Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

статков уже в составе белковой молекулы.

Среди таких превращений в первую очередь следует отметить образование дисульфидных мостиков при окислении двух остатков цистеина в составе уже сформированных пептидных цепей. В результате из двух остатков цистеина образуется остаток диаминодикарбоновой кислоты цистина (4):

—NH-СН—СО-

I

сн,—S

I

сн2—S

I

—NH—СН—СО" 4

При этом возникает сшивка либо внутри одной полипептидной цепи, либо между

ДВУМЯ ПЯЯЛИЧНЫМИ ЦеПЯМИ. В КЯЧЙГТЛР ппииопа ноЛллиптгп Лепкя ?????????? ППС

полипептидные цепи, скрепленные дисульфидными мостиками, а также сшивки внутри отдельных цепей, можно привести молекулу инсулина — гормона, вырабатываемого поджелудочной железой и ответственного за усвоение углеводов, в первую очередь глюкозы. Нарушения в синтезе инсулина вызывают тяжелое и, к сожалению, весьма распространенное заболевание — сахарный диабет, при развитых формах которого необходимо ежедневно вводить в организм этот гормон. Структура инсулина представлена па рис. 3.

GIVEQCC AS VCSLYQLEHYCN

I I

FVNQHLCGSHLVEALYLVCGERGFFYTPKA

Рис. 3. Схема строения молекулы инсулина человека в однобуквенной символике.

Скобкой обозначен внутрицепочечный дисульфидный мостик, а вертикальными линиями — межцепочечные дисульфидные мостики

Важным примером модификации аминокислотных остатков белков является превращение остатков пролина в остатки гидроксипролииа:

^N—С ?—СО— \|—С Н—СО-

СИ, V — СН2 СН,

хсн/ гнон

Это превращение происходит, причем в значительном масштабе, при образовании важного белкового компонента соединительной ткани — коллагена. Первоначально в организме синтезируется проколлаген, богатый пролпном полипептид, а затем в процессе созревания коллагена происходит окисление части остатков пролина до гидроксипролина.

Еще одним весьма распространенным видом модификации белков является фосфорилирование гидроксигрупп остатков серина, треенина и тирозина, например:

-NH-CH-CO---'-NH-CH-CO-

I I

СН2ОН СН2ОР032'

остаток фосфосерина

5

Функции белков чрезвычайно многообразны. При этом, как уже подчеркивалось, каждый данный белок как вещество с определенным химическим строением выполняет одну узкоспециализированную функцию и лишь в отдельных случаях несколько, как правило, взаимосвязанных функций. Об одной из центральных функций, участии их в подавляющем большинстве химических превращений в качестве ферментов или важнейшего компонента ферментов речь уже шла в § 1.1. Ферменты в большинстве своем обеспечивают протекание необходимых для жизнедеятельности процессов при невысоких температурах и рН, близких к нейтральным. Кроме того, они обладают высокой, в некоторых случаях уникальной, изби-34

рательностью. Например, ферменты, катализирующие присоединение о-амино-кислот к соответствующим транспортным РНК для последующего их участия в синтезе полипептидах на рибосомах (см. § 4.6), катализируют реакции L-амино-кислот и не катализируют те же реакции D-аминокислот. Фермент, катализирующий присоединение к соответствующей тРНК валина, практически не катализирует присоединение к той же тРНК весьма сходного по структуре лейцина (см. табл. 2.1).

В ряде случаев белки сами по себе являются катализаторами. В качестве примера можно привести ферменты, выделяемые в желудочно-кишечном тракте, которые катализируют расщепление белков, являющихся компонентами пищи, до пептидов. Так, в желудочном соке содержатся фермент пепсин, разрушающий белки на крупные блоки, и ферменты трипсин и химотрипсин, вырабатываемые поджелудочной железой, которые катализируют деградацию этих блоков на более короткие фрагменты. В то же время окончательная деградация пептидов до аминокислот, которые, собственно, и усваиваются живым организмом, осуществляется ферментами карбоксипепгпидазами, которым для выполнения их каталитических функций помимо белковой части нужен ион 2п2*. Это же имеет место в случае уже описанных в § 1.1 каталазы и цитохрома Р450, у которых непосредственное участие в катализе принимает гем, а белковая часть фермента, называемая в этом случае апоферлгептом, лишь организует работу катализирующего процесс кофактора.

Учение о ферментах является центральной частью курса биохимии. Часто это учение рассматривают как самостоятельную дисциплину, называемую Эпзимоло-гией. Механизм действия ферментов рассмотрен в гл. 6, остальные многочисленные аспекты энзимологии пронизывают все содержание этого курса.

