Биохимия

     Процесс окислительного декарбоксилирования  пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем принимают участие (в  составе сложного мультиферментного  комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, ди-гидролипоилацетилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 кофер-ментов (ТПФ, амид липоевой кислоты, коэнзим А, ФАД и НАД), из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТПФ-E1, ли-поамид-Е2 и ФАД-Е3), а два – легко диссоциируют (HS-KoA и НАД).

      6. Напишите уравнения реакций соответствующих схемам:

     а) УМФ – ЦМФ –  ЦДФ – ЦТФ

     б) УМФ – дУМФ –  дТМФ – дТДФ

     укажите ферменты, катализирующие эти реакции 

     7. Составьте уравнение  реакций перпаминирования  гистидина и глюксиловой  кислоты. Покажите на данных примерах механизм действия пиридоксальфермента 

     Остатки метионина в белках и особенно пептидах легко окисляются до ме-тионинсульфоксида

     В ряде случаев эта реакция протекает  даже под действием кислорода  воздуха. В более жестких условиях, например при действии надмуравьиной кислоты, окисление проходит глубже и приводит к метионинсульфону:

     Для модифицирования остатков метионина  чаще, однако, применяют ал-килирующие агенты, например уже упоминавшийся р-бромфенацилбромид или галоидзамещенные кислоты, в частности иодуксусную кислоту или ее амид. При этом характерно, что сера метионина реагирует с такого рода соединениями даже в слабокислой среде, когда большинство других нуклеофильных групп белка. 

     8. Покажите сходство  и различие между  гликолизом и гликотеколизом и дыханием. Напишите уравнения реакций, устанавливающих различие названных процессов 

     Кооперативные эффекты четвертичной структуры  определяют способность гемоглобина выполнять помимо переноса кислорода ряд других транспортных функций, важных для физиологии кровообращения.

     Гемоглобин  переносит ионы водорода и CО₂ направляющиеся в тканях, к легким. Перенос ионов водорода обусловлен так называемым эффектом Бора. Как уже говорилось, при насыщении гемоглобина кислородом рвутся, а при его отщеплении - восстанавливаются ионные связи между отдельными функциональными группами. Разрыв или, наоборот, образование ионных связей сказывается на способности функциональных групп связывать протон. Это особенно характерно для сравнительно слабых оснований, рK_a которых близок к физиологическому значению рН. В таком случае уже небольшие изменения рK_a существенно влияют на способность группы присоединять и, значит, переносить протон. Такими группами являются α-аминогруппа и имидазольная группа гистидина. Т ак, в оксигемоглобине имидазольная группа С-концевого His-143 β-цепей свободна и имеет по-видимому, нормальный рK _a для гистидина, близкий 6. После отщепления кислорода в тканях эта имидазольная группа восстанавливает ионную связь с карбоксилатанионом остатка Asp-94 той же цепи, т.е. оказывается в поле отрицательного заряда. Понятно, что протон с большим трудом может покинуть имида-золий-катион, если положительный заряд последнего компенсирован сближенной с ним отрицательно заряженной группой.

     Таким образом, способность имидазольного кольца С-концевого гистидина к связыванию протона регулируется положением этого кольца в пространственной структуре, его участием или неучастием в ансамбле с карбоксильной группой. Как следствие, дезоксигемоглобин, а котором основность имидазольной группы His-143 возрастает, присоединяет протон и переносит его от тканей к легким, где при насыщении гемоглобина кислородом и переходе его четвертичной структуры в релаксированную R-форму ион водорода отщепляется.

     Перенос СO₂ гемоглобином обусловлен его способностью присоединяться к α-аминогруппам белка с образованием так называемой карбаминовой кислоты - полуамида угольной кислоты:

     Эта реакция протекает в тканях с  аминогруппами дезоксигемоглоина. Появившиеся отрицательно заряженные остатки карбаминовой ислоты вступают в ионные взаимодействия с катионными группами елка, дополнительно стабилизируя дезоксиформу . В легких при асыщении гемоглобина кислородом протекает обратная реакция, оторая ведет к выделению СО₂. 
 

     9. Осуществите биосинтез мевалоновой кислоты из ацетил-S-KoA. Какова роль мивалоновой кислоты в биосинтезе стеридов? 

     Миоглобин и субъединицы гемоглобина имеют  очень близкую третичную структуру , их пептидные цепи свернуты в пространстве сходным образом. Вполне определенное, хохя и заметно меньшее, сходство обнаруживают и их первичные структуры. В то же время миоглобин лишен четвертичной структуры и его функция ограничивается только хранением кислорода. Таким образом, миоглобин — более простой белок, более древний, чем гемоглобин.

     Пептидная цепь миоглобина млекопитающих состоит  из 153 аминокислотных остатков. Сравнение первичных структур миоглобинов 24 видов животных показывает, что 82 положения во всех этих белках занимают одни и те же аминокислоты. Следовательно, примерно половина остатков в указанной выборке миоглобинов неизменна, инвариантна, другие же остатки могут заменяться, что, однако, практически, не отражается на укладке полипептидной цепи, ее третичной структуре. Впрочем, многие из замен не изменяют существенным образом химической природы данного остатка — гидрофильные аминокислоты заменяются гидрофильными, гидрофобные — гидрофобными, т .е. наблюдаются по преимуществу так называемые консервативные замены.

