Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

твовать возникновению злокачественной опухоли. В случае многоклеточного организма, состоящего из более чем 1 млрд. клеток, необходимо избежать образования злокачественных опухолей по меньшей мере до достижения репродуктивного возраста. Например, число клеток у взрослого человека порядка 1014. Следовательно, должна существовать специальная система для того, чтобы уничтожать неправильные клетки, которые появились из-за репликационных ошибок. Эту роль выполняет иммунная система.

Иммунная система млекопитающих состоит из тимуса, селезенки и сети лимфатических узлов, соединенной с кровеносной системой. Элементами, которые осуществляют иммунологическое наблюдение за организмом, являются специальные клетки иммунной системы — лимфоциты. Так же как и эритроциты, они происходят из стволовых клеток костного мозга, но развиваются согласно другой программе — лимфопоээу.

Иммунная система обладает уникальной способностью отвечать на появление чужеродных частиц выработкой огромного числа лимфоцитов, способных специфически повреждать именно эти частицы. Этими частицами могут быть чужеродные клетки, например патогенные бактерии, ошибочно измененные клетки организма, включая те, которые вызывают злокачественные новообразования, надмолекулярные частицы, такие, как вирусы, макромолекулы, включая чужеродные организму белки. Одна из групп лимфоцитов, так называемые Т-лимфо-циты, представляет собой популяцию лимфоцитов, производство которых контролируется тимусом. Одна субпопуляция Т-лимфоцитов, называемая Т-киллерами, непосредственно узнает чужеродные частицы и участвует в их уничтожении. Другая группа, называемая В-лимфоцитами, продуцирует особые белки, выделяемые в кровеносную систему, которые узнают чужеродные частицы, образуя высокоспецифичный комплекс на первой стадии их уничтожения. Эти белки называют иммуноглобулинами. Чужеродные вещества, которые вызывают иммунный ответ, обычно называют антигенами, а соответствующие иммуноглобулины — антителами. Установлено, что каждый В-лимфоцит продуцирует только один тип антител. Следовательно, предполагается, что все В-лимфоциты, продуцирующие идентичные антитела, происходят из одной родительской клетки, образуя, таким образом, один клон. Стимулирование интенсивного деления такой клетки является ответом на появление определенного антигена. Следует отметить, что это деление хотя и интенсивно, но всегда ограничено и, видимо, общее число В-лимфоцитов, продуцирующих определенный тип антител, подвергается регуляции подобно тому, как регулируется рост, определенного органа, будь то развитие или регенерация. Прекращение регуляции приводит к неограниченному росту клона, что наблюдается в случае злокачественного заболевания иммунной системы, называемого миеломоЛ. Это приводит к сверхпродукции определенного вида иммуноглобулина.

Следует в заключение отметить, что иммунная система, в первую очередь ее способность производить иммуноглобулины, предоставляет биохимикам незаменимый материал для исследования. Некоторые аспекты получения и применения

ГЛАВА 2

ГЛАВНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

2.1. БЕЛКИ И ИХ ГЛАВНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФУНКЦИИ

Большинство наиболее тонких биологических функций выполняется белками или по меньшей мере при их непосредственном участии. Белки представляют собой полимеры, построенные из ?-аминокислот, общую формулу которых в водном растворе при значениях рН, близких к нейтральным, можно записать в виде NH'CHRCOO".

Остатки аминокислот в белках соединены между собой амидными связями между ?-амино- и о-карбокснлыюй группами. Общая структура одной полимерной цепи белковой молекулы может быть представлена в виде

NH*CHR' 11 СО—N1IC1IR' 2> СО—N1IC1IR131 СО— ... -—N1IC1IR11 СО—NHC1IR' »> С00"

3

Амидная связь между двумя а-ампнокислотпыми остатками обычно называется пептидной связью, а полимеры, построенные из остатков о-аминокислот, соединенных пептидными связями, называют полипептида.ии. Белок, как биологически значимая структура, может представлять собой как один поли пептид, так и несколько полипептпдов, образующих в результате нековнлоптных взаимодействий единый комплекс, а иногда дополнительно связанных между собой ковален-тными сшивками.

В состав белков входит множество различных аминокислот, отличающихся строением радикала R. Главными из них являются девятнадцать аминокислот, приведенных в табл. 2.1 как фрагмент полппептидпоп цени*, а также пмннокис-лота пролин: т

+ >Н

H2N-С—С00"

/ \

С.Н2 уСИ2

сн2

—N—СН—С0-/ \

сн2

*При дальнейшем изложении структурные формулы аминокислотных фрагментов в составе полипептидных цепей будут изображаться в соответствии с правилами, принятыми для проекций Фишера, но в предположении, что главной цепью является не углеродный

Рис. 1. L- и D-изомеры а-аминокислот Все ?-аминокислоты, кроме простейшей аминоуксусной кислоты — глицина (NH*CH2C00_), имеют хиральный атом С"и могут существовать в виде двух энан-

тиомеров. В состав всех изученных в настоящее время белков входят только аминокислоты L-ряда, у которых, если рассматривать хиральный атом Са со стороны атома Н, группы NH*, С00" и радикал R расположены по часовой стрелке

(рис. 1). Соответственно если рассматривать С°со стороны радикала R, то связанные с ним атомы Н, С и N расположатся также по часовой стрелке. Необходимость при построении биологически Значимой полимерной молекулы строить каждое ее звено из строго определенного энантиомера очевидна — из смеси двух энантио-меров получалась бы невообразимо сложная смесь диастереомеров. Вопрос, почему жизнь на Земле основана на белках, построенных именно из L-, а не D-a-аминокислот, до сих пор остается интригующей загадкой. Следует отметить, что D-аминокислоты достаточно широко распространены в живой природе и, более того, входят в состав ряда биологически значимых коротких олигопептидов.

