Лекция №8

РНК.

РНК – это полинуклеотид, который содержит из азотистых оснований аденин, гуанин, цитозин и урацил, углевод – рибоза и фосфат. Эфирнася связь фосфорной кислоты может быть в положениях 5, 3, 2.

Фостоэстераза змеиного яда нуклеозид нуклеозид-5’-фосфат. При гидролизе РНК фосфоэстеразы млекопитающих образуется нуклеозид-3’-фосфат. Если проводить гидролиз нуклеиновой кислоты РНК в лабораторных условиях в щелочной среде получаются 2’,3’ циклические фосфаты.

При гидролизе РНК образуются эти структурные элементы.

РНК – это мононуклеотидная цепь.

Типы РНК:

1. Транспортная РНК (растворимая РНК). Молекулярная масса их наименьшая от 33 до 50 тысяч. Содержат определенное количество нуклеотидов. Они находятся в цитоплазме клетки и выполняют функцию транспорта аминокислот к месту синтеза белка в рибосомах. Структура этих транспортных РНК вполне определенная. Если разложить структуру в плоскости, то она будет иметь вид клеверного листа:

Рис 2.

ФГ – Фосфор-гуанидин

5’ – конец

1,2,3 – минорные основания

1 – Дигидроуригинования петля

Дегиброуредиловая, т.к. урацил там гидророваный, таких дегидроуредилов там от 2 и более.

3 – Риботимидиновая петля, она содержит нуклеотид тимидин, который не характерный для РНК.

2 – Петля антикодона, она содержит 7 нуклеотидов, 3 из них представляют собой антикодон – это определенная последовательность нуклеотидов комплементарная кодону, находящемуся на матричной РНК.

5’ и 3’ концы – акцепторный участок. Находтся определенная последовательность нуклеотидов. У всех транспортных РНК содержится вполне определенная последовательность: А-Ц-Ц.

Для каждой аминокислоты существуют свои транспортные РНК. Для одной аминокислоты существует несколько транспортных РНК.

2. Рибосомальная РНК, они являются составной частью рибосомы (рибосома – это субчастица, входящая в состав клеток, где осуществляется синтез белка). Препараты рибосомальных РНК из разных источников, например бактерий и печени крысы имеют сходный нуклеотидный состав. Больше всего в этих р-РНК гуаниловой кислоты, наименьшая доля – это уридиловая и цитидиловая кислота. Минорных оснований почти не встречается. Структура р-РНК вполне определенная.

3. Матричная РНК. Матричная РНК состоит из одной цепи переменного строения и переменной длин в зависимости от величины гена, который транскрибируется.

Ферменты.

Фермент – в переводе с латинского fermentum – брожение. Синонимом ферментов являются энзимы. Наука о ферментах – энзимология. С химической точки зрения ферменты – это специфические белки, они могут быть либо простые белки, при гидролизе которых образуются только альфа-аминокислоты, и могут быть сложные белки, которые кроме могут содержать небелковые компоненты, которые называются ко-ферменты.

Ко-фермент, который сам по себе не обладает ферментативной активностью, а активен только в составе биокомплекса колафермента.

Ферменты – это биологические катализаторы.

Ко-фермент касается органического вещества небелковой природы (чаще всего ко-фермент – это витамин).

Ко-фактор – это неорганические ионы (могут быть ионы Mg, Zn, K), которые необходимы для наибольшей активности фермента.

Белковая часть в колаферменте – это термомобильная, высокомолекулярная часть. Активность фермента и его специфичность зависит от уникальной третичной структуры апо-фермента. Сама каталитическая функция связана с ко-ферментом.

Если же фермент – простой белок, то и специфичность и каталитическая функция связаны с уникальной третичной структурой белковой молекулы.

В настоящее время описано более 2000 различных ферментов, а синтезирован только один – рибонуклеаза.

