Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

biokhimia_ekz

.pdf
Скачиваний:
268
Добавлен:
10.04.2015
Размер:
3.22 Mб
Скачать

1.Метаболизм(анаболизм ,катаболизм),способыобразованияАТФворганизме.

Метаболизм–этосовокупностьокислительныхреакцийихимическихпроцессов, которыепротекаютвживыхорганизмах. Входеметаболизмаобразуетсяэнергия, котораянеобходималюбомуживомусуществу.Метаболизмпредставленкатаболизмомианаболизмом. Катаболизм–расщеплениехимическихкомпонентовсвыделениемэнергии–экзергоническиереакции. Анаболизм–реакциисинтезасзатратойэнергии–эндергоническиереакции.

Этапыкатаболизма: 1) специфическоепревращениевмономеры–аминокислоты, моносахариды, глицерин, жирныекислоты. 2) образованиеунифицированныхпродуктов–ПВКиАцКоА (моносахаридычерезПВК).

3) АцКоАвЦТКобразуетсяСО2, вода; 3НАДН, которыевдыхцепидаютводуи 3 АТФ; ФАДН2, которыйвдыхцепидаетводуи 2 АТФ. ОбразованиеАТФвпроцессеметаболизмаидетдвумяпутями– окислительногоисубстратногофосфорилирования. (дыхцепьЦТК,гликолиз).

Возникновениемакроэргическойсвязивмоментокислениясубстратасдальнейшейактивациейнеорганич ескогофосфатаиегопереносомнаАДФсобразованиемАТФназываютсубстратнымфосфорилированием( 10% всейэнергии). Реакциейсубстратногофосфорилированияявляютсядвереакциигликолиза– окисление 3-фосфоглицериновогоальдегидав 1,3-дифосфоглицериновуюкислоту, иокисление 2- фосфоглицериновойкислотыв 2-фосфоэнолпировинограднуюкислоту; атакжеоднареакцияЦТК - окислениесукцинил-КоАвянтарнуюкислоту. ОсновнаямассаАТФобразуетсяпутемокислительногофосфорилирования. Впроцессеокислительногофосфорилированияокисляемыйсубстратучастиянепринимает,

аактивированиенеорганическогофосфатасопряженоспереносомэлектроновипротоновводородаскофе рментовдегидрогеназ (принимающихучастиевокислениисубстрата) кмолекулярномукислороду. СопряжениеокислениясфосфорилированиемАДФипоследующимобразованиемАТФназываютокислите льнымфосфорилированием. Процессысопряженияокисленияифосфорилированияидутвдыхательнойцепи.

2.Свойствабелков, ихбиологическаяроль. Методыочисткииразделения. Свойствабелков:

1)кислото-основныеиэлектролитическиесвойства. Белки–этоамфотерныесоединения Величинаизнакзарядаопределяетсясоотношениема/кирНраствора. ТозначениерН, прикоторомсуммарныйзарядбелкаравен 0 называетсяизоэлектрическойточкой.Вэтомсостояниибелокхарактеризуется: минимальнойустойчивостьюивязкостьюврастворе, отсутствуетподвижностьвэлектрическомполе, максимальнаяспособностькосаждению. ПрисдвигерНбелокприобретаетзаряд, растворимостьиподвижностьвэлектрическомполе. Изоэлектрическаяточкаиспользуетсядляразделениябелков.

2)кислото-основныесвойстваиспользуютдляихразделения–электрофорезбелковплазмыкрови. Буферныесвойствакислот–связанысамфотерностью–кислыекомпонентынейтрализуютсяосновными, инаоборот. Т.О. поддерживаетсястабильноезначениерН.

3)коллоидно-осмотическиесвойства. Белки–гидрофильныеколлоиды, этопридаютполярныеа/к-ты. Прирастворениибелковвводеобразуетсягидратнаяоболочка. Гидрофильныеколлоидысвязываютбольшоеколичествоводыинабухают. Образуютсяжидкостиизоли, гели– формаиупругостьтканей.

Коллоидныесвойствабелков: а) способностьксветорассеиванию–образуетсяконусТиндаляб) высокаявязкостьв) малаяскоростьдиффузииг) диализ–белкинепроходятчерезполупроницаемуюмембрану, легкопроходитводаинизкомолекулярныесоединения, абелкизадерживаются–т.к. действуетпочечныйфильтр. Факторыустойчивостибелков: зарядигидратнаяоболочка. Приихпотеребелокосаждается. Высаливание– обратимоеосаждениебелков–разрушениегидратнойоболочки. Взависимостиотгидрофильностибелковониосаждаютсяприразныхконцентрацияхсолей– фракционноевысаливание–глобулиныпри 50% насыщение (NH4)2SO4, альбуминыпри 100% насыщении.

Функциибелков: 1) структурная 2) каталитическая–ферменты 3) регуляторная–гормоны 4) двигательная– работамышц, движениецитоплазмы 5) транспорт–белкиплазмыкрови–гемоглобинимиоглобин 6) защитная– иммуноглобулины, системакомплиментов, системасвертываниякрови 7) опорная–сухожилия, сочленения 8) регуляторная–узнаваниеклеток–гликопротеины, содержатуглеводныйкомпонент 9) энергетическая.

Использованиегидролизадляопределенияхимическихсвойствбелка, ренгеноструктурныйанализ, электроннаямикроскопия.

3.Денатурациябелка. Изменениеконфигурациибелковыхмолекул.

Денатурация–нарушениенативнойпространственнойструктурыбелка, приводящеекпотереилиуменьшениюрастворимости, утратаспецифическойбиологическойактивности, изменениюрядафизико-химическихсвойств. Денатурациянесопровождаетсяразрывомпептидныхсвязей, т.е. неразрушаетсяпервичнаяструктура, асвязиоказываютсяснаружиивсеизменяется.

+

(Денатурация – это процесс необратимого осаждения белков, при котором происходит разрыв сульфидных и водородных связей)

Свойстваденатурированногобелка: 1) повышаетсячислореактивныхгрупп, т.к. появляютсяранеескрытныегруппы 2) понижаетсярастворимость, белокможетвыпастьвосадок (припотерефакторовустойчивости: зарядигидратнаяоболочка) 3) изменяетсяконфигурация 4) изменяетсябиологическаяактивность 5) легкорасщепляетсяпротеолитическимиферментами.

