Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Общие пути обмена аминокислот.
Пути распада аминокислот до конечных продуктов можно разделить на 3 группы:
Превращение -аминогрупп аминокислот.
В тканях организма происходит отщепление аминогрупп с образованием аммиака. Этот процесс называется дезаминированием. Возможны 4 типа дезаминирования:
Восстановительное
R-CH-COOH R-CH2-COOH + NH3
|
NH2
Гидролитическое
R-CH-COOH R-CH-COOH + NH3
| |
NH2 OH
Внутримолекулярное
R-CH2-CH-COOH R-CH=CH-COOH + NH3
|
NH2
Окислительное
R-CH-COOH R-C-COOH + NH3
| ||
NH2 O
Окислительное дезаминирование бывает 2 видов: прямое и непрямое (трансдезаминирование).
Прямое окислительное дезаминирование осуществляется оксидазами. В качестве кофермента содержат ФМН или ФАД. Продуктами
реакции являются кетокислоты и аммиак.
Трансдезаминирование – основной путь дезаминирования аминокислот. Трансдезаминирование проходит в 2 этапа.
Первый – трансаминирование – перенос аминогруппы с любой аминокислоты на -кетокислоту без промежуточного образования аммиака;
Второй – собственно окислительное дезаминирование.
В результате первого этапа аминогруппы «собираются» в составе глутаминовой кислоты. Второй этап связан с окислительным дезаминированием глутаминовой кислоты.
Трансаминирование аминокислот было открыто советскими учеными Браунштейном и Крицман (1937г).
R R1 R R1
| | | |
HC-NH2 + C=O C=O + HC-NH2
| | | |
COOH COOH COOH COOH
Реакция трансаминирования обратима, она катализируется ферментами – аминотрансферазами.
Акцептором аминогрупп в реакциях трансаминирования являются три - кетокислоты: пируват, оксалоацетат, 2-оксоглутарат. Наиболее часто акцептором NH2-групп служит 2-оксоглутарат (-кетоглутарат), реакция приводит к образованию глутаминовой кислоты:
СН3 COOH CH3 COOH
| | АЛТ | |
НСNH2 + CH2 C=O + (CH2)2
| | | |
COOH CH2 COOH CHNH2
| |
C=O COOH
| глутамат
COOH
Аминотрансферазы содержат в качестве кофермента производные пиридоксина (витамин В6) – пиридоксаль-фосфат и пиридоксамин-фосфат.
(Механизм реакции трансаминирования с участием пиридоксальфосфата – учебник.)
Окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты.
Биологический смысл реакций трансаминирования состоит в том, чтобы собрать аминогрупы всех распадающихся аминокислот в составе одной аминокислоты – глутаминовой. Глутаминовая кислота поступает в митохондрии клеток, где происходит второй этап трансдезаминирования – собственно дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакция катализируется глутаматдегидрогеназой, которая в качестве кофермента содержит НАД+ или НАДФ+.
COOH СООН
| |
(CH2)2 (CH2)2
| |
CHNH2 НАД НАДН+Н+ C=O
| |
COOH COOH
Клиническое значение определения активности трансаминаз.
Для клинических целей определяют активность АлТ и АсТ, которые катализируют следующие реакции:
Аспартат + -кетоглутаратоксалоацетат + глутамат
Аланин + -кетоглутарат пируват + глутамат
В сыворотке крови здоровых людей активность этих трансаминаз ниже, чем в органах. При поражении органов наблюдается выход трансаминаз из очага поражения в кровь. Так, при инфаркте миокарда уровень АсТ сыворотки крови уже через 3-5 ч после наступления инфаркта повышается в 20-30 раз. При гепатитах повышается более умеренное и затяжное.
Декарбоксилирование аминокислот.
Процесс отщепление карбоксильной группы в виде СО2 называется декарбоксилированием и приводит к образованию биогенных аминов, которые оказывают фармакологическое действие на физиологические функции человека.
Серотонин обладает сосудосуживающим действием, участвует в регуляции артериального давления, t тела, дыхания, медиатор нервных процессов.
Дофамин- предшественник катехоламинов.
гистидин гистамин
Гистамин обладает сосудорасширяющим действием. Он образуется в области воспаления, участвует в развитии аллергических реакций.
НООС-(СН2)2-СН-СООН СН2-СН2-СН2-СООН
| |
глутамат NH2 NH2 -аминомасляная кислота (ГАМК)
ГАМК является тормозным медиатором. В лечебной практике используется при лечении эпилепсии (резкое сокращение частоты припадков).
Орнитин декарбоксилируясь дает диамин – путресцин, а лизин – кадаверин.
