Биологический каталог




Биоорганическая химия

Автор Ю.А.Овчинников

ри повреждении коры растений выделяются в виде вязких растворов и превращаются в стеклообразную массу. Слили — родственные камедям полисахариды, присутствующие в неповрежденных растениях. Источником слизей служат кора, листья, корни и т. д. Слизи являются продуктом метаболизма растений. Камеди образуются в результате патологических процессов — механических или бактериальных повреждений. Оба типа образований представляют гетерополисахариды сложного состава и строения, что затрудняет их структурные исследования.

Главный резервный углевод растений — крахмал, представляющий собой смесь полисахаридов — амилозы и амилопектина. Амилоза — линейный полисахарид, построенный из остатков a-D-глюкопиранозы, связанных (1 —*¦ 4)-связями. Длина цепей 1000 — 4000 звеньев

СН2ОН CHjOH |/?г°\| idfS

он он

1000—4000

-4)-a-D-Gk-(l ->4)-a-D-Glc-(1

Амилоз.

Спиральная конформация молекулы обусловливает возможность комплексообразования с небольшими молекулами, располагающимися вдоль оси спирали. Наиболее известным комплексом такого типа является комплекс с иодом. Амилопектин также построен из остатков a-D-глюкозы, но, в отличие от амилозы, обладает сильно разветвленным строением. Линейные участки состоят из а( I 4)-0-глкжопиранозильных цепей, а в точках ветвления имеются а(1 -*» 6)-связи

Крахмал и его производные находят широкое применение в различных областях промышленности.

В ряде высших рвете ни й обнаружены фрукте ны — полисахариды, состоящие из оствтков D фруктозы, которые выполняют роль пищевого резерва. Один из фруктанов — инулин — содержит оствт-ки D-фруктопиранозы, соединенные р"(2 -*- 1)-связью.

Богатейший источник полиевхвридов — морские водоросли, в которых содержание полисахаридов достигает 80% их сухого веса. Из многих видов красных водорослей в промышленном масштабе получвют агар, представляющий собой смесь сульфати-рованных полисахаридов — агврозы и агаропектина. Агароза построена нз чередующихся остатков D-галактозы н 3,6-ангидро-L лактозы, связанных попеременно к.(1-*-4) и а( 1 -*- 3) связями

В настоящее время агар и агароза находят широкое применение в биохимических исследованиях. Очищенная от заряженных примесей агароза в водной среде образует гель с большими порами, рвзмер которых определяется ее концентрацией. Следует подчеркнуть, что цепи агврозы в геле связаны не ковалентно. в лишь водородными связями.

Агарозные гели используются для фракционирования белков и нуклеиновых кислот (гель-фильтрация, электрофорез) и их характеристики (иммунодиффузия, иммуноэлектрофорез). В агаровых гелях иммобилизуют бактерии и лимфоидные клетки в молекуляр-но-биологических и иммунологических исследованиях.

Бурые водоросли содержат смесь линейных полисахвридов — алъгиновых кислот, в которых мономерными звеньями являются D-мв н ну ро новая и D-гулуроновая кислоты, соединенные (1-*-4)-связями.

Резервным полисахаридом всех животных организмов и некоторых бвктерий и дрожжей является гликоген — а(1 —»-4)-0-глю-кан с ct-D-глюкозильными разветвлениями в положении 6 основной цепи. Будучи родственным вмнлопектину, гликоген отличвется от него большей разветвленностью и более плотной упаковкой молекулы.

В последнее время появились данные, свидетельствующие о том, что по крайней мере в ряде тканей {мышцах кролика, сетчатке глаз быка) полисахаридные цепи глико.ена ковалентно соединены с белком, т. е. гликоген является протеогликаном. Например, очищенный гликоген из сетчатки глаза быка содержит 1,5 — 2,0 мг белка на 100 мг глюкозы, причем отделить белковый компонент от полисахарид-ного не удается даже в сильно диссоциирующих условиях. Исчерпывающий про-теолиз приводит к пептидогликану, содержащему лишь одну аминокислоту — тирозин. Слединв-гельно, связь углевод - белок осуществляется через остаток тирозина, причем устойчивость этой связи в щелочной среде нидетсль вует о том, что гликан присоединен к i идроксильной группе тирозина, в не к карбоксилу. Ранее такой тип углевод-белковой связи описан не был.

