6 Биосинтез белка

Состоит из следующих этапов:1)транскрипция(переписывания наследственной информации с молекул ДНК на мРНК).2)трансляция(перевод последовательности нуклеотидов мРНК в первичную структуру белка).

Транскрипция.-синтез рнк с использованием днк в качестве матрицы. Возникают 3 вида рнк этот процесс осуществляется с большим затратом энергии атф и с участием различных ферметов . тракнскрибируются только отдельные отрезки молекулы днк – транскриптоны (участок ограниченный промоторами и терминаторами )Промотор –место ,к к-рому присоединяется рнк-полимераза ,прежде чем начать переещаться вдоль днк , транскрибирую структурные гены в м – рнк. От промотора зависит , какая цепь 2-ой спирали днк будет служить матрицей для синтеза м-рнк.

Терминатор- участок днк содержащий сигнал окончания транскрипции . состоит из 3 циклов:

1 иннициация – образование нескольких начальных звеньев рнк

2 элонгация – дальнейшее расплетение днк и синтез рнк , а направлении 5 ~3

3 терминация –полимераза достигает терминатора и рнк транспортируется из ядра в цитоплазму

Далее происходит созревание рнк , т.е после трансляции они не способны функционировать .

Трансляция. Информация о структуре белка, записанная в и-РНК в виде последовательности нуклеотидов, переносится далее в виде последовательности аминокислот в синтезируемой полипептидной цепи. Этот процесс называют трансляцией.

Прцесс биосинтеза белка часто отождествляют с понятием трансляции, хотя эти

термины далеко не равнозначны. В понятие биосинтез белка водит 3 процесса

1.Во-первых подготовка пластического материала для сборки полилептидных цепей на

рибосомах (процесс рекогниции).

2.Во-вторых сборка полипептидных цепей на рибосомах в соответствии с информацией

поставляемой на рибосому матричной РНК (трансляция).

З.В-третих процессинг полипептидных цепей с образованием функционально полноценных

. Трансляция.

Сборка полипептидных цепей белков в соответствии с информацией поступающей из ядра с мРНК происходит на рибосомах. Рибосомы состоят из: 40S субъединица (малая, содержит 18SpPHK и 33 молекулы белков) и большая 60S субъединица (28SpPHK;5,BSpPHK; SSpPHK и дополнительно 45 белковых моелкул). В составе рибосомы имеются 4 функциональных центра. 1 Центр связывания ма тричной РНК (малая суб.)

2 Центр связывания тРНК. П цнтр 3 Центр связывания тРНК полилелтидной цепи - А центр 4 Т центр. Пептидилтрансферазный. Обеспечивает образование пептидных связей в синтезируемом полипептиде. Процесс трансляции принято делить на три этапа: (учебник) 1. Инициации 2. Элонгации я. Терминацим Процессинг полипептидных цепей белков. Синтезируемая в ходе трансляции полипептидная цепь должна претерпеть ряд изменений прежде чем она превратиться в функционально полноценную молекулу. Естественно что для разных белков характер процессинга будет различным

Билет№7

1. МУТАРОТАЦИЯ, самопроизвольное изменение величины оптич. вращения свежеприготовленных р-ров оптически активных соед. Хар-рна для моносахаридов, восст-ющих олигосахаридов, лактонов и др. Кат-ется к-тами и основаниями.

В случае глюкозы мутаротация объясняется установлением равновесия:

В равновесном состоянии присутствует 38% a-формы (ф-ла I) и 62% b-формы (II). Промежут. альдегидная форма содержится в ничтожно малой конц-ции. Преимуществ, обр-ние b-формы объясняется тем, что гидроксил при С-1 занимает экваториальное положение.

