Билет №19

1) ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ

ПУРИНОВЫЕ ОСНОВАНИЯ, прир. производные пурина. Входят в качестве агликонов (неуглеводного компонента) в нуклеиновые к-ты, нуклеозиды, нуклеотиды; фрагменты коферментов, витаминов и др. Канонические пуриновые основания нуклеиновых к-т-аденин (6-аминопурин, сокращенно А) и гуанин (2-амино-6-пуринон,

Кроме канонических пуриновых оснований в состав нуклеиновых к-т входят. минорные пуриновые основания Эти основания образуются фермен-тативно в составе полинуклеотидов и играют важную роль в регуляции репликации и транскрипции, в защите клеток от чужеродных ДНК (см. Рестрикция и модификация ДНК)и системы трансляции от действия антибиотиков и др.

Образование специфич. водородных связей пуриновых оснований с пиримидиновыми основаниями в комплементарных участках цепей нуклеиновых к-т,как и межплоскостные взаимод. между соседними основаниями в поли-нуклеотидной цепи, определяют формирование вторичной и третичной структур нуклеиновых к-т. В комплементарных участках помимо канонич. пар пуриновых оснований с пиримидиновыми основаниями (А-Т и G-С; Т и С-соотв. цитозин и тимин) могут образовываться неканонич. пары (G-G, G-A, G-T и др.).

Последовательность пуриновых и пиримидиновых оснований в полинуклеотидной цепи определяет генетич. информацию, заключенную в ДНК, вирусных и матричных РНК.

Дезаминированиеаденина в составе поли-нуклеотида (превращение в гипоксантин) меняет информац. смысл и приводит к точковой мутации. Дезаминированиегуанина (превращение его в ксантин) в составе матричных полинуклеотидов приводит к блокированию репликации и транскрипции. Метилирование пуриновых оснований по N-7 в составе матричных полинуклеотидов не сопровождается изменением генетич. смысла основания.

Пуриновые основания представляют собой высокоплавкие (т. пл. > 250 °С), бесцв. кристаллич. соед., плохо раств. в горячей воде (особенно гуанин), не раств. в этаноле и диэтиловом эфире. Содержание редких таутомерных форм (иминотаутоме-ры А и G по С-6 и С-2 соотв., енольного таутомера G по С-6) не превышает в норм.условиях 10^-3%. Протонирование и депротонирование пуриновых оснований сопровождается изменениями УФ спектров поглощения и реакц. способности.

Хорошо изучены р-ции ацилирования и дезаминирования экзоциклич. аминогрупп пуриновых оснований действием азотистой к-ты и замещение аминогруппыаденина при действии гидроксил-аминов.Алкилирование пуриновых оснований идет по атомам N циклов (реакц. способность уменьшается в ряду:N-9 > N-7 >> N-3 > N-1), по экзоциклич. аминогруппам и по атому О-6 гуанина. Возможно прямое га-логенирование по атому С-8. При действии оргнадкислот на аденин образуются N-оксиды по атомам N имида - зольного цикла. При действии формальдегида образуются N-ме-тилольные соединения. Хлор- и бромацетальдегид избирательно реагирует с аденином, образуя т. наз. этеноаденин в результате взаимод. альдегидной группы с аминогруппойаденина и последующего N-1 алкилирования с участием а-атома Среагента. Глиоксаль и кетоксаль избирательно реагируют с гуанином, образуя третий гетероцикл в результате р-ций карбонильных групп агента с экзоциклич. аминогруппой и атомом N-1. Скорости всех этих р-ций весьма существенно зависят от локальных особенностей высшей структуры полинуклеотида, что широко используют для изучения вторичной и третичной структур нуклеиновых к-т. Канонические и минорные пуриновые основания могут быть получены препаративно из нуклеиновых к-т путем кислотного гидролиза и послед.разделения.

