большинства мембран.

[править]

Другие реакции

Две молекулы ацетил-КоА могут быть соединены, чтобы создать ацетоацетил-КоА, что будет первым шагом в ГМГ-КоА/биосинтезе холестерина, предшествующем синтезу изопреноидов. У животных ГМГ-КоА – это жизненный предшественник синтеза холестерина и кетоновых тел.

Ацетил-КоА – также источник ацетил-группы, включённой в определённые лизиновые остатки гистоновых и негистоновых белков в посттрансляционной модификации ацетилирования, реакции, катализируемой ацетилтрансферазой.

У растений и животных цитозольный ацетил-КоА синтезируется АТФ цитратлиазой. Когда глюкоза изобилует в крови животных, она преобразуется посредством гликолиза в цитозоле в пируват, а затем в ацетил-КоА в митохондрии. Избыток ацетил-КоА вызывает производство избыточных цитратов, которые переносятся в цитозоль, чтобы дать начало цитозольному ацетли-КоА.

Ацетил-КоА может быть карбоксилирован в цитозоле в ацетил-КоА карбоксилазу, давая начало малонил-КоА, необходимого для синтеза флавоноидов и родственных поликетидов, для удлинения жирных кислот (образование восков), для образования кутикулы и масла в семенах у членов рода Капуста, а также для малонации протеинов и других фитохимических соединений.

У растений они включают в себя сесквитерпены, брассиностероиды (гормоны) и мембранные стиролы.

Билет29

29.1Транскрипция - первая стадия реализации генетической информации в клетке. В ходе процесса образуются молекулы мРНК, служащие матрицей для синтеза белков, а также транспортные, рибосомальные и другие виды молекул РНК, выполняющие структурные, адапторные и каталитические функции

Синтез иРНК

Главный фермент синтеза иРНК - это РНК-полимераза (транскриптаза, ДНК-зависимая РНК-полимераза).

Этот фермент отличается от ДНК-полимеразы:

-РНК-полимеразы в клетке значительно больше, чем ДНК-полимеразы;

-РНК-полимераза работает с меньшей скоростью (50-100 нуклеотидов/сек, а ДНК-полимераза - 1000 нуклеотидов/сек)

-ДНК-полимераза обеспечивает большую верность, чем РНК-полимераза.

Наиболее изучена РНК-полимераза E.coli. Она состоит из пяти субъединиц - две альфа, две бетта и одна гамма. Считается, что функция гамма-субъединицы - это узнавание определённого участка на матрице ДНК, который называется промотор, куда присоединяется РНК-полимераза. Другим субъединицам фермента (core - ядро) приписывается функция инициации биосинтеза РНК (альфа), связывание субстратов и элонгация синтеза (бетта).

Сначала РНК-полимераза связывается с одной цепью нативной ДНК в определённой точке, вызывая расплетение биспиральной структуры на ограниченном участке, где и происходит ситез РНК. Потом синтез идёт в направлении 5` - 3`. К свободной 3`-ОН группе присоединяется 5`-фосфатная группа другого нуклеотидтрифосфата (НТФ) с последующим освобождением пирофосфата. Терминация идёт за счёт ро-фактора. Этот фактор обладает способностью обратимо связываться с терминирующим участком ДНК, выключая действие РНК-полимеразы. Таким образом происходит синтез пре-иРНК.

После синтез пре-иРНК у эукариот происходит процессинг, который включает:

-сплайсинг (нуклеотические и лигазные реакции)

-кепирование (образование шапочки)

-терминальные реакции полиаденилирования и метилирования.

Последовательность нуклеотидов в иРНК начинается с пары ГУ (5`-конец) и заканчивается парой АГ (3`-конец). Эти последовательности служат местами узнавания для ферментов сплайсинга.

Химический смысл кепирование сводится к присоединению 7-метилгуанозина посредством трифосфорной связи к 5`-концу молекулы иРНК.

Полиаденилирование заключается в последовательном ферментативном присоединении от 100 до 200 остатков АМФ и фрагментов ААУАА к 3`-концу иРНК. Также происходит метилирование 2`-ОН групп рибозы и N6-атомов АМФ.