Факторыприводящиекденатурациибелка: 1) физические–температура, УФоблучение, ультразвук, гаммаоблучение, стерилизация 2) химическиереагенты: концентрированныекислоты, щелочи, солитяжелыхметаллов.

4. Амфотерныесвойствабелков, изоэлектрическаяточка.

Белки–этоамфотерныесоединения. R-COOH+OH- R-COO-+H2O R-NH2+H+ R-CH3+.

Величинаизнакзарядаопределяетсясоотношениема/кирНраствора. ТозначениерН, прикоторомсуммарныйзарядбелкаравен 0, т.е. + равен -, называетсяизоэлектрическойточкой (РI). Белкивизоэлектрическомсостояниихарактеризуется: минимальнойустойчивостьюивязкостьюврастворе, отсутствуетподвижностьвэлектрическомполе, максимальнаяспособностькосаждению. ПрисдвигерНбелокприобретаетзаряд, растворимостьиподвижностьвэлектрическомполе. ПрисдвигерНбелокстановитсяиликатиономидвижетсяккатоду, илианиономидвижетсяканоду.

5. Молекулярнаямассабелков, формаиразмерыбелковоймолекулы. Методыихопределения.

Белкиотносятсяквысокомолекулярнымсоединениям, всоставкоторыхвходятмножествоа/к-ныхостатков, объединенныхвмакромолекулярнуюструктуру. Молекулярнаямассабелковколеблетсяот 6000 до 1000000. Посколькуа/к-ныйсоставипоследовательностьа/квыясненыдлямногихбелков, сталовозможнымвычислениехимическимпутемихмолекулярноймассысвысокойточностью. Основнымиметодамиопределениямолекулярноймассыявляютсяфизико-химическиеметоды

.Изнихпрактическинаиболеечастоиспользуютсяметодыседиментационногоанализа, гельхроматографиииэлектрофореза. Методседиментационногоанализапроводятвультрацентрифугах, вычисляютмолекулярнуюмассупоскоростиседиментациимолекулбелкаилиседиментационномуравновесию. Методгель-хроматографии, кромепростотыибыстроты, имеетещетопреимущество, чтонетребуетвыделениябелкавчистомвиде, т.к. примесидругихбелковнемешаютопределениюмолекулярноймассы. Припримененииметодадискэлектрофорезавполиакриламидномгеледляопределениямолекулярноймассыбелковтакжестроятграфикзависим остимеждулогарифмоммолекулярноймассыкалибровочныхбелковиподвижностьюбелковыхчастицвполиакрила мидномгеле, азатем, определивподвижностьисследуемогобелка, пографикунаходятегомассу. Овеличинеиформебелковыхмолекулраньшесудилиподаннымультрацентрифугирования, двойноголучепреломленияидиффузии. Эти данные указывали на существование в природе глобулярных (шарообразных) и фибриллярных (нитевидных) белков. В настоящее время общие представления о форме белковых молекул в основном подтвердились, однако только современные методы исследования позволили установить детали пространственной конфигурации (трехмерной структуры) белковых молекул. Благодаря применению сканирующей микроскопии и рентгеноструктурного анализа (высокое разрешение, порядка 0,2–0,3

нм) удалось в деталях расшифровать не только полную пространственную структуру, форму, но и степень асимметрии белковых молекул во всех трех измерениях. Оказалось, что даже глобулярные белки крови (гемоглобин, альбумины и глобулины) являются асимметричными в указанных измерениях. Следует отметить, что не только физико-химические, но и биологические свойства белков (в свободном или в связанном друг с другом или с другими биополимерами состоянии) определяются их пространственной структурой.

6. Гидролизбелков.

Гидролиз–расщеплениепептиднойсвязиприучастиимолекулыводы. Пептиднаясвязь + ОН-Н NH2 + COOH. Гидролизидетпостепенноиступенчато: белок-полипептид-олигопептид-дипептиды-а/к. Гидролизможноостановитьналюбойстадии, измениводноизусловий.

ХимическийгидролизбываетН+ - кислотный, ОН- - щелочной.

Условияхимическогогидролиза: 1) использованиеконцентрированнойкислотыищелочи 25-30% (5-12 нормальностей) 2) высокаятемпература 100-1100С, 3) 10-12 часов– 96 часов 4) объемкислотыищелочипревышаетв 5 разобъемгидролизуемогобелка. Недостаткихимическогогидролиза: 1) разрушаетсяряда/к–цистеин, триптофан 2) прищелочномгидролизепроисходитрацимезацияа/киз L в D ряд–неусваиваетсяживымиорганизмами. Использованиегидролизатов: 1) дляустановленияструктурыбелка 2) вмедицинеиспользуетсяаминолизин– кровезаменитель, которыйполучаетсятолькокислотнымгидролизом 3) питаниебольныхпослеполостныхопераций. Ферментативныйгидролиз–дляэтихцелейчащеиспользуетсятрипсин. Условияферментативногогидролиза: поднятиетемпературытела, несколькосуток.

Недостатокферментативногогидролиза: 1) оченьдорого 2) 36-370С 3) годентолькодляпервичнойструктуры 4) стерильные 5) заселениевторичноймикрофлоры.Качественныеметодыисследованияглубиныгидролиза, дляэтогоиспользуютцветныереакции.

Биуретоваяреакция + приналичии 2хиболеепептидныхсвязей–гидролизпошелнедоконца. ПоложительнаяНингидриноваяреакция (насвободныеа/к) –гидролизпошелдоконца. Количественныеметодыисследованияглубиныгидролиза–Формольноетитрование. Наличиеаминногоазотавцельномбелке 1-10% внеполномгидролизате 10-75%, вполном 70-90%, авсреднем 80%. Аминныйазотвходитвгруппу NH2 вальфаположениерядомскарбоксильнойгруппой.

7.Аминокислоты,классификация,строение,хим.св-ва.