СН2-СН2-СН2-СН-СООНСН2-СН2-СН2-СН2-NH2;
| | |
NH2 NH2 NH2
CH2-CH2-CH2-CH2-CH-COOHСН2-СН2-СН2-СН2-CH2-NH2
| | |
NH2 NH2 NH2
В организме биогенные амины подвергаются реакции окислительного дезаминирования с образованием альдегидов и аммиака. Процесс осуществляется при участии моноаминооксидаз.
Схематически механизм трансдезаминирования можно представит так:
Пути превращения аминокислот в печени.
Включение углеродных скелетов аминокислот в цикл лимонной кислоты.
Синтез аминокислот
Заменимые аминокислоты образуются в печени из глутаминовой кислоты. Источником всех атомов углерода (а также азота аминогрупп) пролина, орнитина и аргинина является глутамат.
Источником углерода аланина, серина и глицина служат трехуглеродные промежуточные продукты гликолиза, а источником азота их аминогрупп – глутамат; аспартат получает углерод от оксалоацетата, а азот от глутамата.
-кетоглутарат + NH3 + НАДН (или НАДФН) Глутамат + НАД+ (или НАДФ+)
Глутамат + -кетокислота -кетоглутарат + аминокислота
-кетокислота + NH3 + НАДН (НАДФН) аминокислота + НАД+ (НАДФ+)
Восстаниовительное аминирование в печени и других тканях обеспечивает сохраниение и повторное использование аммиака. Большая часть аминокислот синтезируется в результате переноса аминогрупп от других аминокислот без превращения в NH3.
Трансаминирование = переаминирование = аминирование -кетоглутарата.
Мак-Мюррей, стр.276
Трансаминированию в печени не подвергаются аминокислоты с разветвленной цепью – лейцин, изолейцин, валин.
Эти аминокислоты вступают в реакции трансаминироания в почечной и мышечной тканях.
Лизин и треонин не вступают в реакцию трансаминирования.
Азотистый обмен
В организме человека ежесуточно распадается на аминокислоты около 400 г беков и столько их синтезируется.
Основная функция белков пластическая. Белки могут выполнять энергетическую функцию при избыточном их поступлении с пищей или в экстремальных ситуациях, когда белки тела подвергаются усиленному распаду. Этот процесс наблюдается при голодании или патологии (при сахарном диабете). При сгорании 1 г белков высвобождается 16,8 кДж.
Под термином «резервные» белки понимают не особые отложения белков, а легкомобилизуемые при необходимости тканевые белки, которые после гидролиза под действием тканевых протеиназ дают аминокислоты.
Факторы определяющие состояние белкового обмена.
Возраст (в детском возрасте, при активной мышечной работе, беременности), состояние организма – резко повышается потребность в белках.
Характер питания (количественный и качественный состав пищи). При недостаточном поступлении белков с пищей происходит распад белков ряда тканей (печени, плазмы, крови). Введение с пищей повышенных количеств белка не оказывает заметного влияния на состояние белкового обмена, если избыточное поступление белка не превышает 2-3 раза. Качественный состав белков важен, т.к. отсутствие или недостаток хотя бы одной какой-либо незаменимой аминокислоты нарушает процесс биосинтеза белков в организме. Синтез белка подчиняется закону «все или ничего» и осуществляется при условии наличия в клетке полного набора 20 аминокислот.
Обмен белков связан с обеспеченностью организма витаминами В1, В2, В6, РР и др.
Секреция гормонов (СТГ, гормоны щитовидной железы, андрогены, эстрогены).
Для оценки состояния обмена белков используется понятие азотистый баланс.
Азотистый баланс – разница между введением с пищей азота и выведением его в виде конечных продуктов азотистого обмена.
Различают 3 вида азотистого баланса:
Положительный – количество выводимого из организма азота меньше количества азота, вводимого с пищей. Азот остается в организме и расходуется на синтез белков. Характерен для растушего организма и во время беременности.
Отрицательный – количество выделяемого азота превышает количество азота, поступающего в течение суток. Встречается при голодании, белковой недостаточности, тяжелых заболеваниях, когда происходит интенсивный распад белков тела. Отрицательный азотистый баланс наблюдается у пожилых людей.
Азотистое равновесие – количество азота выводимого из организма, равно количеству получаемого с пищей азота. Характерно для здорового взрослого человека.
Биологическая ценность белков.
Определяется следующими критериями:
Чем ближе аминокислотный состав пищевого белка к аминокислотному составу беков тела, тем выше его биологическая ценность.
В составе белка должны быть все незамеимые аминокислоты: вал, илей, лей, лиз, мет, тре, три, фен. Исключение какой-либо незаменимой аминокислоты из пищи сопровождается развитием отрицательного азотистого баланса.
