20.1 .1 . Обходные реакции глюконеогенеза

Фосфорилирование пирувата. Превращение пирувата в фосфоеполпиру-ват идет при участии двух ферментов митохондриальной пируваткарбоксилазы (ПК) и цитозольного фермента фосфоеноилпируваткарбоксикиназы (ФЕКК). Следовательно, на этой стадии процесса принимают участие два отдельных субклеточных компартмента — цитозоль и митохондрии. Схема метаболиче­ских превращений пирувата, в том числе образования фосфоеноилпирувата, представлена на рис. 20.3.

Химизм реакции обходного пути фосфорилирования пирувата приведен в табл. 20.1. Первая необратимая реакция глюконеогенеза катализируется мита-хондриальной пируваткарбоксилазой, которая содержит в качестве кофермен-та витамин Н (биотин). В митохондриях этот фермент катализирует АТФ-зави-симую реакцию карбоксилирования пирувата, в ходе которой образуется окса-лоацетат. Для оксалоацетата внутренняя мембрана митохондрий непроницае­ма, и транспорт его в цитоплазму происходит с помощью малатного челночного механизма. Митохондриальная малатдегидрогеназа восстанавливает оксало-ацетат до малата, который может выходить в цитоплазму. Затем уже цитоплаз-матическая малатдегидрогеназа окисляет малат до оксалоацетата для после­дующего участия в реакции, катализируемой фосфоеноилпируваткарбоксики-

№ 10

1. Укажите основные этапы химической и биологической эволюции клеток и организмов. лекция 1

2. Понятие о первичных транскриптах, посттранскрипционном процессинге и роли малых ядерных РНК в созревании и доставке в цитозоль транспортных, рибосомных и матричных РНК. Комов 460

3. Аллостерические и генетические механизмы управления процессами аэробного гликолиза и гликонеогенеза в клетках. Биологическая роль взаимосвязи гликолиза в работающей мышце с гликонеогенезом в печени (цикл Кори). Комов 272

1.

2. Посттранскрипционный процессинг РНК. После завершения синтеза транс-крипты отделяются от матрицы и подвергаются дальнейшим превращениях; или посттранскрипционному процессингу. Транскрипты тРНК и рРНК имеют большие размеры по сравнению с соответствующими зрелыми нуклеиновыми кислотами, и на первой стадии процессинга происходит фрагментация транс-крипта. Затем наблюдается модификация фрагментов, в частности их метили-рование, а также защита 5'- и З'-концов от действия экзонуклеаз. Более сложе:-механизм процессинга предшественника матричной РНК эукариот или гете-рогенно-ядерной РНК (г-яРНК). После отделения от матрицы г-яРНК проис­ходит модификация ее З'-конца.

Сначала от З'-конца отщепляется около 15 нуклеотидов, затем синтезиру­ются полиадениловые нуклеотиды (полиА) при помощи фермента полиадени-

лат-полимеразы. Как уже было отмечено, в нача­ле транскрипции на 5'-конце РНК-полимераза I! катализирует образование кэпа за счет присоеди­нения остатка 7-метилгуанозина. Эти модифика­ции защищают концы мРНК от действия экзо­нуклеаз, кроме того, кэп способствует транспор­ту мРНК в цитоплазму, а также принимает уча^ -тие в связывании ее с рибосомой. Что касаетс-полиА, то, кроме защиты З'-конца, эта последе -он вательность стабилизирует новосинтезирован­ный транскрипт.

Сплайсинг РНК. В г-яРНК имеется боль­шое количество вставок, которые не именсмыслового значения. Это так называемые интроны, которые вырезаются из цепи мРНК в процессе ее созревания. Транслируемые участки называются экзонами и составляют цепь зрелой мРНК. Механизм вырезания интронов и сшивания экзонов называется сплайсинг Механизм точного вырезания интро­нов и сшивания экзонов достаточно сложен. Его интерпретация стала воз­можной после того, как было доказано наличие консенсусных последователь­ностей на границе соединения интронов с экзонами. Основным инструмен­том сплайсинга являются малые ядерные РНК, обладающие ферментативной активностью. Они называются рибозимы. Характерной особенностью рибози-мов является наличие липких концов, комплементарных концам интронов.

Малые ядерные РНК в комплексе со специальными белками образуют сплайсосому, которая осуществляет вырезание интронов и сшивание экзонов. Сплайсосома представляет собой сложный комплекс, состоящий из пяти ти­пов м-яРНК и 50 типов белков. Этот комплекс комплементарно соединяется с консенсусной последовательностью на границе экзон—интрон. Предпо­ложим, что необходимо вырезать интрон, расположенный между двумя экзо­нами. На первом этапе в результате нуклеофильной атаки разрывается связь у 5'-конца интрона, и образуется петля между гуанином на 5'-конце интрона и аденином вблизи З'-конца интрона. Затем вырезается З'-конец интрона, петля освобождается, а экзоны А и Б сшиваются друг с другом под действием РНК-лигаз, входящих в сплайсосому (рис. 28.8).

Следует отметить два важных открытия, связанных с данной проблемой.

• Во-первых, в некоторых случаях рибозимы вырезают интроны само­стоятельно, без помощи белков сплайсосомы. Следовательно, они обладают каталитической активностью и представляют собой уникальное явление, уточ­няя и расширяя представление о том, что биологический катализ осуществля­ется только белками-ферментами.

• Во-вторых, если в первичном транскрипте закодирована информация о нескольких мРНК, то возможно несколько вариантов сплайсинга и образование различных зрелых мРНК. Такой сплайсинг назыв. альтернативным и имеет большое значение в регуляции транскрипции. После завершения процессинга зрелые мРНК премещаются в цитоплазму при помощи спец. белков – информоферов.

