Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

сигнала нейромедиатор должен быть удален, чтобы клетка подготовилась к восприятию следующего сигнала. Поэтому в хо-линэргических синапсах функционирует специальный фермент — ацетилхолин-эстераза, катализирующая гидролиз ацетилхолина до холина и ацетата. Кроме того, существуют системы активного, т.е. требующего затраты энергии, обратного транспорта ацетилхолина в нейрон для его повторного использования.

Многие гормоны не проникают внутрь клеток-мишеней, а связываются со специфическими рецепторами на поверхности этих клеток. Это связывание является сигналом, запускающим в клетке определенные физиологические процессы. Например, гормон адреналин, вырабатываемый надпочечниками, включает в клетке-мишени ключевую стадию окисления полисахаридов — превращение полимерного углевода гликогена в мономерное производное глюкозы, глюкозо-1-фосфат, который далее подвергается окислительной деструкции, сопровождающейся фосфорилированием большого числа молекул АДФ.

Важную роль в живой природе, особенно у многоклеточных организмов, играют различные процессы преобразования энергии. В этих процессах непосредственными участниками также являются белки. В сущности, один вид такого преобразования был только что рассмотрен — преобразование химической энергии, запасенной в ангидридных связях АТФ, в электрическую энергию натрий, калий-зависимой АТФазой. Гидролиз АТФ в этом случае приводит к возникновению разности электрических потенциалов между внутренним содержимым клетки и окружающей средой.

Широко распространено в природе превращение энергии гидролиза АТФ в механическую энергию, которое в наиболее совершенном виде происходит в мышцах. Здесь также основополагающим компонентом является специальный белок — миозин, который обладает способностью катализировать гидролиз АТФ до АДФ и неорганического фосфата, т.е. является АТФазой. В специально организованных надмолекулярных системах, содержащих помимо нитей миозина еще несколько белков, главным из которых является актин, гидролиз АТФ сопровождается сокращением мышечных волокон.

Более специальный случай — преобразование химической энергии окисления специальных органических соединений в световую энергию — наблюдается у некоторых бактерий и у светляков. В последнем случае спет генерируется в ходе

окисления люцифериладенилата (#) — продукта взаимодействия АТФ с люци-ферином (7):

9

Этот процесс катализируется специальным ферментом — люциферазой.

Перечисленными функциями роль белков в живой природе не исчерпывается. Некоторые из них будут изложены ниже в этом параграфе, другие будут рассмотрены в различных разделах курса. Однако уже из приведенных примеров видно, что функциональные белки обладают уникальной способностью с высокой степенью избирательности взаимодействовать с вполне определенными партнерами или, как принято говорить в биохимии, узнавать этих партнеров. Так, ферменты узнают совершенно определенные вещества — субстраты, превращение которых они катализируют; рецепторы узнают определенный гормон или нейромедиатор, транспортные белки — те компоненты, перенос которых через клеточную мембрану они должны обеспечить, и т.п.

Наиболее выпукло способность к узнаванию выражена у белков иммунной системы — уже упоминавшихся в § 1.4 иммуноглобулинов, или антител. Иммуноглобулины определенной специфичности начинают активно вырабатываться организмом в ответ на появление чужеродного антигена и обладают способностью избирательно связывать именно этот антиген. Если в роли антигена выступает большая молекула, например молекула белка, то антитело опознает не всю молекулу, а некоторый ее участок, называемый антшенной детерминантой. Белковые молекулы обычно имеют серию антигенных детерминант, и уже по этой причине в ответ на появление в организме чужеродного белка вырабатывается целый набор антител, направленных на разные детерминанты. Более того, к каждой детерминанте вырабатывается, как правило, несколько различных иммуноглобулинов. Поэтому даже иммуноглобулины, специфичные к одному определенному антигену, представляют собой не индивидуальные белки, а смесь большого числа сходным образом построенных молекул. А так как организм непрерывно встречается с разнообразными антигенами, то фракция иммуноглобулинов сыворотки крови представляет собой смесь огромного числа различных антител, причем содержание каждого из них, как правило, очень мало. Трудность выделения индивидуальных иммуноглобулинов долгое время была препятствием для их биохимического исследования, в том числе для установления их первичной структуры.

Тот сЬакт. что иммуноглобулины взаимодействуют со сравнительно небольшой

узнающие некоторые небольшие молекулы, не встречающиеся в живой природе. Классическим примером является динитрофенильный остаток. При введении экспериментальным животным конъюгата ди-нитрофенола с каким-либо белком, например бычьим сывороточным альбумином, начинается выработка антител, специфично узнающих различные производные динитрофе-нола. При этом сам нитрофенол или его низкомолекулярные производные при введении в организм иммунного ответа не вызывают. Такие вещества, способные служить антигенными детерминантами, но не способные (в первую очередь в силу небольшого размера) самостоятельно вызывать иммунный ответ, называют tanme-нами.