В составе белка установлены пропорциональные величины незаменимых аминокислот, относительно триптофана, принятого за единицу, лиз-5, лей-4, вал-3,5.
Недостаток в пище одной незаменимой аминокислоты ведет к неполному усвоению других аминокислот.
Для человека наиболее ценны белки молока, яиц, мяса, т.к. их аминокислотный состав ближе к аминокислотному составу органов и тканей человека.
В результате недостаточного поступления белков в организм возникает синдром кваширхор. Поражает детей в период отнятия от груди. Нарушение норамального синтеза белка в печени вызывает снижение содержания сыворотного альбумина, что приводит к отеку, снижение содержания ЛОНП приводит к развитию жирового поражения печени. Снижен синтез гемоглобина, в результате развивается анемия. Резко нарушается функция кишечника, т.к. из недостатка аминокислот страдает синтез ферментов поджелудочной железы. Смерть наступает от диареи, острых инфекций и хронических заболеваний печени.
Переваривание и всасивание
Переваривание белков происходит в 3 этапа:
в желудке;
в тонком кишечнике;
в клетках слизистой оболочки тонкого кишечника.
Расщепление белков происходит при участии нескольких групп ферментов:
Экзопептидазы – катализирует разрыв концевой пептидной связи с образованием одной какой-либо аминокислоты.
Эндопептидазы – гидролизуют пептидные связи внутри полипептидной цепи.
К эндопептидазам относятся следующие ферменты: пепсин, гастрин, трипсин, химотрипсин, эластаза.
К экзопептидазам относятся: карбоксипептидазы, аминопептидазы, дипептидазы.
Экзопептизазы участвуют в переваривании белков в тонком кишечнике.
В результате расщепления образуются свободные аминокислоты, которые затем подвергаются всасыванию. Аминокислоты всасываются свободно с ионами натрия. Некоторые аминокислоты обладают способностью конкурентно тормозить всасывание других аминокислот:
Лизин тормозит всасывание аргинина. Это позволяет считать, что существует общая переносящая система.
Часть аминокислот в кишечнике под действием микрофлоры подвергается гниению. В результате гниения аминокислот в кишечнике образуются ядовитые продукты распада – фенол, индол, крезол, скатол, сероводород. Распад цистеина, цистина, метионина приводит к образованию сероводорода, метилмеркаптана. Диаминокислоты – арнитин и лизин подвергаются декарбоксилированию с образованием путресцина и кадаверина.
Микробные ферменты кишечника превращают тирозинкрезолфенол
триптофанскатолиндол.
После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где обезвреживаются путем связывания с серной или глюкуроновой кислотами с образованием парных кислот, которые выделяются с мочей.
Аминокислоты как лекараственные препараты.
Препараты гидролизатов белков – используются для перентерального питания.
К ним относятся гидролизин, гидролизат казеина, аминопептид, церебролизин, аминокровин, фиброносол.
Применяют после операций на ЖКТ, у больных с нарушениями переваривания белков и аминокислот, при тяжелых ожегах.
Препараты отдельных аминокислот.
Метион – липотропный фактор, а также для лечения белковой недостаточности при хронических заболеваниях.
Цистеин – при нарушениях обмена серосодержащих белков (хрусталик, роговица глаза, коллаген), при отравлениях солями тяжелых Ме, которые связываются аминокислотами.
Глутаминовая кислота и аспарагиновая кислота (калиевые и магниевые соли – препарат панангин, аспаркам) используются для обезвреживания аммиака.
Пути обезвреживания аммиака.
Уровень аммиака в норме в крови не превышает 60 мкМоль/литр. Для кроликов концентрация аммиака 3 мМоль/литр является летальной.
В организме существует 4 пути обезвреживания аммиака.
Образование глутамина – процесс идев в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах.
НООС-СН-СН2-СН2-СООН НООС-СН-(СН2)2-СONH2
| |
NH2 NH2
Глутамин выделяется с мочой.
Восстановительное аминирование -кетоглутаровой кислоты
-кетоглутарат+NH3 + НАДН глутамат + НАД+
Эта реакция обратная окислительному дезаминированию глутяминовой кислоты. Дальше глутамат связывает еще одну молекулу NH3 и дают глутамин. Глу+NH3 Глн.
Глутамин используется почками как резервный источник аммиака, необходимый для нейтрализации кислых продуктов обмена при ацидозе.
Образование аммонийных солей.
Аммиак в почках акцептирует протон кислоты, образуя аммонийную соль. Одновременно этот процесс обеспечивает сбережение организмом ионов Na+, которые в отсутствие ионов аммония выводились бы с анионами кислот.
NH3+Н+Cl- NH4Cl
Биосинтез мочевины.
