Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

алоспорипоо, примером которых может служить цефамицин С (57):

56aJS S7

а) R = CeHsCH2—

б) W = CcHsC(NlIo)lI— ! Общим у этих антибиотиков является наличие Д-лактамного кольца. Меха-]

низм действия их состоит в торможении одной из стадий формирования муреина —] пептидогликана, формирующего клеточную стенку бактерий. s

Антибиотики чрезвычайно разнообразны как по химической природе, так и| по механизму действия. Некоторые" из широко используемых антибиотиков взаимодействуют с рибосомами бактерий, то|>мозя биосинтез белка в бактериальных клетках, в то же время практически не взаимодействуют с эукариотнческпми рибосомами. Поэтому они губительны для бактериальных клеток и мало токсичны для человека и животных. К их числу относятся такие хорошо известные антибиотики, как стрептомицин (58),хлоралгфсникол (леоомицетии) (59), тет-

рациклин (60). Один из самых эффективных противотуберкулезных препаратов — антибиотик рифампицин (61) — блокирует работу прокариотических РНК-пол и-мераз — ферментов, катализирующих биосинтез РНК, — связываясь с ферментом, но в то же время не обладает способностью связываться с РН К-полимераэами эукариот:

... ^NH

2 ?? _Г1 ^н2

он/

CHjOH о

ho-VY

ОН NHCH3 58

60

nh

NHC0CHCL2 O^^f^CHOH-CH-CH.OH

59

)Н тнз ,??—со—

61

Интенсивно исследуются антибиотики, взаимодействующие с ДИК и этим нарушающие процессы, связанные с размножением и реализацией заложенной в ней наследственной информации. Антибиотики с таким механизмом действия обычно высокотоксичны и в качестве антибактериальных препаратов не используются, но находят применение в химиотерапии злокачественных опухолей. В качестве примера можно привести широко используемый в биохимических исследованиях актиномицин D (62):

Sar—L-MeVal-

L- P'ro-D - Va L-L-Th r-CO

О—I- MeVal—Sar ,L-Tnr—D-Val-L-Pr-o

ez

Здесь Sar — саркозпн (?-метнл глицин). ?-Метилпалпн связан эфирной связью с

ОН-группой треонина.

Ряд живых организмов в качество защиты от потенциальных врагов вырабатывают сильно ядовитые вещества — токсины. Многие пз них являются белками, однако встречаются среди них и низкомолекулярные сложные органические молекулы. В качестве примера такого вещества можно принести ядовитое начало бледной поганки — а-амаиитин (63):

Н,С СН(ОН)СН20Н

\ /

СН

I

NH—СН—СО—NH—СН—СО NH CHj—СО

со VH2 ^н /СНз

Г

сн—сн

V

2П5

C0_CH_NH—СО—СН—NH—CO—CHf CH2CONH2

63

Это соединение специфично блокирует синтез эукариотических информационных РНК. Для человека смертельной дозой является несколько миллиграммов этого токсина.

2.6. ЭЛЕМЕНТНЫЙ СОСГАВ ЖИВОЙ МАТЕРИИ

Органические соединения, образующие живую материю, состоят из общих для всех органических соединений углерода и водорода, в большом числе случаев в) них входят также кислород, азот, ряд важных соединений содержат серу и фосфор. Эти же элементы представлены в живой природе и в виде целого ряда неор-? ганических соединений, прежде всего воды, солей аммония, карбонатов, сульфа .' тов, орто- и пирофосфатов, и являются главными биогенными элементами. Вместе с тем функционирование живой материи требует участия целого ряда других; элементов, как металлов, так и неметаллов.

Из неметаллов помимо уже упомянутых в первую очередь следует отметит хлор, который в виде анионов участвует в создании солевой среды и, кроме тог иногда входит в состав органических соединений, как это уже было продемон трировано на примере хлорамфеппкола (59).

Для поддержания определенной ионной силы и создания буферной сред необходимо участие однозарядных катионов — ионов аммония, натрия и кали Эти катионы в биологических системах не являются взаимозаменяемыми, и с ществуют специальные механизамы, поддерживающие необходимый баланс межд ними. Об одном из них, К',\а-завнсимой АТФазе, вкратце говорилось в § 2.1.

Из неметаллов седьмой группы периодической системы элементов достовер установлено участие в некоторых процессах жизнедеятельности органически соединений иода. Иод входит в состав гормонов щитовидной железы — произвол

ных аминокислоты тирозина — тиронина и тироксина, содержащих соответственно три или четыре атома иода, соединенных с бензольным кольцом. С этим связана повышенная опасность попадания в организм радиоактивных изотопов иода, которые, накапливаясь в щитовидной железе, вызывают ее повреждение. В то же время, будучи использованы в малых дозах, они облегчают наблюдение за состоянием щитовидной железы по испускаемому ?-излучению.

Из неметаллов шестой группы помимо серы в некоторых процессах жизнедеятельности участвуют соединения селена, главным образом в виде селенового аналога — цистеина (селеноцистеин). Последний входит в состав некоторых фер-'ментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции.