Свойства ферментов:

1. Специфичность ферментов. По специфичности все ферменты можно разделить на 4 группы:

• Ферменты обладающие абсолютной специфичностью, т.е. фермент, действующий на один субстрат (например, фермент уреаза, с помощью которого идет реакция расщепления мочевины водой. Под действием фермента аргиназа расщепление)

Аргиназа:

• Ферменты, обладающие абсолютно-групповой специфичностью. Ферменты этой группы действуют на один тип химической связи, но в полнее определенном месте. Например, ферменты пептидазы – расщепляют пептидные связи в белках. Фермент хемотрепсин – расщепляет все белки, но по связи, где C=O группа принадлежит ароматической аминокислоте, а также на стыке ароматической и дикарбоновой аминокислоты.

• Относительно-групповая специфичность. Пример: липаза – расщепляет все сложно-эфирные связи между спиртом и органической карбоновой кислотой.

• Стереоспецифичность. Все ферменты стереспецифичны. Все природные белки состоят из маинокислот L-ряда, поэтому ферменты будут расщеплять белки, которые состоят из L-аминокислот. Под действием фермента фумараза происходит отщепление (образуется фумаровая кислота) или присоединение (образуется яблочная кислота) молекулы воды.

2. Температурный фактор. Скорость любой химической реакции возрастает с повышением температуры. Для большинства ферментативных реакций повышение температуры в пределах до 40 градусов. С повышением температуры больше, чем 40 градусов происходит торможение в силу изменения структуры ферментов.

3. Влияние Ph. С изменением Ph среды свойства кислот могут изменяться. Изменение Ph среды от оптимального может привести к тому, что третичная структура не будет реализована.Это приведет к тому, что белок потеряет свою ферментативную активность. У разных ферментов имеется свой оптимум Ph. Например, пепсин работает в желудке, поэтому для него оптимальным является кислая среда. Для трепсина и хемотрипсина оптимальной является слабощелочная среда, т.к. они работают в кишечнике. Аргиназа – очень щелочная среда. Амилаза – в слюне, т.е. оптимальной является нейтральная среда.

4. Зависимость скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата. Если ферментативная реакция протекает при тщательно контролируемых условиях. То изменение скорости по мере изменения концентрации субстрата в большинстве случаев описывается уравнением Михаэлиса-Ментена.

[S] – концентрация субстрата

- скорость с изменением концентрации субстрата

V_max - максимально возможная скорость для данного фермента в данных условиях.

Кm – константа Михаэлеса, это характеристика данного фермента

Уравнение Лайнуивера-Берка

Y= Kx + b

Km - это характеристика фермента, чем больше Km, тем менее чувствителен фермент к данному субстрату.

Например, фермент каталаза расщепляет перекись водорода на воду и кислород, константа для него 25 ммолей.

Гексакиназа мозга, под действием этого фермента происходит

Скорость активности фермента в зависимости от концентрации фермента – обычная линейная зависимость. Чем больше концентрация, тем больше скорость реакции.

По международному соглашению за единицу активности фермента принимается такое количество фермента, которое катализирует превращение одного микромоля субстрата в минуту при 25 градусов при оптимальных значения Ph..

Число оборотов фермента – число молекул субстрата претерпевающих превращение в единицу времени в расчете на 1 молекулу фермента. Пример: карбонатдегидратаза – это фермент, который работает в эритроцитах и является одним из наиболее активных ферментов, его число оборотов 36 млн. в минуту.

CO₂ + H₂O = H₂CO₃

Ингибирование ферментов. Действие многих ферментов моно подавлять определенными химическими реагентами. Изучение ингибиторов ферментов является предметом изучения науки токсикологии. Механизм действия некоторых лекарственных препаратов состоит в том, что они ингибируют определенные ферменты в клетках.

Рассматривают два типа ингибирования:

1. Обратимое ингибирование.

2. Необратимое ингибирование. Пример: химический препарат диизопропилфторфосфат, это вещество влияет на ферменты эстеразной активности. Самым первым на поверхности является фермент ацетилхолинэстераза.

Под действием фермента расщепляют ацетилхолин на уксусную кислоту и холин. Ацетилхолин является медиатором нервных импульсов. Активный центр необратимо связывается с ингибитором.