Мочевина – главный конечный продукт обмена азота в организме. С мочой за сутки выводится 25-30 г мочевины. Синтез мочевины идет в печени. Превращение аммиака в мочевину осуществляется в форме цикла. Цикл мочевины открыли Ганс Кребс и Курт Хенселайт (1932г).
Пернвая аминогруппа, поступающая в цикл мочевины, получается в виде свободного аммиака при окислительном дезаминировании глутамата в митохондриях клеток печени. Эта рекция катализируется глутаматдегидрогеназой, для действия которой требуется НАД+
Глутамат+НАД++Н2О-кетоглутарат + +НАДН+Н+.
Аммиак соединяется с двуокисью углерода с образованием карбомоилфосфата. Реакция требует затраты АТФ. Катализирует эту реакцию карбомоилфосфатсинтетаза. На следующей стадии карбомоилфосфат взаимодействует с орнитином с образованием цитрулина. Образовавшийся цитрулин переходит из митохондрий в цитозоль клеток печени. Цитрулин взаимодействует с аспартатом в присутствии АТФ с образованием аргининсукцината. Эта реакция катализируется аргининсукцинатсинтетазой. На следующей стадии аргининсукцинат расщепляется с образованием аргинина и фумарата. Фумарат возвращается в пул промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты. На последней стадии аргинин под действием аргиназы расщепляется на мочевину и орнитин.
Регенерированный орнитин вновь поступает в митохондрии.
Мочевина из клеток печени поступает в кровь и через почки выводится с мочой.
Повышение концентрации аммиака в крови может вызвать повторяющуюся рвоту, возбуждение, припадки с потерей сознания (печеночная кома) и судорогами. При хронической врожденной гипераммониемии наблюдается отставание умственного развития. Наиболее частая причина гипераммониемии – нарушение орнитинового цикла. В орнитиновом цикле участвует 5 ферментов и имеет место 5 типов наследственных болезней. Люди с такими дефектами не переносят пищи, богатой белком. Детей с таким нарушением лечат введением -кетоаналогов аминокислот. -кетоаналоги незаменимых аминокислот могут под действием трансаминаз присоединять аминогруппы от имеющихся заменимых аминокислот. Это предотвращает возможность попадания аммиака в кровь.
Почему высокое содержание NH4+ токсично? Ион аммония сдвигает равновесие реакции, катализируемой глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глутамата, а это приводит к истощению -кетоглутарата. Истощение -оксоглутамата, промежуточного продукта ЦТК, приводит к уменьшению скорости образования АТФ.
-оксоглутарат глутаматглутамин
глутаматдегидрогеназа глутаминсинтетаза
Энергетическая цена синтеза мочевины
На синтез одной молекулы мочевины расходуется 4 высокоэнергетические фосфатные группы. Две молекулы АТФ требуются для образования аргининосукцината. Но в последней реакции АТФ подвергается пирофосфат, который гидролизуется с образованием 2 молекул ортофосфата. Поэтому на синтез мочевины расходуется 4 молекулы АТФ.
Синтез заменимых аминокислот
Аминирование
СООН COOH
| НАДФН2+NH4+ НАДФ |
(CH2)2 (CH2)2 про
| | глн
C=O CHNH2
| |
COOH COOH
Переаминирование
Глу + пирала + -КГ
Глу + ЩУК асп + -КГ
асн
Глюсергли
Токсическое действие аммиака.
+-КГГлуГлн
ЦТКЦТКАТФ в мозгеКома
Способ лечения:
Перевод на малобелковую пищу
Замена заменимых аминокислот на кетокислоты (незам)
Гепатоцит
Индивидуальные пути обмена аминокислот.
Обмен глицина и серина.
Гли и сер относятся к заменимым, глюкопластичным аминокислотам.
Глицин, много содержится в белках, не имеет радикала, оптически неактивна, заменимая, глюкогенная NН2-СН2-СООН
Используется для синтеза креатина в почках
Почки
Печень
Мышцы требуют Е (кратковременная интенсивная работа). Должен быть запас Е-креатинфосфат.
Может образовываться в других клетках. Это средство транспорта Е внутри клетки.
Фосфокреатин используется мышцами для кратковременной работы.
Продукт распада креатина креатин
Креатинфосфат легко проходит в цитоплазму, он менее полярен, чем АТФ. Креатинфосфат отдает Фн на АДФ, а креатин возвращается в митохондрии. Такая транспортная функция креатинфосфата характерна для всех клеток.
Образование -аминолевулиновой кислоты.
Синтез пуриновых оснований. Глицин является остовом – это скелет.
Синтез вторичных желчных кислот. Желчные кислоты участвуют в переваривании жиров, холестеридов. Желчные кислоты активируются глицином (холевая – гликохолевая).
