18. Строение нуклеотидов. Их разнообразие и функции.
Нуклеотиды являются сложными эфирами нуклеозидов и фосфорных кислот. Нуклеозиды, в свою очередь, являются N-гликозидами, содержащими гетероциклический фрагмент, связанный через атом азота с C-1 атомом остатка сахара.
Большинство нуклеотидов являются моноэфирами ортофосфорной кислоты, однако известны и диэфиры нуклеотидов, в которых этерифицированы два гидроксильных остатка — например, циклические нуклеотиды циклоаденин- и циклогуанин монофосфаты (цАМФ и цГМФ). Наряду с нуклеотидами — эфирами ортофосфорной кислоты (монофосфатами) в природе также распространены и моно- и диэфиры пирофосфорной кислоты (дифосфаты, например, аденозиндифосфат) и моноэфиры триполифосфорной кислоты (трифосфаты, например, аденозинтрифосфат)
Классификация нуклеотидов
Нуклеотиды могут быть разделены на классы по нескольким признакам:
а. По характеру входящего в них азотистого основания нуклеотиды могут быть пуринового, пиримидинового, изоаллоксазинового и т.д. рядов.
б. По характеру углевода-пентозы они могут быть рибонуклеотидами ( содержат рибозу ) или же дезоксирибонуклеотидами ( содержат дезоксирибозу ). В некоторых синтетических нуклеотидах или нуклеозидах встречается также арабиноза, например, в арабинозилцитозине, используемом в качестве противоопухолевого или противовирусного препарата.
Нуклеотиды выполняют в клетках несколько функций:
во-первых, рибонуклеотиды пуринового или пиримидинового рядов (АМФ, ГМФ,УМФ и ЦМФ и их минорные производные) также как и их дезоксибонуклеотидные аналоги ( дАМФ, дГМФ, дТМФ и дЦМФ и их минорные производные ) выполняют структурную функцию, являясь мономерными единицами нуклеиновых кислот;
во-вторых, дифосфатные производные мононуклеотидов участвуют во многих метаболических процессах в клетке в качестве активаторов переносчиков различных группировок ( Примерами могут служить УДФ-глюкоза, ГДФ-манноза, ЦДФ-холин и др.);
в тертьих, АТФ и ГТФ выступают в клетке как акумуляторы и переносчики энергии, высвобождающейся при биологическом окислении:
в четвертых, НАД+ , НАДФ+ , ФАД, ФМН являются переносчиками восстановительных эквивалентов в клетках ( промежуточными переносчиками протонов и электронов );
в пятых, мононуклеотиды выступают в клетках в качестве биорегуляторов. Достаточно вспомнить роль АТФ как аллостерического ингибитора ключевых ферментов ряда метаболических путей ( фосфофруктокиназы гликолитического метаболона или цитрансинтазы цикла Кребса):
в шестых, такие соединения как цАМФ или цГМФ выполняют роль мессенджеров или вторых вестников в реализации клеткой внеклеточного регуляторного сигнала ( при действии глюкагона на гепатоциты в ускорении мобилизации гликогена играет существенную роль повышение концентрации цАМФ в этих клетках).
19. Структура, функции днк
Третичная структура ДНК и структуры более высокого порядка представляют собой дальнейшую спирализацию и суперспирализацию молекулы ДНК.
Функции ДНК:
Молекулы ДНК хранят (содержат) наследственную информацию (программу) о структуре специфических для каждого организма белков.
Молекулы ДНК обеспечивают передачу наследственной информации от клетки к клетке, от организма к организму.
Молекулы ДНК участвуют в реализации генетической информации, т.е. участвуют в процессе синтеза полипептидов.
20. Структура и функции рнк
Первичная структура РНК аналогична первичной структуре ДНК (см. выше), за исключением замены дезоксирибозы на рибозу и тимина урацилом
В клетке обнаружено несколько типов РНК, три из которых принимают участие в синтезе полипетидов.
Информационная (матричная) РНК (иРНК). Молекулы иРНК могут содержать от 300 до 3 тыс. рибонуклеотидов и имеют линейную структуру. Являются посредником между ДНК и полипептидом. В процессе синтеза молекулы иРНК с молекулы ДНК переписывается информация о структуре полипептида. Далее молекулы иРНК переносят эту информацию из ядра в цитоплазму к рибосомам, где и происходит синтез полипептида. иРНК составляет ~ 0,5–1 % массы всех РНК клетки.
