Денисенко 4 сем (билеты)

I.Мембраны

1.Структура и функции мембран. Виды трансмембранного переноса. Механизмы работы Na+ - К+ - АТФ – азы.

Мембрана – сверхтонкая структура, образующая поверхности органоидов и клетки в целом. Мембраны состоят из белков и липидов различных групп:

•Фасфолипидов

•Галактолипидов

•Сульфолипидов

Так же в их состав входят нуклеиновые кислоты, полисахариды и др.

Функции мембраны:

•Отделение клетки от окружающей среды и формирование внутриклеточных компартментов (отсеков)

•Барьерная функция клеточной мембраны —стража границ клетки, не пропуская вредные или попросту неподходящие молекулы

•Транспортная функция клеточной мембраны –обмен полезными веществами с другими клетками и окружающей средой

•Механическая функция – отвечает за ограничение одной клетки от другой и за правильно соединение клеток друг с другом (формирование их в однородную ткань).

•Защитная функция (В природе примером этой функции может быть твердая древесина, плотная кожура, защитный панцирь у черепахи)

•Энергетическая функция – фотосинтез и клеточное дыхание за счет участия белка, содержащегося в клеточной мембране. через белковые каналы происходит важный клеточный энергообмен

•Преобразование энергии пищевых органических веществ в энергию химических связей молекул АТФ

•Рецепторная функция - клетка получает сигнал от гормонов и нейромедиаторов. Все это необходимо для нормального течения гормональных процессов и проведения нервного импульса.

•Ферментативная функция –осуществляемая некоторыми белками клетки. Например, благодаря этой функции в эпителии кишечника происходит синтез пищеварительных ферментов.

Также помимо всего этого через клеточную мембрану осуществляется клеточный обмен, который может проходить тремя разными реакциями:

▪Фагоцитоз – встроенные в мембрану клетки-фагоциты захватывают и переваривают различные питательные вещества.

▪Пиноцитоз –процесс захвата мембраной клетки, соприкасающиеся с ней молекулы жидкости. Для этого на поверхности мембраны образуются специальные усики, которые как будто окружают каплю жидкости, образуя пузырек, которые впоследствии «проглатывается» мембраной.

▪Экзоцитоз – представляет собой обратный процесс, когда клетка через мембрану выделяет секреторную функциональную жидкость на поверхность.

Виды транспортных структур мембраны: (мембранные белки и структуры)

1.Ионные каналы - это специальные молекулярные трубочки с порами (дырочками) в мембране, образованные канальными белками, позволяющие ионам проходить через мембрану в обоих направлениях: внутрь и наружу. Ионные каналы могут открываться при определённых условиях, в этом случае они являются управляемыми этими условиями.

2.Транслоказы, - облегчающие переход вещества через мембрану за счёт своего временного связывания с диффундирующим веществом. Не требуют энергии, работают в обоих направлениях в зависимости от концентрации переносимого вещества.

3.Транспортёры - насильно протаскивающие определённые вещества сквозь клеточную мембрану в определённом направлении с затратами энергии. Ионные насосы - это транспортёры ионов. По способу использования энергии для своей работы транспортёры можно разделить на "симпортные" и "антипортные". Симпортные транспортёры используют совместный транспорт в одном направлении двух веществ: одно

из них должно иметь большую потенциальную энергию для движения через мембрану.

Механизмы транспорта веществ через мембрану

1.Простая диффузия жирорастворимых (гидрофобных) веществ через жировой слой мембраны. Это пассивный процесс под действием градиента (перепада) концентрации вещества по разные стороны мембраны.

2.Неуправляемая диффузия (неуправляемый пассивный перенос) водорастворимых веществ через постоянно открытые ионные каналы мембраны.

3.Управляемая диффузия (управляемый пассивный перенос) водорастворимых веществ через управляемые ионные каналы мембраны.

4.Активный транспорт водорастворимых веществ с помощью специальных белковых транспортных структур (транспортёров) за счёт использования энергии расщепления АТФ.

5.Эндоцитоз крупных частиц за счёт образования мембранных пузырьков.

Одна из самых главных транспортных структур мембраны — это фермент АТФаза. АТФазы разных видов транспортируют через мембрану ионы. Они переносят их как внутрь клетки, так и наружу.

Название АТФаза означает, что это фермент, нацеленный на расщепление АТФ, его полное название - аденозинтрифосфатаза.

