Физические свойства белков 5 страница

52. Белки имеют особое значение в пи­тании человека и животных. С белками связано осуществление основных про­явлений жизни. Одной из важных функций белков является их пластиче­ская рольвоспроизводства основных структурных элементов клетки. Эта функция белка незаменима и превосхо­дит их значение как источника энергии. В организме почти нет белковых резер­вов, поэтому белки являются совер­шенно незаменимыми в ежедневном питании. Белковое голодание приводит к тяжелым расстройствам в организме. Особенно чувствителен к недостатку белка растущий организм. Для возме­щения ежедневных потерь организм человека требует 11—13 граммов белка на килограмм веса В связи с тем, что белки представляют собой азотосодер­жащие вещества, то для изучения бел­кового обмена большое значение имеет определение азотистого баланса, т. е. разницы между количеством азота, по­ступившего в организм с пищей, и ко­личеством азота, выведенного из орга­низма. Обычно в здоровом организме устанавливается азотистое равновесие, при котором азота выводится ровно столько, сколько его поступает с пищей. При положительном азотистом балансе происходит задержка азота в организме, т. е. выводится азота меньше, чем его вводится. Положительный азотистый баланс характерен для молодого, интен­сивно растущего организма, а также в случае беременности. При отрицатель­ном азотистом балансе азота выводится больше, чем поступает. Это наблюда­ется при белковом голодании, при раз­личных заболеваниях, связанных с уси­ленным распадом белка в организме. ИСТОЧНИКИ И ПУТИ ИСПОЛЬ­ЗОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ В КЛЕТКАХ. Источники свободных аминокислот в клетках - белки пищи, собственные белки тканей и синтез аминокислот из углеводов. Аминокис­лоты - органические соединения, яв­ляющиеся основной составляющей ча­стью белков (протеинов). Аминокис­лоты определяют биологическую спе­цифичность белков и их пищевую цен­ность. Нарушение обмена аминокислот является причиной многих болезней. В природе обнаружено больше 20 амино­кислот. Аминокислоты всасываются из желудочно-кишечного тракта и с кро­вью поступают во все органы и ткани, где используются для синтеза белков и подвергаются различным изменениям. В крови поддерживается постоянная концентрация аминокислот. В мышцах, ткани головного мозга и печени содер­жание свободных аминокислот во много раз выше, чем в крови, и менее постоянно. Аминокислоты делятся на незаменимые (валин, лейцин, фенила­ланин, изолейцин, метионин, трипто­фан, треонин, лизин); частично замени­мые (аргинин и гистидин); заменимые (аланин, аспарагин, аспарагиновая ки­слота, глицин (гликокол), серин, глута­мин, пролин, тирозин, глутаминовая кислота, цистеин (цистин). Незамени­мые аминокислоты не синтезируются в организме человека, но необходимы для нормальной жизнедеятельности. Они должны поступать в организм с пищей. При недостатке незаменимых амино­кислот задерживается рост и развитие организма. Оптимальное содержание незаменимых аминокислот в пищевом белке зависит от возраста, пола и про­фессии человека, а также от других причин. Заменимые аминокислоты син­тезируются в организме человека. Ва­лин содержится в зерновых, мясе, гри­бах, молочных продуктах, арахисе, сое Изолейцин содержится в миндале, ке­шью, курином мясе, турецком горохе (нут (растение)), яйцах, рыбе, чечевице, печени, мясе, ржи, большинстве семян, сое. Лейцин содержится в мясе, рыбе, буром рисе, чечевице, орехах, большин­стве семян. Лизин содержится в рыбе, мясе, молочных продуктах, пшенице, орехах, но больше всего его содержится в амаранте. Метионин содержится в молоке, мясе, рыбе, яйцах, бобах, фа­соли, чечевице и сое. Треонин содер­жится в молочных продуктах и яйцах, в умеренных количествах в орехах и бо­бах. Триптофан содержится в овсе, ба­нанах, сушёных финиках, арахисе, кун­жуте, кедровых орехах, молоке, йо­гурте, твороге, рыбе, курице, индейке, мясе. Фенилаланин содержится в говя­дине, курином мясе, рыбе, соевых бо­бах, яйцах, твороге, молоке. Также яв­ляется составной частью синтетиче­ского сахарозаменителя — аспартама, активно используемого в пищевой про­мышленности. Аргинин содержится в семенах тыквы, свинине, говядине, ара­хисе, кунжуте, йогурте, швейцарском сыре. Гистидин содержится в тунце, лососе, свиной вырезке, говяжьем филе, куриных грудках, соевых бобах, ара­хисе, чечевице.