Аминокислотыявляютсяструктурнойединицейбелков. 20а/кявляютсяпротеиногенными, ониопределяютразнообразиеструктурыбелков, пристрогойспецифичностьееукаждогоконкретногобелка. Заменадажеоднойа/кможетпривестикразвитиюмолекулярнойболезни

(заменаглутаминовойкислотынавалинвструктурегемоглобиналежитвосновесерповидно-клеточнойанемии). Аминокислотныйсоставбелкаопределяетзарядегомолекулыикислотно-основныесвойства. Вструктуруа/квходитрадикальнаягруппа, карбоксильнаягруппа, альфа-углеродныйатомиаминогруппа. Еслиаминогруппарасположенаслеваотхиральногоатомауглерода, тоэтуа/котносятк L-ряду. Наиболеестабильнойконформациейвторичнойструктурыбелковявляетсяа-спираль (ееобразуеталанин, лейцин, тирозин, гистидин, валин, инеобразуютсерин, глутаматлизин, глицин). Наоснованииособенностейстроениярадикальныхгруппвсеа/кделятсянатригруппы:

1)алифатические (нециклическиеа/к) а) моноаминомонокарбоновыеа/к–глицин, аланин, валин, лейцин, изолейцин; оксиаминокислоты, содержащиеОН-группу–серин, треонин; а/к, содержащиеамиднуюгруппу– аспарагин, глутамин; серусодержащиеа/к–цистеин, митионин. в) моноаминдикарбоновыеа/к– аспарагиноваяиглутаминоваякислоты. с) диаминомонокарбоновыеа/к–лизин, аргинин.

2)ароматическиеа/к, содержащиебензольноекольцо–фенилаланин, тирозин, триптофан.

3)гетероциклическиеа/к–гистидин, пролин.

4)Иминокислоты: пролин Наосновепринципаполярностирадикальныхгрупп, т.е. способностиихквзаимодействиюсводой, всеа/кподразделяютначетыреосновныхкласса:

1)Неполярные: аланин, валин, изолейцин, лейцин, пролин, метионин, фенилаланин, триптофан, 2)Полярные незаряженные (заряды скомпенсированы) при pH=7: *+, серин, треонин, цистеин, аспарагин, глутамин, тирозин

3)Полярные заряженные отрицательно при pH=7: аспартат, глутамат 4)Полярные заряженные положительно при pH=7: лизин, аргинин, гистидин

8. Уровниструктурыбелка.

Белки́— высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью . В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств.

Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК. Так, белки-ферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют ключевую роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.

Первичнаяструктурабелка: последовательностьа/квполипептиднойцеписоединенныепептиднойсвязью (ковалентная). Последовательностьа/к, ихколичество, лежатвосновепервичнойструктурыбелка, вкоторойзаложенаинформацияопоследующихуровняхструктурыибиологическихфункцияхбелка. Вторичнаяструктурабелка: 1) а-спиральимеетжесткиепараметры–правозакрученнаяспираль, шагспиралимеждудвумявитками3,6а/к, высота 0,54 нм, конформацияповторяетсячерез 5 витковили 18 а/к, многочисленныеНсвязимеждугруппами NH иС-Оотпервойкчетвертойа/к-те. 2) бетаструктура–слоисто- складчатая, удерживаетсяводороднымисвязями, пептидныецепирасполагаютсяантипараллельно. 3) неупорядоченнаянерегулярнаяструктура–а+вструктуры–перекрестгдевстречаютсяа/ альфаибета. Третичнаяструктурабелка: упаковкаполипептиднойцепивпространстве. 1) вфибриллярныхбелках– коллагениэластин– 3 а-спираль, бетаслой (актин, миозин) 2) вглобулярныхбелках–всетритипавторичныхструктур. Дватипасвязивтретичнойструктуре: 1) ковалентная–пептиднаяидисульфидная 2) слабыесвязи– многочисленныеводородныесвязи, ионныевзаимодействия. Упаковкаидеттакимобразом, чтогидрофобныесвязинаходятсяниже (потипужирнойкапли) –легкоразрываютсяприизменениирН, температуры, ионов. Четвертичнаяструктура–этоассоциация 4хсубъединиц, которыеопределеннымобразомориентированнывпространствеотносительнодругдруга. ДлятогочтобыНbудерживалсявформететрамеравозникаютсвязимеждуодинаковымиполипептиднымицепочками , атакжемеждуразнымиполипептиднымицепочками. Субъединицырасположенывпространстветакимобразом, чтовцентреНbобразуетсяцентральнаяполость (впадина), вкоторойнаходятся 2,3-дифосфоглицириноваякислота. Помереприсоединениякислородакмолекулегемоглобинаконформациячетвертичнойструктурыменяется, приэтомальфацеписближаются, бетарасходятся, т.о. молекулаНb какбыдышитПрисоединяетсяоднамолекулакислородакпервойсубъединице, чтоприводиткконформационнымизменениямдругихсубъединиц.

9. Классификациябелков.

Поформемолекулы: 1) глобулярные–формашара, хорошорастворимывводе, имеетгидроксильнуюгруппу, окруженагидратнойоболочкой (ферменты, гормоны, защитныебелки); 2) фибриллярные–волокнистаяструктура, нерастворимывводе (коллаген, эластин, креатин).

Поструктуре: I –простые–состояттолькоиза/к

1)альбумины (поддерживаютонкотическоеиосмотическоедавление, транспортжирныхкислот) иглобулины (транспортлипидов, гормонов, витаминов, защитнаяфункция)

2)протамины (выраженыосновныесвойства, 80% аргинина, хорошорастворимывводе, PI находитсявщелочнойсреде) игистоны (многолизинаиаргинина, регулируютметаболическуюактивностьгенома)

3)проламиныиглютелины–белкирастительногопроисхождения–семеназлаков, растворяютсявводномраствореэтанола, содержат 20% глутаминовойкислотыи 15% пролина

4)протеиноиды–белкикостей, хрящей, волос, ногтей, неперевариваютсяподдействиемферментовЖКТ, имеютфибриллярнуюструктуру, нерастворяетсявводныхрастворах, непригодныедляпитания.

