ЛЕКЦИЯ № 7

Гликопротеины

Гетерополисахариды

Гиалуроновая кислота.

Она является полисахаридом соединительной ткани. Её макромолекула строится из остатков дисахаридов, соединённых b(1®4) гликозидными связями.

Дисахаридный фрагмент включает остатки D-глюкуроновой кислоты и N-ацетил-D-глюкозамина, соединённых b(1®3) гликозидной связью.

Молекулярная масса полимера достигает 2-7 млн. За счёт большого числа карбоксильных групп макромолекула связывает значительное количество воды, поэтому растворы гиалуроновой кислоты обладают повышенной вязкостью. С этим связана ее барьерная функция, обеспечивающая непроницаемость соединительной ткани для болезнетворных бактерий. В комплексе с полипептидами гиалуроновая кислота входит в состав стекловидного тела глаза, суставной жидкости, хрящевой ткани.

Гликопротеины - это смешанные углеводсодержащие биополимеры, в которых белковая молекула связана с углеводами - олигосахаридами. К гликопротеинам относятся ферменты, гормоны, иммуноглобулины и муцины. К этим сложным веществам принадлежат вещества, определяющие групповую специфичность крови. В их основе лежит полипептидная цепь, к которой присоединяются олигосахаридные цепочки (до 55 штук).

Углеводный компонент и белковая часть связываются О- гликозидной связью с участием гидроксильных групп аминокислот сирина и треонина. В состав углеводного компонента входят N-ацетил-D-галактозамин, N-ацетил-D-глюкозамин, D-галактоза, которые располагаются в определённой последовательности от не- восстанавливающегося конца олигосахаридной цепочки (в количестве от 3 до 5). Эта последовательность называется детерминантой, именно она определяет специфичность группы крови. Детерминантным моносахаридом группы крови А служит N-ацетил-D-галактозамин, а группы В - D-галактоза. С изменением детерминанты меняется группа крови.

Муцины - это гликопротеины, в небелковой части которой содержится глюкозамин, сиаловая кислота, N-ацетил-D-галактозамин и остаток серной кислоты. Слово «муцины» образовано от греческого mucos-слизь. Муцины входят в состав слюны, яичного белка, секретов кишечника и бронхов. Их присутствие в растворе обеспечивает высокую вязкость среды.

a-аминокислоты. Пептиды

a-аминокислоты можно рассматривать как производные карбоновых кислот, в молекулах которых один из атомов водорода замещен аминогруппой (-NH₂). Общее число АК достигает 300, но из них выделяют группу 20-ти наиболее важных a-АК, встречающихся в составе белков животного и растительного происхождения.

Общая формула a-АК имеет вид (схема):

(1 – кислотный центр, 2 – основной центр. 1 и 2 составляют основной фрагмент молекулы, в котором также выделяют хиральный центр. 3 – вариабельный фрагмент молекулы или боковая цепь)

Все a-АК за исключением глицина (H₂N-CH₂-COOH) являются оптически активными веществами, т.к. содержат асимметричный атом углерода и существуют в виде энантиомеров.

В белках животного происхождения содержатся L-АК; D-АК встречаются в белках микроорганизмов.

Боковая цепь АК имеет специфический состав и строение для каждой АК. Кроме УВ-радикалов боковая цепь может содержать функциональные группы (-ОН, -SH, -COOH, -NH₂) и остатки гетероциклов.

Состав боковой цепи определяет основные физико-химические свойства АК и белков.

1. Гидрофильность, т.е. способность полярных группировок боковой цепи к образованию водородных связей с молекулой воды объясняется содержанием в вариабельном фрагменте гидрофильных групп (-ОН, -SH, -COOH, -NH2, [-N=], [-N(H)-]).

Способность АК растворяться в воде является главным фактором, с которым связана всасываемость аминокислот и их транспорт в организме.

К гидрофобным группам боковой цепи, снижающим растворимость, относятся УВ-радикалы и бензольное кольцо.

