Биологический каталог




Основы биохимии

Автор Ю.Б.Филиппович

реакционной среде небольшого количества молекул полисахарида. Он как бы предопределяет тот тип связи, который возникает в процессе трансгликозилирования, и, следовательно, синтезируется полисахарид, одноименный с «затравочным». Роль затравки при биосинтезе некоторых разветвленных полисахаридов, таких, например, как частичковый гликоген, могут играть полипептидные цепи (см. рис. 104), содержащие олигосахаридные звенья.

Установлено, что при биосинтезе различных полисахаридов субстратами (а точнее, коферментами соответствующих трансгликозидаз) служат разные НДФ-сахара. Так, целлюлоза образуется с помощью гуанозиндифосфатглюко-зы, полисахарид дрожжей (маннан)—с помощью гуанозиндифосфатманнозы

366

,0H

ho

h Л1 ичн h/h \? /н \

4oh h^ «он h>

«.\ls 21/1—0- Уз г1/ L

h oh

:наон

l—o-

н он

«-1,4-Глюкан

УДФ-Гдкжоза: гликоген < глюкозяятрансфсраза

Н Н

он он

УДФ (уридинлифосфат)

сн2он

J^iyLo-

•н

н он

а-1,4-Глюкан, содержащий в молекуле на один остаток глюкозы больше

и т. п. В связи с этим по-новому встает вопрос о специфичности реакции биосинтеза полисахаридов. Нуклеотидная часть НДФ-сахаров—это, по мнению Н. К. Кочеткова, «рукоятка», при помощи которой фермент располагает определенный сахар в нужном для осуществления реакции положении; она нужна также для «узнавания» гликозилтрансферазой соответствующего НДФ-сахара.

Конкретным представителем гликозилтрансфераз этого типа может служить гликогенсинтетаза. Она открыта Л. Лелуаром и сотр. (1957) в печени крысы, а сейчас обнаружена у многих животных и микроорганизмов. Гомогенный (без примеси прочно связанного с ним гликогена) фермент имеет М = 330—340 тыс. Да (4x85000), содержит около 23% а-спиралей и легко агрегирует. Соединяясь с гликогеном, образует комплексы с М = 5 — 6 млн., содержащие до 10 молекул фермента, локализованных по месту нередуциру-ющих концов наращиваемых олигосахаридных цепей.

Активность гликогенсинтетазы регулируется за счет реакций фосфорилирования (снижение) и дефосфорилирования (возрастание). Предполагают, что ее

367

фосфорилирование осуществляется той же цАМФ-зависимой протеинкиназой, что и фосфорилирование гликогенфосфорилазы. Это подчеркивает весьма тонкие взаимоотношения систем, регулирующих синтез и распад гликогена.

Донором гликозильных остатков при синтезе полисахаридов могут служить и олигосахариды. Изучены реакции переноса остатков глюкозы на растущий конец цепи синтезируемого полисахарида с мальтозы, сахарозы и других олигосахаридов. Реакция аналогична описанной выше. Однако разнообразие типов связей, которые могут возникать при переносе гликозильных остатков с олигосахаридов на новообразуемый полисахарид, гораздо больше. Здесь перенос может идти не только на 4-й, но и на 6-й углеродный атом остатка моносахарида, что обеспечивает синтез 1,6-глюканов, а возможно, и полисахаридов разветвленного строения.

В последнее время внимание привлечено еще к одному источнику гликозильных и олигосахаридных остатков при биосинтезе полисахаридов и особенно полисахаридной части гликопротеинов и гликолипидов. Это—полиизо-пренилмонофосфат и дифосфатсахара, называемые также долихолфосфат и до-лихолдифосфатсахарами (от названия пЪлиизопреноидного спирта—долихола, с числом изопреноидных остатков от 6 до 24). Особенно хорошо эти соединения представлены у микроорганизмов, хотя они, несомненно, принимают участие в новообразовании гликопротеинов у животных и растений:

Встраиваясь полиизопреноидной частью в липофильную мембрану, они обеспечивают беспрепятственную переброску моносахаридных звеньев для достройки олигосахаридных фрагментов пептидогликанов и гликолипидов, происходящую при помощи соответствующих гликозилтрансфераз.