Эти ферменты расщепляют АТФ и высвобождают химическую энергию, заключённую в молекулах АТФ. Эта освобождённая энергия тратится тут же на какую-то полезную работу. Различные АТФазы, встроенные в мембрану, выполняет функцию переносчиков для различных веществ и являются, таким образом, молекулярными транспортёрами, «насильно» переносящими вещества сквозь мембрану.

Самой главной мембранной АТФазой по праву можно считать Na,K-АТФазу (натрийкалиевую аденозинтрифосфатазу).

По своей структуре она является представителем гетеродимерных АТФаз Р-типа. Na,K-АТФаза образует в мембране «ионный натрий-калиевый насос», который разносит по разные стороны мембраны ионы Na+ и K+. Важно понять, что этот насос работает

как обменник. На внутренней стороне мембраны активный центр фермента (АТФазы) захватывает 3 иона натрия и выбрасывает их уже на внешней стороне. А выбросив ионы натрия наружу, АТФаза на их место захватывает снаружи 2 иона калия. Затем фермент выворачивается внутрь клетки и перемещает ионы калия на внутреннюю сторону мембраны. Там он отпускает их, а вместо них опять захватывает 3 иона натрия.

При этом следует помнить, что, как истинный фермент, Na,K-АТФаза параллельно расщепляет АТФ, получая от этого энергию на свою транспортную деятельность. Далее цикл повторяется.

2. Функции и свойства белковых и липидных компонентов мембран. Белки-рецепторы. Трансмембранная передача сигналов в клетку.

Важное свойство мембран - способность воспринимать и передавать внутрь клетки сигналы из внешней среды. "Узнавание" сигнальных молекул осуществляется с помощью белков-рецепторов, встроенных в клеточную мембрану клеток-мишеней или находящихся в клетке. Клетку-мишень определяют по способности избирательно связывать данную сигнальную молекулу с помощью рецептора.

Если сигнал воспринимается мембранными рецепторами, то схему передачи информации можно представить так:

•взаимодействие рецептора с сигнальной молекулой (первичным посредником);

•активация мембранного фермента, ответственного за образование вторичного посредника;

•образование вторичного посредника цАМФ, цГМФ, ИФ3, ДАГ или Са2+;

•активация посредниками специфических белков, в основном протеинкиназ, которые, в свою очередь, фосфорилируя ферменты, оказывают влияние на активность внутриклеточных процессов.

Несмотря на огромное разнообразие сигнальных молекул, рецепторов и процессов, которые они регулируют, существует всего несколько механизмов трансмембранной передачи информации: с использованием аденилатциклазной системы, инозитолфосфатной системы, каталитических рецепторов, цитоплазматических или ядерных рецепторов.

II.Строение, свойства и функции белков. (7)

3.Структура аминокислот. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

Аминокислоты – сложные органические вещества, состоящие из углеводородного радикала, который может включать серу или фосфор, и двух функциональных групп -NH2 и -

COOH.

Функции аминокислот в организме

аминокислоты, из которых состоит белок, являются строительным материалом всех структур организма. Каждая в отдельности выполняет свою незаменимую роль

•синтез белка

•поддержание активности умственных процессов (аминокислоты выполняют функцию нейромедиаторов, являясь проводниками нервных импульсов)

•регуляция работы ЦНС (центральной нервной системы)

•формирование мышечных волокон

•восстановление тканей и органов после травм

•являясь основным компонентом ферментов, регулируют обменные процессы в организме (в том числе углеводный и липидный обмены)

•регулируют гормональный фон

Аминокислоты – кристаллические соединения, растворимые в воде. Они проявляют амфотерные свойства и могут реагировать с неорганическими веществами – кислородом, водой, кислотами, щелочами.

В то время как растения и микроорганизмы могут синтезировать все аминокислоты, млекопитающие в ходе эволюции утратили способность к синтезу примерно половины из 20 протеиногенных аминокислот.

Важные для организма аминокислоты классифицируют на три группы:

•заменимые – синтезируются внутри организма;

•незаменимые – не синтезируются в организме;

•частично заменимые – не синтезируются в организме в большом количестве.

незаменимые аминокислоты не могут образовываться в организме, поэтому поступают к клеткам в готовом виде. Их отсутствие приводит к снижению умственной деятельности, памяти, иммунитета. Так, организм высших организмов не способен синтезировать ароматические аминокислоты (тирозин не является незаменимой аминокислотой только потому, что может образоваться из фенилаланина). К незаменимым аминокислотам принадлежат аминокислоты с разветвленной боковой цепью: валин и изолейцин, а также лейцин, треонин, метионин и лизин.

