Глютаминовая кислота глютамин

Часто первой реакцией в процесссе расщепления АК или последней реакцией синтеза АК является реакция трансаминирования, в ходе которой аминогруппа переносится от донорной АК к акцепторной a-оксокислоте (a-кетокислоте), при этом образуется a-оксокислота из донорной АК и АК из исходной акцепторной a-оксокислоты. Эта реакция катализируется пиридоксальзависимым ферментом, называемым трансаминазой (аминотрансферазой). Эта реакция легко обратима.

Среди различных трансаминаз, встречающихся в природе, многие предпочтительно используют a-оксоглутарат (a-кетоглютарат) в качестве акцепторной a-оксокислоты с образованием глутамата и наоборот. Это превращение показывает прямую связь катаболических и анаболических процессов с циклом лимонной кислоты. Превращение глютамата в a-кетоглюторат с включением последнего в цикл Кребса – определяет катаболизм АК-т (а, соответственно, и белков), а использование a-кетоглютората для синтеза глютамата, который затем может использоваться и для синтеза белков – характеризует связь цикла Кребса с процессами анаболизма. Более широкое значение для метаболизма эта пара (a-оксоглуторат глутамат), по видимому играет, участвуя в метаболическом потоке азота, при этом a-оксоглутарат – главный акцептор азота, а глутамат – главный переносчик азота. Общий вид процесса трансаминирования:

R COOH R COOH

| + | | + |

CH – NH₂ CH₂ C=O CH₂

| | | |

COOH CH₂ COOH CH₂

АК | альфаоксо - кислота |

C=O CH – NH₂

| |

COOH COOH

Альфаоксоглютаровая глютаминовая

Кислота кислота

Например, один из путей дальнейшего использования глутамата – превращение его в глютамин,

COOH CONH₂

| |

CH₂ AТФ АДФ + Фк CH₂

| +NH₃ |

CH₂ CH₂

| глютаминсинтетаза |

CH – NH₂ CH – NH₂

| |

COOH COOH

Глютаминовая кислота глютамин

а, глютамин, в свою очередь, может отдавать азот на синтез различных соединений (например, жиров и пиримидинов). Кроме того, в почках глютамин, под действием глютаминазы, может отдавать азот, который в виде NH₄OH принимает участие в ликвидации возникшего ацидоза. Второй путь использования глютамата – образование в результате реакции трансаминированирования со щавеливо-уксусной кислотой - аспартатата, который может использоваться на: синтез полипептидов, декарбоксилирование аминокислот, окислительное дезаминирование.

Биологическое значение этих реакций:

1.при этих реакциях исходная АК теряет NН2группу, образуя безазотистый продукт, но свободный аммиак не выделяется,

2.эти реакции дают возможность образовывать новые АК при избытке других АК;

3.реакции дают возможность образовывать кетокислоты, которые необходимы для ЦТК (например, ЩУК – прежде всего);

4.открывают путь к быстрому распаду АК в тканях (механизм непрямого дезаминирования).

2. Биосинтез ДНК.

Генетическая информация, заключенная в ДНК хромосомы может быть передана либо путем точной репликации, либо с помощью рекомбинации, транспозиции и конверсии:

1) Рекомбинация две гомологические хромосомы обмениваются генетическим материалом.

 

2) Транспозиция – способность перемещения генов по хромосоме или между хромосомами. Возможно, это играет важную роль в клеточной дифференцировке.

3) Конверсия - одинаковые последовательности хромосом могут формировать случайные пары, а несовпадающие участки удаляются.

4) Репликация (это основной вид синтеза ДНК), то есть воспроизведение «себе подобных».

Главное функциональное значение репликации – снабжение потомства генетической информацией. Основной фермент, катализирующий синтез ДНК – это ДНК-полимераза. Выделено несколько видов ДНК-полимеразы: 1) альфа – (выделена из ядра) – это основной фермент, связанный с репликацией хромосом. 2) бета – (так же локализована в ядре) – по-видимому, участвуют в репарации и процессах рекомбинации. 3) гамма – (локализованы в митохондриях) – вероятно, участвует в репликации митохондриальных ДНК. Для работы ДНК-полимеразы необходимы следующие условия: 1) в среде должны присутствовать все 4 дезоксирибонуклеотида (дАТФ, дГТФ, дЦТФ и ТТФ); 2) для оптимальной активности необходим ко-фактор: ионы марганца; 3) необходимо присутствие копируемой двухцепочечной ДНК; 4) нуклеотиды присоединяются в направлении 5` - 3` (5` - 3` - полимеризация); 5) репликация начинается в строго определенном участке и идет одновременно в обоих направлениях с примерно одинаковой скорость; 6) для начала синтеза может использоваться как затравочная порция либо фрагмент ДНК, либо фрагмент РНК, в отличие от синтеза РНК, где возможен синтез из отдельных нуклеотидов; 7) для репликации необходима суперспирализованная молекула ДНК. Но, если, как мы говорили выше, для транскрипции (то есть для синтеза РНК) необходимы РНК-полимераза (с гамма-субъединицей для узнавания и связывания с промотором) и белок узнования сигнала терминации (фактор r), при репликации ДНК действие ДНК полимеразы дополняют несколько (около 10) белков, часть которых представляют собой ферменты. Эти дополнительные белки способствуют:

1)узнавания точки начала репликации ДНК-полимеразой.

