Биологический каталог




Биохимия природных пигментов

Автор Г.Бриттон

ловлено нехваткой питательных веществ, особенно азота, железа и магния. Трудно сказать, влияют ли эти факторы только на синтез хлорофилла или на формирование хлоропластов в целом.

У большинства красных и сине-зеленых водорослей на синтез и концентрацию билипротеинов влияют такие факторы, как интенсивность и спектральный состав падающего света. Эти же факторы определяют, синтез какого из них, фикоцианина или фикоэритрина, будет преобладающим. При освещении красным светом преимущественно образуется поглощающий красные лучи фикоцианин, в то время как зеленый свет благоприятствует образованию поглощающего в этой области фикоэритрина.

У животных синтезы двух компонентов гемоглобина — гема и глобина — по-видимому, тесно скоординированы. В ответ на понижение уровня кислорода в окружающей среде происходит возрастание количества гемоглобина (до 20% У человека). Это наблюдается, например, на больших высотах над уровнем моря. При этом происходит также усиление синтеза аллостери-ческого эффектора — 2,3-дифосфоглицерата, •—что облегчает и делает более эффективной «разгрузку» кислорода из оксигемо-глобина. Эти феномены привлекли внимание широкой публики во время проведения Олимпийских игр 1968 г. в Мехико. Атлеты из Кении и Эфиопии, привычные к условиям большой высоты над уровнем моря, выиграли большинство медалей в беге на средние и длинные дистанции. Спортсмены из других стран, не успевшие в должной мере акклиматизироваться, не показали высоких результатов, поскольку у них, по-видимому, уровни гемоглобина и 2,3-дифосфоглицерата недостаточны для того, чтобы мышцы работали эффективно в течение длительного времени в разреженной атмосфере высокогорья.

Весьма вероятно, что во многих рассмотренных выше случаях первой реакцией на внешний фактор является изменение количества или активности АЛК-синтетазы.

Внутренние факторы — биохимический контроль. В биосинтезе циклических тетрапирролов — гема, хлорофиллов и кор-ринов — у всех живых организмов (животных, растений и микроорганизмов) главные участки биохимического контроля находятся около АЛК и ее ключевых ферментов — АЛК-синте-тазы и АЛК-детидразы. Механизм действия этого контроля в индивидуальных случаях пока изучен недостаточно. Множество экспериментальных данных свидетельствует в пользу тогог что у разных организмов и в разных тканях могут функционировать несколько различных механизмов. Тот факт, что АЛК-синтетаза обычно является нерастворимым ферментом митохондрий, в то время как почти все другие ферменты биосинтеза порфиринов растворимы и находятся в цитоплазме, позволяет предположить, что в контролирующем механизме определенную роль играет проницаемость митохондриальной мембраны для АЛК. В большинстве случаев, однако, регулируется активность или концентрация АЛК-синтетазы или фермента, активирующего АЛК-синтетазу. По-видимому, наиболее важной и распространенной является регуляция синтеза или активности фермента конечным продуктом.

В тех случаях, когда организм или ткань синтезирует различные тетрапирролы, например бактериохлорофилл и гем, каждый из биосинтетических путей, вероятно, контролируется отдельно.

5.10. Нарушения метаболизма порфиринов

5.10.1. Порфирии

В нормальных условиях у животных синтез и распад порфиринов контролируются очень четко. У человека обнаружена группа расстройств — врожденных или приобретенных нарушений ферментов, участвующих в биосинтезе гема,— для которых характерно присутствие в различных тканях организма свободных порфиринов и (или) их предшественников. Такие нарушения, называемые порфирией, клинически обнаруживаются по повышенному выделению этих соединений.

При эритропоэтической порфирии наблюдается недостаток уропорфириноген III-косинтетазы и накопление больших количеств уропорфириногена I, обусловливающее винно-красное •окрашивание мочи и интенсивную флуоресценцию (в красной области спектра) зубного дентина и других тканей в УФ-свете. При острой перемежающейся порфирии поражается печень. В ней накапливаются порфирины и их предшественники, особенно АЛК и порфобилиноген, которые обнаруживаются также в моче. Во время перемежающихся приступов больной испытывает острую боль в брюшной полости. Эти две главные группы порфирии включают несколько типов порфирии, различающихся природой накапливающихся порфиринов или их предшественников, типом наследования, а также клиническими свойствами и симптомами.

Причиной психического расстройства английского короля Георга III, по-видимому, была именно острая перемежающаяся порфирия (пестрая порфирия). Каждому его приступу предшествовала острая боль в брюшной полости, а в бюллетенях о состоянии здоровья отмечалось, что его моча имела характерный красный цвет. Сообщалось также о наличии симптомов, известных сейчас как симптомы порфирии, у его родственников по восходящей и нисходящей линии

При различных типах порфирии в моче и фекалиях могуг накапливаться уро- и копропорфирины (5 30, 5 31), уро- и копропорфириногены (изомеры I и III) (5.51, 5.52, 5.57, 5.58), протопорфирин IX (5.60), АЛК (5.45) и ПБГ (5.50). Их накопление обусловлено главным образом дефектами в регуляции активности АЛК-синтетазы. Порфирию можно вызвать экспериментально введением различных лекарственных препаратов, в том числе барбитуратов.

