14.3. Нуклеотидные коферменты
Нуклеотиды имеют большое значение не только как строительный материал для нуклеиновых кислот. Они участвуют в биохими- ческих процессах и особенно важны в роли коферментов, т. е. веществ, тесно связанных с ферментами и необходимых для проявления ими ферментативной активности.
14.3.1. Нуклеозидполифосфаты
Во всех тканях организма содержатся моно-, ди- и трифосфаты нуклеозидов. Особенно широко известны аденинсодержащие нук- леотиды - аденозин-5'-фосфат (АМР), аденозин-5'-дифосфат (ADP)
и аденозин-5'-трифосфат (ATP) (для этих соединений наряду с приведенными сокращенными обозначениями латинскими буквами в оте- чественной литературе используют сокращения соответствующих русских названий - АМФ, АДФ, АТФ).
Нуклеотиды, фосфорилированные в разной степени, способны к взаимопревращениям путем наращивания или отщепления фос- фатных групп. Дифосфатная группа содержит одну, а трифосфатная - две ангидридные связи, называемые макроэргическими, поскольку они обладают большим запасом энергии. Необходимые для образования такой связи энергетические затраты восполняются за счет энергии, выделяемой в процессе метаболизма углеводов. При расщеплении макроэргической связи Р~О (обозначаемой волнистой линией) выделяется ~32 кДж/моль. С этим связана важнейшая роль АТФ как «поставщика» энергии во всех живых клетках.
В показанных ниже взаимопревращениях АМФ, АДФ и АТФ формулы этих соединений соответствуют их неионизированному состоянию. В физиологических условиях при рН ~7 фосфатные группы почти полностью ионизированы, поэтому в биохимической литературе эти и любые другие нуклеотиды записывают соответственно в виде анионов.
Нуклеозидполифосфаты в биохимических процессах. С участием АТФ и АДФ в организме осуществляется важнейший биохимический процесс - перенос фосфатных групп. Например, образование сложных эфиров (фосфатов) - типичная реакция в метаболизме углеводов. Все стадии гликолиза (превращения глюкозы в пируват) осуществляются только в фосфатной форме. Получение фосфатов гидроксилсодержа- щих соединений можно представить в виде общей схемы.
|
Так, галактоза, образующаяся при расщеплении лактозы, на начальной стадии метаболического превращения в глюкозу взаимо- действует с АТФ с образованием монофосфата.
14.3.2. Никотинамиднуклеотиды
Наиболее важными представителями этой группы соединений являются никотинамидадениндинуклеотид (NAD, или в русской литературе НАД) и его фосфат (NADP, или НАДФ). Эти соединения выполняют важную роль коферментов в осуществлении многих
окислительно-восстановительных реакций. В соответствии с этим они могут существовать как в окисленной (НАД+, НАДФ+), так и восстановленной (НАДН, НАДФН) форме.
Структурным фрагментом НАД+ и НАДФ+ является никотинамидный остаток в виде пиридиниевого катиона. В составе НАДН и НАДФН этот фрагмент превращается в остаток 1,4-дигидропиридина.
В ходе биологического дегидрирования субстрат теряет два атома водорода, т. е. два протона и два электрона (2Н+, 2е) или протон и гидрид-ион (Н+ и Н-). Кофермент НАД+ обычно рассматривается как акцептор гидрид-иона Н- (хотя окончательно не установлено, происходит ли перенос атома водорода к этому коферменту одновременно с переносом электрона или эти процессы протекают раздельно).
В результате восстановления путем присоединения гидрид-иона к НАД+ пиридиниевое кольцо переходит в 1,4-дигидропиридиновый фрагмент. Этот процесс обратим.
В реакции окисления ароматический пиридиниевый цикл переходит в неароматический 1,4-дигидропиридиновый цикл. В связи с потерей ароматичности возрастает энергия НАДН по сравнению с НАД+. Таким способом НАДН запасает энергию, которая затем расходуется в других биохимических процессах, требующих энергетических затрат.
Типичными примерами биохимических реакций с участием НАД+ служат окисление спиртовых групп в альдегидные (например, пре- вращение ретинола в ретиналь, см. 15.4), а с участием НАДН - восстановление карбонильных групп в спиртовые (превращение пировиноградной кислоты в молочную, см. 9.2.3).