53. Распад белков происходит при уча­стии протеолитических ферментов, расщепляющих пептидные связи. Пере­варивание белков начинается в желудке под влиянием ферментов желудочного сока. Основным ферментом желудоч­ного сока является пепсин, который выделяется в неактивной форме в виде пепсиногена. Пепсиноген активируется соляной кислотой. Оптимум рН для пепсина лежит в пределах 1,5—2. В ре­зультате каталитического действия пеп­сина в желудке образуются пептоны, построенные из достаточно длинных полипептидов. Расщепление под влия­нием пепсина может сопровождаться также появлением свободных амино­кислот.Пептоны и нерасщепленные белки поступают в кишечник, где под­вергаются действию ферментов подже­лудочной железы (трипсина и химот­рипсина), относящихся, как и пепсин, к протеиназам. Трипсин выделяется со­ком поджелудочной железы в неактив­ной форме, в виде трипсиногена. По­следний активируется ферментом экте­рокиназой кишечного сока. Оптимум рН для трипсина равен 7—8. Неактив­ной формой химотрипсина является химотрипсиноген, который активиру­ется трипсином.Полипептиды, три- и дипептиды, обра­зовавшиеся в результате действия на белки пепсина, трипсина, химотрип­сина, подвергаются дальнейшему рас­щеплению в кишечнике под влиянием ферментов кишечного сока — пептидаз (карбоксипептидазы, аминопептидазы, дипептидаз). В результате последова­тельного действия всех вышеперечис­ленных ферментов пищеварительного тракта белковые вещества распадаются до аминокислот, которые всасываются в кровь через стенку кишечника. Специ­фичность действия протеаз. Трипсин преимущественно гидролизует пептид­ные связи, образованные карбоксиль­ными группами аргинина и лизина. Хи­мотрипсины наиболее активны в отно­шении пептидных связей, образованных карбоксильными группами ароматиче­ских аминокислот (Фен, Тир, Три). По­следний этап переваривания - гидролиз небольших пептидов, происходит под действием ферментов аминопептидаз и дипептидаз, которые синтезируются клетками тонкого кишечника в актив­ной форме. Аминопептидазы последо­вательно отщепляют N-концевые ами­нокислоты пептидной цепи. Дипепти­дазы расщепляют дипептиды на амино­кислоты, но не действуют на трипеп­тиды. В результате последовательного действия всех пищеварительных про­теаз большинство пищевых белков расщепляется до свободных аминокис­лот. Активация панкреатических ферментов. В поджелудочной железе синтезируются проферменты ряда про­теаз: трипсиноген, химотрипсиноген, проэластаза, прокарбоксипептидазы А и В. В кишечнике они путём частичного протеолиза превращаются в активные ферменты трипсин, химотрипсин, эла­стазу и карбок-сипептидазы А и В. Ак­тивация трипсиногена происходит под действием фермента эпителия кишеч­ника энтеропептидазы. Остальные про­ферменты панкреатических протеаз (проэластаза и прокарбоксипептидазы А и В) также активируются трипсином путём частичного протеолиза. В резуль­тате образуются активные ферменты - эластаза и карбокси-пептидазы А и В.

54. В толстом отделе кишечника не всо­савшиеся по каким-либо причинам (не­достаток или низкая активность протео­литических фрементов, нарушение про­цессов транспорта АК) пептиды и АК подвергаются процессам гниения. При этом образуются такие продукты как: фенол, крезол, сероводород, метилмер­каптан, индол, скатол, а также группа соединений под общим названием «трупные яды» - кадаверин, путресцин. После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных, так называемых парных, кислот (например, фенолсерная ки­слота). Последние выделяются с мочой. Механизм обезвреживания этих про­дуктов изучен детально. В печени со­держатся специфические ферменты – арилсульфотрансфераза и УДФ-глюко­ронилтран-сфераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы и ос­татка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы на любой из ука­занных продуктов. Индол (как и скатол) предварительно подвергается окисле­нию в индоксил, связывается в виде эфиросерной кислоты. Калиевая соль этой кислоты получила название жи­вотного индикана, который выводится с мочой. По количеству индикана в моче человека можно судить не только о ско­рости процесса гниения белков в ки­шечнике, но и о функциональном со­стоянии печени.