2. ЖЕЛЧНЫЕ К-ТЫ, монокарбоновые гидроксик-ты, относящиеся к классу стероидов. Почти все желчные к-ты - производные прир. холановой к-ты (ф-ла Iа). Наиб. распространены ее моно-, ди- и тригидроксизамещенные, содержащие 24 атома С; известны также ди-, три- и тетрагидроксизамещенные желчные к-ты, содержащие 27 (Iб) и 28 (Iв) атомов С. Положение заместителей, расположенных под или над плоскостью мол-лы, обозначают соотв. буквами  и . Желчные к-ты - кристаллы; плохо раств. в воде (см. табл.). Обр-ние желчных к-т происходит гл. обр. в печени нек-рых птиц, млекопитающих и человека из холестерина. Биосинтез желчных к-т из холестерина включает след. р-ции: гидроксилирование по атомам углерода колец В и С, инверсию 3- в 3-гидроксигруппу, восстановление двойной связи при атоме С-5 с получением цис-сочленения колец А и В, окислит. отщепление изопропильной группы в боковой цепи с обр-нием карбоксильной при атоме С-24. Для млекопит хар-рно наличие в мол-ле желчных к-т 24, для земноводных - 27 атомов С. В желчи ч-ка содержатся хенодезоксихолевая, холевая и дезоксихолевая к-ты (соотв. 45, 31 и 24% от общего кол-ва желчных к-т); в желчи быка - гл. обр. холевая и дезоксихолевая к-ты (30 и 10% соотв.). Желчные к-ты содержатся в желчи в виде щелочных солей т. наз. конъюгатов - соединений желчных к-т с таурином или глицином. Так, для холевой к-ты конъюгаты - гликохолевая к-та (в ф-ле I R = CONHCH₂COOH) и таурохолевая к-та (R = = CONHCH₂CH₂SO₃H). Натриевые соли желчных к-т - хорошие эмульгаторы; эмульгируя жиры, они способствуют их всасыванию и перевариванию. Важную роль при этом играют, в частности, р-римые комплексы дезоксихолевой к-ты с жирами и жирными к-тами (холеиновые к-ты). Желчные к-ты получают щелочным гидролизом твердого в-ва желчи: нагревают желчь с 5-10%-ным р-ром КОН или NaOH в автоклаве при 120-160°С в течение 8-16 ч, затем подкисляют разб. НСl и экстрагируют эфиром или этилацетатом. На основе прир. желчных к-т осуществлен синтез разл. гидрокси- и оксопроизводных холановой к-ты. Так, дегидратация холевой к-ты при нагр. в вакууме или при действии ZnCl₂ в ацетоне приводит к апохолевой к-те [3,12-дигидрокси-5-хола-8(14)-ен-24-овая к-та], из к-рой м. б. получены холеиновые к-ты. Желчные к-ты применяют для синтеза кортикостероидов и в медицине в качестве лек. препаратов, растворяющих и предотвращающих обр-ние желчных камней (напр., хенодезоксихолевая к-та и ее Mg-соль, урсодезоксихолевая к-та, этиловый эфир 3,7,12-тригидроксихолановой к-ты).

3. ТРАНСФЕРАЗЫ, класс ф-тов, кат-ющих перенос фрагментов мол-л (напр., метила, ацетила, гликозила) с одного соед. (донора) на др. соед. (акцептор). Во мн. случ промежут. донором явл коф-т, присоед-ющий группу, подлежащую переносу.

П/классы трансфераз различают по хар-ру групп, переносимых на акцептор. К п/кл трансфераз, кат-ющих перенос одноуглеродных фрагментов, относятся метил-трансферазы, трансферазы гидроксиметильных, карбоксил- и карбамоилтрансферазы и др. Перенос группы СН₃ осуществляется, напр., с 5-метил-тетрагидрофолиевой к-ты на гомоцистеин HSCH₂CH₂CH(NH₂)COOH на последней стадии биосинтеза метионина. Универсальный донор групп СН₃ при трансметилировании - S-аденозилметионин - субстрат метил-трансфераз, модифицирующих нуклеиновые к-ты; эти ф-ты играют важную роль в функционировании генетич. аппарата клетки. Известны также трансферазы, кат-ющие метилирование ЖК, ненасыщ. фосфолипидов, полисахаридов и др. Многие трансферазы, кат-ющие перенос гидроксиметильных и формильных остатков (напр., серин-гидрокси-метилтрансфераза), содержат в качестве коф-та пирид-оксальфосфат. Универс доноры в этих р-циях- 5,10-метилен- или 5-формилтетрагидрофо-лиевая к-та. Донор карбамоильного остатка для многих трансфераз -карбамоилфосфат (HO)₂P(O)OC(O)NH₂ (метаболит в биосинтезе уридиновой к-ты и аргинина). Наиб. исследованный ф-т этого п/кла - аспартат-карбамоилтрансфера-за, кат-ющая биосинтез К-карбамоил-L-аспарагино-вой к-ты (осн. метаболита в синтезе пиримидиновых оснований).