Заменимые аминокислоты (аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты и их амиды, аспарагин и глутамин) образуются в результате трансаминирования из промежуточных метаболитов — 2-кетокислот. Пролин синтезируется в достаточных количествах из глутамата, а представители серинового семейства (серин, глицин и цистеин) сами являются естественными метаболитами организма животных.

Частично (не)заменимые аминокислоты синтезируются в организме, но большая их часть попадает в организм в готовом виде вместе с пищей

4. Функции белков.

1.Каталитическая или ферментативная. Все химические превращения в живом организме протекают при участии катализаторов. Биологические катализаторы (ферменты) по химической природе белки, следовательно, катализируют в организме химические превращения, из которых складывается обмен веществ.

2.Транспортная функция. Белки транспортируют или переносят биологически значимые соединения в организме. В одних случаях транспортируемое соединение сорбируется белковой молекулой. Это защищает от разрушения и обеспечивает перенос с током крови . Этот вид транспорта называют пассивным. В других случаях

пассивный транспорт сочетается с депонированием (запасанием) тех или иных соединений (например, трансферрин плазмы крови не только переносит железо, но и запасает (накапливает) его при избытке). С помощью мембранных белков переносятся соединения из зон с низкой концентрацией в зону с высокой. Это сопряжено с заметным потреблением энергии и называется активным транспортом (например, транспорт ионов натрия из цитоплазмы и калия в цитоплазму).

3.Механохимическая функция — способность некоторых белков изменять конформацию, т.е. укорачивать или сокращать молекулы. Такие белки называют сократительными (некоторые мышечные белки). Название вытекает из того, что сократительные белки выполняют механическую работу за счет энергии химических связей.

4.Структурная (пластическая) выполняется белками — элементами клеточных мембран (эти белки могут обнаруживать каталитическую или транспортную активность), но главным образом фибриллярными белками. Последние в составе соединительных тканей обеспечивают их прочность и эластичность' кератин шерсти и волос, коллагены сухожилий, кожи, хрящей, стенок сосудов и связывающих тканей.

5.Регуляторная/Гормональная функция (функция управления) реализуется гормонами пептидной или белковой природы. Они, влияя на продукцию или активность белков-ферментов, изменяют скорость катализируемых ими химических реакций

6.Защитная функция белков реализуется антителами, интерферонами и фибриногеном.

Вответ на проникновение в организм чужеродных белков или микроорганизмов

(антигенов) образуются особые белки — антитела, способные связывать и обезвреживать их.

Антитела — соединения белковой природы, синтез которых индуцируется в процессе иммунного ответа — реакции организма на проникновение во внутреннюю среду посторонних белков или других антигенных компонентов. Антитела, соединяясь с антигеном, образуют нерастворимый комплекс, делая антиген безопасным для организма.

Интерфероны — гликопротеины, синтезирующиеся клеткой после проникновения в нее вируса. вызывают образование внутриклеточных ферментов. Они блокируют синтез вирусных белков, препятствуя копированию вирусной информации. Это приостанавливает размножение вируса.

Фибриноген — растворимый белок плазмы, который на последней стадии процесса свертывания крови трансформируется в фибрин — нерастворимый белок. Фибрин образует каркас тромба, ограничивающего кровопотерю

Плазмин — белок плазмы крови, катализирующий расщепление фибрина. Это обеспечивает восстановление проходимости сосуда, закупоренного фибриновым сгустком.

7.Энергетическая функция белков обеспечивается за счет части аминокислот, высвобождающихся при расщеплении белка в тканях В процессе окислительновосстановительного распада аминокислоты высвобождают энергию и синтезируют энергоноситель — АТФ. На долю белка приходится около 18% энергопотребления у человека.

5. Структура белка. Связи, характерные для первичной, вторичной,

третичной и четвертичной структуры белка.

Молекула белка — неразветвляющийся (линейный) полимер, минимальная структурная единица которого (мономер) представлена аминокислотой. Аминокислоты в молекуле белка соединены карбамидной (пептидной) связью.

Белок может включать несколько полипептидных цепей, соединение которых между собой происходит за счет непептидных связей. В этом случае молекула имеет характер сополимера. Следовательно, белковая молекула — линейный полимер или сополимер, образованный из аминокислот, соединенных пептидной связью.