Таким образом, организм человека и животных обладает рядом защитных механизмов синтеза, биологическая роль которых заключается в обезврежи­вании токсичных веществ, поступаю­щих в организм извне или образую­щихся в кишечнике из пищевых про­дуктов в результате жизнедеятельности микроорганизмов. Биогенные амины - это вещества, характеризующиеся при­сутствием в их молекулярной структуре аминогруппы (NH2). Их можно обна­ружить как в растениях, так и в живот­ных. Их делят на несколько семейств, в частности - на этаноламины (холин и ацетилхолин), полиэтилендиамины (путресцин и кадаверин), полиамины (спермин), имидазолилалкиламины (гистамин), фенилалкиламины (меска­лин и тирамин), катехоламины (адрена­лин, норадреналин и дофамин), индоли­лалкиламины (триптамин и серотонин), а также бетаины (карнитин). Биогенные амины могут быть предшественниками алкалоидов и гормонов. Кроме того, некоторые из них являются нейроме­диаторами или компонентами фосфо­липидов и витаминов. Их также можно обнаружить в рибосомах и некоторых бактериях. Обычно они синтезируются посредством декарбоксилирования или карбоксилирования аминокислот (на­пример, гистидин превращается в гис­тамин). Некоторые биогенные амины являются галлюциногенами (мескалин), другие могут быть даже токсичными (путресцин и кадаверин). Мед и маточ­ное молочко содержат холинергический фактор - ацетилхолин. Этот биогенный амин действует как нейромедиатор на уровне синапсов центральной нервной системы и вызывает сокращение глад­ких мышц на уровне бронхов и желу­дочно-кишечного тракта, стимулируя таким образом перистальтику (это мо­жет объяснять слабый послабляющий эффект меда). Он также расширяет ка­пиллярные сосуды и снижает артери­альное давление. Для получения допол­нительной информации по этому во­просу см. свойства меда и маточного молочка при заболеваниях сердечно-сосудистой системы. Гистамин образу­ется посредством окислительного де­карбоксилирования гистидина - амино­кислоты, широко представленной в пыльце. Он стимулирует образование желудочного сока железами, располо­женными в дне желудка, и таким обра­зом способствует пищеварению. Он также расширяет кровеносные капил­ляры, повышает проницаемость мем­бран и вызывает сокращение гладких мышц пищеварительного тракта, матки и бронхов.

55. Доказано существование 4 типов дезаминирования аминокислот (отще­пление аминогруппы). Во всех случаях NH2-группа аминокислоты освобожда­ется в виде аммиака.

Помимо аммиака, продуктами дезами­нирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Под тран­саминированием подразумевают реак­ции межмолекулярного переноса ами­ногруппы (NH2—) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного об­разования аммиака. Эти реакции проте­кают при участии специфических фер­ментов, аминоферазами (аминотранс-феразы, или трансаминазы). В переносе аминогруппы активное участие прини­мает кофермент транс-аминаз пиридок­сальфосфат (производное витамина В6;), который в процессе реакции обра­тимо превращается в пиридоксамин­фосфат. Схематически механизм транс­дезаминирования можно представить в следующем виде: R,—CH(NH2)—COOH + НАД++H20-> R,—CO—СООН + НАДН2 + NH3.

Декарбоксилирование является весьма важным процессом диссимиля­ции аминокислот. Этот процесс сопро­вождается образованием углекислого газа и соответствующего амина.

