На что распадаются нуклеиновые кислоты

КАТАБОЛИЗМ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Нуклеиновые кислоты распадаются в организме под действием специфических ферментов, называемых нуклеазами, или фосфодиэстеразами. Нуклеазы, действующие на внутренние межнуклеотидные связи в молекулах нуклеиновых кислот, называют эндонуклеазами. При их участии осуществляется деполи­меризация нуклеиновых кислот, в основном до олигонуклеотидов. Нуклеазы, ускоряющие реакции последовательного отщепле­ния нуклеотидов от РНК, ДНК или их фрагментов, начиная с конца полинуклеотидной цепи, называют экзонуклеазами. Они обеспечивают распад нуклеиновых кислот до свободных нуклео­тидов.

В зависимости от специфичности действия среди нуклеаз раз­личают рибонуклеазы (ускоряют реакции распада как внутренних, так и концевых межнуклеотидных связей в молекулах РНК) и дезоксирибонуклеазы (выполняют ту же функцию по отноше­нию к молекулам ДНК). Вместе с тем существует большая группа неспецифических эндо- и экзонуклеаз, действующих одновременно и на РНК, и на ДНК. Все нуклеазы относятся к классу гидролаз.

Нуклеозидфосфаты претерпевают дальнейший распад (дефосфорилируются под действием гидролаз):

На следующей ступени распада осуществляется перенос остатка рибозы от нуклеозида на фосфорную кислоту, что уско­ряется специфическими для каждого вида нуклеозидов рибозил-трансферазами:

либо гидролиз нуклеозидов:

Рибоза и рибозо-1-фосфат включаются в реакции обмена, ха­рактерные для углеводов; пуриновые и пиримидиновые основа­ния подвергаются дальнейшему распаду.

Первая фаза распада пуриновых и пиримидиновых оснований заключается в дезаминировании тех из них, которые обладают аминогруппами. Этот процесс осуществляется при помощи спе­цифических аминогидролаз, например, аденинаминогидролаза, цитидинаминогидролаза.

В результате аденин превращается в гипоксантин, гуанин пере­ходит в ксантин, цитозин преобразуется в урацил. Пуриновые основания (гипоксантин и ксантин) окисляются в мочевую кислоту (рисунок 4.12).

В отличие от гипоксантина и ксантина дезаминированные пиримидиновые основания подвергаются восстановлению, при этом урацил переходит в дигидроурацил, а затем последний претерпе­вает гидролиз и распад до b-аланина, аммиака и СО₂ (рисунок 4.13).

Таким образом, сложные молекулы нуклеотидов в процессе распада в организмах животных и растений превращаются в отно­сительно простые соединения, которые либо выводятся из орга­низма (NH₃, CO₂ и др.), либо участвуют в ресинтезе нуклеиновых кислот.

Дата добавления: 2017-08-01 ; просмотров: 1739 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Распад нуклеиновых кислот

Полимерные молекулы нуклеиновых кислот расщепляются в тканях преимущественно гидролитическим путем при участии специфических ферментов, относящихся к нуклеазам. Различают эндонуклеазы, разрывающие внутренние межнуклеотидные связи в молекулах ДНК и РНК, вызывающие деполимеризацию нуклеиновых кислот с образованием олигонуклеотидов, и экзонуклеазы, катализирующие гидролитическое отщепление концевых мононуклеотидов от ДНК и РНК или олигонуклеотидов. Помимо гидролитических нуклеаз, имеются ферменты, катализирующие распад нуклеиновых кислот, например, посредством трансферазной реакции. Они катализируют перенос остатка фосфорной кислоты от 5′-го углеродного атома рибозы одного мононуклеотида ко 2′-му углеродному атому соседнего мононуклеотида, сопровождающийся разрывом межнуклеотидной связи и образованием фосфодиэфирной связи между 2′-м и 3′-м углеродными атомами рибозы одного и того же мононуклеотида. К настоящему времени открыты группы нуклеаз, катализирующие распад ДНК и РНК.

Дезоксирибонуклеазы I катализируют разрыв внутренних фосфодиэфир-ных связей в одной из двух цепей молекулы ДНК между 3′-м углеродным атомом дезоксирибозы и остатком фосфата с образованием низкомолекулярных олигодезоксирибонуклеотидов:

ДНК + (n–1) Н₂O –> n-Олигодезоксирибонуклеотиды.

Среди продуктов реакции открыты также моно- и динуклеотиды. Типичными представителями этих ферментов являются ДНКазы поджелудочной железы. Одна из них (ДНКаза I) была получена в чистом виде, расшифрована последовательность всех ее 257 аминокислотных остатков. Фермент наиболее активен при рН 6,8–8,0, активируется двухвалентными ионами Mg 2+ и Мn 2+ и ингибируется конечными продуктами ферментативной реакции – олигонуклеотидами.

Дезоксирибонуклеазы II вызывают деполимеризацию молекулы ДНК в результате парных разрывов фосфодиэфирных связей обеих цепей ДНК с образованием более крупных олигодезоксирибонуклеотидов. Представителем их является ДНКаза II, выделенная из селезенки, имеющая мол. массу 38000 и состоящая из 343 аминокислотных остатков. В составе этой ДНКазы открыт глюкозамин. Фермент также активируется ионами металлов, ингибируется анионами; его оптимум рН между 5,5 и 5,8.

