Аммиак может утилизироваться в тканях срочными способами связывания. По сути, это «временная» нейтрализация аммиака.

Билет№23

1. В каждом живом организме присутствуют два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). В то же время, вирусы содержат только один тип нуклеиновых кислот, либо ДНК, либо РНК. Биологическая функция нуклеиновых кислот (НК) заключается в хранении и передачи генетической информации. Короче, именно НК определяют вид, форму, состав и т.д. живой клетки и ее функции. Что и говорить, роль НК в организме трудно переоценить. Все нуклеиновые кислоты представляют собой высокомолекулярные соединения, хотя их размер и масса сильно варьируют. Так, молярная масса транспортной РНК (это особый вид РНК с наименьшей молярной массой из всех НК) составляет около 25000, тогда как отдельные молекулы ДНК (которые вообще относятся к наиболее крупным индивидуальным молекулам, известным к настоящему времени) обладают молярной массой от 10 в 6 до 10 в 9 степени. НК – это высокомолекулярные полимерные соединения, состоящие из мономеров – нуклеотидов, поэтому НК можно назвать и полинуклеотидами. Каждый нуклеотид содержит 3 различных химических компонента: неорганический фосфат (Ф), моносахарид (С) и азотистое основание (АО), являющееся производным пурина или пиримидина. Эти составные части соединены в следующем порядке: Ф – С – АО. Соседние нуклеотиды связаны друг с другом посредством эфирной связи между моносахаридом одного и фосфатом другого нуклеотида.

Фрагмент полинуклеотидной цепи:

АО АО АО АО

| | | |

….Ф – С – Ф – С – Ф – С – Ф – С……

 

мономерная эфирные связи

нуклеотидная единиц

фосфодиэфирная связь.

Поскольку в нуклеотиде остаток моносахарида и фосфат соединены эфирной связью то при образовании полинуклеотидной цепи связь С – Ф – С называют фосфодиэфирной. Обратите внимание! АО не участвуют в образовании никаких других ковалентных связей, помимо связывающих их с остатками моносахаридов сахаро-фосфатной цепи. Именно последовательность АО вдоль сахаро-фосфатной цепи определят уникальную структуру и функциональную индивидуальность молекул ДНК и РНК. Порядок соединения нуклеотидов ПНЦ формирует первичную структуру НК. При этом первым (начальным) нуклеотидом следует считать тот, у которого свободна (ф.к.) –OH группа в 5 положение, а концевым- тот, у которого свободна –OH группа в 3 положении.Термины «нуклеотидная последовательность» и «последовательность азотистых оснований» взаимозаменяемы. Состав нуклеотидов:нуклеотид состоит из моносахарида, АО и неорганического фосфата, то есть остатка ФК. Нуклеотиды входящие в состав РНК содержат бета-Д-рибозу, а входящие в состав ДНК – бета-Д-дезоксирибозу. И в том и в другом случае это пентозы.

 

НОН₂С ОН НОН₂С О ОН

О

 

Н Н Н Н Н Н Н Н

 

ОН Н

ОН ОН b-Д-2-дезоксирибоза

b-Д-рибоза

 

Буквы b и Д отражают специфическую конфигурацию при атомах С1 и С4 фуранозного цикла. АО, которые обычно встречаются в РНК и в ДНК – это производные пурина (аденин и гуанин) и пиримидина (цитозин, тимин, урацил).

 

N N N

N NH N

Пурин Пиримидин

 

NH₂ OH

N N

N N

NH2

N NH N NH

Аденин (А) Гуанин (Г)

(6-аминопурин) (2-амино,6-оксипурин)

(содержится в РНК и ДНК) (содержится в РНК и ДНК)

OH NH₂ NH₂

N N N CH₃

 

 

HO N HO N HO N

Урацил (2,4-диокси- Цитозин (2-окси,4-амино- тимин (2,4-диокси,5-метил-

пиримидин) (РНК) пиримидин) (РНК+ДНК) пиримидин (ДНК, тРНК).

 

АО свойственно явление таутомерии:

 

OH O

||

N HN

HO O

N N

Урацил (енольная форма) Урацил (кето-форма)

Встречаются в составе ДНК и РНК и минорные АО. То есть такие АО, которые встречаются достаточно редко. Например, в составе ДНК встречается

5-метилцитозин, а в составе РНК (особенно транспортной) – 4-тиоурацил дигидроурацил:

 

NH₂ S O

| || ||

N CH₃ HN HN CH₂

 

СН₂

O NH O NH O NH

5-метилцитозин 4-тиоурацл Дигидроурацил

(ДНК) (некоторые тРНК) (некоторые тРНК)

 

Благодаря своей гетероциклической ароматической природе пурины и пиримидины поглощают электромагнитную энергию в ультрофиолетовом диапазоне. Максимум поглощения находится в 260 нм. Следовательно, и нуклеотиды и НК также поглощают в ультрофиолетовом диапазоне. Причем, каждое соединение имеет характеристический спектр поглощения. На этом свойстве основаны: 1)лабораторные методы обнаружения и количественного определения НК. 2) Ультрофиолетовая микроскопия живых тканей. 3) Мутагенный эффект УФ – облучения.

