Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

ановительных процессах. Атом кислорода, принимая участие в процессе окисления, может изменить степень окисления железа до Fe (IV) или Fe(V). Если гем связан в комплекс со специфичным белком, это приводит к резкому усилению одной из выполняемых гемом функции. Например, образование комплекса с белком глобином (гемоглобин) усиливает координирующую способность гема, в особенности способность координировать молекулу 02. Гемоглобин обратимо связывает кислород, который выступает в качестве одного из лигандов, и таким образом служит переносчиком кислорода в многоклеточных организмах. У высших позвоночных гемоглобин находится в специальных красных кровяных клетках (эритроцитах), которые сорбируют кислород в легких и доставляют его ко всем органам и тканям с током крови.

Гемопротеидом является и цитохром с, образованный небольшим белком, ковалентно связанным с гемом. Цитохром с осуществляет перенос электронов на кислород в важнейшем процессе окисления органических соединений, присущий

всем аэробным организмам. Каталаза — фермент, катализирующий расщепление пероксида водорода до 02 и Н20, — также является комплексом белка с гемом

Н202 + Н202 -> 2Н20 + 02 (1.1)

Каталаза защищает живые организмы от повреждения высокореакционноспособ-ным пероксидом водорода, который образуется в живых организмах при некоторых реакциях окисления или получается из еще более опасного окислителя—супероксид-радикала, также образующегося в некоторых ферментативных процессах. Интересным ферментативным комплексом является так называемый цитохром Р450. Центральный атом железа в геме реагирует с ?? с образованием Fe(V) и включает атом кислорода в одну или несколько С-Н-связей субстрата, превращая их в С-О-?-группы. Цитохром Р450 осуществляет таким путем гидроксили-рование различных чуждых организму липофильных соединений, например лекарственных препаратов, усиливая их гидрофильность, что облегчает их вывод из организма. Кроме того, цитохром Р450 участвует в биосинтезе большого числа жизненно необходимых метаболитов.

Все сказанное про гемопротеиды наглядно иллюстрирует одно из важнейших свойств белков — способность организовывать функционирование связанных с ними низкомолекулярных соединений в одном из присущих этим соединениям направлении.

Развитие и размножение живых организмов сопровождается синтезом с/е novo большого набора белков и, следовательно, полппептидов, присущих данному организму. Это означает, что должны быть механизмы, которые обеспечивают синтез белков со строго определенным порядком расположения аминокислот. Теоретически нельзя исключить, что белок может управлять сборкой аминокислот в полипептидные цепи с аминокислотной последовательностью, точно такой же, как и в данном белке. Однако нет ни экспериментальных данных, ни физико-химических аргументов, свидетельствующих в пользу существования такого механизма. Все живые организмы содержат в качестве обязательных компонентов другой тип полимерных молекул — нуклеиновые кислоты, которые содержат информацию об аминокислотной последовательности всего набора белковых молекул, присущих данному организму.

Нуклеиновые кислоты являются линейными полимерами, состоящими из другого типа мономерных' компонентов — нуклеотидов. Таким образом, с химической точки зрения, они являются полинуклеотидами. Имеется два класса нуклеиновых кислот: дезоксприбонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). Различие между структурой мономерных компонентов ДНК (дезоксирибонуклео-тидов) и РНК (рибонуклеотидов) мало, и оба типа нуклеиновых кислот обладают многими общими свойствами. Однако эти различия очень значительны для проявления функциональных особенностей этих полимерных молекул. И ДНК, и РНК построены из четырех различных нуклеотидов. Различные нуклеиновые кислоты отличаются числом мономерных компонентов, количеством каждого из четырех нуклеотидов и их последовательностью.

Молекулы ДНК в клетке являются первичным носителем наследственной информации у всех живых организмов. Неповрежденные полипуклеотидные цепи ДНК в живых организмах значительно длиннее полипептпдных цепей белковых молекул. Даже ДНК микроорганизмов содержат миллионы нуклеотидов. Следовательно, мыслимое число молекул ДНК значительно больше, чем для

белков. Роль ДНК как носителя наследственной информации была открыта в 50-х годах. В 1953 г. Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком были установлены основные принципы пространственной структуры ДНК и на их основе объяснена способность хранить, умножать и реализовывать заложенную в нее информацию. Это было одним из самых выдающихся достижений естествознания второй половины XX в.