R—CH—COOH¾® R—CH₂ + CO₂

÷ ÷

NH₂ NH₂

Аминокислота Амин

56. Источником образования аммиака в организме главным образом служит азот пищевого белка. Наибольшее ко­личество аммиака образуется в печени в ходе реакций дезаминирования амино­кислот. Дополнительными источниками его образования служат уреаза – поло­жительная микрофлора желудочно–ки­шечного тракта (разлагающая мочевину и белок), мышечная ткань (продукция аммиака возрастает при физической нагрузке), тонкая кишка (в результате распада глутамина), почки (абсорбция аммиака возрастает при гипокалиемии, алкалозе). При повышении содержания аммиака в организме он проявляет ток­сические свойства. Обезвреживание аммиака в организме. В организме человека подвергается распаду около 70г аминокислот в сутки: при этом ос­вобождается большое количество ам­миака, являющегося высокотоксичным соединением. Поэтому концентрация аммиака должна сохраняться на низком уровне (в норме уровень его не превы­шает 60 мкмоль/л). Концентрация ам­миака 3 ммоль/л является летальной. Одним из путей связывания и обезвре­живания аммиака в мозге, сетчатке, почках и мышцах, является биосинтез глутамина(и, возможно, аспарагина). Поскольку глутамин и аспарагин с мо­чой выделяются в небольших количест­вах, было высказано предположение, что они выполняют скорее транспорт­ную функцию переноса аммиака в не­токсичной форме. реакция синтеза глу­тамина, катализируемого глутаминсин­тетазой

Синтез глутамина в присутствии глута­мин-синтетазы может быть представлен в следующем виде:

в животных тканях открыта специфиче­ская аммиакзависимая аспарагинсинте­таза, которая катализирует синтез аспа­рагина в две стадии:

В животных тканях содержится, кроме того, глутаминзависимая аспа-рагин­синтетаза, которая для синтеза во вто­рой стадии использует амидную группу глутамина: б) Е-аспартил~АМФ + Глн -> Асн + Е + АМФ + Глу. Суммарная ферментативная реакция синтеза аспа­рагина может быть представлена в сле­дующем виде: Асп + АТФ + NН3 (или Глн) –> Асн + АМФ + РРi + (Глу). Часть аммиака легко связывается с α-кетоглутаровой кислотой благодаря обратимости глутаматдегидрогеназной реакции.

Глутамин, кроме того, используется почками в качестве резервного источ­ника аммиака, необходимого для ней­трализации кислых продуктов обмена при ацидозе и защищающего тем самым организм от потери с мочой используе­мых для этих целей ионов Na+.

57. ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ (цикл Кребса-Хензелейта, цикл мочевины), циклич. последовательность фермента­тивных р-ций, в результате к-рых про­исходит ассимиляция NH3 (в виде NH+4) и синтез мочевины, к-рая выво­дится из животного организма. Один из путей поступления в орнитиновый цикл- реакции трансаминирования и окислит, дезамини-рования. В печени, где осуществляется орнитиновый цикл, происходит окислит, дезаминирование глутаминовой к-ты с образованием NH4+, к-рое катализируется глутамат­дегидрогеназой:

НАД (НАДФ) и НАДН (НАДФН)-соотв. окисленная и восстановленная формы никотинамидадениндинуклеотида. Об­разующийся поступает в орнитиновый цикл или используется организмом для синтеза аминокислот. Из мн. перифе­рич. тканей (в т. ч. из мозга) поступает в печень в виде глутамина, к-рый в от­личие от глутаминовой к-ты способен легко проникать через клеточные мем­браны и транспортироваться кровью в печень, где под действием глутаминазы превращ. в глутаминовую к-ту и:

Образующийся в мышцах вступает в р-цию с 1-оксоглутаровой к-той с образо­ванием глутаминовой к-ты, в результате переаминирования к-рой (с участием пирувата) образуется аланин. Послед­ний поступает в печень, где в резуль­тате трансаминирования с участием 1-оксоглутаровой к-ты образуется глута­миновая к-та.

Первая стадия ассимиляции (начало орнитинового цикла)-синтез карбамо­илфосфата. Р-ция необратима и катали­зируется карбамоилфосфат-синтетазой, к-рая активна только в присут. N-аце­тилглутаминовой к-ты. Необходимый для этой р-ции СО2 образуется в три­карбоновых кислот цикле.