II – сложные–состоятизбелковой (а/к) инебелковойчасти, онисвязаныковалентногетерополярнойиликоординационнойсвязью

1)нуклеопротеиды–небелковойчастьюявляетсянуклеиноваякислота, еслиэтоДНК, дезоксирибонуклеиды, еслиРНК–рибонуклеины

2)фосфопротеиды–казеин, вителлин, вителлинин, фосвитин, овальбумин, ихтулин– осуществляютпитаниезародышаиноворожденного; фосфорнаякислотасвязанасложнойэфирнойсвязьюсбелковойчастью

3)гликопротеины–простерическиегруппыпредставленыуглеводамииихпроизводными, которыепрочносвязанысбелковойчастью, игликозаминогликанами (гиалуроноваяихондроитинсернаякислоты); различаютсобственногликопротеины (95% белка, 5% углеводныйкомпонент– тиреотропныйифолликулостимулирующийгормон) ипротеогликаны (5% белка, 95.5 гликозаминогликана)

4)Липопротеины–простерическаягруппапредставленалипидом, входятвсоставклеточноймембраны, митохондрийимикросом, атакжеприсутствуетвсвободномсостояниивплазмекрови; делятсянавысокойплотности– ЛПВП (холестеринизтканейвпечень), низкой–ЛПНП (холестеринвткани), оченьнизкой–ЛПОНПихилоникроны (транспортируюттриглицериды). Связьмеждулипидомибелкомнековалентная.

5)металлопротеины–вактивномцентренах-сяметалл–ферритин, трансферрин, гемосидерин.

6)хромопротеины–состоятизбелковойчастииокрашенногонебелковогокомпонента: а) флавопротеины– вкачествепростерическойгруппы–ФМНиФАДб) ретинальпротеины–витаминА в) гемопротеины–небелковаячасть–гем, различаютферментные (цитохромы, каталаза, пероксидаза) инеферментные (гемоглобинимиоглобин).

10.Нуклеопротеины.

Нуклеопротеины этосложныебелки, которыесостоятизбелковойинебелковойчасти.

Небелковаячасть–простерическаягруппа, представленнаянуклеиновойкислотой.

К нуклеопротеидам относятся устойчивые комплексы нуклеиновых кислот с белками. Нуклеопротеидный комплекс — субчастица 50S рибосом бактерий.

Устойчивость нуклеопротеидных комплексов обеспечивается нековалентным взаимодействием. В случае специфичного взаимодействия определённый участок белка связан со специфичной (комплементарной участку) нуклеотидной последовательностью, в этом случае вклад водородных связей, образующихся между нуклеотидными и аминокислотными остатками благодаря пространственному взаимному соответствию фрагментов, максимален. В случае неспецифичного взаимодействия основной вклад в стабильность комплекса вносит электростатическое взаимодействие отрицательно заряженных фосфатных групп полианиона нуклеиновой кислоты с положительно заряженными аминокислотными остатками белка.

Примером специфичного взаимодействия могут служить нуклеопротеидные комплексы рРНК — субъединицы рибосом; неспецифичное электростатическое взаимодействие характерно для хромосомных комплексов ДНК — хроматина и комплексов ДНК-протамины головок сперматозоидов некоторых животных.

Нуклеопротеиды диссоциируют на белки и нуклеиновые кислоты при воздействии агентов, разрушающих или ослабляющих нековалентные связи:

повышенные концентрации солей или мочевины, увеличивающих ионную силу раствора,

ионогенные поверхностно-активные вещества,

некоторые полярные органические соединения (формамид и диметилформамид, фенол и т. п.). Вприродеобнаруженодватипануклеопротеидов, отличающихсядруготдругапосоставу, размерам, физикохимическимсвойствам: дезоксирибонуклеопротеидыДНПирибонуклеопротеидыРНП. УРНПуглеводпредставленрибозой, уДНПдезоксирибозой. ДНПлокализованыпреимущественновядре, аРНПвцитоплазме. БелковаячастьДНПпредставлена 5 классамигистонов, различающихсяпоразмерам, а/ксоставу: Н1–богатыелизином; Н2А–богатыеаргининомилизином; Н2В–умереннобогатыеаргининомилизином; Н3 –богатыеаргинином; Н4 –богатыеглициномиаргинином. Вразличныхнуклеопротеидахколичествонуклеиновойкислотыколеблетсявпределахот 40 до 65%. Ввирусныхнуклеопротеидах 2-5% (вируссобачеймазайкиРНК 2%). Выделениенуклеиновыхкислот–фенольныйметод– происходитденатурациябелка, центрифугирование, воднуюсредуосаждаютнахолоде, нуклеиновыекислотывыпадаютвосадок.

11. Первичная, вторичная, третичнаяструктураДНК.

Нуклеиновая кислота ДНК–сложноевысокомолекулярноесоединение, котороесостоитизнесколькихкомпонентовболеепростогостроения. ВмолекулеДНКуглеводпредставлендезоксирибозой.

ДНКсодержитфосфорнуюкислоту, атакжепо двапуриновых (аденин, гуанин) ипиримидиновых (цитозин,тимин) оснований.

ДНК: Н3РО4, Дезоксирибоза, Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин.

Структурнойединицейнуклеиновойкислотыявляетсянуклеотид. Онсостоитизтрехкомпонентов: азотистогооснования, углеводаифосфорнойкислоты. Первичнаяструктурануклеиновыхкислот–

этопоследовательноерасположениенуклеотидоввполинуклеотиднойцепиДНК. Междунуклеотидамиимеется 3’,5’-фосфодиэфирнаясвязь. Вторичнаяструктурануклеиновыхкислот–ДНКпредставляетсобойдвойнуюспираль (этобиополимер) состоящийиздвухантипараллельныхцепочек, закрученныхвокругоднойитойжеоси. Цепочкисоединяютсяводороднымисвязямикоторыеобразуютсямеждуазотистымиоснованиями. Цепочкиимеютпротивоположнуюполярность, т.е. уоднойцепочкинаправление 5’к 3’, аудругой 3’к 5’. СпиральДНКзакручиваетсявправо, общийвиток 3,4нм, расстояниемеждуцепочками 2нм. ОсновойструктурнойорганизацииДНКсоставляетпринципкомплементарности–аденинсоединяетсясТимином, цитозинсгуанином.