Любой функционально значимый белок представляет собой в очищенном виде индивидуальное вещество, состоящее из идентичных молекул, не только содержащих один и тот же набор различных аминокислотных остатков и одинаковое число остатков каждого вида, но и характеризующихся одной и той же последовательностью, в которой эти остатки собраны в линейную полипептидную цепь. Эту последовательность называют первичной структурой белка. К настоящему времени установлены последовательности аминокислот для нескольких тысяч различных белков. Запись структуры белков в. виде развернутых структурных формул громоздка и не наглядна, поскольку многие белки построены из сотен аминокислотных остатков. Поэтому в химии белка широко используется сокращенная форма записи аминокислотных остатков — трехбуквенная или однобук-венная. Сокращения для всех двадцати главных мономерных компонентов белковой молекулы приведены в табл. 2.1. При записи последовательности аминокислот в полипептидных или олигопептндпых цепях с помощью сокращенной символики предполагается, если это особо не оговорено, что ?-аминогруппа находится слева, а а-карбоксильная группа — справа от символа, т.е. полипептидная цепь начинается с остатка, имеющего свободную ?-аминогруппу, и заканчивается остатком, имеющим свободную карбоксильную группу. Соответствующие участки полипептидной цепи называют ?-концом и С-концом или карбоксильным концом полипептидной цепи, а аминокислотные остатки — соответственно ?-концевым и С-концевым остатками».

В качестве примера использования сокращенной символики и для fleMOHCTpa-iUBi. ~~ ???^?... ---- ---- ---- О ----~ ? ~... . ---? ?/????/???? nainnnPiTUHa.

? а 6 л и U а 2.1. Аминокислоты, входящие в состав белков

Название

Глицин Алании

Валин

Лейцин

Изолейцин

Метионин

Серии

Треонин Цистеин фенилаланин

Тирозин

Триптофан

Аспартат

Глутамат

Аспарагин

Глутамик

Гистидин

Лизин Аргинин

Структура радикала Rf +NH3—CH— СОО-

t

Ri

-С ?,

-сн

/СНз

¦сн.

снэ

—гн-ги^

чсн.

-сн

чсн,сн,

-CH,CHj-SCH3 -СН2ОН

-CHOH-CH3

-CH2SH

-сн

-CH-CHj-COO-

-CH2-CONH2

-CH-CH-CONHj

NH

-10?,)-??3+ -ICHjij-NH-C^NHj

NH2

CH2 f**

Обозначение

трехбуквенное

Gly Ala

Val

Leu

He

Met

Ser

Thr Cys Phe

Туг

Trp

Asp Glu Asu Gin His

Lys Arg

однобук-венное

Pro

G A

V

L

I

С F

Y

V

D ? N

Q

к

R

Иминокислота пролин

который производится гипофизом и регулирует кровяное давление, сужая капил ляры и усиливая ресорбцию воды в обеспечив Как уже отмечалось, принцип построения оелк__________ ^ r частное

игсн-сс>-«н-сн-со-мн-сн-сс>-нн-сн-со-нн-си-со-нн-ен-со^-сн^^ сн, сн, сн, сн, сн,

S rf^N СН, CONH,

CONH,

сн, сн, сн, сн,

|сн,|,

??

с-нн,

нн,

Cy«-Tyr-Ph«-Gln-A«n-Cy»-Pro-Ara-eiy-NHi

—s-s-1

CVFQNCPRO-NH,

Рис. 2. Молекула ваэопрессина:

а —в виде структурной формулы; 6 — записанная с помощью трехбуквенной символики;* —записанная с помощью однобуквенной символики. Линия, соединяющая символы остатков цистеина в формулах 6, в, означает наличие между ними дисульфидного мостика; С — концевая карбоксильная группа аминокислоты амидирована

означает, что за всю историю существования жизни на Земле могла появиться, быть проверена на <полезность> и отобрана в процессе эволюции лишь ничтожная доля от всех мыслимых белковых молекул. Следовательно, все фантастическое разнообразие форм живой материи, в том числе и внутривидовое многообразие, основанное, как будет показано ниже, в первую очередь на многообразии белковых молекул, возникло в результате действия естественного отбора в пределах сравнительно небольшой и, скорее всего, достаточно случайной выборки из неисчерпаемого множества мыслимых белковых структур.

Приведенные в табл. 2.1 аминокислоты являются не просто главными компонентами белков, резко преобладающими в подавляющем большинстве белков. Именно из этих двадцати аминокислот образуются белки в живых организмах. Все остальные, достаточно разнообразные аминокислоты, которые, как правило, в незначительном количестве встречаются в тех или иных белках, образуются в результате химических превращений каких-либо из этих двадцати аминокислотных о

страница 9
< 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
(28.04.2017)