Реакции декарбоксилирования

Декарбоксилирование аминокислот приводит к удалению молекулы СО₂ и образованию амина. Реакции катализируется специальными ферментами — декарбоксилазами, коферментом является пиридоксальфосфат (активная форма витамина В₆). Примеры декарбоксилирования аминокислот:

Синтез серотонина:

Биологическая роль серотонина:

1. Центральное действие (ЦНС) — повышение аппетита, регуляция памяти, настроения, поведения, функций сердечно-сосудистой и эндокринной систем.

2. Периферическое действие — активирует перистальтику, повышает агрегацию тромбоцитов, проницаемость мелких сосудов, оказывает радиопротекторное действие.

Синтез гистамина:

Биологическая роль гистамина: повышает тонус гладкой мускулатуры, расширяет капилляры, снижает АД, повышает секрецию желудка и выделение желчи, участвует в развитии воспаления и развитии боли.

Синтез γ-аминомасляной кислоты (ГАМК):

Биологическая роль ГАМК: медиатор торможения.

Синтез дофамина, норадреналина и адреналина:

Биологическая роль катехоламинов: увеличивают потребление кислорода клетками, органами и организмом; повышают активность ферментов цикла Кребса, дыхательной цепи; стимулируют синтез АТФ; повышают АД.

Тема 16. Химия нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) — биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из: 1) азотистого основания; 2) сахара (пентозы) и 3) остатков фосфорной кислоты.

Азотистые основания представляют собой гетероциклические соединения, которые, в зависимости от их строения, делят на две группы: пуриновые (аденин, гуанин) и пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин).

Основными свойствами азотистых оснований являются их гидрофобность, копланарность, способность поглощать УФ при 260 нм.

Нуклеозид = азотистое основание + пентоза (рибоза или дезоксирибоза). Между азотистым основанием и 1^/-углеродным атомом пентозы образуется N-гликозидная связь. При нумерации атомов в составе азотистого основания используют цифры 1, 2, 3 и т.д., тогда как в пентозе – 1^/, 2^/, 3^/, и т.д. По свойствам нуклеозиды гидрофильны.

Нуклеотид = нуклеозид + 1-3 остатка фосфорной кислоты (рис. 16.1).

Свойства нуклеотидов: кислотность, отрицательный заряд.

Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов представлена в таблице 16.1.

Таблица 16.1

Номенклатура нуклеозидов и нуклеотидов

АЗОТИСТОЕ ОСНОВАНИЕ	НУКЛЕОЗИД (азотистое основание + рибоза)	НУКЛЕОТИД (нуклеозид + фосфат)
Пурины АДЕНИН ГУАНИН ГИПОКСАНТИН	АДЕНОЗИН* ГУАНОЗИН ИНОЗИН	АДЕНОЗИНмонофосфат (АМФ)* ГУАНОЗИН монофосфат (ГМФ) ИНОЗИН монофосфат (ИМФ)
Пиримидины УРАЦИЛ ЦИТОЗИН ТИМИН	УРИДИН ЦИТИДИН ТИМИДИН (тимин + дезоксирибоза)	УРИДИН монофосфат (УМФ) ЦИТИДИН монофосфат (ЦМФ) ТИМИДИН монофосфат (ТМФ)

* - если сахар дезоксирибоза - дезоксиАДЕНОЗИН, дАМФ.

Рис. 16.1. Строение нуклеозидов, нуклеотидов, циклического 3`, 5`- АМФ

Биологическая роль нуклеотидов:

1. Являются универсальными источниками энергии в клетке (АТФ, ГТФ).

2. Являются активаторами и переносчиками мономеров в клетке (напр., УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин).

3. Являются аллостерическими регуляторами активности ферментов.

4. Входят в состав коферментов (НАД⁺, НАДФ⁺, ФАД, КоА- SH).

5. Циклические мононуклеотиды (цАМФ, цГМФ) являются вторичными посредниками действия гормонов и других сигналов на клетку.

6. Являются мономерами в составе нуклеиновых кислот.

СТРОЕНИЕ ДНК

В ДНК входят 4 типа азотистых оснований: А, Т, Г, Ц; сахар — дезоксирибоза. При образовании полимера связь между нуклеотидами образуется с участием 3^/-ОН-группы одного нуклеотида и 5^/-остатком фосфорной кислоты другого (3^/-5^/ фосфодиэфирная связь). В результате молекула полинуклеотида приобретает направленность — у нее есть 3^/-конец и 5^/-конец.

Под первичной структурой ДНК понимают последовательность нуклеотидов в одной полинуклеотидной цепи.

Вторичная структура ДНК (1953 г., Д. Уотсон, Ф. Крик) — двойная спираль, построенная по принципам комплементарности (А – Т, Г – Ц) и антипараллельности (3^/-концу одной цепи соответствует 5^/-конец другой). В двойной спирали гидрофобные азотистые основания обращены внутрь, к оси спирали, а полярные пентозы и фосфаты — наружу.

Силы, стабилизирующие двойную спираль: 1) горизонтальные водородные связи между азотистыми основаниями (А = Т, Г ≡ Ц); 2) вертикальные гидрофобные взаимодействия между азотистыми основаниями.

Силы, дестабилизирующие двойную спираль: электростатические взаимодействия между отрицательно заряженными фосфатами: а) в пределах одной цепи, и б) между цепями.

Поверхность двойной спирали имеет две спиральные бороздки — большую и малую. В большую бороздку выступают азотистые основания, а в малую — пентозы и фосфаты. Таким образом, азотистые основания доступны для контакта в области большой бороздки без предварительного раскручивания цепей ДНК, и именно там происходит связывание с ДНК сайт-специфических регуляторных белков.

Процесс расхождения нитей ДНК и формирования одноцепочечных молекул называют денатурацией (плавлением) ДНК. Это происходит при нагревании (около 70°С), при репликации и транскрипции (в отдельных участках). При постепенном снижении температуры наблюдается ренатурация.

Третичная структура ДНК — формируется только в связи с белками и служит для компактной упаковки ДНК в ядре. Белки, входящие в состав нуклеопротеинов:

1. Гистоновые: богаты аргинином и лизином, имеют «+» заряд (основные), поэтому легко связываются с ДНК ионными связями; участвуют в упаковке ДНК.

5 классов гистонов – Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4.

Модификации гистонов (фосфорилирование, ацетилирование) приводят к уменьшению их заряда, в результате чего гистоны легче отсоединяются от ДНК, и она становится доступна ферментам репликации и транскрипции.

2. Негистоновые: для связывания с ДНК имеют специальные домены («цинковые пальцы» или др.), которые «узнают» специфические последовательности нуклеотидов; регулируют процессы репликации, репарации, транскрипции

Уровни упаковки генетического материала:

1. Нуклеосомный. Нуклеосома состоит из октамера гистонов (содержит 8 молекул гистонов — по 2 каждого класса, кроме Н1), вокруг этого ядра молекула ДНК делает 1,5 – 2 оборота.

2. Соленоидный. Обеспечивается гистоном Н1.

3. Петлевой — в образовании петель принимают участие негистоновые белки.

4. Уровень метафазной хромосомы — высший уровень спирализации хроматина.

Функции ДНК: хранение, воспроизводство и передача по наследству генетического материала.