Мы познакомились со структурой составных частей нуклеотидов. Обратимся к структуре нуклеотида. Фрагмент нуклеотида, представляющий собой АО с присоединенным к нему углеводным остатком называется нуклеозидом. В нуклеозидах ковалентная связь образована С1- атомом сахара и N1- атомом пиримидина или N9 атомом пурина. В соответствии с номенклатурой углеводов эта связь называется гликозидной. Для наиболее распространенных рибонуклеозидов, входящих в состав РНК, приняты тривиальные названия: аденозин, гуанозин, уридин, цитидин. Обычно встречающиеся в ДНК дезоксирибонуклеозиды называются дезокси аденозин, дезоксигуанозин, дезоситимидин, дезоксицитидин. Примеры:

 

O NH₂

HN N N

 

 

O N N

N

 

HOH₂C O HOH2C O

 

H H

H H H H H H

 

OH OH OH H

Уридин Дезоксиаденозин.

Нуклеотид же представляет собой нуклеозид с присоединенной эфирной связью к углеводному остатку фосфатной группой. В образовании связи участвует 5` -угллеродный атом пентозы. В зависимости от строения пентозы все нуклеотиды можно разделить на рибонуклеотиды и дезоксирибонуклеотиды. Затем в зависимости от имеющегося числа остатков ФК различают нуклеозидмонофосфаты, - дифосфаты и –трифосфаты.

 

Аденозин – 5` - монофосфат (АМФ) О NH₂

Фосфат (АМФ) ||

(адениловая кислота) HO - P – N

| N

OH

Аденозин-5`-дифосфат АДФ O O N

|| || N

OH – P – O - P –

| |

OH OH OH₂C O

Аденозин–5`-трифосфат АТФ O O O H H

|| || ||

HO – P – O – P – O – P – H H

| | | OH OH

OH OH OH аденозин

Все эти три вида нуклеотидов постоянно присутствуют в клетке.

 

2. Обычно процессы метаболизма делят на катаболические и анаболические. Катаболизм относится к последовательности реакций расщепления Анаболизм относится к последовательности реакций синтеза. Соединения, образующиеся в ходе метаболических реакций (в процессе перехода исходных веществ в конечный продукт) называются метаболитами или интермедиатами. Хотя катаболические и анаболические пути во многих отношениях различаются, тем не менее они тесно связаны друг с другом, это проявляется в следующем:

1) Реакции окисления-восстановления. Большинство стадий катаболического пути включают рекции окисления, в которых принимают участие окисленные формы ко-ферментов НАД(+), НАДФ(+) и реже ФАД(+), которые в результате восстанавливаются до НАДН, НАДФН и ФАДН2. В анаболических реакциях, а это, в основном, реакции восстановления, используются восстановленные формы этих ко-ферментов (в первую очередь НАДФН), сами же ко-ферменты в ходе этих реакций окисляются.

2) Энергетика реакций: катаболизм представляет собой экзэргонический процесс, требующий АДФ и происходящий с образованием АТФ. АТФ затем служит источником энергии в эндэргонических реакциях анаболизма, в ходе которых образуется АДФ.

3) Исходные соединения, конечные продукты и промежуточные метаболиты. Конечные продукты и метаболиты, образующееся в катаболических процессах, обычно служат исходными соединениями анаболических процессов и, наоборот, соединения, получаемые в ходе анаболических процессов могут быть исходными для катаболических путей.

Все вышеуказанное позволяет сделать вывод, что катаболизм и анаболизм – это сопряженные, взаимодополняющие процессы.

Принцип сопряжения состоит в том, что энергетически выгодная реакция связана с образованием продукта, которое само по себе не выгодно. То-есть по сути идет сопряжение энд- и экзэргонических реакций. Так, процесс переноса электронов (сопровождающийся выделением энергии, то-есть экзэргоническая реакция) в сопряжении с синтезом АТФ из АДФ и не органического фосфата (требующим затрат энергии, то-есть эндэргоническая реакция). Если в среде отсутствуют АДФ и Н3РО4, то прекращается перенос электронов (дыхание), а если внести в среду АДФ, то увеличивается потребление кислорода (это феномен называется дыхательный контрль).