Глицин – нейромедиаторная АМК – тормозной медиатор нервной системы (30 минут). Глицин принимает участие в синтезе белков, пуриновых нуклеотидов, гема, парных желчных кислот, кератина, глутатиона.
|
Глутатион |
Сер |
Тканевые белки |
|
Глюкоза |
||
|
Муравьиная кислота |
Гли |
Липиды |
|
Гиппуровая кислота |
Гем |
|
|
Креатин |
Тре |
Пурины (ДНК, РНК) |
|
Желчные кислоты |
Глицин участвует в образовании гема:
СООН СН2-NH2 HSKoA COOH
| | B6 |
СН2 + COOH CH2 + CO2
| -аминолевули- |
СН2 натсинтаза CH2
| |
COSKoA C=O
|
CH2-NH2
-аминолевулиновая кислота
В качестве кофермента -аминолевулинансинтаза содержит витамин В6. -аминолевулинсинтаза – аллостерический, ключевой фермент синтеза гема. Ингибируется активность фермента по принципу обратной отрицательной связи – гемом.
Глицин принимает участие в синтезе креатина. Креатин обеспечивает работающую мышцу АТФ. Синтез креатина идет в почках и печени. В почках образуется гуанидинуксусная кислота:
NH2 NH2 NH2 NH2
| | | |
C=NH + CH2 (CH2)3 + C=NH
| | | |
NH COOH CH-NH2 NH
| глицин | |
(CH2)3 COOH CH2
| орнитин |
CHNH2 COOH
| гуанидинуксусная
COOH кислота
Аргинин
Гуанидинацетат с кровотоком поступает в печень, где в результате реакции трансметилирования дает креатин:
NH2 NH2 NH~PO3H2
| | |
C=NH CH3 C=NH АТФ C=NH
| | |
NH N-CH3 N-CH3
| | |
CH2 CH2 CH2
| | |
COOH COOH COOH
Креатин Креатинфосфат
Источником метильного радикала является метионин.
Серин – заменимая аминокислота, углеродная часть которой образуется из глюкозы:
Глю 3-ФГК НАД НАДН
глутамат -кетоглутарат
Серин – содержит ОН–группу, заменимая, глюкогенная. Является источником одноуглеродных фрагментов, которые идут на синтез БАВ (гормоны, медиаторы).
Серин является донатором одноуглеродных радикалов: метила, гидроксиметилена, формила.
Нарушения обмена ДОФА-амина
Паркинсонизм – мышечная дрожь, ригидность мышц (дегенерация ДОФА-амин синтезирующих нейронов). Можно моделировать паркинсонизм с помощью амфитамина
Лечат с помощью ДОФА (предшественник), легко проникает через мембраны.
Шизофрения – избыток накопления ДОФА-амина.
Обмен цистеина и метионина.
В молекулах белка обнаружены 3 серосодержащие аминокислоты: метионин, цистеин, цистин.
Цистеин в организме синтезируется из метионина.
Функции цистеина:
Цистеин участвует в образовании цистина:
При образовании цистина возникает дисульфидная связь S-S между двумя полипептидными цепями, что способствует стабилизации третичной структуры белка.
Цистеин входит в состав трипептида глутатиона–Г–SH. Глутатион обеспечивает сохранение ферментов в активной форме. Глутатион участвует в ингибировании белков. Например, инсулина.
Цистеин превращается в таурин:
СО2 СО2
Таурин используется для синтеза парных желчных кислот.
Цистеин входит в состав активных центров ферментов.
Метионин – незаменимая аминокислота.
Функции метионина:
Метионин является источником одноуглеродного радикала – метила, который используется в реакциях трансметилирования. Непосредственным источником метильных групп является производное метионина – S-аденозилметионин.
Метионин участвует в синтезе креатина. Синтез креатина происходит в печени и почках. В почках образуется гуанидинацетат из аргинина и глицина:
В печени гуанидинацетат взаимодействует с S-аденозилметионином и образуется креатин:
Метионин участвует в реакциях трансметилирования в синтезе: адреналина, мелатонина, азотистых оснований.
В результате реакции трансметилирования образуется гомоцистеин.
4. Гомоцистеин превращается в цистеин:
+
мет гомоцистеин серин цистатионин
+ NH3 +
В качестве кофермента цистатионин--синтаза и цистатионин--лиаза содержат пиридоксальфосфат (В6).
Гомоцистеин может превращаться в метионин путем метилирования.
Гомоцистеин может превращаться в гомоцистин. Накопление гомоцистина в тканях и крови – характерный симптом наследственной недостаточности ферментов, а также признак недостаточности витаминов В6 и В12. Гомоцистин накапливается, если нарушается превращение гомоцистеина в метионин и цистеин.