В отдельный п/кл объединяют трансферазы, кат-ющие перенос альдегидных и кетонных групп (фрагментов мол-л УГов). В него входит, напр., транскетолаза, переносящая фрагмент НОСН₂С(О) в пентозофосфатном цикле.

П/кл трансфераз сост ацилтрансферазы, кат-ющие перенос ацильной гр с обр-нием эфиров и амидов. Донором в этих р-циях обычно явл ацилкофер-мент А (см. Пантотеновая к-та). Р-ции, катализируемые этими трансферазами, наиб. хар-рны для метаболизма жирных к-т. Акцепторами ацетила (донор ацетилкоф-т А) м. б. АМКы, глюкозамин, остаток фосфорной к-ты и др.

Нек-рые трансферазы этого п/кла при трансляции в качестве донора используют аминоацил-транспортную РНК. Пример трансфераз этого п/кла-фосфатацетилтрансфераза, кат-ющая перенос ацетила на фосфорную к-ту с обр-нием ацетилфосфорной к-ты.

К отдельному п/клу относят трансферазы, кат-ющие перенос гликозильных остатков (гликозилтрансферазы). Нек-рые из этих трансфераз обладают также гидролитич. активностью, к-рая может рассматриваться как перенос глико-зильного остатка на мол-лу воды. Акцептором может служить также Н₃РО₄ в случае фосфорилаз. Наиб. распространен перенос остатка УГа от олигосахарида или богатого энергией метаболита на др. мол-лу УГа. К наиб. изученным трансферазам этого п/кла можно отнести ф-ты синтеза гликогена.

В отдельный п/кл объединяют трансферазы, кат-ющие перенос алкильных групп (отличающихся от СН₃), как замещенных, так и не замещенных.

Отдельно рассм п/кл трансфераз, кат-ющих перенос групп, содержащих атом N. Трансферазы этого п/кл ответственны за перенос аминогрупп. Аминотрансферазы катализируют перенос аминогруппы с АМК на 2-оксок-ты. Эта р-ция явл, по существу, окислит.-восстановительной. Однако из-за того, что осн. ф-цией этих ф-тов считается перенос групп NH₂, они классифицируются как трансферазы, а не как оксидоредуктазы. Наиб. изученный ф-т этого п/кла-аспартатаминотрансфераза, содержащая в качестве коф-та пиридоксальфосфат.

Важный п/кл трансфераз- ф-ты, кат-ющие перенос групп, содержащ атом P (этот п/кл наз. киназами). Больш-во ф-тов этого п/кл относятся к фос-фотрансферазам, кат-ющим перенос остатка фосфорной к-ты на разл. акцепторы. Так, гексокиназа кат-рует перенос остатка фосфорной к-ты с АТФ на группу ОН D-гексозы, 3-фосфоглицераткиназа-с АТФ на карбоксильную группу 3-фосфо-D-глицериновой к-ты. Трансферазы этого п/кл кат-руют также перенос нуклеотидных фрагментов; напр., РНК-полимеразы осущ-ют перенос остатков рибонуклеотидов при синтезе РНК. Среди трансфераз этого п/кл известны также ф-ты, кат-ющие перенос остатка Н₃РО₄ с регенерацией донора (р-ции кажущегося внутримол. переноса); напр., фосфоглюкомутаза переносит остаток этой к-ты с -D-глюкозо-1,6-дифосфата на -D-глюкозу-1-фосфат с обр-нием -D-глюкозо-6-фосфата и мол-лы исходн донора.

В п/кл трансфераз объединены также ф-ты, кат-ющие перенос фрагментов, содержащих атом S (напр., арилсульфотрансфераза катализирует перенос сульфогруп-пы на производные фенола).

4. коф-ты ФМН и ФАД

Среди оксидоредуктаз дыхательной цепи, участвующих в переносе электронов и водорода, большое значение имеют флавопротеиды-ф-ты, содержащие в качестве простетич. групп флавинмононуклеотид (ФМН; IIа) и флавинадениндинуклеотид (ФАД; IIб). В нек-рых ф-тах (напр., в сукцинатдегидрогеназе) ковалентная связь ФАД с апоф-том обр-на пирофосфатной группой коф-та и атомом N имадазольного кольца гистидина. Восстановление флавиновых коф-тов осуществляется через ряд промежут. стадий, включающих обр-ние радикалов. Главная ф-ция флавиновых коф-тов-перенос электронов (водорода) в окислит.-восстановит. цепи от НАДН и янтарной к-ты к цитохромам. Флавопротеиды катализируют также многочисл. р-ции, механизм к-рых включает стадию одноэлектронного переноса; окисление восстановл. формы амида липоевой к-ты, синтез кобамидного коф-та из АТФ и вит-а В₁₂, окисление глюкозы и др.