Особое значение реакции синтеза полисахаридов при участии долихолфос-фатсахаров имеют для сборки пептидоглюканов клеточных стенок бактерий. Именно при их участии идет перенос углеводных фрагментов на пептидные группировки новообразуемого пептидоглюкана. Новым аспектом является участие долихолдифосфатолигосахаридов в N-гликозилировании белков при их посттрансляционной модификации..

Для реакций синтеза полисахаридов характерно также, что осуществляется перенос не только остатков моносахаридов, но и полигликозидных фрагментов с одного полисахарида на другой или же в пределах одной и той же молекулы. Реакции этого типа изучены у нас А. Н. Петровой и ею же впервые получен из скелетных мышц кролика гомогенный препарат соответствующего фермента

Примером может служить перенос части полиглюкозидной цепи у 1,4-глюкана из положения 4 в положение 6, катализируемый ос-1,4-глюкан-вет-вящим ферментом, систематическое название которого—ос-1,4-глюкан: ос-1,4-глюкан 6-а-(а-1,4-глюкано)-трансфераза. По данным А. Н. Петровой, этот фермент для осуществления реакции ветвления полисахарида нуждается в присутствии РНК с М да 10 ООО. Нуклеотидный состав и первичная структура этой РНК (31 н. о., из них 1/3 минорных) изучены, хотя механизм активирования ею фермента до конца не ясен. Мнение о том, что она является рибозимом, оказалось ошибочным.

сн2он

он

(1970).

368

Приводимая ниже упрощенная схема иллюстрирует действие а-1,4-глюкан-ветвящего фермента:

if -1,4-ГлЮ*1н-10ТВ*щкн фермент

Так возникают в организме разветвленные молекулы полисахаридов (крахмала, гликогена и т. п.).

Использование промежуточных продуктов распада углеводов для синтеза других органических соединений. Выше было отмечено, что одна из функций углеводов в обмене веществ состоит в образовании продуктов распада, которые служат исходными веществами для синтеза многих других молекул. Из числа продуктов распада углеводов в этом смысле важны фосфоглицериновая кислота, фосфоенолпировиноградная кислота, пировиноградная кислота, аце-тил-коэнзим А, эритрозо-4-фосфат, рибулозо-5-фосфат, а также партнеры цикла трикарбоиовых и дикарбоиовых кислот: щавелевоуксусная и ос-кето-глутаровая кислоты. Они служат исходными соединениям для синтеза аминокислот, высших жирных кислот, глицерина, нуклеотидов и ряда других мономеров, используемых для построения белков, липидов, нуклеиновых кислот и других биополимеров. Конкретные примеры. превращений перечисленных выше соединений можно найти в предыдущих главах (см. разделы о синтезе аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований и др.).

ГЛАВА IX

ЛИПИДЫ И ИХ ОБМЕН

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА И КЛАССИФИКАЦИЯ ЛИПИДОВ

К липидам относят природные органические соединения, не растворимые в воде, но растворимые в жирорастворителях (бензин, петролейный эфир, серный эфир, ацетон, хлороформ, сероуглерод, метиловый и этиловый спирты и т. п.), являющиеся производными высших жирных кислот и способные утилизироваться живыми организмами.

Название одной из групп липидов, а именно—жиров (от греч. липос— жир) взято для обозначения класса в целом. Липиды—сборная группа органических соединений и поэтому не имеют единой химической характеристики. Однако в известной мере их можно рассматривать как класс органических соединений, большинство из которых принадлежит к сложным эфирам многоатомных или специфически построенных спиртов с высшими жирными кислотами. В зависимости от состава, строения и роли в организме сложилась следующая классификация липидов.