Гомоцистинурия – высокая концентрация гомоцистина и меионина. Нарушение умственного развития и скелета.
Цистинурия- выделение цистина с мочой: цистиновые камни в мочевых путях.
выделяют 2 причины образования блоков:
Наследственная недостаточность ферментов, участвующих в обмене.
Недостаточность (гиповитаминоз) В6, В12, фолиевой кислоты.
При блоке 1 развивается гомоцистинурия.
Биохимически накапливается мет и гомоцистин, т.к. гомоцистеин не превращается в цистатионин. Гомоцистин выделяется с мочой.
Клинически: нарушения со стороны соединительной ткани, сердечнососудистой системы, свертывающей системы, образование тромбов. Уродства черепа – башневидный череп, вывернутые глазные яблоки (подвывих хрусталика), умственная отсталость.
При блоке 2 развивается цистатионинурия.
Биохимически повышается концентрация цистатионина, уменьшается цистеина.
Цистинурия – в моче выделяется в 50 раз больше нормы цистина, лизина, аргинина, орнитина.
Причиной заболевания является нарушение реабсорбции цистина и нарушением всасывания остальных аминокислот.
Для людей с этой патологией характерно образование камней.
Обмен дикарбоновых аминокислот.
Глутаминовая кислота – моноаминодикарбоновая, заменимая, глюкогенная.
Необходима для трансдезаминирования аминокислот:
Связывает NH3 в нервных клетках, прямо на месте, по мере образования:
+ NH3 + АТФ
Глн входин в полипептидную цепь белка, это продукт обезвреживания NH3.
Это процесс сохранения кислотно-щелочного равновесия.
Основной щелочной эквивалент Na+, его нельзя терять с мочой. Na+ реабсорбируется, процесс регулируется гормонально. Вместо Na+ выводится .
Глутамин является возбудительным медиатором, в процессе метаболизма превращается в тормозной медиатор.
-аланин – заменимая, глюкогенная АМК, много в машечной ткани.
Здесь существует 2 цикла глю – лак и глю – ала.
Пируват аминируется или трансаминируется и образуется ала. Благодаря этому:
меньше образуется лактата
связывается определенное количество NH3 (его много в работающей мышце за счет дезаминирования).
В виде аланина NH3 идет в печень, где обезвреживается путем синтеза мочевины.
Аргинин – диаминомонокарбоновая кислота, заменимая, гликогенная.
Отдача гуанидиновой группы в виде NH2-CО-NH2 (мочевины)
Отдача на гли гуанидиновой группы и образование креатина. При этом образуется орнитин NH2-(CH2)3-CH(NH2)-COOH. Его мало в пищевых продуктах, он не входит в белки, но он необходим для синтеза мочевины.
Основа для синтеза орнитина – аргинин.
Аспарагиновая кислота – моноаминодикарбоновая кислота, заменимая, гликогенная.
Участвует в обезвреживании NH3 с образованием аспарагина (связыв. NH3 в 10 раз меньше, чем глу). Асн входит в полипептидную цепь (в геноме есть триплет).
При дезаминировании превращается в ЩУК.
Два источника ЩУК
а) асп (энергонезависимый путь)
б) Карбоксилирование пирувата (энергозависимый путь).
Без ЩУК не идет ЦТК, невозможен для многих веществ путь превращения в глю, т.е. глюконеогенез.
Асп – основа для синтеза пиримидиновых оснований. 4 положения из асп кислоты (по Лениджиру только 3) 2 остальных положения из карбомаилфосфата. Обезвреживание NH3 связано с синтезом пиримидиновых оснований.
Асп источник и -аланина (встречается в КоА, кранозин, ансериндипептиды – находится в мышечной ткани.)
В других тканях таких дипептидов мало, нужны для функционирования мышечной ткани и повышения физической работоспособности.
Обмен триптофана.
Триптофан – незаменимая кислота.
В физиологических условиях 95% триптофана окисляются по кинурениновому пути и не более 1% по серотониновому.
Основной обмен триптофана приводит к синтезу НАД, уменьшая потребность организма в витамине РР.
Обмен фенилаланина и тирозина.
Фен – незаменимая аминокислота. Тирозин может синтезироваться из фенилаланина. Глюко-кетогенные аминокислоты.
Синтез катехоламинов (адреналина, норадреналина)
Синтез тироксина.
Обмен разветвленных аминокислот.
Вал, лей, илей.
Незаменимые аминокислоты.
Вал глю (пропионил-КоА сукцинил-КоА глю)
Лейкетокислота
Илей глю + кето (ацетил-КоА + пропионил-КоА)
фумарат
глю
Лейцин
-ОМГ-КоА
Ацетоацетат Ацетил-КоА
Структура и свойства нуклеопротеидов.