5. Цикл трикарбоновых к-т был открыт англ биохим Г. Кребсом. Он первым постулировал значение данного цикла для полного сгорания пирувата, главным источником к-рого явл гликолитическое превращение УГов. было показано, что цикл трикарбоновых к-т явл тем центром, в к-ром сходятся практич все метаболические пути. Т.об., цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в к-рые превращается в проц катаболизма большая часть орг-ких мол-л, играющих роль «клеточ топлива»: УГов, ЖК и АМК.

Обр-шийся в результ окислит декарбоксилирования пирувата в митох ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит в матриксе митох и сост из 8 послед-ых р-ций. Нач-ся цикл с присоед-ия ацетил-КоА к оксалоацетату и обр-ния лимонной к-ты (цитрата). Затем лимонная к-та (6-углеродное соед) путем ряда дегидрирований (отнятие водорода) и 2 декарбоксилирований (отщепление СО₂) теряет 2 углеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксалоацетат (4-углеродное соед), т.е. в результате полного оборота цикла одна мол-ла ацетил-КоА сгорает до СО₂ и Н₂О, а мол-ла оксалоацетата регенерируется.

• Первая р-ция кат-ется ф-том цитратсинтазой, при этом ацетильная группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результ чего обр-ется лимонная к-та:

По-видимому, в данной р-ции в качестве промежуточного продукта обр-ется связанный с ф-том цитрил-КоА. Затем последний самопроизвольно и необратимо гидролизуется с обр-нием цитрата и HS-KoA.

• В результате второй р-ции образовавшаяся лимонная к-та подвергается дегидратированию с обр-нием цис-аконитовой к-ты, к-рая, присоединяя мол-лу воды, переходит в изолимонную к-ту (изоцитрат). Катализирует эти обратимые р-ции гидратации–дегидратации ф-т аконитатгидратаза (аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН в мол-ле цитрата:

• Третья р-ция лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная к-та дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.

В ходе изоцитратдегидрогеназной р-ции изолимонная к-та одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа явл аллостерическим ф-том, к-рому в качестве специфического активатора необходим АДФ. Кроме того, ф-т для проявления своей активности нуждается в ионах Mg²⁺или Мn²⁺.

• Во время четвертой р-ции происходит окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой к-ты с обр-нием высокоэнергетичо соед сукцинил-КоА. Мех-м этой р-ции сходен с таковым р-ции окисл-ного декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей стр-ре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в одном, так и в другом случае в р-ции принимают участие 5 коф-тов: ТПФ, амид липоевой к-ты, HS-KoA, ФАД и НАД⁺.

• Пятая р-ция кат-ется ф-том сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой р-ции сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорг-го фосфата превращ-ся в янтарную к-ту (сукцинат). Одновременно происходит обр-ние высокоэргической фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргич тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

• В результате шестой р-ции сукцинат дегидрируется в фумаровую к-ту. Окисление сукцината кат-ется сукцинатдегидрогеназой, в мол-ле к-рой с белком прочно (ковалентно) связан коф-т ФАД. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондр мембраной:

• Седьмая р-ция осущ-ется под влиянием ф-та фумаратгидратазы (фумаразы). Обр-шаяся при этом фумаровая к-та гидратируется, продуктом р-ции явл яблочная к-та (малат). Фумаратгидратаза обладает стереоспецифичностью – в ходе р-ции обр-ется L-яблочная к-та:

• В ходе восьмой р-ции под влиянием митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата в оксалоацетат:

За один оборот цикла происходит полное окисление одной мол-лы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо поступление в с-му ацетил-КоА, а коф-ты (НАД⁺ и ФАД), перешедшие в восст-ное состояние, должны снова и снова окисляться. Это окисление осущ-ся в с-ме переносчиков электронов в дых цепи, локализ-ной в мембране митох. Обр-шийся ФАДН₂ прочно связан с СДГ, поэтому он передает атомы водорода через KoQ. Освобождающаяся в результате окисления ацетил-КоА энергия в значительной мере сосредоточивается в макроэргических фосфатных связях АТФ. Из 4 пар атомов водорода 3 пары переносят НАДН на систему транспорта электронов; при этом в расчете на каждую пару в системе биологического окисления обр-ется 3 мол-лы АТФ (в процессе сопряженного окислительного фосфорилирования), а всего, след , 9 мол-л АТФ. Одна пара атомов от сукцинатдегидрогеназы-ФАДН₂ попадает в систему транспорта электронов через KoQ, в результате обр-ется только 2 мол-лы АТФ. В ходе цикла Кребса синтезируется также одна мол-ла ГТФ (субстратное фосфорилирование), что равносильно одной мол-ле АТФ. Итак, при окислении одной мол-лы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе окислительного фосфорилирования может образоваться 12 мол-л АТФ.

Как отмечалось, одна мол-ла НАДН (3 мол-лы АТФ) обр-ется при окислительном декарбоксилировании пирувата в ацетил-КоА. При расщеплении одной мол-лы глюкозы обр-ется 2 мол-лы пирувата, а при окислении их до 2 мол-л ацетил-КоА и последующих 2 оборотов цикла трикарбоновых к-т синтезируется 30 мол-л АТФ (след окисление мол-лы пирувата до СО₂ и Н₂О дает 15 мол-л АТФ). К этому количеству надо добавить 2 мол-лы АТФ, образующиеся при аэробном гликолизе, и 6 мол-л АТФ, синтезирующихся за счет окисления 2 мол-л внемитохондриального НАДН, к-рые обр-ются при окислении 2 мол-л глицеральдегид-3-фосфата в дегидрогеназной р-ции гликолиза. след , при расщеплении в тканях одной мол-лы глюкозы по ур-нию С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ —> 6СО₂ + 6Н₂О синтезируется 38 мол-л АТФ. Несомненно, что в энергетическом отношении полное расщепление глюкозы явл более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз.

Билет 8

1. КОФЕРМEНТЫ (коэнзимы), орг. прир. соед., необход для осущ-ния каталитич. действия ф-тов. Эти в-ва, в отличие от белкового компонента ф-та (апоф-та), имеют сравнительно небольшую мол. массу и термостабильны. Иногда под коф-тами подразумевают любые низкомол. в-ва, участие к-рых необходимо для проявления каталитич. действия ф-та, в т. ч. и ионы, напр. К⁺, Mg²⁺ и Мn²⁺ . Располаг коф-ты в актив центре ф-та и вместе с субстратом и функц. гр актив центра обр-ют активир. комплекс. Коф-ты должны обладать по крайней мере 2 функц-ми участками или группировками, ответств за специфич. связывание с апоф-том и субстратом. Часто коф-ты прочно связаны с апоф-том - обр-ют с ним трудно диссоциирующие или недис-щие комплексы либо соединены с полипептидной цепью ковалентной связью (такие коф-ты наз. простетич. гр). В этом случае коф-ты обычно ост-ся в сост ф-та на всех стадиях каталитич. р-ции. Примеры таких коф-тов - флавиновые коф-ты и пиридоксаль-5'-фосфат. Легко диссоц-щие коф-ты-обычно коф-ты- переносчики, действие к-рых связано с переходом от одной мол-лы ф-та к другой. Многие коф-ты включают в качестве стр-рного компонента остаток мол-лы вит-а. Различают 2 гр коф-тов. Относящиеся к первой группе коф-ты участвуют в р-циях, в к-рых превращ. субстрата кат-ется одним ф-том. При этом коф-т может регенерироваться после каждого каталитич. акта в составе ф-та, кат-ющего превращ. субстрата. Коф-ты второй гр уч-ют в активации и переносе мол-л субстрата от одного ф-та к др. В этом случае первоначально субстрат реагирует с коф-том в актив центре ф-та с обр-нием достаточно устойч соед., к-рое может в неизменном виде переноситься в клетке к др. ф-ту, в актив центре к-рого осущ-ются каталитич. превращ. субстрата и одноврем. регенерация коф-та. Обр-ние комплекса апоф-та с коф-том - один из способов регуляции активности ф-та в орг-ме