2. Ионогенность боковой цепи, т.е. способность ионизироваться в водородном растворе, объясняется наличием в ее составе ионогенных групп, диссоциирующих по кислотному механизму:

-COOH® -COO—+H+ (боковая цепь приобретает отрицательный заряд);

-SH® -S-+H+ (боковая цепь приобретает отрицательный заряд);

Ar-OH® Ar-O—+H+ (боковая цепь приобретает отрицательный заряд)

По основному механизму:

-NH₂+H+® -NH₃+

В водном растворе молекулы АК и белков, как правило, заряжены, и наличие заряда в сочетании с устойчивой гидратной оболочкой является важным фактором, определяющим устойчивость раствора белка.

Кислотно-основные свойства a-АК

По протолитической теории кислот и оснований, АК относятся к амфолитам, т.к. содержат в составе молекулы кислотный и основной центры. В водном растворе молекула АК существует в виде биполярного иона [его образование).

В зависимости от рН среды может преобладать тот или иной заряд.

В сильнокислых средах: (рН=1-2) формируется катионная форма АК. В сильнощелочной среде: (рН=13-14) преобладает анионная форма АК. Существуют значения рН спецефические для каждой аминокислоты, в которой количество анионных форм в растворе равно количеству катионных форм. При этом необходимо учитывать наличие ионогенных группировок боковой цепи.

Значение рН при котором общий заряд молекулы АК равен 0, называется изоэлектрической точкой АК (pI_АК).

Если рН раствора соответствует изоэлектрической точке АК, то при электрофорезе не происходит движения молекулы в растворе. Если рН раствора<pI, то катионная форма АК движется к катоду. Если рН раствора>pI, то анионная форма АК движется к аноду. На этом основано разделение АК методом электрофореза.

Для большинства белков животного происхождения изоэлектрические точки лежат в пределах от 5,5 до 7,0 (исключение: пепсин - pI=1, сальмин - pI=12), т.е. белки обладают более выраженными кислотными свойствами.

При физиологических значения рН=7,34-7,36 in vivo ни одна АК и ни один белок не находится в изоэлектрическом состоянии, а преобладает анионная форма, отрицательный заряд которой уравновешивается катионами натрия и калия (Na+ и К+).

Химические свойства АК

АК - это гетерофункциональные органические соединения, вступающие в реакции, характерные для карбоксильных групп, аминогрупп, и проявляющие ряд специфических биохимических свойств.

1. Как амфолиты АК образуют соли при взаимодействии с кислотами и основаниями.

[аланин с NaOH= натриевая соль аланина; с HCl= солянокислый аланин]

2. Реакция декарбоксилирования АК - это ферментативный процесс образования биогенных аминов из соответствующих a-АК. Декарбоксилирование происходит с участием фермента - декарбоксилазы и кофермента (KoF) - перидоксальфосфата.

[серин= этаноламин+ угл. газ]

Этаноламин участвует в синтезе фосфолипидов.

[гистидин= гистамин+ угл. газ]

Гистамин является медиатором аллергических реакции организма. При декарбоксилировании глутаминовой АК образуется ГАМК (гамма аминомасляная кислота), которая является медиатором торможения нервной системы.

3. Реакция дезаминирования - эта реакция является процессом удаления аминогруппы путем окислительного, восстановительного, гидролитического или внутримолекулярного дезаминирования. В организме преобладает путь окислительного дезаминирования с участием ферментов - дегидрогеназ и кофермента - НАД+.

На первой стадии процесса осуществляется дегидрирование a-звена с образованием a-иминокислоты. На второй стадии происходит не ферментативный гидролиз АК, приводящий к образованию a-кетокислоты и сопровождающийся выделением аммиака, включающегося в цикл образования мочевины.

[аланин (2-аминопропанова к-та)= иминок-та (2-иминопрпановая к-та)= ПВК (2-оксопропановая к-та)]

С помощью подобных процессов снижается уровень избыточных АК в клетке.

4. Переаминирование или трансаминирование АК - это путь синтеза необходимых АК из a-кетокислот. При этом донором аминогруппы является a-АК, находящаяся в избытке, а акцептором аминогруппы a-кетокислоты (ПВК, ЩУК,a-кетомаслянная кислота). Процесс происходит с участием фермента - трансаминазы и кофермента - передоксальфосфата

[аланин ЩУК= ПВК+ аспарагиновая к-та]

Процесс переаминирования связывает обмен белков и углеводов в организме, он регулирует содержание АК и синтез незаменимых a-АК.

