Аналогично метилируется в организме некоторые лекарственные препараты (фенолы, унитиол, никотин и т.д.), чужеродные соединения (теллур, селен, сера).

Билет№28

1. Типы связей в белковых молекулах.

В молекулах белка аминокислоты связаны между собой пептидными связями

R R1 R R1

| | +HOH | |

CH – COOH + CH – COOH CH – CO – NH – CH - COOH

| | | пептидная

NH2 NH2 NH2 связь

Таким образом образуются пептиды (в данном случае – дипептид). Присоединение следующей аминокислоты происходит к свободной карбоксильной группе с образованием новой пептидной связи. При соединении большого числа (обычно более ста) аминокислот путем образования пептидных связей, формируется полипептидная цепь, а каждая аминокислота в этой цепи называется аминокислотным остатком. Полипептидная цепь имеет определенное направление. Принято считать, что они начинаются с N – конца, то-есть конца несущего свободную аминогруппу и заканчивается С – концом, где есть свободная карбоксильная группа.

Необходимо отметить некоторое своеобразие пептидной связи. Так атомы углерода и азота, образующие пептидную связь, находятся примерно в одной плоскости, а атомы водорода и радикалы направлены к этой плоскости под углом 109 градусов 28минут.

-C –N –

Кислород и водород находятся в транс положении. Вот так выглядит пептидная связь. Вращение вокруг пептидной связи ограничено. Кроме того, расстояние между атомами углерода и водорода в пептидной связи равно 0,132 нанометра, втовремя как одинарная связь H3С – NH2 длину 0,147 нанометров, а в двойной связи = С = N – это расстояние равно 0,125 нанометров. Это создает предпосылки для осуществления таутомерных (лактам-лактимных) превращений, что повышает реакционную способность полипептидной цепи.

Н2N – CH – C – NH – CH – COOH Н2N– CH – C = N – CH - COOH

| || | | | |

R1 O R2 R1 OH R2

Разорвать связь можно кипячением с кислотой или щелочью, или под действием ферментов. Пептидная связь участвует в формировании первичной структуры белка.

2) Второй вид связи – дисульфидная – эта связь образуется за счет двух атомов серы - S – S -. Эту связь могут дать только серосодержащие аминокислоты. За счет дисульфидной связи связываются две или более полипептидных цепи или образуются циклические структуры.

--|----------|-----

SH SH S S

(образуется циклическая структура)

| |

|-S-S-| сшиваются две цепи, например у инсулина

| |

Дисульфидная связь участвует в формировании третичной и четвертичной структуры.

3) Водородная связь – это связь водорода с электроотрицательными группировками. Она слабая (в десять раз слабее ковалентной), но если этих связей много, то они сильно влияют на пространственную конфигурацию белковых молекул. Водородные связи возникают между соседними изгибами цепи, притягивая их друг к другу и предавая повторяемую периодичность цепи.

С Они определяют вторичную, третичную, четвертичную

| Структуры. Разрушаются при денатурации.

4)Ионные связи – образуются между заряженными частями белка, определяет общую пространственную конфигурацию.

------|----------------|---------

NH2 COOH

(аргинин, (глутаминовая кислота,

лизин) аспарагиновая кислота)

5)Гидрофобные связи – образуются неполярными радикалами в полярных растворителях. При этом отсутствует взаимодействие с водой. Гидрофобные группировки в водной среде объединяются в единые центры

(энергетически очень выгодно, этим определяется энтропия). При формировании структуры белковых молекул гидрофобные связи играют очень большую роль.

---|-------|-------|--

R1 R2 R3 R

R-

Определяют третичную и четвертичную структуру. Разрушаются при денатурации белков.

Помимо белков, высокой биологической активностью обладают и низкомолекулярные пептиды, которые как и белки так же состоят из аминокислот. Природные пептиды и зависимости от характера действия и происхождения принято делить на 4 группы:

1) Пептиды, обладающие гормональной активностью (вазопресин, окситоцин, адренокортикотропный гормон, меланоцитстимулирующий гормон, глюкагон,кальцитонин, меланоцитостимулирующий гормон и другие). Подробнее о них будет говориться в соответствующих разделах биохимии.

2) Пептиды, принимающие участие в пищеварении (гастрин, секретин). Эти гормоны синтезируются в желудке и стимулируют секрецию соляной кислоты и выделение воды и солей в поджелудочной железе.