полипептидная цепь включает в себя соединенные пептидной связью аминокислоты. У одной из аминокислот, занимающей крайнее положение в цепи, остается свободной аминогруппа (C-концевая аминокислота и соответственно N-концевой полюс полипептида), у другой, находящейся на противоположном конце, — свободный карбоксил (С-концевая аминокислота и соответственно С-полюс полипептида). Аминокислотным остаткам в составе полипептида (белка), не имеющим свободного карбоксила, придано окончание «ил», те представленная пептидная цепочка именуется фенилаланил-аланил-аспарагинил-глутаминил-гистидин. При изображении структурных формул пептидов или белков принято располагать слева N-концевую, справа С-концевую аминокислоту

Первичная структура — понятие, обозначающее последовательность аминокислотных остатков в белке.

Пептидная связь — основной вид связи, определяющий первичную структуру. Возможно и присутствие дисульфидных связей между двумя остатками цистеина в одной полипептидной цепи с образованием цистина. Такая же связь (дисульфидный мостик) может возникать и между остатками цистеина, принадлежащими разным полипептидным цепям в белковой молекуле, сополимерном образовании. Изучение первичной структуры требует следующих операций

1)разделение сополимеров-полипептидов путем разрыва дисульфидных связей;

2)разделение цепей и гидролиз до свободных аминокислот;

3)определение аминокислотного состава;

4)определение последовательности аминокислот.

Так, если молекула содержит только 10 видов аминокислот и каждый из них повторяется по 2 раза (всего 20 остатков), то число возможных вариантов белков равно 1020.

Вторичная структура характеризует форму белковой цепи в пространстве. Эта форма изменяется в зависимости от набора аминокислот и их последовательности в полипептидной цепи. Различают два основных варианта вторичной структуры -спираль и

- конфигурацию

Форму -спирали имеют многие белки. Представить ее можно как правильную спираль, образованную на поверхности цилиндра. Шаг спирали, т.е. расстояние между витками, — 5,4 А виток образуется 3,6 аминокислотных остатка, т.е. 36 аминокислотных остатков образуют 10 витков спирали. Устойчивость спиралевидной конфигурации определяется многочисленными водородными связями между СО- и NН-группами пептидных связей Конфигурация свойственна небольшому числу белков, в молекуле которых есть более одной полипептидной цепи. В отличие от а-цепей здесь водородные связи образуются между СО- и NН-группами пептидных связей двух полипептидных цепей, расположенных параллельно, но таким образом, что N-концевому полюсу одной цепи соответствует С- концевой полюс другой.

Третичная структура представляет собой более высокий порядок организации белковой молекулы в пространстве. Возникает благодаря изгибам полипептидной цепи (цепей) в участках, содержащих остатки пролина, дикарбоновых и диаминовых кислот. Представить эту конфигурацию можно как спираль, образованную на цилиндре, ось которого периодически меняет направление, что приводит к образованию клубка. Характер третичной организации устанавливают с помощью рентгеноструктурного анализа. Наиболее полно изучена третичная структура гемоглобина. В этой структуре гидрофильные (полярные) группы располагаются на поверхности молекул, гидрофобные — сближены между собой в ее внутренних областях. Они выполняют важную роль в поддержании третичной структуры, это важнейший вид взаимодействий. Наряду с гидрофобными в сохранении третичной структуры участвуют водородные и электростатические взаимодействия.

Белки по форме клубка делят на две группы: близкие к шару (глобуле) — глобулярные, близкие к вытянутому эллипсу — фибриллярные (нитевидные).

Четвертичная структура. Многие белки образуются путем объединения одинаковых или неодинаковых молекул (субъединиц) в более сложное образование — молекулу с

четвертичным уровнем организации (четвертичной структурой). Субъединицы соединяются слабыми связями, которые легко диссоциируют под действием кислых и солевых растворов, мочевины, детергентов с высвобождением субъединиц. Классический пример молекулы с четвертичной структурой — фермент лактатдегидрогеназа, который содержит четыре субъединицы (одинаковые или двух типов).

Интересен белок оболочки вируса табачной мозаики — он состоит из 2130 субъединиц. Форма молекул характеризуется соотношением осей белковой молекулы, которая пространственно представляет собой эллипсоид вращения.

6. Переваривание и всасывание белков в желудочно-кишечном тракте.

Переваривание не относится к процессам метаболизма, поскольку происходит вне организма (по отношению к тканям просвет желудочно-кишечного тракта является внешней средой). Задача переваривания - раздробить (расщепить) крупные молекулы пищевых веществ до маленьких стандартных мономеров, которые всасываются в кровь. Эти вещества, которые получаются в результате переваривания, уже лишены видовой специфичности. Но энергетические запасы, имеющиеся в пищевых веществах, сохраняются,

ив дальнейшем используются организмом.