Согласно современным представле-

L-ЦЕГТЬ

1 I

ниям, каждый тип иммуноглобулина Рис-4· Схема стР°ения молекулы иммуноглобулина:

Н-цепь — тяжелая цепь; L-цепь

легкая цепь; V и ?

вариабельные участки тяжелой и легкой цепей;

С 2, С„3, Сг - константные участки цепей; FaD ? ? L

- фрагмент иммуноглобулина, состоящий из L-цепи и

cHi,

вырабатывается группой В-лимфо-цитов, произошедших от одного предшественника. Такую группу лимфоцитов называют клоном. Клон

возникает В результате ТОГО, ЧТО половины ?-цепи; Fc - концевая половина Н-цепи; попавший в организм чужеродный -S-S- - дисульфидный мостик антиген стимулирует дифференцировку и размножение предшественника В-лим-фоцитов, настроенного на определенный антиген или, точнее, на определенную антигенную детерминанту.

Первые успехи в изучении строения иммуноглобулинов были связаны с изучением иммуноглобулинов, полученных от больных миеломой (см. § 1.4). Как уже говорилось, у таких больных в результате присутствия одного злокачественно разросшегося клона В-лимфоцитов вырабатывается огромное количество индивидуального иммуноглобулина, который сравнительно легко отделить от всех остальных. Дальнейшие успехи в получении индивидуальных антител связаны с достижениями клеточной биологии, позволившими осуществлять слияние клеток миеломы как носителей способности к неограниченному размножению с нормальными В-лимфоцитами как носителями программы для выработки антител определенной, задаваемой экспериментатором специфичности. Получающиеся клетки, шбридоми сохраняют способность к неограниченному размножению и вырабатывают индивидуальные антитела. Так как в этом случае гибридомы происходят от одной исходной слитной клетки, то они представляют собой единый клон; получающиеся из них антитела называют поэтому мопоклопалъными антителами.

Антитела построены из четырех полипептидных цепей, связанных между

собой дисульфидными мостиками. Упрощенная схема строения молекулы иммуноглобулина класса G, наиболее распространенного среди иммуноглобулинов, представлена на рис. 4. Две полипептидные цепи имеют размер порядка 200 аминокислотных остатков и называются легкими цепями (L-цепи). Две другие вдвое больше по размеру и называются тяжелыми цепями (Н-цепи). На ?-конце у обеих цепей имеется так называемая вариабельная область размером немногим более 100 аминокислотных остатков, которая различна у иммуноглобулинов разной специфичности и даже у разных иммуноглобулинов, настроенных на определенную антигенную детерминанту. Именно вариабельные участки L- и Н-цепей формируют центр, непосредственно взаимодействующий с узнаваемым антигеном или гаптеном. Остальная часть, составляющая у легкой цепи половину молекулы, а у тяжелой — три четверти, одинаковая в пределах иммуноглобулинов одного класса и не зависит от их специфичности. Эту область называют константной или С-областью.

Наряду с описанными выше белками, выполняющими тонкие высокоспециализированные функции, существуют белки, имеющие в основном структурное значение. Они обеспечивают те или иные аспекты механической прочности и других механических свойств отдельных тканей живых организмов. В первую очередь следует сказать об уже упоминавшемся выше коллагене — основном белковом компоненте внеклеточного матрикса соединительной ткани. У млекопитающих коллаген составляет до 25% от общей массы белков. Коллаген синтезируется в фибробластах — основных клетках соединительной ткани. Как уже отмечалось выше, первоначально он образуется в виде проколлагена, предшественника, который проходит в фибробластах определенную химическую обработку, состоящую, в частности, в окислении ряда остатков пролина до гидроксипролина и некоторых остатков лизина до о-гидроксплизииа. Коллаген формируется в виде трех скрученных в спираль полипептидных цепей, которые уже вне фибробластов объединяются в коллагеновые фибриллы диаметром в несколько сотен нанометров, а последние — в уже видимые в световом микроскопе коллагеновые нити.

В эластичных тканях — коже, стенках кровеносных сосудов, легких — помимо коллагена внеклеточный матрикс содержит белок эластин, способный в довольно широких пределах растягиваться и возвращаться в исходное состояние.

Еще один пример чисто структурного белка — это фиброин шелка, выделяемый

гусеницами шелкопряда в период формирования куколки и являющийся основным компонентом шелковых нитей.

Следует еще раз подчеркнуть, что функционально различные белки какого-либо живого организма — это разные химические соединения, отличающиеся друг от друга и первую очередь последовательностью и числом аминокислотных остатков, формирующих одну или несколько полипептидных цепей, составляющих данный белок. Более того, белки, выполняющие одну и ту же функцию в разных живых организмах, могут отличат

страница 11
< 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
(22.07.2017)