гуанин

2)ЦЕРЕБРОЗИДЫ

сфинголипиды общей ф-лы RCH(OH)CH(NHCOR')CH₂OX, где R и R' - алкил, гидроксиалкил, алкенил; X - остаток глюкозы (глюкоцереброзиды), галактозы (галактоцереброзиды) или фукозы (фукоцереброзиды). В глюко- и галакто-цереброзидах присутствует -гликозидная связь, в фуко-цереброзидах- гликозидная связь.
Цереброзиды- твердые в-ва, не раств. в воде, хорошо раств. в орг. р-рителях. При к-тном гидролизе обр-ют жирные к-ты, сфингозины (сфингозиновые основания) RCH(OH)CH(NH₂)CH₂OH и УГы.
Цереброзиды содержатся в тканях человека, животных и высших растений. С их функционированием связана деятельность орг-ма в целом и на клеточном уровне (изолирующие св-ва миелиновой оболочки нервных аксонов, межклеточное узнавание, иммунологич. р-ции).Биосинтез цереброзидов протекает по двум путям: гликозилирование церамидов с помощью уридиндифосфатсахаров или гликозилирование сфингозинов с послед. N-ацилированием. Нарушения метаболизма цереброзидов, обусловленные снижением активности или отсутствием ф-тов их гидролиза, имеют наследственный хар-р (т. наз. болезнь Краббе); при этом в органах и тканях, особенно в мозге, накапливаются галактоцереброзиды. Повышение содержания глюкоцереброзидов в мозге, печени свидетельствует о нарушениях обмена ганглиозидов (болезнь Гоше).
Осуществлен полный хим. синтез и полусинтез цереброзидов, их аналогов и меченых производных, используемых в качестве диагностич. и исследовательских биопрепаратов. Наиб. стереоселективно с обр-нием -аномера гликозилирование происходит в присут. цианида ртути.

3.первичная и вторичная структура белков (связи)

Стабильность первичной стр-ры обеспеч в основном ковалентными пептидными связями; возможно участие небольш числа дисульфидных связей.

Стабильность вторич стр-ры обеспеч в основном водородными связями (определенный вклад вносят пептидные и дисульфидные).

Водородная связь предст собой слабое электростатическое притяжение м/у одним электроотриц атомом (напр, О или N) и водород атомом, кова-лентно связанным со вторым электроотриц атомом. Водородные связи, являясь нековалентными, отличаются малой прочностью. Так, для разрыва одной водородной связи требуется затратить всего лишь 6,3 кДж на 1 моль. Поскольку в белковой мол-ле число водородных связей очень велико (в обр-ние водородных связей вовлечены все пептидные группы), они в сумме обеспечивают скручивание полипептидной цепи в спиральную стр-ру, сообщая ей компактность и стабильность.

Механизм возникновения водородных связей в элементарной форме может быть представлен на примере вз-действия двухмол-лводы (диполи). В диполе воды, как известно, избыток положительных зарядов приходится на атомыводорода, а избыток отрицательных – на атомыкислорода.

Благодаря особенностям строения атомаводорода при достаточном сближении двухмол-лводы возникает электростатич вз-действие м/у атомомкислорода одной мол-лы и атомомводорода второй мол-лыводы. Следствием этого явл ослабление связи м/у атомамиводорода и кислорода в каждой мол-леводы и соотв-енно возникновение новой, непрочной связи (отмечена пунктиром) м/у атомомводорода первой мол-лы и атомомкислорода второй мол-лыводы. Эту непрочную связь принято обозначать водородной связью.

В белковой мол-ле наиболее важные водородные связи обр-ются м/у ковалентно связанным атомомводорода, несущим частичный положительный заряд, и отрицательно заряженным ковалентно связанным атомомкислорода. Ниже представлены примеры водородных связей в белковой мол-ле: а) м/у пептидными цепями; б) м/у двумя гидрок-сильными группами; в) м/у ионизированной СООН-группой и ОН-груп-пой тирозина; г) м/у ОН-группойсерина и пептидной связью.

В зависимости от хим природы атома-акцептора водородные связи отлич др от др степенью прочности. О кол-ве водородных связей в белковой мол-ле судят по данным изотопного метода, в частности по времени обмена атомовводорода, участвующих в обр-нии водородной связи, на дейтерий (при обработке белкатяжелой водой D₂O, в к-рой вместо обычного водорода содержится его тяжелый изотопдейтерий).