•Переваривание белков начинается в желудке под действием ферментов желудочного сока. За сутки его выделяется до 2,5 литров и он отличается от других пищеварительных соков сильно кислой реакцией, благодаря присутствию свободной соляной кислоты, секретируемой обкладочными клетками слизистой желудка.

Роль соляной кислоты:

1.денатурирует белки;

2.стерилизует пищу;

3.вызывает набухание труднорастворимых белков;

4.активирует пепсиноген;

5.создает рН-оптимум для действия пепсина;

6.способствует всасыванию железа;

7.вызывает секрецию секретина в двенадцатиперстной кишке.

•В желудочном соке содержатся протеолитические ферменты пепсин, гастриксин и реннин. Главным из них является пепсин. Он вырабатывается главными клетками слизистой желудка в виде профермента пепсиногена. Активация его осуществляется соляной кислотой (медленная) и аутокаталитически пепсином (быстрая) путем отщепления фрагмента полипептидной цепи с N-конца (частичный протеолиз). При этом происходит изменение конформации молекулы и формирование активного центра. Пепсин действует при значениях рН 1,5–2,5 и является эндопептидазой с относительной специфичностью действия, расщепляющей пептидные связи внутри белковой молекулы.

•Кроме пепсина в желудочном соке содержится фермент гастриксин, проявляющий протеолитическую активность при рН 3,0–4,0. По-видимому, именно он начинает перваривание белков.

•Образовавшиеся в результате действия пепсина в желудке полипептиды поступают в двенадцатиперстную кишку, куда выделяется сок поджелудочной железы. Панкреатический сок имеет щелочную реакцию (рН 7,5–8,2), что обусловлено

высоким содержанием бикарбонатов. Кислое содержимое, поступающее из желудка нейтрализуется, и пепсин теряет свою активность.

•В панкреатическом соке содержатся протеолитические ферменты трипсин, химотрипсин, карбоксипептидаза и эластаза, которые вырабатываются также в виде проферментов. Трипсиноген активируется энтерокиназой (вырабатывается клетками слизистой двенадцатиперстной кишки), переходит в активный трипсин, который активирует все остальные ферменты поджелудочного и кишечного сока. Клетки поджелудочной железы защищены от действия протеаз тем, что ферменты желудочного сока образуются в виде неактивных предшественников, а в панкреас синтезируется особый белок-ингибитор трипсина. В полости ЖКТ протеазы не контактируют с белками клеток, поскольку слизистая оболочка покрыта слоем слизи, а каждая клетка содержит на наружной поверхности плазматической мембраны полисахариды, которые не расщепляются протеазами. Разрушение клеточных белков ферментами желудочного или кишечного сока происходит при язвенной болезни.

•Переваривание продуктов протеолиза пищевых белков в тонком кишечнике осуществляется с помощью амино-, ди-, и трипептидаз, которые функционируют преимущественно пристеночно.

•Таким образом, конечными продуктами переваривания белков в ЖКТ являются свободные аминокислоты, которые всасываются.

7. Источники и пути расходования аминокислот в организме.

Основные пути расходования аминокислот:

1)синтез пептидов и белков (основной путь);

2)синтез небелковых азотсодержащих соединений (пуринов, пиримидинов, НАД, фолиевой кислоты, КоА и др.), тканевых биорегуляторов (гистамин, серотонин), медиаторов (норадреналин, ацетилхолин);

3)синтез углеводов (глюконеогенез) с использованием углеродных скелетов аминокислот;

4)синтез липидов с использованием ацетильных остатков углеродных скелетов аминокислот;

5)окисление до конечных продуктов с выделением энергии (рис. 20.4).

Аминокислоты в норме не резервируются (как глюкоза или жирные кислоты) и не выводятся с мочой. Редко аминокислоты используются для энергетических целей как топливные молекулы

Типичные реакции обмена аминокислот

Аминокислоты, не использованные для биосинтетических процессов, подвергаются катаболизму, а из углеродных цепей аминокислот синтезируются вещества, способные резервировать энергию – глюкоза (гликоген) и липиды.

Основное количество аминокислот метаболизируется в печени. Аммиак, образующийся при метаболизме аминокислот, используется для биосинтетических процессов; избыток аммиака выделяется непосредственно или превращается в мочевину или мочевую кислоту в зависимости от организма. Избыток аммиака, образующийся в периферических тканях, транспортируется в печень, где превращается в форму, в виде которой он выводится из организма.