3) Пептиды, имеющие своим источником альфа-2-глобулиновую фракцию сыворотки крови (ангиотензин – регулирует кровеносное давление, брадикинин – мощное сосудорасширяющее средство, ренин – активирует ангиотензин).

4) Нейропептиды – оказывают большое влияние на передачу нервных импульсов(энкефалины)

Очень важное значение имеет трипептид глютатион. Он участвует в транспорте аминокислот через клеточные мембраны. Поддерживает восстановленное состояние железа(+2) в гемоглобине. Сохраняет интактными –SН- группы многих белков мембраны, предохраняя их от окисления.

2. Общие пути катаболизма.

Процессы катаболизма и анаболизма происходят одновременно, хотя и существуют сдвиги в сторону одного или другого процесса, в зависимости от потребности клетки. Общим же, связывающим звеном всех видов распада и синтеза является цикл лимонной кислоты (или цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса). Чисто условно катаболизм основных органических веществ в организме делят на три этапа:

1) распад сложных органических веществ до мономеров (белки - аминокислоты, жиры – жирные кислоты плюс спирты, сложные углеводы - моносахара). Это специфичные пути катаболизма для каждого вида биомолекул. Энергия при этих процессах не образуется;

2) полученные на первом этапе продукты (аминокислоты, жирные кислоты и т.д.) превращаются в общие продукты катаболизма (ПВК и ацетил- КоА). Это тоже специфичные пути. При этих реакциях образуется некоторое количество энергии;

3) общие пути катаболизма. Так как различные органические соединения (белки, жиры, углеводы) имеют разную химическую структуру, то и распадаются они по-разному. Но на определенных этапах распада белков, жиров и углеводов образуются общие для всех видов распада соединения, которые либо запускают цикл Кребса, либо являются его интермедиатами. Так, углеводы при распаде превращаются в ПВК. Жирные кислоты – превращаются в ацетил - КоА. Различные аминокислоты превращаются в различные интермедиаты цикла Кребса и включаются в цикл на определенном этапе (например: аланин, треонин, глицин, цистеин, серин – превращаются в пируват; аспарагин – в оксалоацетат (ЩУК), тирозин – в фумарат; валин, метионин – в сукцинил-КоА; лейцин, изолейцин, триптофан – в ацетил-КоА и т.д.). Из всех указаных соединений, в которые превращаются белки, жиры и углеводы при распаде, только ПВК не является составной частью цикла Кребса. Однако ПВК превращается в ацетил-КоА под действием пируват ДГ-комплекса. Общую схему катаболизма мы можем представить так:

Белки Углеводы Жиры

Аминокислоты ПВК Глицерин Жирные

кислоты

Ацетил КоА

Цикл Кребса

СО₂ + НОН + Энергия.

Таким образом, общими путями катаболизма мы можем назвать цикл Кребса и, в какой-то мере, превращение ПВК в ацетил КоА.

Окислительное декарбоксилирование ПВК.

Большинство аэробных организмов использует углеводы в качестве основного источника углерода и энергии в ходе совместных процессов цикла Кребса и гликолиза. Сопряжение этих двух путей происходит на уровне превращения ПВК ацетил КоА, катализируемого в митохондриях пируватдегидрогеназным комплексом (ПДК). Хотя пируват, как мы уже видели может образоваться и в ходе распада белков и жиров. ПВК образуется, в основном, в цитозоле, а реакция перехода ПВК в ацетил КоА имеет место в митохондриях. ПВК транспортируется в митохондрии с помощью специальных переносчиков. В ходе этой реакции проиходит образование тиоэфира (ацетил КоА) и окислительное декарбоксилирование альфа-кето (ПВК). Полученный в результате реакции ацетил КоА поступает в цикл Кребса, где и распадается до СО2, НОН, SH-КоА + энергия. Общая схема реакции:

СН₃СН₃

| ПДК |

C=O + HAD(+) + HS-KoA C=O + HADH + CO₂ + H

| |

COOH S – KoA

ПВК Ацетил КоА.

ПДК состоит из трех различных ферментов, которые используют 5 различных ко-ферментов.

Е1 – ПВК-ДГ (ее называют так же пируватдекарбоксилаза). В качестве ко-фермента служит тиаминпирофосфат (фосфорилирванная форма витамина В1 - тиамина). Е1 катализирует декарбоксилирование ПВК, причем ацетильная группа переносится на тиамин пирофосфат.