Третичнаяструктура– двойнаяспиральДНКнанекоторыхучасткахможетподвергатьсядальнейшейспирализациисобразованиемсуперспи ралиилиоткрытойкольцевойформы, чточастовызваноковалентнымсоединениемихоткрытыхконцов. СуперспиральнаяструктураобеспечиваетэкономнуюупаковкуогромноймолекулыДНКвхромосоме: вместо 8 смввытянутойформеДНКукладываетсяв 5 нм. СуперспирализацияДНКможетбытьнарушенаразрывомводнойизцепейилиобеихцепяхдвойнойспиралиподдейст виемДНКазы.

БиологическаярольДНК: 1) хранениеипередачагенетическойинформацииоструктуребелка. 2) способнакрепликации (самоудваению). 3) способнакрепарации (восстановлениеповрежденнойструктуры). 4) Участвуетвтранскрипции (всинтеземРНК). ДНКнаходитсявядре, вмитохондриях.

12. Первичная, вторичная, третичнаяструктураРНК. ТипыРНК.

НуклеиновыекислотыДНКиРНК–сложныевысокомолекулярныесоединения, которыесостоятизнесколькихкомпонентовболеепростогостроения. ВмолекулеРНКуглевод представлен рибозой. РНКсодержитфосфорнуюкислоту, атакжеподвапуриновых (аденин, гуанин) ипиримидиновых (цитозин, урацил) оснований.

РНК: Н3РО4, Рибоза, Аденин, Гуанин, Цитозин, Урацил. Структурнойединицейнуклеиновойкислотыявляетсянуклеотид. Онисостоятизтрехкомпонентов: азотистогооснования, углеводаифосфорнойкислоты.

Первичнаяструктурануклеиновыхкислот– этопоследовательноерасположениенуклеотидоввполинуклеотиднойцепиРНК. Междунуклеотидамиимеется 3’,5’-фосфодиэфирнаясвязь.

РНК - этоодинарнаяполинуклеотиднаяцепочка, содержитсявядре, цитоплазме, рибосомах, митохондриях. ТривидаРНК: 1) Матричнаяилиинформационная–мРНК– 2-3%. СинтезируетсявядренаматрицеДНК, вступаетврибосому, нанейпроисходитсинтезбелка.

2)Рибосомальная–рРНК– 80-85%. Находитсявдвухсубъединицахрибосом 50S и 30S упрокариот, и 60S и 40S уэукариот, выполняетструктурнуюфункцию.

3)Транспортная–тРНК– 16%. Переносита/ккместусинтезабелка–рибосоме.

ВторичнаяструктуратРНКнапоминаетклеверныйлист. ВовсехтРНКимеютсяучастки, взаимодействующиесрибосомами, местадлясвязыванияса/к-мииферментами, атакжеспецифическаяпоследовательностьтрехнуклеотидов (триплет), называемаяантикодоном, котораяоказываетсякомплиментарнойтринуклеотиднойпоследовательностимРНК (кодону), кодирующейвключениевбелковуюмолекулуопределеннойа/к-ты. Третичнаяструктура–т- РНКотличаетсябольшойкомпактностью, образованнойзасчетскладыванияразличныхчастеймолекулы.м-РНКит- РНКприфизиологическихзначенияхрНсреды, ионнойсилыи t создаютсяусловиядляобразованиямножестваучастковсдвойнойспиральюсдальнейшимформированиемкомплем ентарныхучастков, определяющихвизвестнойстепенижесткостьихтретичнойструктуры.

13. Гликопротеины- простерическиегруппыпредставленыуглеводамииихпроизводными,

которыепрочносвязанысбелковойчастью (черезаспарагин, сери, треонин) игликозаминогликанами (гиалуроноваяихондроитинсернаякислоты);

Различают: 1) собственногликопротеины - 95% белка, 5% углеводныйкомпонент– тиреотропныйифолликулостимулирующийгормон, интерфероны 2) протеогликаны - 5% белка, 95% ГАГ. ГАГвсегдасвязанысбелком. Вихсоставвходятостаткимономералибогликозамина, либогалактозамина, атакже D- глюкуроноваяили L-идуроноваякислоты.

ГАГ–высокомолекулярныесоединения, мономеромявляетсядисахариднаяединица, котораяпредставленауроновойкислотой, котораясоединенаальфа-1,3 гликозиднойсвязьюсаминосахаром. Различают 7 классовГАГ:

1).гиалуроноваякислота–распространенавпочках, стекловидномтеле, синавиальнойжидкости, пупочномканатике, смазкавсуставах, барьерпротивпроникновениямикроорганизмов; свозрастомколичествоуменьшается;

2, 3) хондроэтин4сульфатихондроэтин6сульфаты - состоятизуроновыхкислот, соединенныхсгалактозамином; онинаходятсявкостнойткани, свозрастомколичествоуменьшается;

4)дерматансульфаты–состоятизитуроновойкислотыиаминосахараацетилированногоисульфированного;

5)керотансульфаты–несодержатуроновыхкислот, всоставвходитДгалактозасацетилированнымисульфированнымсахаром, сиаловыекислоты, обуславливаютпрозрачностьроговицы;

6)гепарин–находятсянаповерхностимногихклеток, втучныхклеткахвнутреннийэлемент, содержитнесколькоостатковсернойкислоты; выполняетрольантикоагулянтавкомплексеслипопротеидамиплазмы, соединяютсяслипопротеинлипазой, становитсяактивноиирасщепляетлипидывсоставехилоникронов;

7)гепарансульфаты–поструктурепохожнагепарин, носодержитменьшесульфатныхгрупп, синтезируетсяприучастиигликозилтрансфераз–переносятостУглевсактивныхформ. Каждыйразувеличиваетсяна 1нумолекулууглевода.