Функция нуклеопротеидов заключается в хранении и передаче наследственной информации.
Состоят из белков и нуклеиновых кислот. Простетической группой нуклеопротеидов является нуклеиновая кислота.
При легком гидролизе белок дает пептиды, а нуклеиновые кислоты дают нуклеотиды или нуклеозиды.
При жестком гидролизе образуются аминокислоты, азотистые основания (аденин, гуанин, урацил, цитозин, тимин), рибоза, дезоксирибоза.
|
Признаки |
ДНК |
РНК |
|
I. Химическое строение |
||
|
а) производные пурина |
А, Г |
А, Г |
|
б) производные пиридина |
Ц, Т |
Ц, У |
|
в) углеводы |
Дезоксирибоза-5-фосфат |
Рибоза-5-фосфат |
|
г) Фн |
Н3РО4 |
Н3РО4 |
|
д) минорные основания |
+ |
+ + + |
|
II. Локализация |
Ядро, митохондрии |
Ядро, цитоплазма |
|
III. Содержание |
Неизменно |
Изменяется |
|
IV. Метаболизм |
Инертен |
Активный |
|
V. Функция |
Хранитель информации |
Передача информации |
Виды РНК: информационная (матричная)
Рибосомальная
Транспортная
Функции: И-РНК – передача информации
Р-РНК – основа рибосом. Способствует передвижению и-РНК по рибосоме.
Т-РНК – перенос аминокислот.
Структура нуклеопротеидов.
Первичная структура – это последовательность нуклеотидов, соединенных сложноэфирной связью. При изучении структуры Чаргафом установлены закономерности:
а. Количество А=Т, Ц=Г
б. Количество пуриновых оснований = количеству пиримидиновых А+Г=Ц+Т
в.
Вторичная структура – трехмерная, пространственная структура, состоящая из антипараллельных противозакрученных спиралей. Шаг спирали содержит 10 нуклеотидов. Внутри цепочки находятся азотистые основания, соединенные по принципу комплиментарности.
Образуют вторичную структуру водородные связи, вандер-вальсовы связи, гидрофобные. ДНК имеет двуцепочную вторичную структуру, РНК – одноцепочную.
Изучена в Работах Уотсона и Крика.
Третичная структура – определенная укладка спирализованной структуры. М-ДНК имеет форму восьмерки. РНК – изучена мало.
Четверичная структура – фонкционально активная, соединена с белком.
В состав нуклеопротеидов входят белки гистонового ряда, которые соединяются с НК слабой электростатической связью.
Функции гистонов:
Гистоновые белки содержат лиз, арг, мало цис.
Негистоновые белки образуют с ДНК легко разрушаемые связи и это обеспечивает регуляцию активности генома.
В процессе жизни ДНК может подвергаться под действием химических соединений (кофеин) или радиоактивного излучения изменениям, т.е. мутациям.
Виды мутаций:
Транзиция – замена пуринового основания на другое пуриновое.
Трансверсия – замена пуринового основания на пиримидиновое.
Делеция – вставка пары нуклеотидов.
Вставка пары нуклеотидов.
Тяжелые последствия наблюдаются при вставке или выпадении нуклеотидов.
В случае делеции одного мономера изменяется считывание всех последующих кодонов – это мутация со «сдвигом рамки». В результате синтезируется белок с «бессмысленной» последовательностью аминокислот. При делеции двух мономеров также происходит сдвиг рамки.
При утрате трех мономеров (или число, кратное трем) сдвига рамки нет и синтезируется белок, укороченный на 1 аминокислоту.
Обмен нуклеотидов.
Источники нуклеотидов
Поступление с пищей
|
НК |
|
|
НП в желудке |
|
|
Белок (как и все белки) |
НК в 12-перстной кишке под действием ДНК-азы и РНК-азы разщепляются за счет разрыва сложноэфирных связей, в результате образуются нуклеотиды, нуклеозиды, очень редко компоненты нуклеотидов. Внутриклеточно идет такой же распад НК.
Основное количество нуклеотидов идет de novo.
Соединения, участвующие в синтезе пурина
Глн + 2 АТФ + СО2 карбамоилфосфат + асп
Рибоза и дезоксирибоза – синтезируются в пентозофосфатном цикле и поступают с пищей.
Катаболизм нуклеотидов.
РНК быстрее ДНК. Конечные продукты распада азотистых оснований – мочевина, мочевая кислота.
Ц, У, Т – конечный продукт мочевина.
Распад пуриновых оснований.
Подагра – избыток мочевой кислоты (ген. заболевание почек, алкоголь, отравления, мясная пища).