Кроме этих реакций АК способны образовывать сложные эфиры, ацильные производные и вступать в реакции, которые не имеют аналогий в химии in vitro. К таким процессам относятся гидроксилирование фенилаланина в тирозин.

При отсутствии необходимого фермента в организме накапливается фенилаланин, при его дезаминировании образуется токсическая кислота, накопление которой приводит к тяжелому заболеванию - фенилкетонурии.

Общим свойством a-АК является процесс поликонденсации, приводящий к образованию пептидов. В результате этой реакции формируются амидные связи по месту взаимодействию карбоксильной группы одной АК и аминогруппы другой АК. В пептидах эта связь называется пептидной связью в составе пептидной группы.

[СЕР+ЦИС+АЛА =серилцистеилаланин +2воды]

Последовательность a-АК в составе пептидов или белков определяет их первичную структуру. Если полипептид содержит менее 100 остатков АК, то его называют пептид, более 100 - белок.

По месту пептидных связей молекулы белков гидролизуется in vivo с участием ферментов - пептидаз. Среди пептидаз выделяют:

- эндопептидазы, расщепляющие связи внутри макромолекулы;

- экзопептидазы, отщепляющие по N или C концевую АК.

В организме белки расщепляются полностью, т.к. для жизнедеятельности необходимы только свободные АК.

Гидролиз in vitro происходит в сильнокислой или сильнощелочной среде и используется для расшифровки состава белков. В настоящее время расшифрован состав 1500 белков, в том числе ферментов и гормонов.

Для высокомолекулярных пептидов и белков характерны более высокие уровни организации молекулы, в проявлении их биохимических свойств важно учитывать пространственное строение, которое определяется пространственным строением пептидной группы.

Пептидная группа относится к р,p сопряженной системе, в составе которой атомы С, О и N лежат в одной s-плоскости.

За счет образования единого делокализованного 4p-электронного облака вращение вокруг С-N связи затруднено. При этом a-углеродные звенья находятся в выгодном трансположении.

В 1950г. Полинг и Корни показали, что наиболее выгодной конформацией полипептидной цепи является правозакрученная a-спираль.

Основной вклад в закрепление этой конформации цепи вносят водородные связи, формирующиеся между параллельными участками пептидных групп.

Известна другая вторичная структура белка: b-структура в виде складчатого листа. Кроме водородных связей вторичная структура стабилизуется дисульфидными мостиками по месту цистеиновых остатков.

Третичная структура является более сложной пространственной организацией макромолекулы, которая стабилизируется водородной связью, дисульфидными мостиками, электростатическими взаимодействиями и силами Ван-дер-Ваальса.

По третичной структуре белки делят на:

- глобулярные - для них характерна a-спиральная структура, уложенная в пространстве в виде сферы – глобулы (пр. яичный белок, фермент - глобин в составе гемоглобина);

- фибриллярные - для них характерна b-структура. Как правило, эти белки имеют волокнистое строение и к ним относятся белки мышц, ткани - миоинозин, бетта - кератин волос.

Четвертичная структура известна для некоторых белков, выполняющих важные физиологические функции. Пр. четвертичная структура глобина является пространственным образованием 4-х субъедениц, удерживающих друг около друга гидрофобными связями ориентационного характера.

Доказано, что являться переносчиком кислорода гемоглобин может только при наличии четвертичной структуры глобина.

ЛЕКЦИЯ № 8

Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновые кислоты (НК) – это высокомолекулярные соединения, молярная масса которых составляет от 25 тыс. до 1 млн.

Впервые НК были обнаружены в ядрах животных клеток в 1869 г. Ф. Мишером.

НК играют важную роль в переносе генетической информации в живых существах от одного поколения к другому посредством управления точным ходом биосинтеза белков в клетках.