Другой тип конфигурации полипептидных цепей, обнаруженный в белках волос, шелка, мышц и в других фибриллярных белках, получил название β-стр-ры. В этом случае две или более линейные полипептидные цепи, расположенные параллельно или, чаще, антипараллельно, прочно связываются межцепочечными водородными связямим/у NH-и СО-группами соседних цепей.

4. гомогликаны (строение, функции)

Гомополисахариды (гомогликаны) состоят из многократноповторяющегося одного и того же остатка моносахарида.Линейные гомогликаны являются регулярными биополимерами, а разветвленные – соединения с различными гликозидными связями (например: (1®2), (1®4), (1®6) и др. Среди природных гомогликанов встречаются D-глюканы (состоят из остатков D-глюкозы), D-маннаны, D-ксиланы, D-фруктаны и др.

· Крахмал – основной запасной гомогликан (D-глюкан) растений, откладывающийся внутри клеток в виде специальных зерен. Крахмал представляет собой смесь двух других гомогликанов линейной амилозы (10-30%) и разветвленного амилопектина (70-90%). Молекулярная масса крахмала около 10⁵-10⁷. Содержание крахмала в клубнях картофеля достигает 25%, а в зернах злаковых до 80%. Крахмал гидролизуется a-амилазами вплоть до свободной a-D-глюкозы.

· Гликоген – гомогликан (D-глюкан), весьма сходный по строению с амилопектином. Для гликогена характерна более высокая степень ветвления и более компактная структура. Гликоген состоит из остатков a-D-глюкопиранозы, соединенных a(1 ® 4)-связями в линейных участках, а также a(1 ® 6)-связями в точках ветвления. Молекулярная масса гликогена около 10⁵-10⁸. Содержание гликогена в мышцах до 4%, а в печени до 10%. Гликоген гидролизуется в реакциях амилолиза и фосфоролиза вплоть досвободнойa-D-глюкозы или ее фосфорного эфира. Гликоген – это главный тканевый резерв углеводов у животных и человека. Встречается в грибах, в микроорганизмах, в некоторых растениях.

· Декстрины представляют собой продукты частичного ферментативного гидролиза гликогена и крахмала в организме.

· Декстраны – это группа микробных резервных полисахаридов. Молекулярная масса достигает величин порядка 10⁸. Природные декстраны подвергают ограниченному гидролизу до молекулярной массы 10000-50000 с образованием так называемых клинических декстранов, которые используются в качестве кровезаменителей.

· Инулин – это резервный полисахарид (фруктан) клубней земляной груши (топинамбура), георгина, артишока, а также корней одуванчика и цикория, где его содержание доходит порой до 40-55%. Фруктоза является продуктом гидролиза инулина ферментами желудочно-кишечного тракта, чем обусловлены ценные пищевые и лечебные свойства инулина

· Целлюлоза (клетчатка) – линейный полимер D-глюкопиранозы с b(1®4)-связями и молекулярной массой около 10⁵-10⁸. Целлю-лоза практически нерастворима в воде, составляет около 50% древесины и более 95% хлопка.

Целлюлоза не гидролизуется ферментами пищеварительных соков человека, а частичное расщепление целлюлозы (около 10%) вжелудочно-кишечном тракте реализуется при участии ферментов микроорганизмов целлюлаз. Мол-ы целлюлозы, вступая в сложные вз-действия между собой и с др биополимерами (лигнины, гемицеллюлозы, пектиновые в-ва и др.), формируют легкий и прочный, плотный или ажурный фитокаркас и в конечном итоге создают все богатство форм мира растений.

· Гемицеллюлозы – группа гомогликанов, которые вместе с целлюлозой, лигнинами, пектиновыми веществами формируют матрикс оболочки клеток растений, особенно в одревесневших частях растений. Гидролизуются специальными ферментами гемицеллюлазами.

· Хитин – основной структурный компонент наружного скелета членистоногих и клеточной оболочки грибов. Образует очень прочные комплексы с белками. При ограниченном гидролизе хити-на образуется хитозан –гомогликан, обладающий высокой сорбционной емкостью в отношении липидов.