Мочевая кислота выпадает в осадок (соли К-ураты) мочекаменная болезнь. Откладывается в мелких суставах. Лечение основного заболевания + усиление выведения солей.
Нуклеиновые кислоты.
Хромосомы – очерченный материал 46 пар.
Если клетка находится в покое, то хромосомы называют хроматином.
Хроматин – 60% белка, 35 ДНК, остальное РНК. Представлен в виде нитей с узелками и утолщениями (нуклеосома).
У человека в спейсере – 50 пар нуклеотидов. Нуклеосома – 90%, спейсер – 10%.
Спейсер – это активный хроматин, списывание информации (транскрипция) идет с этих участков.
Нуклеосома – это белковый + нуклеотидный компонент. Сюда входят гистоны, имеют основной характер (арг, лиз), нет цис, мало три, много гли. Молекулярная масса – 25 – 30 тысяч дальтон.
Взаимодействуют гистоны с НК за счет электрохимических взаимодействий (гистон (+), НК (-)).
5 классов гистонов:
Н1 – лизин
Н2b – лиз
Н2а – лиз = арг
Н3 – арг , есть лиз, цис!!
Н4 – арг , гли
Молекулярная масса всех классов одинакова.
Н1 – находится в спектре. При взаимодействии образуется октамер.
Функциональные участки ДНК – это гены.
Структурные гены – ответственны за последовательность АМК и за последовательность нуклеотидов.
Регуляторные участки – промотор
Интроны – неинформативные участки – нетранскрибируемые участки.
Распад пиримидиновых оснований.
Распад пуриновых оснований.
Матричные биосинтезы.
Виды переноса генетической информации.
Транскрипция бывает прямая от ДНК к РНК и обратная от РНК к ДНК. Обратная транскрипция выявлена у РНКовых опухолеродных вирусов.
Перенос генетической информации от ДНК через РНК к белку называется центральным постулатом генетики. Этот постулат был сформулирован Криком.
Репликация.
Возможны 3 типа репликации:
Консервативная – дочерняя двойная спираль ДНК образуется без разделения цепей родительской ДНК.
Полу консервативная – цепи родительской ДНК расходятся, и на каждой из родительских цепей образуются комплиментарные цепи дочерней ДНК.
Дисперсивная – происходит расщепление в нескольких местах цепей родительской ДНК и образование на ней новых цепей ДНК.
У высших организмов репликация ДНК происходит полуконсервативным путем.
Этапы биосинтеза ДНК.
Условно механизм синтеза делят на 3 этапа: инициацию, т.е. начало, элонгацию, т.е. продолжение, и терминацию, т.е. прекращение синтеза.
Первый этап – инициация – начало синтеза нуклеотидных цепей на матрице ДНК затравочного олигорибонуклеотида (праймера) со свободной гидроксильной группой у С-3’рибозы.
Второй этап – элонгация синтеза ДНК состоит из 2 стадий. На первой стадии идет репликация обеих материнских цепей ДНК, синтез одной идет непрерывно, а другой фрагментарно при помощи ДНК-полимеразы III. Вторая стадия включает связывание фрагментов друг с другом, здесь происходит отделение олигорибонуклеотидных праймеров. Процесс идет при помощи ДНК-лигаз.
Третий этап терминация синтеза ДНК наступает тогда, когда исчерпана ДНК-матрица.
Репарация ДНК - исправление поврежденных участков одной из цепей ДНК. Сначала такой участок удаляется ДНКазами. Затем при участии фрагмента ДНК-полимеразы I заполняется фрагмента ДНК-полимеразы I заполняется пробел путем синтеза участка в направлении 5’ 3’. Затем концы сшиваются ДНК-лигазой.
Механизм транскрипции ДНК
Субстратом реакции служат трифосфаты нуклеотидов.
Реакция идет только в присутствии ДНК, выполняющий роль матрицы (матрицей служит одна из цепей ДНК). Все синтезированные молекулы РНК имеют структуру, комплементарную матрице, т.е. одной цепи ДНК.
Транскрипция катализируется ферментом РНК-полимеразой. Фермент присоединяется к матрице в участке, который называется промотор. Связывание РНК-полимеразы с промотором приводит к локальному расхождению нуклеотидных цепей в этом в участке. Наращивание молекулы РНК происходит в результате перемещения РНК-полимеразы вдоль ДНК путем присоединения очередного рибонуклеотида.
В ДНК имеется участок, который содержит терминирующий кодон, достигнув которого РНК-полимераза и синтезированная РНК отделяются от ДНК.
Все типы РНК (рРНК, тРНК, мРНК) синтезируются сходным образом.
В результате транскрипции образуются предшественники РНК, которые в ядре подвергаются посттранскрипционной доработке, т.е. созреванию, процессингу.