Гликопротеины являются важным структурным компонентом клеточных мембран животных и растительных организмов. К гликопротеинам относятся большинство белковых гормонов. Гликопротеины мембран эритроцитов, специфически гликозилированные теми или иными углеводными остатками, но имеющие гомологичную белковую часть, предопределяют группу крови у человека. Также гликопротеинами являются все антитела, интерфероны, компоненты комплемента, белки плазмы крови, молока, рецепторные белки и др.

14. Хромопротеиныэтосложныебелки, которыесостоятизбелкойчастиисвязанногоснейокрашенногонебелковогокомпонента, откудаипроизошлоихназваниеотгреч chroma –краска. Хромопротеидынаделенырядомуникальныхбиологическихфункций: ониучаствуютвтакихфундаментальныхпроцессахжизнедеятельности, какдыханиеклетокицелостногоорганизма, транспорткислородаиуглекислогогаза, ОВР, свето-ицветовосприятие.

Хромопротеидыделятсяна:а) флавопротеины–вкачествепростерическойгруппы–ФМНиФАД б) ретинальпротеины–витаминА

в) гемопротеины–небелковаячасть–гем, различаютферментные (цитохромы, каталаза, пероксидаза) инеферментные (гемоглобинимиоглобин).

Нb умужчин 130-160, уженщин 115-140 гр/л. ФункцииНb: 1) доставкакислородактканям.

2)ТранспортизтканейСО2–реализуетсябелковымкомпонентомгемоглобина, врезультатеобразуетсякарбаминогемоглобин.

3)поддержаниепостоянстварН, входитв

составгемоглобиновойбуфернойсистемы, работаетвтесномконтактесбикарбонатнойбуфернойсистемой. 4) антитоксическаяфункция–нейтрализацияСО– реализуетсянебелковымкомпонентомиобразуетсякарбоксигемоглобин.

5) гемоглобинвформеметгемоглобинанейтрализуетцианидысобразованиемцианометгемоглобина. первичнаяструктура–последовательностьа/к-твполипептиднойцепи.

Нbсостоитиз 4 субъединиц, каждаяизнихсостоитизгемакоторыйсоединенсглобином (состоитиз 2хальфаи 2хбетацепей). Т.О. Нbпредставляетсобой 4 гемаи 4 полипептидныецепочки, которыепопарноодинаковые.

15. Заменимыеинезаменимыеа/к. Белковыйминимум, азотистыйбаланс.

Белковоепитаниедолжнобытьполноценным: 1) достаточноекол-вонезаменимыха/к (аргининигистидин– условнонезаменимые, незаменимые - изолейцин, лейцин, лизин, метионин, треонин, триптофан, фенилаланин, валин), ихчеловекдолженполучатьизвнеспищей. Принедостаткенезаменимыха/кнаблюдаетсяпотеряввесе, склонностькзаболеваниям; дефицитметионина, триптофана–анемия, потемнениероговицы. 2) белкидолжныусваиваться–напримерневсебелкизлаковусваиваются (полноценно–яйца, мясо). Всуткивзросломучеловекунеобходимо 100-120 гр/сут, этогде-то 1,5 грнакгвеса–этобелковыйоптимум. Коэффициентизнашивания–кол-вобелка, котороераспадаетсявтечениисуток. Человекпотребляет 100 гр/сут, это 16 гразота, известно, что 3,7 гр/сутазотавыделяетсяизорганизма. Т.О. коэффициентизнашивания = 23,2 грбелка. Белковый (физиологический) минимумдляазотистогоравновесияэто 2 коэффициентаизнашивания = 50 гр/сутбелка (впокое). 2 белковыхминимума–суточнаянормабелка. Нормабелказависитотпола, возраста, профессии (130-150), климата, увеличиваетсяприбеременности, лактации, некоторыхзаболеваниях. Удетей 3,5гр/сут, 1 год 2,5гр/сут. Внашеморганизмесуществуетравновесиемеждускоростямисинтезаираспадабелка. Врастущеморганизмескоростьсинтезапреобладаетнадскоростьюраспада. Азотистыйбаланс–отношениемеждувведеннымспищейазотомказотумочиикалаг/сут. АБиспользуютвклиническойпрактикедляоценкиобеспеченностибольногобелковойпищей. Азотистоеравновесие– количествоазота, теряемоеорганизмомравноколичествуполучаемогоазотаспищей. NПИЩИ=NМОЧИ+NКАЛА– состояниездоровоговзрослогочеловека, которыйнаходитсянаполноценнойдиете. «+»АБ– NПИЩИ>NМОЧИ+NКАЛА–количествовыводимогоизорганизмаазотаменьшеколичестваазота, введенногоспищей–молодойрастущийорганизм, женщинывовремябеременности (синтезпреобладаетнадраспадом), привыздоровлении, нарушениемышечноймассы. «-»АБ– NПИЩИ<NМОЧИ+NКАЛА–количествовыделяемогоазотапревышаетколичествоазота, поступающеговтечениисуток–приголодании, тяжелыхзаболеваниях.

16. ПеревариваниебелковвЖКТ–сложныйэтапныйпроцесс,

гдепутемпоследовательногодействияпротеолитическихферментовбелкираспадаютсядосвободныха/к, 95% всасываютсявкишечнике, а 5% подвергаетсягниениювтолстомкишечникеподдействиембактериальнойфлоры. Белкиперевариваютсяподдействиемжелудочного, панкреатическогоикишечногосоков.рНжелудочногосока 1,5- 2,5, эторНоптимумдляпепсина, онгидролизуетпептидныесвязи, образованныеаминогруппамиароматическиха/к. HCl: 1) набуханиеиденатурациябелков–нативныйденатурирующийагент. 2) оказываетбактерицидноедействие. 3) создаетоптимальноерНдляферментов. 4) активируетпепсиногенвпепсинв 2естадии: а) частичныйпротеолизб) аутокатализ.

Ренинкатализируетсвертываниемолока (удетей), т.е. превращениерастворимогоказеиногенавнерастворимый. Панкреатическийсок–действуеттрипсин (укорочениеполипептиднойцепи, гидролизсвязимеждуаргининомилизином, активируетсяэнтерокиназой), химотрипсин (активируетсятрипсином), эластазаиколлагеназа (разрывмеждуглициномиаланином).