     Миоглобин, как и другие глобины, — четко  выраженный α-спиральный белок (рис. 8.1). Его пространственная структура образована восемью α-спиралями, последовательно обозначаемыми буквами от А до Н (от аминного к карбоксильному концу цепи). В α-спиралях содержится 75% всех аминокислотных остатков, остальные приходятся на повороты и неупорядоченные концевые остатки пептидной цепи. Неспиральные участки обозначают двумя буквами, соответствующими спиралям, между которыми расположен поворот, или спирали и аминному (N) либо карбоксильному (С) концу пептидной цепи. Например, НС соответствует участку между последней спиралью Н и С-концевой аминокислотой. Для аминокислотных остатков миоглобина принято указывать буквенное обозначение α-спирали, в которой данный остаток находится, и его порядковый номер в ней. 

     10. Произведите расчет расхода энергии АТФ в процессе фотосинтеза глюкозы. Расчет подтвердите написанием соответствующих уравнений реакции 

     В этих гликопротеинах углеводный компонент  присоединяется N-гликозидной сеяаъю (отсюда и название) к амидпому азоту остатка аспарагина, включенного в пептидную цепь. Первым моносахаридным звеном, образующим N-гликозидную связь с аспарагином в гликопротеинах этой группы, всегда оказывается N-ацетилглюкозамин, так что «узел» присоединения имеет следующую структуру:

     N-Г  ликозидная связь легко расщепляется в кислой среде, поэтому N-гли-копротеины кислотолабилъны. В гликопротеинах этого типа к остатку аспараги-на присоединен олигосахарид, в котором к «узловому» остатку N- ацетилглюко-замина присоединен 1-4-связью еще один остаток N-ацетилглюкозамина, далее следуют несколько остатков маннозы, могут встречаться остатки N-ацетилглю-козамина, галактозы, нейраминовой кислоты, фукозы и некоторые другие моносахаридные звенья.

     Биосинтез N-гликопротеинов происходит в шероховатом  ретикулуме, причем на амидную группу аспарагина переносится под действием специализированного фермента за один шаг олигосахарид весьма сложной структуры G1с ₃ -Маn₉G1сNAс₂, где Glc - остаток глюкозы, Man -маннозы, GlcNAc - N-ацетил-глюкозамина. Далее он подвергается более или менее сложному процессингу -отщеплению концевых моноеаха-ридных звеньев, в частности полному отщеплению остатков глюкозы при помощи специфических глюкозидаз, частичному -маннозы маннозидазами. В результате этого остается так называемое «ядро», к которому присоединяются другие моносахариды:

     11. Составьте строение адренокортикотропного гормона и меланоцитостимулирующего гормона. Установите сходство и различие в их воздействии на обменные процессы 

     Углеводный  компонент практически никогда  не участвует в главной функции белка, т .е. не входит в состав каталитического центра или зоны связывания ферментов, активные участки регуляторных белков и т.п. Активность, измеренная для пар гликозилированных и негликозилированных ферментов, неизменно оказывается одинаковой. Сказанное не относится, впрочем, к случаям, когда функция белка состоит в передаче сигнала — в таких белках, например в некоторых гормонах, углеводный компонент нередко критически важен для активности.

     Как уже говорилось, гликозилирование сопровождает секрецию белков у животных, однако секреция может происходить и без гликозилирования; следовательно, включение углеводных компонентов есть результат, а не предпосылка секреции. Это хорошо иллюстрируют данные о доле гликопротеинов среди белков, содержащихся в секрете поджелудочной железы — 4,7%, коровьем молоке — 58%, синтезируемых в печени белках сыворотки крови — 59,7%. Однако в курином яйце гликозилировано около 97% суммы белков.

     По-видимому , гликозилирование важно не для  структуры или функции белка как такового, а для его взаимоотношений с другими компонентами клетки или организма, для его «поведения», в этих чрезвычайно сложных системах. Действительно, известно, что фосфорилирование одного из остатков маннозы в олигосахаридных структурах цитоплазматических ферментов, например внутриклеточной аспартильной протеиназы — катепсина D, «адресует» их в лизосомы. Присутствие другого моносахарида — сиаловой кислоты в гликопротеинах крови — способствует их удержанию в кровотоке; белки, подвергшиеся отщеплению концевых остатков сиаловой кислоты, быстро удаляются печенью. Например, церулоплазмин, циркулирующий в крови в среднем около 50 ч, после отщепления концевой сиаловой кислоты удаляется за несколько минут.

     Несомненна  физиологическая роль углеводных компонентов в гликопро-теинах мембран — они неизменно располагаются в той части молекулы, которая направлена в окружающую среду , но почти всегда отсутствуют в цитоплазма-тических доменах этих белков. Углеводные компоненты участвуют в процессах межклеточного «узнавания», дифференциации, трансформации клеток, фагоцитозе, процессах оплодотворения, во взаимодействии клеток с вирусами, связывании гормонов с рецепторными белками.

     Интересны гликопротеины антарктических рыб, понижающие точку замерзания жидкостей, — их функциональная роль вполне очевидна. В полипептидной цепи одного из них содержатся многочисленные повторы Ala—Ala—Thr, причем к гидроксильным группам треонина присоединены дисахаридные звенья галакто-зил-N-ацетилгалактозамина. Общее строение представлено ниже.

     12. Напишите уравнение  реакций, показывающих  взаимосвязь апотомического  пути распада углеводов  и биосинтеза нуклеотидов 

      Используемая литература 

1. Степанов  В.М. Молекулярная химия. – М.: Высшая школа, 2002. – 329 с.
2. Ткачук А.Ф. Биохимия человека. – М.: Высшая школа, 2001. – 318 с.
3. Шатилов В. Р. Успехи биологической химии. – М.: Высшая школа, 1999. – 286 с.