Константа равновесия р-ции образова­ния цитруллина из орнитина и карбамо­илфосфата (II), катализируемая орни­тин-карбамоилтрансферазой, настолько велика, что орнитин практически пол­ностью переходит в цитруллин.

Биосинтез аргининосукцината (III) ка­тализируется арги-ниносукцинат-синте­тазой, в присут. к-рой уреидогруппа активируется с участием АТФ:

А-остаток аденозина, РР-пирофосфор­ная к-та. Отщепление аргинина с обра­зованием фумаровой к-ты (IV) катали­зируется аргининосукцинат-лиазой. Ключевое звено цепи превращений в орнитиновом цикле-гидролиз аргинина (V) на орнитин и мочевину, к-рая выво­дится из организма через почки. Р-ция катализируется аргиназой, к-рая ак­тивна в присут. Со2+ или Мn2+. Т. обр., благодаря орнитиновому циклу организм освобождается от токсичных для него продуктов- и СО2 ("отходов" обмена в-в).

Орнитиновая кислота -единственное соед. с уже сформир. пиримидино-вым циклом, к-рое используется для даль­нейшего синтеза пиримидиновых нук­леоти-дов при его поступлении с пищей или с мед. препаратами (свободные урацил, цито-зин и тимин не утилизи­руются в тканях). Синтез нуклео-тидов осуществляется путем присоединения к орнитиновой кислоте. D-рибозил-5-фосфата, источником к-рого является 5-фосфори-бозил-1-пирофосфат. Обра­зующийся при этом оротидин-5'-фосфат (оротидиловая к-та; VI) подвергается декарбоксилированию с образованием уридин-5'-фосфата (урациловой к-ты). Последний превращ. в уридинтрифос­фат (УТФ), из к-рого образуются цити­дин-трифосфат (путем замены в УТФ группы ОН в положении 4 на группу NH2) и тимидинтрифосфат.

Эндогенный синтез орнитиновой ки­слоты полностью покрывает физиол. потребность в ней организма. Однако в условиях, предъявляющих повыш. тре­бования к интенсивности синтеза нук-леотидов и нуклеиновых к-т (напр., в период интенсивного роста, после опе­рации, кровопотерь), необходимо ее дополнит. введение. Орнитиновую ки­слоту в виде оротата калия применяют в медицине при заболеваниях сердца, печени и др. случаях, связанных с на­рушением белкового обмена.

58. Аланинаминотрансфераза, Аспарта­таминотрансфераза (АЛТ, АСТ)Определение активности АЛТ, АСТ имеет большую диагностическую ценность при заболеваниях печени и сердца, несмотря на отсутствие орган­ной специфичности. Особенно важное значение имеет определение этих фер­ментов для раннего выявления гепатита. Острый гепатит сопровождается резким повышением уровня АЛТ. Активность АСТ при этом также повышена, но обычно ниже активности АЛТ. Актив­ность АЛТ начинает увеличиваться уже в продромальной стадии, когда другие признаки болезни ещё не проявились. Коэффициент Де Ритиса АСТ/АЛТ<1. В норме его значение соответствует 1,3. При тяжелом поражении печени соот­ношение активности ферментов меня­ется. При инфаркте миокарда значение коэффициента больше нормы, актив­ность АСТ в сыворотке крови возрас­тает через 4-6 часов после инфаркта миокарда и снижается до нормы на 3-7 день, при стенокардии активность АСТ не изменяется.