NH₂ N⁺ CH₃

N __CH₂

CH₂ – CH₂ – P – P

CН₃ Тиаимнпирофосфат

В этой реакции принимают участие ионы магния. При недостатке витамина В1 в тканях накапливаются кетокислоты, возникает дефицит НАДФН2 что приводит к первичной дегенерации нервной ткани(антиневритный витамин) – поражаются органы движения (развивается мышечная атрофия, контрактуры конечностей), нарушена чувствительность, ослаблена работа сердечно-сосудистой системы, развиваются отеки, появляется чувство страха, галлюцинации, снижается интеллект, то-есть симптомы болезни бери-бери (хотя, точнее, бери-бери развивается при дефиците комплекса витаминов группы В). Кроме указанной реакции, витамин В участвует в транскетолазной реакции ПФП окислении углеводов. Участвует в окислительном декарбоксилировании других кислот. Содержится витамин В1 в дрожжах, желтке куриного яйца, злаках, печени и т.д. Суточная потребность 1-2 мг. Е2 – дигидролипоилтрансацетилаза. В качестве ко-фермета использует липоевую кислоту. Липоевоя кислота представляет собой низкомолекулярную серусодержащиую карбоновую кислоту, содержащую в качестве активной группировки две сульфгидрильных тиогруппы (они могут быть представлены в виде дисульфидног мостика – S – S -)

+2H

СН2 – СН2 – СН – (СН₂)₄ – СООН СН₂ – СН₂ – СН – (СН₂)₄ – СООН

| | - 2H | |

S S SH SH

Липоевая кислота.

КоА состоит из аденина, рибозы, трех остатков фосфорной кислоты, пантатеновой кислоты и тиоэтанолаимна.

Тиоэтаноламин – пантатеновая кислота – фосфорная кислота – фосфорная кислота – 5` - рибоза - аденин

3` - фосфорная кислота

Пантатеновая кислота (витамин В3)

СН3

СН2 – С – СН – СО – NH – CH2 – CH2 - COOH

| | |

ОН СН3 СН3

(АЛЬФА, ГАММА –диокси, бета, бетабутерил – бета - аланин).

КоА участвует в активировании и переносе ацильных и ацитильных остатков, в распаде жирных кислот, холестерина, ацетилхолина и в синтезе этих же соединений.

При недостаточности витамина В3 развивается дерматит, дистрофия, поражается сердечно-сосудистая система, отмечается выпадение волос и т.д.

Е3 – дегидролипоил ДГ – способствует реакислению восстановленной формы дегидролипоилтрансацетилазы. Представляет собой ФАД-содержащий флафопротеин. Восстановленная форма флавопротеина окисляется с участием НАДН(+), играющего роль акцептора водорода.Таким образом в ходе окислительного декарбоксилирования ПВК образуется ацетил КоА (который поступает в цикл Кребса) и НАДН (который поступает в дыхательную цепь и может дать энергию в процессе переноса электронов по цепи, достаточную для синтеза трех молекул АТФ). Активность пируватДГ уменьшается и при недостаточном содержании в диете тиамина, это может привести к накоплению ПВК. Недостаток тиамина возникает, например, у алкоголиков с нарушенным режимом питания, при введении им глюкозы может происходить быстрое оьразование ПВК и лактата, приводящие к лактатоцидозу (возможен летальный исход). Отмечена и наследственная недостаточность ПВК ДГ. ПВК ДГ комплекс ингибирует АТФ, НАДН и активируется АДФ и НАД+

3. Особенности обмена серосодержащих аминокислот.

CH₃– S – CH₂ – CH₂ – CH – COOH CH₂ – CH – COOH CH₂ – S – S – CH₂

NH2 SH NH2 СН - NH₂ СН-NH₂

| |

COOH COOH

Цистеин Цистин

В растениях и бактериях метионин может синтезироваться из цистеина (который является в этом случае поставщиком серы). У человека этот процесс не идет. Поэтому метионин является незаменимой АК и обязательно должен поступать в составе пищи. Напротив, в тканях у человека метионин является донором серы для образования цистеина. Серин же служит источником углеродного скелета для синтеза цистеина. Таким образом, цистеин не является незаменимой АК. Метионин является донором метильных групп в реакциях трансметилирования, точнее является его активная форма – S-аденозилметионин:

Полученное соединение используется в реакциях трансметилирования при образовании адреналина, тимина, креатина, холина по схеме:

S-аденозилметинин + субстрат S-аденозилгомоцистеин + субстрат-СН3

Метилтрансфераза

Аналогично метилируется в организме некоторые лекарственные препараты (фенолы, унитиол, никотин и т.д.), чужеродные соединения (теллур, селен, сера).