3. Биосинтез глюкозы из неуглеводных предшественников носит назва глюконеогенез, а пируват обусловливает вхождение в этот процесс. Как отм, лось выше, в процесс глюконеогенеза вовлекают ряд аминокислот, после вращения их в пируват или оксалоацетат. Такие аминокислоты получил! звание гликогвнных, подробно их метаболические превращения, приводяп синтезу глюкозы, рассмотрены в гл. 24. Из продуктов деградации триаци. церолов только глицерол может участвовать в глюконеогенезе путем пр^ щения его в дегидроксиацетон (метаболит гликолиза), а затем в глюкозу.

Подобно тому как гликолиз представляет собой центральный путь кат:?.' лизма глюкозы, в процессе которого она распадается до двух молекул пир та, превращение последних в глюкозу составляет центральный путь глкжо генеза. Таким образом, глюконеогенез в основном протекает по тому же п что и гликолиз, но в обратном направлении. Однако три реакции глико. [(1), (3) и (10)] необратимы, и в обход этих реакций в глюконеогенезе протеи ют другие реакции с иной стехиометрией, катализируемые другими фермеьми (рис. 20.1). Известны четыре фер­мента, катализирующие реакции глюконеогенеза и не принимающие участие в гликолизе: пируваткарбок-силаза, фосфоеноилпируваткарбок-сикиназа, фруктозо-1,6-дифосфата-за и глюкозо-6-фосфатаза.

Они локализованы преимущест­венно в печени, где и происходит главным образом глюконеогенез. Значительно менее интенсивно этот процесс идет в корковом веществе почек.

После того как в мышцах истощается запас гликогена, основным источ­ником пирувата становятся аминокислоты, образующиеся после деградации белков. При этом более 30% аминокислот, поступающих из крови в печень, приходится на аланин — одну из гликогенных аминокислот, углеродный ске­лет которой используется в печени как предшественник для синтеза глюкозы. Механизм превращения мышечных аминокислот в аланин, схема его участия в глюконеогенезе представлены в гл. 24. Другим источником пирувата являет­ся лактат, который накапливается в интенсивно работающих мышцах в про­цессе анаэробного гликолиза, когда митохондрии не успевают реокислить на­капливающийся НАДН. Лактат транспортируется в печень, где снова превра­щается в пируват, а затем в глюкозу и гликоген. Этот физиологический цикл (рис. 20.2) называют циклом Кори (по имени его первооткрывателя). У цикла Кори две функции — сберечь лактат для последующего синтеза глюкозы в пе­чени и предотвратить развитие ацидоза.

№ 11

1. Строение, биологически важные физико-химические свойства, коды и принципы классификаций аминокислот. Комов 20

2. Технология рекомбинантных и химерных молекул ДНК. Роль полимеразной цепной реакции (ПЦР) в изучении геномов и диагностике болезней.

3. Определение понятия веществ класса липидов. Их структура, общие свойства, классификация и функции. Комов 284

1. Аминокислоты – карбоновые к-ты содержащ. аминную и карбоксильную гр., к-рые находятся у одного углеродного атома. Ф-ции: исполь­з. для построения белковых макромол-л. В орг-зме чел-ка 70 аминок-т, 20 в составе белков (протеиногенные аминок-ты)

Физ-хим. св-ва: все аминок-ты в водных р-рах в виде биполярных ионах, причем аминная группа у них протонирована, а карбоксильная диссоциирована.

Биполярность аминокислот обес­печивает ряд очень важных их свойств, таких, как высокая растворимость в во­де, а также высокие дипольные момен­ты их молекул. Относительно высокие температуры плавления обусловлены тем, что их кристаллы обладают ион­ной решеткой. В водных растворах аминокислоты ведут себя либо как кислоты, либо как основания, прояв­ляя тем самым амфотерные свойства.

Значение рН, при котором как аминная, так и карбоксильная группы заряжены и эти заряды скомпенсированы, называют изоэлектрической точкой (р/). Ряд аминокислот не имеет ионогенных групп в боковых химических группировках, в этом случае величина р/равна полусумме рК_а аминной и кар­боксильной групп. Если же какая-либо аминокислота содержит дополнитель­ные ионогенные группировки, то при расчете р/следует учитывать их вклад.

Для аминокислот характерны специфические кривые титрования, завися­щие от числа ионогенных группировок. Если аминокислота имеет одну амин-ную и одну карбоксильную группировки, то кривая титрования имеет два пе­региба, соответствующих отщеплению одного протона (рис. 2.1).

На основании кривых титрования глицина и других моноаминомонокар-боновых аминокислот можно заключить, что все они при любых значениях рН ведут себя как сильные электролиты и обладают буферными свойствами.

Ни одна из 20 протеиногенных аминокислот не поглощает свет в видимой области спектра. Ароматические аминокислоты поглощают свет в ультрафи­олетовой области спектра, причем триптофан и тирозин при 280 нм, а фенил-аланин — при 260 нм.

Код – способ записи, хранения и воспроизведения наследственной инф-ции.

2.

3. Липиды (отгреч. липос— жир) — низкомолекулярные органические единения, полностью или почти полностью нерастворимые в воде, могут бь извлечены из клеток животных, растений и микроорганизмов неполярнь органическими растворителями, такими, как хлороформ, эфир, бензол.

Гидрофобность (или липофильность) является отличительным свойс этого класса соединения, хотя по природе — химическому строению и ст туре — они весьма разнообразны. В их состав входят спирты, жирные кислс азотистые соединения, фосфорная кислота, углеводы и др. Следователь учитывая различия в химическом строении, функциях соединений, отнс щихся к липидам, дать единое определение для представителей этого кла веществ невозможно.