Аналогом целлюлозы как по физико-химическим, твк и по биологическим свойствам является хитин — основной компонент скелета членистонщих и других беспозвоночных. Линейная полимерная молекула хитина состоит нз остатков N-ацетилглюкозамина, соеди-

ОН

пенных B(l 4)-связями, и имеет вы окоупорядоченную структуру.

Полнсвхариды (в точнее, протеоглнканы) соединительной ткани животных имеют общий принцип строения- линейные поли меры содержат чередующиеся оствтки аминосахаридов и уроновых кислот. Широко распространена в тканях животных организмов гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепврин и др.

Множество полисахаридов различного строения выделено из самых разнообразных клвссов микроорганизмов. По локализации в клетке их можно разделить на резервные внутриклеточные, внеклеточные и полисахариды клеточной стенки. Из внутриклеточных

Таблица 19.

Строение специфических полисахаридов Sh dysenteriae

Серо-тил Повторяющееся эвеяо

1 -.2) -o-D-Gal-(l-»8)-a D-GlcNAc-(l-»8)-o-L-Rha-(l-»8)-o-L-Rha(l-.

2 ^4)-o-D-GalNAc-(l-»4)-e-D-Glc-(l-»4)-0-D-Gal-(l-.3)-e-D-GalNAc-(l-> Э f

1 a -D - 3 (4) Ac - GlcNAc

3 -»S)-0-D-GalNAc-(l-.3)-e-D-Gal-(l->6)-0-D-Galf-(l->

4

t 1

0- D-GlcLA - (1 -.6) -e- D -Glc

4 -»3)-o-D-GlcNAc-(l->4)-o-D-GlcA-(l->3)-o-L-Fuc-(l->3)-0-D-GlcNAc-(l^ 4 f

ct—L— Ac — Fuc

9 ->4)-e-D-Mari-(l-.4)-e-D-Mari-(l->S)-0-D-GlcNAc-(l-»

3 2

t t

1 Ac

a-D-WiaLA

6 ->3)-0-D-GalNAc-(l-»S) e-D-Gal (l->6)-o D-Glc-(l-> 4

t X

8 ->S)-0-D-GalNAc-(l-»4)-0-D-GlcA-(l-»3)-0-D-GalNAc-(l-> 4

1 1 0-D-Glc(4«-l)-0-D-GlcNAc

9 ->3)-0-D-Gal-(l-»4)-0 D-Man (1->4)-o-D-Gal-(1-.3)-0-D-GlcNAc-(l

W« 2

CH.CGOOH t

Ac

10 -»3)-o-D-ManNAc-(l-.3)-0-L-Rha-(l-»4)-o-D-GlcNAc-(l-.2)-0 D-Man-(l-»

502

Углеводы

X - неидентмфниированный кислый амкносахар GlcLA - лактозилглюкоза RhaLA - лактозилрамноза

полисахаридов отметим декстрины продуцируемые некоторыми бактериями родов Leuconostus и Streptococcus. Они представляют собой глюканы с преоблвданием се(1 -*¦ 6) -гликозидных связей и могут быть как линейными, так и разветвленными по положениям 4 или 3 в зависимости от штамма бактерий. Декстраны обладают антигенными свойстввми.

Частично деполнмеризованные декстраны нашли широкое применение в про ичводстве молекулярных сит — сефадексов. Для получения жесткой структуры цепи декстрана «сшивают» эпихлоргидрнном: степень «сшивки* определяет размер пор н соответственно размер фракционируемых молекул. Большое число гидроксильных групп придает гелю Ярко выраженный гидрофильный характер, что обусловливает низкий уровень неспецифической сорбции и, как следствие, малые потери биополимеров в процессе разделения. Сефадексы нерастворимы ни в каких растворителях и обладают высокой устойчивостью к действию различных химических агентов: органических растворителей, солевых растворов, слабых кислот и щелочей.

Полисахариды клеточной стенки бактерий, как правило, обладают чрезвычайно сложной структурой, что звтрудняет их изучение. Лишь в последнее десятилетие в этой области наметился прогресс. Установлена структура полисахарида клеточной стенки стрептококков, О-специфических полисахаридов бвктерий Shigella dysen-teriae (табл. 19), Pseudomonas aeruginosa н т. д.

503

Гликопротеины

Иммуноглобулины, Все 5 классов иммуноглобулинов человеке содержат углеводы, причем IgG, IgM и IgE несут только N глико эидные цепи, a IgA и IgD также и О-гликоэидные. N-Гликоэид-связанные олигосахариды расположены в Fc-областн тяжелых цепей (см. с. 215). В таблице 20 приведены некоторые структуры углеводных цепей разных классов иммуноглобулинов, определенные для миеломных белков в начале 70-х годов С. Корнфельдом с сотрудниками. Как уже упоминвлось выше, олигосахаридные цепи IgM и IgG обеспечивают рецепцию комплексов антиген — антитело соответственно макрофагами и клетками печени.