Вторая важная функция белков — транспорт веществ. У одноклеточных это в основном транспорт через мембрану. Внутрь клетки должны поступать многочисленные вещества, обеспечивающие ее строительным материалом и энергией. В то же время фосфолипидная мембрана непроницаема для таких важнейших компонентов, как аминокислоты, сахара, ноны щелочных металлов. Их проникновение внутрь клетки из окружающей среды происходит при участии специальных транспортных белков, вмонтированных в мембрану. Например, у многих бактерий имеется специальный белок, обеспечивающий перенос через наружную мембрану молочного сахара — лактозы (6). Последняя представляет собой дисахарид, образованный молекулами глюкозы и ее изомера галактозы:

??? НО

и, как видно из приведенной формулы, является /?-галактозндом. Белок, обеспечивающий перенос лактозы, способен переносить внутрь клетки и многие другие /?-галактозиды, поэтому его называют ?-галактозидпермеазой.

Транспорт через мембрану может происходить в некоторых специальных случаях и против градиента концентрации переносимых частиц. Важнейшим примером такого рода является перепое попов натрия и калия. У многих клеток в

мембрану вмонтирована система, функционирующая как насос, выкачивающий из клетки ионы натрия и накачивающий в нее ионы калия. Естественно, что такой процесс требует расхода энергии и сопровождается гидролизом АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Система представляет собой фермент, который катализирует гидролиз АТФ с одновременным переносом на каждую гидролизованную молекулу двух ионов К* внутрь клетки и трех ионов Na* наружу. Этот фермент называют натрий-,калий-зависимой АТФазой в соответствии с номенклатурой, принятой в биохимии для гидролитических ферментов.

В итоге внутренняя часть клетки оказывается заряженной отрицательно относительно окружающей среды. Помещая внутрь клетки микроэлектроды, можно замерить эту разность потенциалов, которая в случае нервных клеток может достигать нескольких десятков милливольт. Она получила название потенциала покоя. Наличие такого потенциала играет важную роль при передаче нервного импульса вдоль аксонов — длинных, достигающих в отдельных случаях (у особенно крупных животных) нескольких метров в длину отростков, соединяющих нервные клетки между собой и с исполнительными клетками, например клетками мышечной ткани. Нервный импульс представляет собой перемещающийся вдоль аксона потенциал действия, возникающий в результате локального повышения проницаемости участка аксона для ионов натрия. В результате повышения проницаемости ионы натрия устремляются внутрь клетки, нейтрализуя ее отрицательный заряд, что в итоге приводит к повышению потенциала до + 404-50 мВ, после чего в течение порядка миллисекунды на этом участке аксона восстанавливается потенциал покоя. Потенциал действия может распространяться вдоль аксона со скоростью нескольких метров и даже десятков метров в секунду.

У многоклеточных организмов существует система транспорта веществ от одних органов к другим по кровеносной системе. В § 1.1 уже шла речь о входящем в состав эритроцитов гемоглобине, комплексе белка глобина с гемом, способном связывать 02 и доставлять его в различные ткани и органы. Гемоглобин обратимо связывает молекулы 02, который в данном случае выступает в качестве лиганда центрального иона Fe2+ гема. В легких, куда поступает свежий воздух и парциальное давление 02 достаточно высоко, гемоглобин связывает 02, а в тканях, интенсивно потребляющих его для различных окислительных процессов, где парциальное давление 0_> является низким, комплекс 02 с гемоглобином, так называемый оксигемоглобин, диссоциирует, в результате чего 02 поступает в ткань.

В качестве еще одного важного примера можно привести транспорт большого числа гидрофобных молекул в кровяном русле с помощью важнейшего компонента плазмы крови — сывороточного альбумина. Этот белок обладает уникальной способностью образовьшать прочные комплексы с жирными кислотами, образующимися при переваривании жиров, с некоторыми гидрофобными аминокислотами, например с триптофаном, со стероидными гормонами, а также со многими лекарственными препаратами, такими, как аспирин, сульфаниламиды, некоторые пенициллины.

В кровеносной системе имеются и некоторые другие белки, обеспечивающие транспорт определенных компонентов по организму, например трансферрин, являющийся переносчиком ионов железа, и церулоплазмии — переносчик ионов меди.

КОЛЫПОЙ ЯНЯЧРТГНЙ О ??»?^?1??«??·?? тт ? а Л \ ? ' 11 I... 11 ...... ......... .-----........

организмов, имеют разнообразные белки-рецепторы, вмонтированные в плазматическую мембрану клеток и служащие для восприятия и преобразования различных сигналов, поступающих от соседних клеток и от других органов по кровеносной системе и из окружающей среды. В качестве одного из наиболее детально исследованных примеров можно привести рецепторы ацетилхолина, находящиеся на поверхности воспринимающих клеток в ряде межнейронных контактов, в том числе контактов в коре головного мозга, и у нервно-мышечных соединений. Синапсы, в которых медиатором является ацетилхолин, называют холииэргически-ми. Воспринимающая клетка в таком синапсе содержит на поверхности многочисленные молекулы сложного, состоящего из нескольких полипептндных цепей белка — рецептора ацетилхолина. Этот белок специфично взаимодействует с ацетилхолином и отвечает на это взаимодействие передачей сигнала внутрь клетки, преобразуя его либо в потенциал действия, распространяющийся далее по воспринимающему нейрону, либо в сигнал, запускающий мышечное сокращение. После получения и преобразования

страница 10
< 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 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(11.12.2017)