Химическая структура нуклеиновых кислот будет описана в § 2.3. Здесь же уместно кратко описать основные принципы, заложенные в структуре молекулы ДНК, которые обеспечивают возможность самокопирования ДНК независимо от нуклеотидной последовательности. При делении клетки информацию, заложенную в молекулах ДНК этой клетки в виде определенной последовательности нуклеотидов, необходимо передать двум вновь образованным дочерним клеткам. Поэтому из одной молекулы ДНК перед клеточным делением должно образоваться две с той же нуклеотидной последовательностью. В живых организмах ДНК в период между ее удвоением всегда существует в виде двух связанных друг с другом полинуклеотидных цепей (нитей). Связь эта осуществляется в результате того, что каждый из четырех составляющих ДНК типов нуклеотидов резко предпочтительно взаимодействует с одним из трех остальных. Поэтому нуклеотидные последовательности этих нитей взаимно однозначно соответствуют друг другу, или, как принято говорить, комплементарны друг другу. Следовательно, каждая цепь содержит информацию о комплементарной нуклеотидной последовательности другой цепи. Будучи разделенными, цепи сохраняют необходимую информацию для построения из нуклеотидов новых комплементарных цепей и, таким образом, осуществляют воспроизведение информации, заложенной в двуспираль-ной структуре. Процесс самоудвоения ДНК, т.е. образования двух новых двуни-тиевых молекул ДНК, идентичных первоначальной молекуле, называют репликацией ДНК. Химические события, лежащие в процессе репликации, состоят в последовательном присоединении нуклеотидов друг к другу. Этот процесс в живых организмах осуществляет специальный фермент — ДНК-полимер аз а. Изучение свойств и механизмов функционирования этого фермента в клетке показало, что он работает только в присутствии материнской двуспиралыюй ДНК. Цепи материнской ДНК направляют образование новых комплементарных цепей, т.е. на каждой стадии роста новой цепи осуществляют отбор одного из четырех мономеров и присоединения его к растущей цепи.

Как уже говорилось, в ДНК содержится информация, необходимая для синтеза всего набора белков, присущего данному организму. Аминокислотная последовательность в ДНК записана с помощью специального кода. Кодирующим элементом для каждой определенной аминокислоты является тридезоксирибону-клеотидный фрагмент. Общее число таких кодирующих элементов составляет величину, равную 43 = 64,, что превышает число аминокислот, участвующих в биосинтезе белков. Как уже говорилось, все белки живых организмов строятся из 20 аминокислот. Таким образом, некоторые аминокислоты имеют несколько кодирующих элементов — от одного до шести. Соответствие между аминокислотами и кодирующими их тринуклеотидами называют генетическим кодом.

Однако ДНК не принимает непосредственного участия в управлении образованием новых полипептидных цепей. Эту роль выполняет другой тип нуклеиновых кислот, называемый рибонуклеиновыми кислотами или РНК. Соответствующая часть ДНК, которая содержит информацию о некоторой определенной аминокис-

лотной последовательности, переписывается в определенную последовательность кодирующих элементов, построенных из рибопуклеотидов. Этот процесс называют транскрипцией и осуществляют с помощью специального фермента, называемого РНК-полимеразой. Молекулы РНК транскрибируются с определенных участков молекулы ДНК и переписывают информацию об аминокислотной последовательности определенных полипептидов для синтеза новых полипептидных цепей. Таким образом, информация, заложенная в молекуле ДНК, передается с помощью специального посредника (мессенджера) — информационной РНК (мес-сенджер РНК, сокращенно мРНК).

Новые полипептидные цепи синтезируются на особых надмолекулярных структурах — рибосомах. Каждая рибосама содержит несколько молекул РНК — рибо-сомных РНК (рРНК) — и значительное число различных белков. На рибосомах информация, заложенная в молекуле мРНК в форме последовательности кодирующих тринуклеотидных звеньев (кодоноо), переводится на язык аминокислотной последовательности. Синтез белков на рибосомах называют трансляцией. Основные процессы хранения, умножения и реализации наследственной информации — репликация, транскрипция и трансляция — будут описаны в гл. 5.

Кроме мРНК, которая переносит генетическую информацию, и рРНК, которая принимает участие в формировании и функционировании рибосом, имеется третий тип рибонуклеиновых кислот — транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК) — обязательные участники процесса трансляции. Каждой аминокислоте соответствует как минимум одна определенная тРНК, поскольку аминокислота, участвующая в биосинтезе белка, должна быть доставлена к рибосомам будучи присоединенной к соответствующей молекуле тРНК. Именно тРНК, несущая аминокислоту, а не сама аминокислота узнает на рибосомах кодирующий элемент мРНК

Особое значение имеют изменения, которые могут происходить в структуре ДНК вследствие некоторых природных воздействий или в результате ошибок репликации. Эти изменения во многих случаях могут приводить к различным биологическим последствиям. Например, замена одного нуклеотида в некотором кодирующем элементе может привести к замене аминокислоты в белке. Такие унаследованные изменения в структуре ДНК называют .иутациялш. Как уже ранее говорилось, это может приводить к значительным изменениям пространственной структуры кодируемого белка и его способности к узнаванию соответствующих партнеров

страница 5
< 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
(12.12.2017)