Групповые вещества крови. В строгом смысле слова групповыми веществами крови называют серологически рвзличающиеся внтиген-ные детерминанты поверхности эритроцитов человеке. Главной системой групповых веществ крови человека является система АВО(Н) Впервые обнаруженные К. Ландштейнером в начале XX века групповые вещества крови привлекли внимание из-за необходимости типирования эритроцитов при переливании крови, что обусловлено наличием в крови человеке антител против «чужих» групповых веществ крови. Так, у индивидуумов с группой крови А обнвруживаются внтитела против В детерминант и наоборот, а у людей с группой крови О — и против А-, и против В-детерминант. Работами многих ученых (V. Морган, В. Уоткинс, А. Кобатв, С.-И. Хакомори и др.) было показано, что АВО(Н)-антигены имеют углеводную природу и расположены на гликозидных цепях гликоконъюгатов. Ниже приведены структуры антигенных детерминант системы АВО(Н).

Детерминантными сахарами являются ce-L-фукоза для группы крови 0( Н), ct-N-вцетилгалвктозвмин для А и a-D-галактоза для В.

В мембране эритроцитов антигенные детерминанты групповых веществ крови находятся квк на гликолипидвх, так и на гли коп ро-

Отдельные представители углеводов и углеводсодержащих биополимеров

Ландштейнер [LanditelnerJ Карл

(1868—1943), австрийский иммунолог и патолог, основоположник иммуноге-нетики. Окончил медицинский факультет Венского университете (1891); работал в лабораториях Вюрцбурга, Мюнхена, Цюриха, Вены с 1922 г.— профессор Рокфеллеровского институте. Открыл группы крови А, В, О(Н) у человека, в также (совместно с А. Винером) резус-фактор крови (1940). Впервые получил искусственные полусинтетические антигены и ввел термин «гаптен». Лауреет Нобелевской премии по физиологии и медицине (1930).

504 теинах. В случае гликолипидов детермннантные группировки при-

~~ соединены к повторяющемуся фрагменту B-D-GlcNAc-(l —*¦ 3)-

Углеводы D-Gal.

Для гликопротеинов мембрвн эритроцитов структура цепей, несущих детерминвнтные группы, еще окончательно не уствновленв.

О(Н) fl-Gal-0-

И

a-Fuc

-Gel-c -4) Glc—Церамид

a-GalNAc-Il

>3)-P-Gal-(l .| a.-Fuc

i •¦4)-Olc—Цервмид

a-GalNAc-(l--3)-fl-Gal-([—4)-R-GkNAc (I — 3)-p-Gel-(I GlcNAc-(l -3)-в-Ов1-(1 >4)-Glc

i2 1

I 1 Цервиид

a—Fuc

В a-G«4l .S)-p Gel (I 4)-,i-GlcNAc-(l -.Dfl G«MI -4М51с-Цера««ид a-Fuc

Помимо системы ABO(H), существует еще ряд систем групповых веществ крови — системы Т. Льюис в (Le", Leb), [i и т. д., специфичность которых определяется сахарами. Гликопротеины с А-, В и Н специфичностью обнаружены и у многих видов животных.

Муцины — гликопротеины, декретируемые рвэличными тканями организма и образующие вязкие растворы. Примерами могут служить слюна, секреты кишечника и бронхов. Ими выстланы полости дыхательного и пищеварительного трвктов. Муцины выполняют роль смазки, а также защищают ткани от повреждений.

Строение муцинов изучалось многими исследователями, в честности А. Готтшвлком, работы которого по структуре углеводных цепей гликопротеинов были выполнены на муцине подчелюстных

-Gel-(l^-3)-«-GelNAc-l—R Н—активность

15

(a-NeuNAc)n

1? it

a-Fuc (a-Neul

ч»-<

a-Fuc (ct-Neul-

a-GelNAc-(l-^Jl-p-GaH I—J)-a-GelNAc-l —R

Рис. 25ч. Олигосахариды муцина под- a-fuc (ct-NeuNAc)n

че.чнхтиой железы барана. П—0 1

желез барана. Для муцинов подчелюстных желез характерно нали 505

чие большого числа О-гликозидных цепей, содержащих остатки--

галактозы, N вцетилгалактозамина N вцетилнейраминовой кисло- Отдельные представители