59. Глюконеогенез. Некоторые ткани, такие, как мозг и эритроциты, зависят от постоянного снабжения глюкозой. Если получаемое с пищей количество углеводов недостаточно, необходимая концентрация глюкозы в крови может поддерживаться некоторое время за счет расщепления гликогена печенью. Если истощены также и эти запасы, в печени запускается синтез глюкозы, Глюконеогенез. Исходными соедине­ниями в глюконеогенезе являются ами­нокислоты мышечной ткани. При дли­тельном голодании это приводит к мас­сивному распаду мышечного белка. Другими важными исходными вещест­вами для синтеза глюкозы служат лак­тат, образующийся в эритроцитах и мышечной ткани при недостатке О2, а также глицерин, образующийся при расщеплении жиров. Глюконеогенез происходит в митохондриях и эндо­плазматическом ретикулуме. Первые стадии реакционной цепи протекают в митохондриях. Причиной такого «об­ходного» пути является неблагоприят­ная константа равновесия пируватки­назной реакции. Для перевода пирувата непосредственно в фосфоенолпиру­ват(PEP) недостаточно энергии расщеп­ления АТФ. Пируват, образующийся из лактата или аминокислот, переносится в матрикс митохондрий и там карбокси­лируется в оксалоацетат в биотинзави­симой реакции, катализируемой пиру­ваткарбоксилазой. Оксалоацетат явля­ется промежуточным метаболитом цит­ратного цикла. Оксалоацетат, обра­зующийся в митохондриальном мат­риксе, восстанавливается в малат. кото­рый может переноситься в цитоплазму с помощью специальных переносчиков. В цитоплазме малат вновь превращается цитоплазматической малатдегидрогена­зой в оксалоацетат, который в реакции, катализируемой ГТФ-зависимой РЕР-карбоксикиназой, переводится в фос­фоенолпируват. Последующие стадии до фруктозо-1,6-дифосфата представ­ляют собой модификации соответст­вующих реакций гликолиза. При этом для образования 1,3-дифосфоглицерата дополнительно расходуется АТФ. Две глюконеогенез-специфичные фосфа­тазы отщепляют по очереди фосфатные остатки от фруктозо-1,6-дифосфата. Промежуточной стадией является изо­меризация фруктозо-6-фосфата в глю­козо-6-фосфат, одна из реакций глико­лиза. Глюкозо-6-фосфатаза печени [5] является мембранным ферментом, ло­кализованным внутри гладкого эндо­плазматического ретикулума. Перенос глюкозо-6-фосфата в эндоплазматиче­ский ретикулум и возврат образую­щейся глюкозы в цитоплазму осущест­вляется специфическими переносчи­ками. Из цитоплазмы глюкоза посту­пает в кровь. Углеродные скелеты 20 белковых аминокислот превращаются в итоге в семь различных продуктов де­градации. Пять метаболитов (2-оксоглу­тарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксало­ацетат и пируват) служат предшествен­никами в процессе глюконеогенеза. Первые четыре являются еще и проме­жуточными продуктами цитратного цикла, в то время как пируват может быть переведен пируватдекарбоксила­зой в оксалоацетат и тем самым стать участником глюконеогенеза. Амино­кислоты, деградация которых постав­ляет один из пяти упомянутых метабо­литов (в первую очередь молочная и пи-ровиноградная кислоты), называются глюкогенными аминокислотами. За двумя исключениями (лизин и лейцин) глюкогенными являются все белковые аминокислоты. Два других продукта распада (ацетоацетат и ацетил-КоА) не могут включаться в глюконеогенез в организме животных. Они использу­ются для синтеза кетоновых тел, жир­ных кислот и изопреноидов. Поэтому аминокислоты, которые разрушаются с образованием ацетил-КоА или ацето­ацетата, называются кетогенными аминокислотами. Фактически кетоген­ными являются только лейцин и лизин. Некоторые аминокислоты поставляют продукты деградации, являющиеся глюкогенами и кетогенами. К этой группе принадлежат фенилаланин, ти­розин, триптофан и изолейцин.

60. Строение и билогическая роль ДНК, ДНК служит универсальным храните­лем и источником наследственной ин­формации, записанной в виде специаль­ной последовательности нуклеотидов и определяющей свойства живого орга­низма. Ее молекулярная масса колеб­лется от 10⁷ до 10⁹, а число нуклеотид­ных остатков в молекуле достигает не­скольких сотен тысяч и даже миллио­нов. Как уже было сказано, из главных азотистых оснований в ДНК содер­жится аденин, гуанин, цитозин и тимин. Основная масса ДНК сосредоточена главным образом в ядрах клеток. Неко­торое ее количество содержится в ми­тохондриях и хлоропластах. ДНК ядра клеток животных и растений представ­ляет собой не одну молекулу, а состоит из многих молекул, распределенных по разным хромосомам, число которых зависит от вида организма.