2) Локальному расплетанию дуплекса ДНК, что освобождает одиночные цепи для копирования матрицы.

3) Стабилизации расплавленной структуры (расплетенной).

4) Образование затравочных цепей для инициации действия ДНК-полимеразы.

1) Участвует в формировании и продвижении репликационной вилки.

2) Способствует узнаванию участков терминации.

3) Способствует суперспирализации ДНК.

Мы оговорили все необходимые условия репликации ДНК. И так, как уже упоминалось, репликация ДНК начинается в строго определенном месте. Для расплетания родительской ДНК требуется энергия, высвобождающаяся при гидролизе АТФ. На разделение каждой пары АО затрачивается две молекулы АТФ. Синтез новой ДНК сопряжен с одновременным раскручиванием родительской ДНК. Участок, где происходит одновременно расплетание и синтез, называется «репликационной вилкой»:

 

Родительская ДНК

Вновь синтезируемые ДНК

 

Репликация ДНК происходит таким образом, что каждая цепь родительской 2-цепочечной ДНК является матрицей для синтеза новой комплиментарной цепи и две цепи (исходная и вновь синтезируемая), соединяясь образуют следующие поколения ДНК. Этот механизм называют полуконсервативная репликация. Репликация ДНК проходит одновременно на 2 цепях, и идет, как уже упоминалось в направлении 5` - 3`. Но ведь цепи родительской ДНК разнонаправлены. Однако, фермента, ведущего синтез ДНК в направлении 3` - 5` нет. Поэтому, одна цепь, копирующая материнскую с направленностью 5` - 3`, будет синтезироваться непрерывно (ее называют «лидирующая»), вторая цепь будет синтезироваться тоже в направлении 5` - 3`, но фрагментами по 150 – 200 нуклеотидов, которые впоследствии сшиваются. Эту цепь называют «отстающая».

Для того, чтобы начался синтез новой ДНК необходима затравка. Мы уже говорили, что затравкой может быть фрагмент ДНК или РНК. Если затравкой служит РНК, то это очень короткая цепь, она содержит около 10 нуклеотидов и называется праймером. Синтезирует праймер, комплементарный одной из цепей ДНК, особый фермент – праймаза. Сигналом для активации праймазы служит образование предзатравочного промежуточного комплекса, состоящего из 5 белков. 3`-концевая группа (гидроксильная группа концевого рибонуклеотида праймера) и служит затравкой для синтеза ДНК под действием ДНК-полимеразы. После синтеза ДНК, РНК-компанент (праймер) гидролизуется под действием ДНК-полимеразы.

Работа ДНК-полимераз направляется матрицей, то есть нуклеотидный состав новосинтезированной ДНК зависит от характера матрицы. В свою очередь, ДНК-полимераза всегда удаляет некомплементарные остатки на конце затравки, прежде чем продолжать полимеризацию. Таким образом, репликация ДНК идет с большой точностью, так как спаривание оснований проверяется дважды. ДНК-полимеразы способны наращивать цепи вновь синтезируемых ДНК, но не способны катализировать соединение 2 цепей ДНК или замыкать одну цепь (при образовании кольцевой ДНК). Эти функции выполняет ДНК-лигаза, который катализирует образование фосфодиэфирной связи между 2 цепями ДНК. Фермент этот активен при наличии свободной – ОН-группы на 3` конце одной цепи ДНК и фосфатной группы на 5` конце другой цепи ДНК. Сшивание цепей происходит за счет энергии АТФ. Поскольку множество химических и физических агентов (ионизирующая радиация, УФЛ, различные химические вещества) вызывают в ДНК повреждение (изменяются или теряются АО, разрываются фосфодиэфирные связи и.д.), во всех клетках имеются механизмы для исправления этих повреждений. ДНК-рестриктаза находит эти повреждения и вырезает поврежденный участок, ДНК-полимераза проводит репарационный (восстановительный) синтез поврежденных участков в направлении 5` - 3`. Восстановленный участок сшивается с остатком цепи ДНК-лигазой. Этот метод исправления измененных или поврежденных участков называется репарацией. Список ингибиторов репликации ДНК многообразен и велик. Одни связываются с ДНК полимеразой, инактивируя ее, другие связываются и инактивируют определенный вспомогательный блок, третьи внедряются в матричную ДНК, нарушая ее спосоьность к копированию, четвертые выступают в роли конкурентных ингибиторов, представляя собой аналог нормальных нуклеотидтрифосфатов. Такими ингибиторами являются некоторые антибиотики, мутагены, химические яды, антивирусные агенты и т.д.

3. Железо – входит в состав гема, в плазме и тканях входит в состав белков – трансферрина, ферретина, гемосидерина. Увеличение содержания железа в плазме отмечают при гемолитической анемии и других видах анемий, при уменьшении всасывания через ЖКТ (гемохроматоз - нарушаются механизмы, ограничивающие всасывание, при вирусном гепатите и других поражениях печени). Снижение содержания железа в плазме отмечают при гемосидерозе внутренних органах, поражениях почек (увеличена экскреция с мочой), беременности, миоме матки, раке печени, кровотечении, дефиците витамина С.