К числу важных природных гомогликанов относятся агар-агар, агароза, альгиновые кислоты и пектиновые вещества. Ценным свойством этих гомогликанов является способность образовывать гели. Альгиновые кислоты – это гомогликаны водорослей, линейные полимеры D-маннуроновой кислоты с гликозидными связями b(1®4)-типа. Пектины – нерастворимые гомогликаны клеточной стенки растений (протопектин). Растворимый пектин – это метиловый эфир полигалактуроновой кислоты.

5) пиридоксин, его роль в регуляции белкового обмена, переаминирование(механизм р-ии и роль в метаболизме)

Вит- В₆ (пиридоксин) явл производным 3-оксипиридина, в частности 2-метил-3-окси-4,5-диоксиме-тилпиридином.Три производных 3-оксипиридина, обладающих одинаковой вит-ной активностью: пиридоксин (пиридоксол), пиридоксаль и пиридоксамин:

Биологическая роль. Оказалось, что, хотя все три производных 3-окси-пиридина наделены вит-ными св-вами, коф-тные функции выполняют только фосфорилированные производные пиридоксаля и пиридоксамина.

Фосфорилирование пиридоксаля и пиридоксамина явл ф-тативной р-цией, протекающей при участии специфических киназ. Синтез пиридоксальфосфата, например, катализирует пиридоксалькиназа, к-рая наиболее активна в ткани мозга.

Доказано, что в животных тканях происходят взаимопревращения пиридоксальфосфата и пиридоксаминфосфата, в частности в р-цияхтрансаминирования и декарбоксилирования АМК.

Известно более 20 пиридоксалевых ф-тов, кат-ющих ключевые р-ции азотистого метаболизма во всех живых орг-мах. Вследствие широкого участия пиридоксальфосфата в процессах обмена при недостаточности вит-а В₆ отмечаются разнообразные нарушения метаболизма АМК.

ПЕРЕАМИНИРОВАНИЕ(трансаминирование)

Это обратимый перенос аминогруппы из мол-лы одного орг. соед. в мол-лу другого. Наиб.роль переаминирование играет в биохимии в процессах метаболизмаазотистых оснований в тканях животных и растений.

В жив орг-мах на р-циях такого типа основ-тся синтез и диссимиляцияАМК.

Аминотрансферазы содержат в качестве кофсрмента производные вит-а В₆-пири-доксаль-5'-фосфат (ф-ла I) и пиридоксамин-5'-фосфат (II). В основе каталитич. активности пиридоксаль-5'-фосфата лежит способность его формильной группы образовывать с АМКамишиффовы основания, легко гидролизующиеся до пиридоксамин-5'-фосфата и -кеток-ты.

Нарушение нормального течения переаминирования в орг-ме наблюдается при патологич. состояниях, напр. при инфаркте миокарда, заболеваниях печени. Переаминирование в орг-ме подавляется противотуберкулезными лек.ср-вами (изониазидом, циклосерином и др.), а также при В₆-авит-озе.Общая схема переаминирования:

Переаминирование АМК может происходить и вне клетки в присут. пиридоксаль-5'-фосфата, однако скорость р-ции в 10⁶ раз меньше. К переаминированию относят также превращ. -кеток-ты в -амино-к-ту при нагр. с др. АМКой в водном р-ре (р-ция Хербста - Энгеля):

6) коф-тная система, содержащая тиамин (что, как, зачем)

Экспериментально доказано, что вит- B₁в форме ТПФ (активная форма – тиаминпирофосфат) явл составной часть минимум 5 ф-тов, участвующих в промежуточном обмене в-в. ТПФ входит в состав двух сложных ф-тных систем – пируват - и α - кетоглутарат дегидрогеназных комплексов, кат-ющих окислительное декарбоксилирование пировиноградной и α-кетоглутаровой к-т. В составе транскетолазы ТПФ участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара (см. главу 10). ТПФ явл коф-том пируватдекар-боксилазы клеток дрожжей (при алкогольной ф-тации) и дегидро-геназы γ-оксикетоглутаровой к-ты.

В частности, ТПФ участвует в окислительном декарбоксилировании глиоксиловой к-ты и α-кеток-т, образующихся при распаде АМК с разветвленной боковой цепью; в растениях ТПФ явл эссенциальным кофактором при синтезе валина и лейцина в составе ф-та ацетолактатсинтетазы.