Молекула ДНК состоит из двух поли­нуклеотидных цепей, закрученных вправо вокруг одной и той же оси обра­зуя двойную спираль. В силу простран­ственного соответствия структур двух молекул соединяться водородными свя­зями могут лишь аденин с тимином и наоборот, а также гуанин с цитозином и наоборот. Причем между аденином и тимином образуются две вородные связи, а между гуанином и цитозином – три. Пространственное соответствие структур двух молекул (в случае ДНК пуринов и пиримидинов) получило в химии название к о м п л ем е н т а р н о с т и. Вследствие комплементарности нуклеотидная последовательность од­ной цепи ДНК однозначно определяет нуклеотидную последовательность дру­гой цепи. цепи ДНК разделяются и вдоль каждой из них синтезируется но­вая цепь, что дает в результате две но­вые молекулы ДНК, по одной на каж­дую из двух дочерних клеток. Синтез дочерней молекулы двухцепочечной ДНК, идентичной родительской двух­цепочечной ДНК получил название р е п л и к а ц и я. Строение и биологиче­ская роль РНК

Рибонуклеиновые кислоты представ­ляют собой одноцепочечные молекулы разной длины. Последовательность нуклеотидов,т.е. первичная структура, различных РНК, содержащихся в клетке определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК -матрице. РНК имеют также вторичную и третичную структуры.В зависимости от функций и местонахождения в клетке РНК делят на три основных типа: рибосомные (рРНК), информационные, или матрич­ные (иРНК, или мРНК) и транспортные (тРНК). Р и б о с о м н ы е РНК (рРНК) содержатся в рибосомах - внутрикле­точных органеллах, принимающих уча­стие в биосинтезе белка. М а т р и ч н ы е РНК (мРНК) Функция мРНКзаключа­ется в переносе генетической информа­ции, записанной в ДНК, на синтезируе­мый белок. Нуклеотидный состав мРНК подобен нуклеотидному составу одного из участков цепи ДНК, т.е. тройка оснований в ДНК (кодоген, или рождающий код) определяет соответст­вующую тройку оснований (кодон) в молекуле мРНК. Матричные РНК при­сутствуют в ядре (где они синтезиру­ются) и в цитоплазме.Функции тРНК заключаются в доставке аминокислот к рибосомам, взаимодействии с мРНК и рибосомами в процессе биосинтеза белка. Под первичной структурой нук­леиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мо­нонуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК и РНК. Такая цепь стабили­зируется 3',5'-фосфодиэфирными свя­зями. Установлено, что в образовании межнуклеотидной связи участвуют гид­роксильные группы в 3'- и 5'-положе­ниях остатков углевода. Ниже приво­дится примерная схема последователь­ности нуклеотидов в молекуле РНК. Все клеточные РНК в основном состоят из одноцепочечной по-линуклеотидной цепи: 5'-Г–У–Г–Ц–А–А–...–У–Ц–Г–Ц–Ц–А–3'

61. Этапы биосинтеза ДНК. Этап I – инициация биосинтеза ДНК – является началом синтеза дочерних нуклеотид­ных цепей; в инициации участвует ми­нимум восемь хорошо изученных и раз­ных ферментов и белков. Первая фаза – это, ферментативный биосинтез на мат­рице ДНК необычного затравочного олигорибонуклеотида (праймера) со свободной гидроксильной группой у С-3' рибозы. При инициации к цепям ДНК последовательно присоединяются ДНК-раскручивающие и ДНК-связывающие белки, а затем комплексы ДНК-полиме­раз и праймаз. Инициация представля­ется единственной стадией репликации ДНК, которая весьма тонко и точно ре­гулируется, однако детальные меха­низмы ее до сих пор не раскрыты и в настоящее время интенсивно исследу­ются. Этап II – элонгация синтеза ДНК – включает два кажущихся одинако­выми, но резко различающихся по ме­ханизму синтеза лидирующей и от­стающей цепей на обеих материнских цепях ДНК. Синтез лидирующей цепи начинается с синтеза праймера (при участии праймазы) у точки начала реп­ликации, затем к праймеру присоеди­няются дезоксирибонуклеотиды под действием ДНК-полимеразы III; далее синтез протекает непрерывно, следуя шагу репликационной вилки. Синтез отстающей цепи, напротив, протекает в направлении, обратном движению реп­ликационной вилки и начинается фраг­ментарно. Фрагменты всякий раз синте­зируются раздельно, начиная с синтеза праймера, который может переноситься с готового фрагмента при помощи од­ного из белковых факторов репликации в точку старта биосинтеза последую­щего фрагмента противоположно на­правлению синтеза фрагментов. Элон­гация завершается отделением олиго­рибонуклеотидных праймеров, объеди­нением отдельных фрагментов ДНК при помощи ДНК-лигаз и формированием дочерней цепи ДНК. Этап III – терми­нация синтеза ДНК – наступает, скорее всего, когда исчерпана ДНК-матрица и трансферазные реакции прекращаются.