1. Простые липиды представлены двухкомпонентными веществами—сложными эфирами высших жирных кислот с глицерином, высшими или полициклическими спиртами. Сюда относятся: жиры (триглицериды)—сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта—глицерина; воски—сложные эфиры высших жирных кислот и высших спиртов; стериды—сложные эфиры высших жирных кислот и полициклических спиртов—стеролов.

2. Сложные липиды имеют многокомпонентные молекулы, компоненты которых соединены химическими связями различного типа. К ним принадлежат: фосфолипиды, состоящие из остатков высших жирных кислот, глицерина или других многоатомных спиртов, фосфорной кислоты и азотистых оснований той или иной природы; гликолипиды, включающие в свой состав наряду с многоатомным спиртом и высшей жирной кислотой также углеводы.

В последнее время открыты две новые группы липидов, в составе которых представлены и простые и сложные липиды. К ним относятся: диольные литшды—простые и сложные эфиры двухатомных спиртов с высшими спиртами и высшими жирными кислотами, содержащие в ряде случаев фосфорную кислоту, азотистые основания и углеводы; орнитинолипиды, построенные из остатков высших жирных кислот, аминокислоты орнитина (или лизина) и включающие в некоторых случаях двухатомные спирты.

Простые и сложные липиды легко омыляются. Однако в суммарной фракции липидов, выделенной из природного материала экстракцией жирораст-ворителями, всегда присутствуют вещества, обладающие такой же растворимостью, как и липиды, но не способные омыляться. Они называются неомыляемой фракцией липидов. В ее состав входят свободные высшие жирные кислоты, высшие спирты и полициклические спирты (стеролы), производные стеролов—стероиды, жирорастворимые витамины, высшие гомологи пре-

370

Рис. 120. Модель структурной организации внутриклеточной мембраны

дельных углеводородов и другие соединения. Это дало повод некоторым авторам рассматривать неомыляемую фракцию липидов как одну из групп липидов. Однако для такого расширения границ класса липидов нет достаточных оснований.

Из указанных веществ жиры, стериды, фосфолипиды и диольные липиды распространены повсеместно, их участие в построении клеточных структур и в биохимических процессах весьма велико. Воски представляют в этом смысле менее важную группу соединений. Долгое время считали, что гликоли-пиды присутствуют только в нервной ткани, однако впоследствии их нашли в хлоропластах растений. Орнитинолипиды присущи микроорганизмам.

Липиды обладают способностью образовывать со многими другими органическими соединениями (особенно с высокомолекулярными—белками, углеводами) комплексы, которым в настоящее время придают большое значение в осуществлении ряда важнейших биохимических функций. В виде таких комплексов, особенно с белками, липиды входят в состав цитоплазматических мембран, субклеточных частиц и бактериальных мембран. Так, в ядрах клеток липиды составляют около 15% от сухого вещества, в митохондриях — ~ 20, в эндоплазматическом ретикулу-ме— ~30 и в гиалоплазме— ~ 10%. Только в гиалоплазме в составе липидов преобладают триглицериды (~70%), тогда как в остальных субклеточных элементах более 90% приходится на фосфолипиды, стериды и гликолипиды.

Широко известно значение липидов, особенно жиров, как субстратов для окисления и обеспечения организма энергией: при распаде 1 г жира до СОг

371

и Н20 ее выделяется 38,9 кДж, тогда как при распаде 1 г углеводов или белков—всего 16,1 кДж. Естественно, что при окислении липидов возникают метаболиты, широко вовлекаемые в биосинтез других соединений (см. гл. XIII). Важнейшей функцией липидов является также структурная. Образуя матрикс мембран в виде двойных липидных слоев, липиды являются основой любой биологической мембраны. Из рис. 120 видно, что липидный бислой образует ее самую существенную часть, составляя от 15 до 50% ее сухого вещества. Перечисленные функции липидов (энергетическая, запасная, поставщика метаболитов и структурная) получили название канонических.