НК называют полинуклеотидами, полимерные цепи которых состоят из мономерных единиц мононуклеотидов. Каждый мононуклеотид включает:

1) Азотистое гетероциклическое основание (пуриновое или пиримидиновое)

2) Углеводный компонент (остаток пентозы – рибозы или дезоксирибозы)

3) Фосфатную группу (остаток фосфорной кислоты)

В зависимости от углеводного компонента различают:

А) рибонуклеотиды – содержащие остаток рибозы (структурные звенья РНК)

Б) дезоксирибонуклеотиды – содержащие остаток дезоксирибозы (структурные звенья ДНК).

Строение нуклеозидов

Нуклеозиды – это N-гликозиды, образованные азотистым гетероциклическим основанием и пентозой. АО присоединяется к углеводному компоненту вместо полуацетального гидроксила через атом азота в положении 1 для пиримидинов и 9 для пуринов, образуя n-гликозидную связь.

Рассмотрим образование Аденозина – пуринового нуклеозида, состоящего из АО аденина и b,Д-рибофуранозы:

Реакция обратима. При гидролизе нуклеозида образуется АО и углевод – рибоза.

Название нуклеозида производится от тривиального названия соответствующего азотистого основания с суффиксами – идин у пиримидиновых и – озин у пуриновых нуклеозидов. В названиях нуклеозидов ДНК используется приставка «дезокси».

Табл. 1. Азотистые основания и соответствующие им нуклеозиды.

АО	Нуклеозиды РНК	Нуклеозиды ДНК
Аденин	Аденозин	Дезоксиаденозин
Гуанин	Гуанозин	Дезоксигуанозин
Цитозин	Цитидин	Дезоксицитидин
Урацил	Уридин	-
Тимин	-	Тимидин

Строение мононуклеотидов

Нуклеотиды – это фосфаты нуклеозидов. Фосфорная кислота присоединяется к 5’-атому углерода пентозы, образуя сложно-эфирную связь. Рассмотрим образование нуклеотида из нуклеозида цитидина и фосфорной кислоты:

Мононуклеотид имеет 2 названия:

1) как монофосфат нуклеозида: цитидин-5’-фосфат (CMP)

2) как кислота:5’-цитидиловая

Нуклеотиды являются достаточно сильными кислотами, при физиологических значениях pH фосфатная группа ионизирована.

Табл.2. Названия важнейших нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот.

№№ п/п	Название нуклеотидов	Сокращенное
Как фосфатов	Как кислот
РНК
	Аденозин-5’-фосфат	5’-Адениловая	АМP
	Гуанозин-5’-фосфат	5’-Гуаниловая	GMP
	Цитидин-5’-фосфат	5’-Цитидиловая	CMP
	Уридин-5’-фосфат	5’-Уридиловая	UMP
ДНК
	Дезоксиаденозин-5’-фосфат	5’-Дезоксиаденловая	dАМP
	Дезоксигуанозин-5’-фосфат	5’-Дезоксигуанловая	dGMP
	Дезоксицитидин-5’-фосфат	5’-Дезоксицитиловая	dCMP
	Тимидин-5’-фосфат	5’-Тимидиловая	dТMP

Нуклеотиды способны гидролизоваться. Гидролизу подвергаются как N-гликозидная, так и сложноэфирная связи. В зависимости от этого могут образовываться или нуклеозиды или компоненты нуклеотида.

Мононуклуотиды – это не только компоненты нуклеиновых кислот, некоторые из них свободно находятся в организме. Особенно большое значение имеет адениловая кислота и ее фосфорнокислые производные, а именно, аденозиндифосфат (АДФ) и аденозинтрифосфат (АТФ), выполняющие важную энергетическую функцию.

Строение АТФ

~ - макроэргические связи

АТФ относится к макроэргическим соединениям. Ее энергия заключена в химических связях между вторым и третьим остатками фосфорной кислоты. АТФ – источник энергии для многих биологических процессов: биосинтеза белка, ионного транспорта, сокращения мышц, электрической активности нервных клеток и др.. Энеогия, необходимая для этих процессов, обеспечивается гидролизом АТФ:

1) АТФ + H₂O = АДФ + Ф_н

При разрыве макроэргической связи концевого остатка фосфорной кислоты выделяется свободная энергия в количестве 25-40 кдж/моль при стандартных условиях. Точное значение энергии зависит от pH среды, присутствия некоторых катионов и других факторов.