ты и фу козы. Некоторые О-цепи обладают активностью антигенов углеводов групп крови (рнс. 259). и углеводсодержащих

• биополимеров

Таблица 20

Некоторые структуры углеводных цепей миеломных иммуноглобулинов

Иммуноглобулин

N — Гликоэидные цепи

сложного типа

мвниозоБо ато о типа

О — Гликоэидные цепи

P-Gal

[3—GlcNAc a—Man

И-GlcNAc

' I 2

a—Man

3 b. P-Mai

p-GkNAc

U

P-GlcNAc

-NeuNAc

w

-Gal

II

P-GlcNAc

1?

a—Mar

NeuNAc

2

I.

P-Ga!

i:

P-GlcNAc

Г2

a—Man

Man

Отсутствуют

-Man I 1

F2

a-Man

Продолжение таблицы 20

Иммуноглобулин

N — Гликоэидные цепи

сложного типа

маннозобогатого

О — Гликоэидные цепи

-NeuNAc

I 2

t6

-Gal

I 1

p—Gal

i: j:

h—GlcNAc 1

12 i

-Men

GlcNAc 1

2

Men

-Mar

i:

-Glcr

i:

V4

a-GlcNAc

4^

R~Man I 1

f4

-GlcNAc

i:

-GlcN

i

6 T3

" - Man

-GlcNAc

Отсутствуют

NeuNAc

I:

Gel

Ji p-GlcNAc

i

6

h-Gal

t2

a-Man

. 2 a—Man

1

G (l-GIc I

р-Мал

w

p- GlcNAc >_p-GcNAc

a-NeuN с 2

4

IcNAc I

Отсутствуют

H-Gel-O-*. 3)--GalNAc-O-Sei

В муцинвх желудка и кишечника встречаются значительно более сложные структуры, причем некоторые также несут детерминанты групп крови системы АВО(Н) (рис. 260).

В растворе молекула муцина представляет собой довольно жесткий клубок, состоящий из гибкой, беспорядочно свернутой полипептидной цепи с заключенными внутрь молекулами воды. Таквя моле-

кула ведет себя как сферическое тело, что определяет гидродинамические свойства растворов муцинов.

Многие функционально важные белки синтезируются в виде неактивных предшественников, от которых затем отщепляются биологически активные продукты. Зачвстую правильное направление фрвгментации диктуется олнгосахаридными цепями. Например, ряд гормонов гипофиза образуется в результате направленного протеолиза единого предшественника, несущего углеводные цепи,— препроопиомеланокортина (см. с. 271).

Находящиеся на концах активных фрагментов пары основных аминокислот, очевидно, служат сигнальной последовательностью для трипснноподобных пептидаз гипофиза, а олигосвхаридные цепи контролируют доступность этих учвстков, влняя на пространственную структуру белка. Если клетки гипофиза инкубировать с туникамнцином — антибиотиком, блокирующим биосинтез липид-ного предшественника М-гликозидсвязанных олигосахаридов и таким образом вызывающим образование белков без N-гликоэндных цепей, то образуются лишь незначительные количества названных выше гормонов.

Многочисленные данные свидетельствуют о том, что углеводные цепи участвуют в регуляции катаболизма гпико протеи нов. Так, десиалированные гликопротеины быстро исчеэвют из кровотока животных, аккумулируясь в клетках печени. Ответственным за процесс рецепции аси ало гликопротеинов является находящийся в плаз мвтической мембране гепатоцитов лектин, специфичный к терминальным остаткам D-галактозы и N-ацетилгвлактозамина.

Другим типом клеток животных организмов, участвующих в удалении из кровотока гликопротеинов, являются купферовы клетки (макрофаги печени). В них обнаружен лектин, специфичный по отношению к оствткам D-маннозы и IN-ацетилглкжозамина. т. е. к N гликозидным цепям, обогащенным маннозой.

Таким образом, функция названных лек и нов, очевидно, заключается в удалении частично деградированных гликопротеинов и лизосомальных гидролаз (последние несут экспонированные наружу остатки мвннозы), В последние годы обнаружено, что

507

Отдельные представители углеводов и углеводсодержащих биополи меров

Рис. 2М. Олигосахариды муцинов жечуд-ка н кишечника.

a-

страница 67
< 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113

Скачать книгу "Биоорганическая химия" (11.1Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(24.09.2017)