Кишечныйсок–ди-итри-аминопептидазы (лейцинаминопептидаза, аланинаминопептидаза, пролиндипептидаза). Т.О. конечнымпродуктомгидролизабелковявляетсясвободныеа/к. Возрастныеособенности: активностьпротеолитическихферментовминимальна, рНжелудочногосока 6-7.

17. Процессыпревращенияа/квкишечникеподвлияниемгнилостныхбактерий. Обезвреживаниеядовитыхпродуктов.

5% свободныха/кподвергаютсягниениювтолстомкишечникеподдействиембактериальнойфлоры. Вкишечникеобразуютсяядовитыепродуктыраспадаа/к–фенол, индол, крезол, скатол, сероводород, метилмеркаптан, атакженетоксичныедляорганизмасоединений–спирты, амины, жиры, кетокислоты, оксикислоты.

1) придесульфированиисеросодержащиха/к–цистеинаиметионина, образуетсяН2S иметилмеркаптанСН3SH – реакция 1.

2) придекарбоксилированииорнитинаобразуетсяамин-путресцин, прилизина–кодаверин–р2.

3) дезаминирование: а) окислительное, собразованиемальфа-кетокислоты–р3 б) гидролитическое, собразованиемоксикислотыр4. в) восстановительное, собразованиемжирнойкислоты–р5 г) внутримолекулярное, собразованиемнепредельнойкислоты–р6 4) укорочениебоковойцепиуаромтическиха/к–р7–триптофан скатол индолтирозин крезол фенол.

Послевсасыванияядовитыхпродуктовобмена (крезола, фенола, скатола, индола) оничерезворотнуювенупопадаютвпечень, гдеониподвергаютсяобезвреживаниюпутемсвязыванияссернойилиглюкуроновойкислотойсобразованиемнетокс ичныхпарныхкислот, которыевыделяютсясмочой. КатализируютреакцииФАФС – 3-фосфоаденозин-5- фосфосульфатиУДФГК–уридиндифосфоглюкуроноваякислота. Индолиндоксилиндоксилсернаякислотаживотныйиндикан.

18. Основныепутииспользованияа/кпослевсасывания. Синтезкреатина.

Свободныеа/кпослевсасываниявкишечникеучаствуютвпроцессаханаболизмаикатаболизма. Анаболизмнаправленнасинтез 1)тканевыхбелков, белковплазмыкрови, насинтеззащитныхитранспортныхбелков,

2)пептидов, такихкакглутатион, кот. участвуетвок.вос. реакциях, окситоцин, вазопрессин

3)заменимыха/к

4)азотсодержащихсоединенийнебелковойприроды–пуриныипиримидины-ФАД- кофакторферментовоксидоредуктаз (НАДиНАДФ), креатинин, котучаствуетвпроцессахмышечногосокращения, гем, биогенныеамины ( адреналин, норадреналин, гистамин, ГАМК) 5) насинтезуглеводов–глюкогенныеа/к 6) липидов–кетогенныеа/к. Впроцессахкатоболизмаа/краспадаютсядоконечныхпродуктовобмена CO2 H2O NH3, кот. превращаетсявмочевинуивыводитсясмочой. Приреакцияхкатоболизмавыделяетсяэнергия, образованиеАТФ.

Биосинтезкреатинапротекаетвдвестадиивпочках, впечени, вподжелудочнойжелезе. Изпеченистокомкровикреатинпоступаетвмышечнуюткань, гдефосфорилируясьпревращаетсявкреатинфосфат (которыйпоследефосфорилированияпревращаетсявкреатинин, выделяющийсясмочой), участвуетвхимическихпроцессахсвязанныхсмышечнымсокращением, источникэнергииАТФ.

19. Биосинтез ДНК. Повреждение и репарация ДНК.

Репликация ДНК – это процесс, при котором информация, закодированная последовательностью нуклеотидов, родительской ДНК с абсолютной точностью передается дочерней ДНК; процесс идет в направлении 5’-3’ в S-фазу клетки. Источником энергии служит нуклеозидтрифосфаты с дезоксирибозой. Отщепляется пирофосфорная кислота, которая разлагаясь пирофосфатазой дает дополнительную энергию.

Репликация ДНК проходит по полуконсервативному механизму, при этом одна материнская нить дает новую дочернюю нить. Этапы репликации: 1) инициация. 2) элонгация. 3) терминация. Инициация – происходит образование репликативной вилки, формирование праймосомы, синтез праймера. Топоизомераза I и инициирующий белок DnаА обнаруживают места начала репликации по ориджинам (определенная последовательность нуклеотидов).Топоизомераза I и II (ДНКгераза у прокариот) снимают суперспирализацию. Репликативная вилка – это та часть молекулы ДНК, которая уже расплелась в данный момент и служит матрицей для синтеза дочерней ДНК. Репликативная вилка перемещается вдоль молекулы ДНК (у эукариот много РВ, это ускоряет этот процесс). В репликативной вилке на одной нити ДНК формируется праймосома – комплекс из 20 полипептидов (хеликаза, SSB белки, праймаза и др.). n’-белок передвигает праймосому по нити ДНК, используя энергию АТФ. Хеликазы Rep и DnaB – движутся в оду сторону, разрывая водородные связи, гидролизуя АТФ. SSBбелки распрямляют нити ДНК и не дают им снова переплестись и образовать петли. Праймаза (РНКДНКполимераза) – синтезирует праймер – это РНК-затравка. На нити 3’-5’ праймер образуется только один раз – на лидирующей цепочке, на нити 5’-3’ он образуется многократно (на 3’-конце будет свободная ОН-группа). Роль праймера: 1) ДНК-полимераза нечуствительна к репликативной вилке, а праймаза чувствительна. 2) Для активации ДНК-полимеразы необходима затравка со свободной 3’ОН-группой, которую и предоставляет праймер. 3) Удаление праймера служит сигналом для проверки правильности включения нуклеотидов в дочернюю цепь ДНК-полимеразы. Элонгация – осуществляется синтез дочерней ДНК. Основной фермент ДНКполимеразаIII, который присоединяет нуклеозидтрифосфаты с дерибозой к 3’ОН-группе, при этом выделяется пирофосфорная кислота, которая пирофосфатазой расщепляется на две молекулы фосфорной кислоты, что делает процесс необратимым. Отборка нуклеотидов осуществляется по правилу комплиментарности, присоединяя нуклеотиды проявляет 5’-3’ полимеразную активность. Если нуклеотид присоединен неправильно, то фермент делает шаг назад в направлении 3’-5’ и вырезает его, т.е. проявляет экзонуклеазную активность. Т.О. репликация осуществляется ДНК-полимеразой III – основной фермент синтеза