На схеме стрелки вокруг ДНК и РНК указывают на возможность молекул копировать самих себя в живых систе­мах при участии соответствующих ферментов.

62. Центральная догма молекулярной биологии. Клетка как таковая обладает огромным числом разнообразных функций, как мы уже говорили, часть из них - общеклеточные, часть - специаль­ные, характерные для особых клеточ­ных типов. Главными рабочими меха­низмами выполнения этих функций яв­ляются белки или их комплексы с дру­гими биологическими макромолеку­лами, такими, как нуклеиновые ки­слоты, липиды и полисахариды. Так, известно, что процессы транспорта в клетке разнообразных веществ, начиная с ионов, кончая макромолекулами, оп­ределяются работой специальных бел­ков или липопротеиновых комплексов в составе плазматической и иных клеточ­ных мембран. Практически все про­цессы синтеза, распада, перестройки разных белков, нуклеиновых кислот, липидов, углеводов происходит в ре­зультате активности специфических для каждой отдельной реакции белков-фер­ментов. Синтезы отдельных биологиче­ских мономеров, нуклеотидов, амино­кислот, жирных кислот, сахаров и др. также осуществляются огромным чис­лом специфических ферментов - белков. Сокращение, приводящее к подвижно­сти клеток или к перемещение веществ и структур внутри клеток, осуществля­ется также специальными сократитель­ными белками. Многие реакции клеток в ответ на воздействие внешних факто­ров (вирусов, гормонов, чужеродных белков и др.) начинается с взаимодейст­вия этих факторов со специальными клеточными белками-рецепторами.Белки - это основные компоненты прак­тически всех клеточных структур. Структура каждого отдельно взятого белка строго специфична, что выража­ется в специфичности их первичной структуры - в последовательности ами­нокислот вдоль полипептидной, белко­вой цепи. Причем специфичность этой аминокислотной последовательности безошибочно повторена во всех моле­кулах данного клеточного белка.Такая правильность в воспроизведении одно­значной последовательности аминокис­лот в белковой цепи детерминируется структурой ДНК того генного участка, который в конечном счете отвечает за структуру и синтез данного белка. Эти представления служат основным по­стулатом молекулярной биологии, ее «догмой». Информация о будущей мо­лекуле белка передается в места его синтеза (в рибосомы) посредником - информационной РНК (иРНК), нуклео­тидный состав которой отражает состав и последовательность нуклеотидов ген­ного участка ДНК. В рибосоме строится полипептидная цепь, последователь­ность аминокислот в которой определя­ется последовательностью нуклеотидов в иРНК, последовательностью их три­плетов. Тем самым центральная догма молекулярной биологии подчеркивает однонаправленность передачи инфор­мации: только от ДНК к белку, с помо­щью промежуточного звена, иРНК (ДНК ® иРНК ® белок). Для некоторых РНК-содержащих вирусов цепь пере­дачи информации может идти по схеме РНК - иРНК - белок. Это не меняет сути дела, так как детерминирующим, опре­деляющим звеном здесь является также нуклеиновая кислота. В настоящее время на основании современных пред­ставлений о биосинтезе белков можно дать следующую общую принципиаль­ную схему этого сложного и многосту­пенчатого процесса. Главная, «команд­ная», роль в определении специфиче­ской структуры белков принадлежит дезоксирибонуклеиновой кислоте - ДНК. Молекула ДНК представляет со­бой чрезвычайно длинную линейную структуру, состоящую из двух взаимо­закрученных полимерных цепей.