Благодаря участию в деятельности мембранного аппарата клетки реализуются такие важнейшие биологические функции липидов, как регуляция деятельности ряда гормонов и активности ферментов (сейчас известно несколько сотен липидзависимых ферментов), влияние на процессы транспорта метаболитов и макромолекул, контроль реакций биологического окисления и энергетического обмена, связь с репликацией ДНК и ее матричной активностью, компартментализация обменных процессов в клетке вплоть до формирования мембранных машин (хлоропластов, митохондрий), участие в межклеточных взаимодействиях (особенно в эмбрио- и онтогенезе), обеспечение молекулярной памяти и пиктографического механизма записи информации. Перечисленные функции липидов характеризуют как неканонические. За выяснение некоторых из них большой группе советских ученых (Е. М. Крепе, Л. Д. Бергельсон, Р. П. Евстигнеева и др.) в 1985 г. присуждена Государственная премия.

Свойства мембран как надсистем регуляции клеточного метаболизма, их конформационные перестройки, изменение их вязкости зависят от соотношения различных видов липидов в мембране, степени окисленности последних, состояния межмембранного и внутримембранного переноса липидов и т. п. Все названные явления столь важны для понимания процессов жизнедеятельности, что биохимия мембран постепенно перерастает в биологию мембран, объясняющую ряд фундаментальных закономерностей в развитии организма.

ПРОСТЫЕ ЛИПИДЫ

Жиры. Жиры исключительно широко распространены в природе: они входят в состав организма человека, животных, растений, микробов и даже некоторых вирусов. Содержание их в некоторых биологических объектах, тканях и органах достигает 90%.

Термин жиры употребляют в двух смыслах. Те вещества, которые называют жирами в обыденной жизни (говяжий жир, сливочное масло и т. п.), не представляют химически определенных соединений, так как сложены из многих составляющих: смесей различных триглицеридов, свободных высших жирных кислот, пигментов, ароматических соединений, а часто и клеточных структур. В этом смысле, следовательно, жир представляет понятие более морфологическое или технологическое. В частности, растительные жиры принято называть маслами, а морфологически обособленные жиры животных—салом. Из разных источников выделено свыше 600 различных видов жиров, среди которых насчитывается 420 видов жиров растительного происхождения, 80 видов жиров сухопутных животных и более 100 видов жиров обитателей водоемов.

С точки зрения состава под жирами подразумевают строго определенные соединения, а именно: сложные эфиры высших жирных кислот и трехатомного спирта—глицерина.

В связи с этим химики предпочитают употреблять название триглицериды (формулы триглицеридов см. ниже).

372

В составе природных триглицеридов найдено более пятисот органических кислот, и список их расширяется с каждым годом. Среди них большая доля принадлежит высшим жирным монокарбоновым кислотам, т. е. кислотам с числом углеродных атомов в молекуле, равным 16 и более. Высшие органические кислоты, обнаруженные в триглицеридах, часто содержат двойные связи и ок-сигруппы в углеводородном радикале. В табл. 25 приведен список, формулы и температуры плавления кислот, наиболее часто встречающихся в составе жиров.

Таблица 2э

Некоторые монокарбоновые кислоты, выделенные из природных жиров

Наименование и формула Температура плавлении, с Кем и когда открыта

Насыщенные кислоты

Масляная (СдНвОг) -5,3. Шеврале (1820)

СН3—(СН2)2—СООН

Изовалериановая (CsHi0O2) -51,0 Шеврале (1817)

(СН3)2—СН—СН2—соон

Капроновая (С6Н1202) -4,0 Шеврале (1820)

СН3—(СН2)4—соон

Каприловая (C8Hi602) + 16,0 Лерч (1844)

СНз—(CH2)6—соон

Каприновая (СюН20О2) +31,3 Шеврале (1820)

СНз—(СН2)В—СООН

Лауриновая (С,2Н2402) +43,5 Марссон (184

страница 60
< 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 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84

Скачать книгу "Основы биохимии" (16.9Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(13.12.2017)