ЛЕКЦИЯ 13
Лабораторное занятие № 13
Моносахириды
Лабораторная работа № 55
Доказательство наличия гидроксильных групп в D-глюкозе
В пробирку поместите 1 каплю 0,5% раствора D-глюкозы и 6 капель 10% гидроксида натрия NaOH. К полученной смеси добавьте 1 каплю 2% раствора сульфата меди(II) CuSO4.Образующийся осадок гидроксида меди (II) CuSO4быстро растворяется и получается прозрачный раствор синего цвета. Полученный раствор сохраните для следующего опыта.
Лабораторная работа № 56
Восстановление гидроксида меди(II) глюкозой в щелочной среде
К полученному в предыдущем опыте синему раствору добавьте несколько капель воды до высоты слоя жидкости в пробирке 18-20 мм.Нагрейте ее над пламенем горелки, держа пробирку наклонно так, чтобы нагревалась только верхняя часть раствора, а нижняя оставалась для контроля. Нагрейте только до начала кипения, но не кипятите. При нагревании цвет верхней части раствора изменяется от синего до желто-красного.
Лабораторная работа № 57
Восстановление аммиачного раствора гидроксида серебра глюкозой
В пробирку поместите 1 каплю 5% нитрата серебра AgNO3, прибавьте 2 капли 10% гидроксида натрия NaOH и 3-4 капли 10% водного раствора аммиака до растворения образующегося осадка гидроксида серебра. Полученный прозрачный аммиачный раствор гидроксида серебра является реактивом, окисляющим глюкозу.
Добавьте к полученному реактиву 1 каплю 0,5 % раствора глюкозы и слегка подогрейте пробирку над пламенем горелки до начала побурения раствора. Далее реакция идет без нагревания, и металлическое серебро выпадаетлибо в виде черного осадка, либо осаждается на стенках пробирки в виде блестящего зеркального налета.
Лабораторная работа № 58
Реакция Селеванова на фруктозу
В пробирку поместите крупинку сухого резорцина и 2 капли концентрированной хлороводородной кислоты. Добавьте 2 капли 0,5 : раствора фруктозы и нагрейте до начала кипения. Постепенно жидкость приобретает красное окрашивание.
Лабораторное занятие № 14
Дисахариды
Лабораторная работа № 59
Отсутствие восстанавливающей способности у сахарозы
В пробирку поместите 1 каплю 1% раствора сахарозы и 6 капель 10% гидроксида натрия. Добавьте для разбавления 5-6 капель воды(2 см). Прибавьте 1 каплю сульфата меди (II)CuSO4. Образуется прозрачный синий раствор комплексной соли меди с сахарозой. Осторожно нагрейте пробирку над пламенем грелки так, чтобы нагревалась только верхняя часть раствора, а нижняя оставалась без нагревания. Нагревайте только до кипения, но не кипятите. Изменения окраски раствора не происходит.
Лабораторная работа № 60
Восстанавливающая способность лактозы
В пробирку поместите 1 каплю раствора лактозы и 4 капли 10% гидроксида натрия. Добавьте 1 каплю 2% сульфата меди. Образующийся голубой осадок гидроксида меди при встряхивании пробирки растворяется, образуя синий раствор комплексной соли меди с лактозой. Добавьте для разбавления несколько капель воды до высоты слоя жидкости 18-20 м. Осторожно нагреть пробирку над пламенем горелки так, чтобы нагревалась только верхняя часть , а нижняя оставалась без нагревания. Нагревать до кипения. При нагревании цвет верхней части раствора изменяется в желто-красный.
Полисахариды
Лабораторная работа № 61
Качественная реакция на крахмал
В пробирку поместите 5 капель 0,5% крахмального клейстера и 1 каплю сильно разбавленного раствора йода. Раствор окрашивается в красный цвет. Нагрейте раствор, он обесцвечивается; при охлаждении окраска восстанавливается.
Лабораторная работа № 62
Кислотный гидролиз крахмала
В пробирку поместите 1 каплю 0,5% клейстера. Добавьте 2 капли 10% серной кислоты и поместите пробирку в кипящую водяную баню. Мутный раствор клейстера становится прозрачным через 20 минут. Пипеткой нанесите 1 каплю гидролизата на предметное стекло и добавьте 1 каплю разбавленного йода в йодиде калия.
Если проба не дает положительный йодкрахмальной реакции, добавьте в пробирку 8 капель 10% гидроксида натрия для создания щелочной среды. Затем добавьте 1 каплю 2% сульфата меди (II) CuSO4. Будет ли положительной проба Троммера.
ЛАБОРАТОРНАЯ работа №19