Свободный порфирин в тканях тела может действовать как сенсибилизатор опасных фотоокислительных процессов, поэтому многим больным порфирией присуща повышенная чувствительность к свету и они страдают от действия попадающего на кожу солнечного света. Интересно, что в некоторых случаях от вредных эффектов фотосенсибилизации защищает р-каро-тин. Это напоминает защитное действие каротиноидов при фотоокислении кислородом в синглетном состоянии—процесса, часто сенсибилизируемого порфиринами у бактерий и растений (гл. 10 и 11).

5.10.2. Нарушения образования билинов

Желтуха. Патологические нарушения, связанные с избытком билинов, называют желтухой. Они могут быть результатом либо избыточного образования, либо пониженной деградации билинов или же нарушения их выведения. В случае желтухи у человека избыток билирубина (5.80) придает интенсивную желтую окраску плазме крови и тканям организма. Билирубин переходит из крови в межтканевое пространство и интенсивно поглощается соединительными тканями.

Имеется несколько причин возникновения желтухи у взрослых. В норме билирубин переходит из ретикулоэндотелиальной системы в печень, где он связывается с глюкуроновой кислотой и экскретируется в желчь. Если распад гемоглобина в значительной степени усиливается, печень не справляется с удалением билирубина из крови (ретенционная, или паренхиматозная, желтуха). Чаще желтуха возникает в результате закупорки желчных путей или некроза печени, что ведет к регургита-ции компонентов желчи в кровоток (регургитационная, или обтурационная, желтуха). В этом случае в крови и в тканях обнаруживается повышенное содержание связанного билирубина.

Преходящая и безвредная желтуха довольно часто наблюдается у новорожденных. В печени новорожденных не хватает ферментов, ответственных за связывание билирубина; последний же присутствует у них в больших количествах из-за расщепления избытка эритроцитов во время жизни зародыша в матке. В результате накапливается свободный билирубин. Эту безопасную и легкую желтуху необходимо отличать от стойкой и опасной желтухи, сопровождающей гемолитические болезни новорожденных. В этом случае билирубин может избирательно поглощаться тканями мозга, вызывая его стойкое повреждение.

Желтуха бывает не только у человека и млекопитающих. Зеленая «желтуха», вызванная биливердином (5.79), описана

У щук.

Образование синяков. Временная черно-синяя и желтая •окраска синяков появляется у человека, когда кровь попадает в межтканевые пространства, где гемоглобин разрушается до таких продуктов, как биливердин (зеленый), уробилин (оранжевый) и биливиолины (фиолетово-синие).

5.11. Функции тетрапиррольных пигментов

Некоторые функции тетрапирролов, не связанные с их светоплоглощающими свойствами, мы уже отмечали (особенно кислородпереносящую функцию гемоглобина). Однако большинство биологических функций этих пигментов связано с их светопоглощающими свойствами. Так, например, они придают окраску тканям, участвуют в фотосинтезе и служат фоторецепторами. Этим темам будут посвящены гл. 10 и 11.

5.12. Заключение и комментарии

Тетрапиррольные пигменты, представляющие собой группу соединений со столь жизненно важными биологическими функциями, изучались чрезвычайно интенсивно. Поэтому о механизмах их образования и функционирования известно больше, чем в случае какой-либо другой группы пигментов. Установление трехмерных структур миоглобина и гемоглобина и механизма, с помощью которого гемоглобин функционирует в транспорте кислорода, представляет собой один из классических образцов научного исследования. Во многом ясным стал также путь, по которому хлорофиллл используется как главный светособирающий пигмент в фотосинтезе (гл. 10). Основные аспекты биосинтеза порфиринов (и коррина), в том числе его детали и стереохимия, изучены в очень элегантных опытах с помощью классических радиоизотопных методов и усовершенствованных методов введения и анализа 13С- и 2Н-метки. Желающий изучать биосинтез порфиринов не смог бы сделать ничего лучшего, чем прежде всего внимательно прочитать эти работы. Тем не менее даже при таком положении вещей ход некоторых биосинтетических превращений до сих пор полностью не установлен. Для изучения образования бактериохлорофиллов, необычных хлорофиллов с и d из водорослей, модифицированных гемов некоторых цитохромов и т. д., имеются широкие возможности. Необходимо завершить также структурные исследования этих соединений. Нуждаются в детальных химических исследованиях свободные порфирины, найденные у низших животных. До конца не выяснены взаимодействия между хлорофиллами и белками в специфических комплексах в фотосинтетическом аппарате и ориентация хлорофиллов внутри этих комплексов. Факторы, которые регулируют образование этих комплексов и биосинтез самих молекул хлорофилла (и д

страница 31
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67

Скачать книгу "Биохимия природных пигментов" (3.06Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.04.2017)