Кремний довольно широко распространен у некоторых типов организмов, в том числе у некоторых групп растений, губок и моллюсков. Так, из Si02 построен скелет одноклеточных диатомовых водорослей, являющихся важным компонентом фитопланктона. У моллюсков он составляет основу зубцов. В незначительном количестве кремний содержится в некоторых тканях высших животных — в хрящах и связках его содержание может достигать нескольких сотых долей процента. По-видимому, в виде эфиров ортокремниевой кислоты он принимает участие в сшивке полисахаридных цепей.

Из щелочно-земельных металлов в биологических системах повсеместно распространены магний и кальций. Многие эфиры и ангидриды фосфорной кислоты функционируют в виде магниевых солей. Концентрация ионов магния в клетках имеет исключительно важное значение для поддержания целостности и функционирования рибосом, т.е. для синтеза белков. Кроме того, магний входит в состав хлорофилла — основного пигмента зеленых растений, непосредственно поглощающего кванты видимого света для использования их энергии при фотосинтезе. Ионы кальция принимают участие в регуляции ряда важных клеточных процессов, в том числе мышечного сокращения и других двигательных функций. Кроме того, нерастворимые соли кальция участвуют в формировании опорных структур: фосфат кальция — в формировании костей, карбонат кальция — в образовании раковин моллюсков.

Ряд ионов металлов, в основном четвертого периода периодической системы элементов, играет важную роль в качестве кофакторов белков при выполнении ими каталитических и некоторых других функций. Среди них приоритетное место занимает железо. В § 1.1 уже говорилось о железопорфпринах, которые, связываясь с белками, образуют гемопротеиды — комплексы, выполняющие ряд жизненно важных функций. Среди них имеются и ферменты, например уже упоминавшаяся каталаза, и переносчики кислорода (гемоглобин), и переносчики электронов. К числу последних относится цитохром с — гемопротеид, образованный небольшим белком, который двумя остатками цистеина связан ковалентно с гемом по его винильным радикалам. Цитохром с является участником одного из важнейших процессов в биосфере, свойственного всем аэробным организмам,— переноса электронов от NAD-1I к 02.

Наряду с гемопротеидами широко распространены белки, содержащие железо в виде железосерных кластеров (негемипооое железо). Эти белки играют важную роль в многочисленных процессах переноса электронов — при фотосинтезе, окислительном фосфорилированнп, для восстановления азота до аммиака азотфик-сирующими бактериями. Наиболее изучены железосерные белки из хлоропластов зеленых растений и бактериальные белки, известные под общим названием фер-

65

редоксины. Многие из них выделены в индивидуальном виде. Атомы железа ш ферредоксинах связаны с белком через атомы серы остатков цистеина (Cys) и'^ кроме того, соединены между собой мостиками из атомов серы. Например, струк-? тура железосерного фрагмента ферредоксина из листьев шпината имеет вид -Ji

I

Cys

Cys

Те

Те'

,Cys

"Cys

Встречаются и ферредоксины с более сложными кластерами. Например, фер-редоксин из пурпурной серной бактерии Cliroinatiuin имеет в своем составе кластер из четырех атомов железа и четырех мостиковых атомов серы (рис. 8).

Медь является кофактором значительного числа ферментов, катализирующие окислительно-восстановительные процессы. Среди ферментов, содержащих ион меди, особо следует упомянуть цитохром с оксидазу, фермент, катализирующий окисление восстановленной формы цитохрома с кислородом в цепи переноса электронов от NAD-? к 02.

Значительное число ферментов с довольно разнообразным ^механизмом дейст вия содержат в качестве кофактора ионы цинка. Среди них уже упоминавшаяся карбоангидраза. Цинк входит в качестве обязательного компонента во многие ферменты, участвующие в биосинтезе нуклеиновых кислот — РНК- и ДНК-поли-' меразы, а также в некоторые ферменты, катализирующие гидролиз пептидных связей.

Среди остальных металлов четвертого и пятого периодов следует упомянуть) марганец, кобальт и молибден. Марганец входит в состав сравнительно неболь

Рис. 8. Структура железосерного фрагмента ферредоксина серной бактерии Chroma/nun

шого числа ферментов, но играет фундаментальную роль в биосфере, поскольку его участием в зеленых растениях происходит фотохимическое восстановлена

воды, обеспечивающее выделение в атмосферу кислорода и поступление электронов в цепь переноса электронов при фотосинтезе.

Кобальт входит в состав нескольких ферментов в виде кобаламипоо, к числу которых относится витамин В[2 (G4):

СН2ОН

В этом кофакторе реализуется уникальная в живой природе связь металл — углерод с атомом С5 5-дезокспаденозпна. Как видно из приведенной формулы, гексакоординированпый кобальт находится в центре коррпновой системы, сход-, ной с порфириновой [сравните с гемом (1)], но лишенной одного из метплиде-новых мостиков, связывающих пиррольпые кольца.

Молибден является необходимым компонентом фермента нптрогеназы, который катализирует в специальных азотфикспрующих бактериях восстановление атмосферного азота до аммиака. Это важнейший путь поступления азота в биосферу, поскольку образование практически всех природных азотсодержащих органических соединений идет из аммиака пли, точнее, из ионов аммо

страница 16
< 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
(30.05.2017)