 

Метаболизм аминокислот

Метаболизм аминокислот

Источниками аминокислот в клетке являются:

1. белки пищи после их гидролиза в органах пищеварения;

2. синтез заменимых аминокислот;

3. распад тканевых белков.

Тканевые белки подвергаются гидролитическому расщеплению при участии тканевых ПРОТЕАЗ - КАТЕПСИНОВ, которые в основном находятся в ЛИЗОСОМАХ. Выделяют разные КАТЕПСИНЫ, которые отличаются оптимумом рН и специфичностью действия. Распад тканевых белков необходим для обновления белков, а также для устранения дефектных молекул белка.

Несмотря на то, что почти для каждой аминокислоты выяснены индивидуальные пути обмена, известен ряд превращений, общих для многих аминокислот:

· ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ;

· ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ;

· ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ.

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ – реакции межмолекулярного переноса аминогруппы от аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака.

Особенности реакций трансаминирования:

· протекают при участии ферментов - аминотрансфераз;

· для реакций необходим кофермент – пиридоксальфосфат (ПФ);

· реакции обратимы;

· могут подвергаться все аминокислоты кроме лиз, тре;

· в результате реакции образуются новая аминокислота и новая кетокислота.

 

 

Роль реакций ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ:

1. Синтез заменимых аминокислот. При этом происходит перераспределение азота в органах и тканях;

2. Являются начальным этапом катаболизма аминокислот.

 

 

Реакции ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ – отщепление альфа – карбоксильной группы аминокислот в виде углекислого газа.

При этом аминокислоты в тканях образуют биогенные амины, которые являются биологически активными веществами (БАВ). Среди них могут быть соединения, которые выполняют функции:

1. НЕЙРОМЕДИАТОРОВ (СЕРОТОНИН, ДОФАМИН, ГАМК),

2. Гормоны (АДРЕНАЛИН, НОРАДРЕНАЛИН),

3. Регуляторы местного действия (ГИСТАМИН).

 

ГАМК является НЕЙРОМЕДИАТОРОМ тормозного действия, поэтому препараты на основе ГАМК используются в клинике для лечения некоторых заболеваний ЦНС. Эта реакция используется в педиатрической практике: детям при сильном возбуждении используют раствор витамина В6, который стимулирует процесс образования ГАМК.

ДОФАМИН является НЕЙРОМЕДИАТОРОМ возбуждающего действия. Он является основой для синтеза АДРЕНАЛИНА и НОРАДРЕНАЛИНА.

 

Реакции ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ - отщепление NН2-группы в виде аммиака.

• ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ.Непосредственно, ОКИСЛИТЕЛЬНОМУ ДЕЗАМИНИРОВАНИЮ подвергается только ГЛУ.

• НЕПРЯМОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ Этому виду дезаминирования подвергаются остальные аминокислоты, но через стадию трансаминирования с альфа-кетоглутаровой кислотой. Затем глутаминовая кислота (продукт этой реакции) подвергается окислительному дезаминированию.

Незаменимые аминокислоты — необходимые аминокислоты, которые не могут быть синтезированы в том или ином организме, в частности, в организме человека. Поэтому их поступление в организм с пищей необходимо.

Незаменимыми для взрослого здорового человека являются 8 аминокислот: валин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треони́н, триптофан и фенилалани́н;

Для детей незаменимыми также являются аргинин и гистидин.

Заменимые аминокислоты –аминокислоты, которые могут поступать в наш организм с белковой пищей либо же образовываться в организме из других аминокислот. К заменимым аминокислотам относятся: аргинин, глютаминовая кислота, глицин, аспарагиновая кислота, гистидин, серин, цистеин, тирозин, аланин, пролин.

 

 

29.3.Триацилглицерины — сложные эфиры глицерина и высших жирных кислот. В их составе в наибольшем количестве содержатся стеариновая, пальмитиновая, пальмитоолеиновая кислоты. В плазме крови триацилглицерины транспортируются исключительно в составе липопротеинов, главным образом хиломикронов и липопротеинов очень низкой плотности ЛПОНП), осуществляющих транспорт триацилглицеринов из мест синтеза к местам утилизации. Циркулирующие в крови ЛПОНП и хиломикроны атакуются гепарин‑зависимым ферментом липопротеидлипазой, локализованной на поверхности эндотелия капилляров. Освобождающиеся жирные кислоты поступают в клетки, где используются для получения энергии.