 

Те вещества, которые при расщеплении дают большое количество энергии (7 – 13 ккал / моль) называются макроэргами. Макрэргами являются АТФ, ГТФ, УТФ (то-есть все нуклеозид-трифосфаты), ацилфосфат (например, глицерол-1,3-дифосфат при гидролизе дает 11,8 ккал), тиоэфиры (основные тиолсодержащие соединения в природе – коэнзим А (КоА), линолевая кислота и белки с тиогруппой, КоА включает в себя остаток пантотеновой кислоты – очень важный витамин, гидролиз ацетил КоА равен 7,5 ккал), НАД и НАДФ, ФАД и ФМН – их восстановленные формы представляют собой высокоэнергетические соединения. К макроэргам относится креатинфосфат (при гидролизе дает 10,3 ккал), фосфоенолпируат (при гидролизе дает 14,8 ккал). Нуклеозид-трифосфаты (НТФ) участвуют во многих реакциях синтеза. Например ЦТФ принимает участие в синтезе фосфолипидов, УТФ – в биосинтезе и взаимных превращениях углеводов, а все продуты этих процессов утилизируются затем в биосинтезе ДНК и РНК. Особую роль среди всех НТФ принадлежит АТФ. Во всех живых клетках АТФ выступает в качестве депо для хранения и переноса химической энергии. Эту функцию можно в общих чертах представить так: АТФ АДФ + фосфорная кислота. Химическая природа этих превращений проста – разрыв фосфоангидридной связи в результате гидролиза АТФ или образование этой связи в ходе фосфорилирования АДФ (синтез АТФ). Этот процесс и представляет молекулярную основу переноса химической энергии внутри всех живых клеток. При разрушении высокоэнергетических компонентов пищи (например, углеводов), освободившаяся при этом энергия идет на синтез АТФ. Если клетка нуждается в энергии (для различных синтетических процессов, сокращения мышц, транспорт через мембраны и т.д.) – АТФ гидролизуется с выделением энергии. При определении значения выделяющейся при гидролизе АТФ энергии были получены цифры от 7 до 9 ккал. Основная трудность определения этого значения заключается в том, что гидролиз АТФ очень чувствителен к изменению температуры, рН и концентрации ионов магния. В живой клетке условия чрезвычайно изменчивы, а концентрации уж никак не соответствуют стандартным условиям. Наиболее вероятным для живых клеток является значение примерно 11 ккал (или даже больше).

В процессе дыхания, при переносе электронов происходит образование АТФ. Это процесс получил название окислительное фосфорилирование. Принципы окислительного фосфорилирования заключаются в следующем: образование АТФ из АДФ и фосфорной кислоты сопряжено с процессом электронного транспорта, при котором электроны высокоэнергетического донора переносятся промежуточными переносчиками к терминальному акцептору электронов с образованием низкоэнергетического продукта. Такой тип реакций является общим для всех организмов и представляет собой универсальный биохимический принцип нашей биосферы. Необходимым условием процесса окислительного фосфорилирования в большинстве нефотосинтезирующих клеток является синтез высокоэнергетических доноров электронов, например, НАДН, ФАДН2, в ходе катаболизма. Принцип окислительного фосфорилирования применим и к фотосинтезирующим клеткам, но в этом случае он начинается с синтеза высокоэнергетических доноров электронов, отличных от НАДН, причем этот процесс происходит за счет световой энергии и его называют фотофосфорилирование. Таким образом, энергия, необходимая для синтза АТФ, берется за счет химической энергии, выделяющейся при переносе электронов по дыхательной цепочке.

3. Избыток азота или неиспользованный азот, образующийся при усвоеии или расщеплении АК, выводится из организма в основном в виде аммиака, мочевины и мочевой кислоты. Каждое из этих соединений в большой концентрации токсично. Симптомы аммиачного отравления - тремор, нечленораздельная речь, затуманивание зрения, в тяжелых случаях – кома. Это может возникнуть при тяжелых поражениях печени, при развитии коллатеральных путей между системой воротной вены и общей системой кровообращения (это характерно для цирроза печени), при хирургических операциях по шунтированию воротной вены. Синтезирваться аммиак может и в почках (в почечных канальцах), что является важным механизмом регуляции КЩР. Как правило, это происходит при дезаминировании глютамина под действием глютаминазы почек. Этот процесс резко усиливается при метаболическом ацидозе и снижается при алкалозе.

 

В норме в крови содержится 6-65 мкмоль/л аммиака;

Утилизация аммиака.

Аммиак может утилизироваться в тканях срочными способами связывания. По сути, это «временная» нейтрализация аммиака.

1) Амидирование СООН – групп белков:

R – CH – COOH +NH₃; АТФ АДФ + Фк R – CH – CONH₂

| |

NH₂ -H₂O NH₂