2) АДФ + H₂O = АМФ + Ф_н, ΔG= - 30 кдж/моль

3) АМФ + H₂O = Аденозин + Ф_н, ΔG= - 14 кдж/моль

Вместе с тем в организме идут процессы синтеза АТФ. Эти процессы сопровождаются поглощением энергии, выделяющейся при биохимическом окислении белков, жиров и углеводов. Эта энергия запасается в макроэргических связях АТФ.

Структура нуклеиновых кислот

Структура ДНК

Структура ДНК расшифрована Уотсоном и Криком в 1953г. ДНК включает несколько уровней структурной организации.

1) Первичная структура – последовательность нуклеотидных звеньев, соединенных с помощью 3’-5’-фосфадиэфирных связей. Например, соединим дезоксиадениловую и дезоксицитидиловую кислоты:

Полинуклеотидная цепь включает в себя сотни мононуклеотидов, соединенных фосфодиэфирными связями.

2) Вторичная структура ДНК – это пространственное расположение полинуклуотидных цепей в молекуле. Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, правозакрученных с образованием двойной спирали. Двойная спираль стабилизируется за счет водородных связей, образующихся между парами комплементарных азотистых оснований.

Между аденином и тимином возникают две водородные связи:

Между гуанином и цитозином – три водородные связи:

Таким образом первичная структура одной полинуклеотидной цепи предопределяет структуру второй цепи.

3) Третичная структура ДНК представляет собой многократную спирализацию вторичной структуры, обеспечивая плотную упаковку ДНК в ядре клетки.

Структура РНК

РНК имеет в основном первичную структуру, которая сходна с ДНК, только у РНК углеводный компонент – рибоза и вместо азотистого основания тимина – урацил. Локализованы РНК в цитоплазме и рибосомах.

В зависимости от функций, местонахождения и состава РНК делятся на три основных вида:

1) информационная или матричная РНК

2) рибосомная РНК

3) транспортная РНК

Информационная РНК несет точную копию генетической информации, закодированной в определенном участке ДНК, а именно информацию о последовательности амонокислот в белках. Каждой АК соответствует в мРНК триплет нуклеотидов, т.н. кодон.

Например, алланин – ГЦУ, лизин – ЦУУ.

Последовательность кодонов в цепи мРНК определяет последовательность АК в белках.

Рибосомная РНК составляет большую часть клеточных РНК. Будучи ассоциирована со специфическими белками, она образует сложную структуру – рибосому. Рибосомы являются центром биосинтеза белков.

Транспортные РНК доставляют аминокислоты к месту синтеза белка.Транспортные РНК обладают вторичной структурой, напоминающей лист клевера. Это частично спирализованная одинарная полинуклеотидная цепь. Участки спирализации “шпильки” удерживаются за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями (гуанин-цитозин, аденин-урацил). Участки, не вовлекаемые в образование водородных связей, образуют петли. Антикодоновая петля содержит триплет нуклуотидов – антикодон, который соответствует кодону матричной РНК.

Нуклеопротеины

В организме нуклеиновые кислоты связаны с белками, образуя два вида нуклеопротеинов – РНП и ДНП. РНП содержат рибонуклеиновые кислоты и находятся в основном в цитоплазме. ДНП содержат ДНК и локализованы в ядрах клеток.

ЛЕКЦИЯ№9

Л И П И Д Ы

К липидам относят сложные органические вещества растительного и животного происхождения, разнородные по составу и выполняющие в организме разнообразные функции. Они нерастворимы в воде, но растворяются в неполярных или малополярных органических растворителях (бензоле, эфире и др.).

По способности к гидролизу липиды классифицируют на:

1. Омыляемые (подвергаются гидролизу);

2. Неомыляемые (гидролизу не подвергаются);

Омыляемые липиды делятся на:

Дата добавления: 2014-01-06