Биосинтез триглицеридов. Триглицериды синтезируются а клетках практически всех органах и тканей в качестве резервных питательных веществ, однако необходимо подчеркнуть, что синтез интенсивный с наибольшей интенсивностью идет в клетках печени и клетках жировой ткани

 

Что необходимо для синтеза триглицеридов? Для синтеза необходимы ВЖК (высщие жирные кислоты)и глицерол ВЖК поступают в клетки или из плазмы крови или же синтезируются на месте, т е. в клетках непосредственно, из ацетилКоА.

Глицерол может поступать так же из плазмы крови, однако основным источником глицерина для синтеза триглицеридов и даже фосфолипидов в клетках служит промежуточный продукт распада углеводов –фосфодиоксиацетон.ВЖК участвуют в синтезе триглицеридов в виде своих активированных производных - ацилКоА. Необходимый для синтеза фосфоглицерин образуется или путем восстановления фосфодиоксиацетона, или же за счет фосфорилирования свободного глицерола Эта реакция катализируется АТФ зависимой глицеролкиназой

После образования фосфоглицерина за счет двух последовательных реакции ацилирования образуется фосфотидная кислота, затем от нее отщепляется остаток фосфорной кислоты и ооразуется диглицерид

И наконец в ходе последней реакции ацилирования образуется триглицерид.

Синтез фосфолипидов Все необходимые организму фосфолипиды могут синтезироваться в его клетках, причем в клетках могут функционировать несколько различных метаболических путей биосинтеза глицерофосфолипидов. Синтез лицитина А) при реакции ацилирования образуется фосфотидная кислота далее за счет фермента фосфотазы фосфотиднойкислоты образуется диглнцерид Б) Параллельно идет активация аминоспиртов (при наличии свободных аминоспиртов в клетке) далее идетактивация холина с образованием его производного - ЦДФхоли (активированный) он может включаться всинтезх.в) Диглицерид+ЦДФхолин - трансферазная реакция обеспечивает образование фосфотидилхолина и отщепляется ЦМФ, который затем за счет энергии АТФ может превращаться в ЦДФ. Алътернатнвным вариантоу синтеза может быть синтез с промежуточным образованием фосфотидной кислоты, но уже активированной. Сама фосфотидная кислота образуется при помощи ацилирования фосфоглицерина. Далее она взаимодействует с цитидин-3-фосфатом с образованием активной фосфотиднои кислоты (ЦДФ-фосфотидная кислота). Далее идет превращение в фосфотидилсерин или в инозитолфосфатид В том и другом случае происходит отщепление ЦМФ

Фосфолипиды (фосфоглицериды) - это сложные липиды, производные фосфатидной кислоты.

Фосфатидная кислота образуется в организме в процессе биосинтеза три-ацилглицеролов и глицерофосфолипидов как общий промежуточный метаболит; в тканях она присутствует в незначительных количествах. Следует отметить, что все природные глицерофосфолипиды относятся к L-ряду. Различные глицерофосфолипиды отличаются друг от друга дополнительными группировками, присоединенными фосфоэфирной связью к фосфатидной кислоте.

Фосфатидные кислоты являются промежуточными соединениями при биосинтезе всех глицеролипи - Дов за исключением липидов с простой эфирной связью; эти два типа соединений легко превращаются друг в друга путем фосфо - Рилирования и дефосфорилирования.

Глицеролипиды

В первом положении фосфо- и нейтральных глицеролипидов могут быть остатки не ЖК, а жирных спиртов (алкильная связь) или альдегидов (алкенильная). Во втором положении связь всегда сложноэфирная. Следовательно, могут быть три формы липидов: диацильная (А), алкилацильная (Б) и алкенилацильная (В).

Все глицерофосфолипиды можно рассматривать как производные фосфатидной кислоты, в которой атом водорода в одном из гмдроксилов фосфорной кислоты замещен на остатки или аминоспиртов, или серина, или фосфоинозитола или других соединений. В соответствии с характером замещения мы получаем различные классы глицерофосфолипидов.

Билет №30