Рибосомальная РНК (рРНК). Молекулы рРНК содержат 3–6 тыс. рибонуклеотидов, эти молекулы имеют петельную структуру. Образуя комплекс с белками, рРНК формируют субъединицы рибосом. На долю рРНК приходится приблизительно 90 % массы всех РНК.
Транспортная РНК (тРНК), или РНК-переносчик, имеет характерную пространственную структуру, напоминающую кленовый лист или трилистник. В состав тРНК входит от 50 до 100 нуклеотидов; тРНК составляет 10–15 % массы всей РНК клетки и выполняет функцию переноса аминокислот из цитоплазмы к рибосомам, где осуществляется синтез белка.
функции РНК (подробнее см. вопрос №41):
- харанение наследственной информации (у некоторых вирусов);
- участие в процессе трансляции и транскрипции (синтез белка);
- регуляция активности генов;
- катализирование ряда химических реакций
21. Анаболизм и катаболизм в клетках. Метаболические пути.
Обмен веществ и энергии лежит в основе всех проявлений жизнедеятельности и представляет собой совокупность процессов превращения веществ и энергии в живом организме и обмен веществами и энергией между организмом и окружающей средой.
Обмен веществ и энергии (метаболизм) в организме человека — совокупность взаимосвязанных, но разнонаправленных процессов: анаболизма (ассимиляции) и катаболизма (диссимиляции).
Анаболизм — это совокупность процессов биосинтеза органических веществ, компонентов клетки и других структур органов и тканей. Анаболизм обеспечивает рост, развитие, обновление биологических структур, а также непрерывный ресинтез макроэргических соединений и их накопление.
Катаболизм — это совокупность процессов расщепления сложных молекул, компонентов клеток, органов и тканей до простых веществ (с использованием части из них в качестве предшественников биосинтеза) и до конечных продуктов метаболизма (с образованием макроэргических и восстановленных соединений).
Взаимосвязь процессов катаболизма и анаболизма основывается на единстве биохимических превращений, обеспечивающих энергией все процессы жизнедеятельности и постоянное обновление тканей организма. Сопряжение анаболических и катаболических процессов в организме могут осуществлять различные вещества, но главную роль в этом сопряжении играют АТФ, НАДФ • Н. В отличие от других посредников метаболических превращений АТФ циклически рефосфорилируется, а НАДФ • Н — восстанавливается, что обеспечивает непрерывность процессов катаболизма и анаболизма.
Обеспечение энергией процессов жизнедеятельности осуществляется за счет анаэробного (бескислородного) и аэробного (с использованием кислорода) катаболизма поступающих в организм с пищей белков, жиров и углеводов. В ходе анаэробного расщепления глюкозы (гликолиза) или ее резервного субстрата гликогена (гликогенолиза) превращение 1 моля глюкозы в 2 моля лактата приводит к образованию 2 молей АТФ. Энергии, образующейся в ходе анаэробного обмена, недостаточно для осуществления процессов жизнедеятельности животных организмов. За счет анаэробного гликолиза могут удовлетворяться лишь относительно кратковременные энергетические потребности клетки.
В организме животных и человека в процессе аэробного обмена органические вещества, в том числе продукты анаэробного обмена, окисляются до конечных продуктов — С02 и Н20. Общее количество молекул АТФ, образующихся при окислении 1 моля глюкозы до С02 и Н20, составляет 25,5 моля.
Процессы анаболизма и катаболизма находятся в организме в состоянии динамического равновесия или временного превалирования одного из них. Преобладание анаболических процессов над катаболическими приводит к росту, накоплению массы тканей, а катаболических — к частичному разрушению тканевых структур, выделению энергии. Состояние равновесного или неравновесного соотношения анаболизма и катаболизма зависит от возраста. В детском возрасте преобладают процессы анаболизма, а в старческом — катаболизма. У взрослых людей эти процессы находятся в равновесии. Их соотношение зависит также от состояния здоровья, выполняемой человеком физической или психоэмоциональной деятельности
Рис. Метаболические пути Катаболические пути трансформируют свободную энергию в форму восстановительных эквивалентов (2Н) или высокоэнергетических фосфатов (p); эта энергия идет на обеспечение реакций анаболических путей. Анаболические пути служат связующим звеном между катобалическими и анаболическими путями. (амфиболический путь —каскад реакций с вовлечением процессов катаболизма и анаболизма)