на нити 5’-3’ (запаздывающая цепь) – фрагменты Оказаки – каждый фрагмент включает в себя праймер и участок вновь синтезированной ДНК. ДНК-полимераза III осуществляет синтез до конца предыдущего праймера, она не способна удалить праймер, ее сменяет ДНК-полимераза I, которая обладает теми же свойствами что и ДНКполимераза III, но еще также способна в направлении 5’-3’ проявлять экзонуклеарную активность, т.е. вырезать праймер – вырезает нуклеотид с рибозой, а с дезоксирибозой. ДНК-лигаза сшивает короткие разрывы. ДНКполимераза III работает в 60 раз быстрее чем ДНК-полимераза I. ДНК-полимераза II принимает участие в процессах репарации. Все виды ДНК-полимераз I II III встречаются у бактерий, уэукариот они обозначаются буквами греческого алфавита: ДНК-полимераза альфа – отвечает за синтез запаздывающей цепи фрагментами Оказаки, т.к. одна из субъединиц обладает праймазной активностью. ДНК-полимераза бета – участвует в процессе репарации ДНК и удаляет праймер. ДНК-полимераза гамма – синтез мДНК. ДНК-полимераза Б – синтез лидирующей цепи ДНК. ДНК-полимераза ипсилон – работает или с альфа, или с Б ДНК-полимеразой, участвует в репарации, заменяет участок на новый.

В процессе элонгации переписывается вся ДНК (экзоны и интроны), отделяются праймеры. Процесс заканчивается формированием дочерней цепи ДНК. Терминация наступает когда встречаются репликативные вилки и исчерпана ДНК матрицы. Клетка выходит из S-фазы и активность ферментов падает и остается на низком уровне до следующей репликации. Реплицированный хроматин метится с помощью метилаз (метилирование). Значение метилирования: 1) защита собственной ДНК от воздействия рестиктаз. 2)Метилированные участки служат для узнавания специфическими регуляторными белками – горячими точками мутогенеза: метилированный Ц – NH3 Т.

Типы повреждения ДНК:1) повреждение затрагивающее отдельные нуклеотиды: А) апуринизация – потеря азотистого основания, т.е. остается остов с дезоксирибозой без азотистого основания. Исправляет это ДНКинсертаза, она включает азотистые основания по принципу комплиментарности. Б) спонтанное дезаминирование: аденин – NH3 в присутствии воды гипосантин. Цитозин урацил. Гуанин сантин. В) делеция (вставка) нуклеотидов. Г) включение основания аналога. Д) алкинирование азотистого основания.

2) Повреждение затрагивает пары нуклеотидов, что приводит к образованию пиримидиновых димеров (сшивок). 3)Разрывы цепей под действием ионизирующей радиации.

Механизм фотореактивации под влиянием видимого света происходит активация фермента фотолиазы, которая действует на тиминовые димеры, связь между ними разрушается и образуется тимин. Эксцизионная репарация

– осуществляется комплексом ферментов. В одну из двух нитей встроено не то азотистое основание, его обнаруживает фермент N-гликозилаза. Эндонуклеаза делает разрез, а экзонуклеаза вырезает десятки нуклеотидов. ДНК-полимераза I ресинтезирует участок разрушенной ДНК в направлении 5’-3’, подбирая правильные нуклеотиды по правилу комплиментарности. ДНК-лигаза сшивает оставшийся разрыв.

Процессы репарации: 1) пигментная ксеродерма – нарушена световая репарация, поэтому у людей повышена чувствительность к ультрафиолету, что приводит к раку кожи и к летальному исходу. 2) анемия Данкони (Фанкони) – наблюдается снижение образования всех форменных элементов крови неустойчивые лейкоциты, гемолиз эритроцитов, трансформация скелета. Нарушена репарация повреждений от химических мутогенов. 3) Атаксия или ангиэктазия – повышенная чувствительность к гаммаизлучению, нет фермента гаммаэндонуклеазы, развиваются кожные пятна и мозжечковые расстройства. 4) прогерия – ребенок рождается как старичок, его кожа быстро стареет и сморщивается. Все случаи сопровождаются развитием опухолей.

20.Биосинтез РНК. Транскрипция, генетический код, процессинг РНК.

Биосинтез РНК – транскрипция – процесс считывания генетической информации с ДНК, при котором нуклеотидная последовательность ДНК кодируется в виде нуклеотидной последовательности РНК. Используется

вкачестве энергии и субстрата – нуклеозид-3-фосфат с рибозой. В основе лежит принцип комплиментарности – консервативный процесс – синтезируется новая одноцепочная РНК во время всей интерфазы, начинается в определенных участках – промоторах, заканчивается в терминаторах, а участок между ними – оперон (транскриптон) – содержит один или несколько функционально связанных генов, иногда содержит гены которые не кодируют белки. Отличия транскрипции: 1) транскрибируются отдельные гены. 2) не требуется праймера. 3)

вРНК включается рибоза, а не дезоксирибоза.

Этапы транскрипции: 1) связывание РНК-полимеразы с ДНК. 2) инициация – образование цепи РНК. 3) элонгация или рост цепи РНК. 4) терминация.

1 этап – участок с которым связывается РНК-полимераза называется промотор (40 нуклеотидных пар) – имеет сайт узнавания, прикрепления, инициации. РНК-полимераза узнав промотора садится на него и образуется

Соседние файлы в предмете Биохимия