Помимо этих ферментов, открыты (преимущественно у микроорганизмов) еще экзодезоксирибонуклеазы, гидролизующие фосфодиэфирные связи молекулы ДНК с отщеплением концевых 5′-дезоксирибонуклеотидов. Например, из E. coli выделено четыре таких фермента, обозначаемых экзодезоксирибонуклеазами I, II, III и IV.

Рестриктазы – ферменты ДНКазного типа действия – катализируют распад чужеродной (в основном фаговой) ДНК в строго определенных участках молекулы, имеющих структуру палиндромов. Из E. coli выделены и охарактеризованы две такие рестриктазы, обозначаемые EcoRI и EcoRII соответственно. Рестриктазы оказывают строго специфическое действие, поэтому они используются для расшифровки последовательности нуклео-тидных остатков в ДНК фагов и вирусов. Кроме того, это уникальное свойство рестриктаз находит все большее практическое применение в генетической инженерии при «вырезании» определенных фрагментов ДНК и «встраивании» их в геном бактериальной ДНК (получение рекомби-нантных ДНК). В результате клетке передается ряд не свойственных ей прежде наследственных признаков. Теоретическое и главным образом практическое значение подобных исследований трудно переоценить. Свидетельством огромного интереса к проблемам генетической инженерии является создание и успешное выполнение в институтах Российской АН и лабораторий ряда стран совместной комплексной программы – проекта «Рестриктазы».

Многие сотни рестриктаз выделены в очищенном состоянии и уже являются коммерческими препаратами.

Из ферментов, катализирующих гидролитический распад РНК, наиболее изучены рибонуклеазы I. Они гидролизуют фосфодиэфирные связи внутри молекулы РНК. Выделенная из поджелудочной железы многих животных РНКаза состоит из 124 аминокислотных остатков во всех случаях, хотя ферменты несколько различаются последовательностью аминокислотных остатков; выяснена также третичная структура ряда РНКаз (см. главу 4). Получен в гомогенном состоянии из плесневого гриба рода Aspergillus фермент гуанилрибонуклеаза, катализирующая эндонуклеолитическое расщепление РНК.

Из ферментов, осуществляющих распад ДНК и РНК не по гидролитическому пути, следует назвать полинуклеотид-фосфорилазу и группу ДНК-гликозидаз. В настоящее время подробно изучены физико-химические свойства и биологическая роль микробной полинуклеотид-фосфорилазы в лаборатории С.С. Дебова; в той же лаборатории фермент открыт в животных тканях.

Механизм действия фермента сводится к переносу нуклеотидных остатков с РНК на неорганический фосфат, при этом образуется рибо-нуклеотиддифосфат (РДФ):

Предполагают, что in vivo фермент катализирует распад клеточных РНК, преимущественно мРНК, до нуклеозиддифосфатов, участвуя тем самым в регуляции концентрации клеточного неорганического фосфата. Следует указать еще на одну не менее важную уникальную функцию полинуклеотид-фосфорилазы – способность фермента катализировать в опытах in vitro синтез из свободных нуклеозиддифосфатов (НДФ) поли-рибонуклеотидов с заданной последовательностью. Этот фермент сыграл выдающуюся роль в расшифровке кода белкового синтеза в лабораториях лауреатов Нобелевской премии С. Очоа и М. Ниренберга (см. главу 15).

Открыта группа ДНК-гликозидаз, участвующих в реакциях отщепления модифицированных пуриновых и пиримидиновых оснований (например, урацила, образующегося при дезаминировании остатка цитозина в одной из цепей ДНК).

Таким образом, ДНК-гликозидазы выполняют важную функцию в процессах репарации (восстановление структуры) молекулы ДНК.

Источник

Параграф 71. катаболизм нуклеиновых кислот

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

ПАРАГРАФ 71.
«Катаболизм нуклеиновых кислот».

71. 1. Гидролиз нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты расщепляются до мономеров (нуклеотидов, НМФ)
путем расщепления (фосфодиэфирных) связей между нуклеотидами
путем гидролиза под действием ферментов класса гидролазы подкласса нуклеазы.
РНК расщепляются РНК-азами. ДНК расщепляются ДНК-азами.

Нуклеотиды расщепляются на фосфат и нуклеозид
путем гидролиза под действием нуклеотидаз.
При расщеплении нуклеозида на основание и рибозу
к рибозе присоединяется фосфат
(расщепление называется фосфоролизом, катализируется фосфорилазой),
в результате чего при отщеплении рибозы образуется рибозо-5-фосфат.

71. 2. Катаболизм пиримидиновых оснований.

При катаболизме пиримидинов их кольцо разрушается.

Из урацила
образуются NH3, СО2 и ;-аланин
(NH3 – из 3-го N, СО2 – из 2-го N,
а из остальных атомов образуется ;-аланин).

Цитозин
сначала превращается в урацил
(как ясно при виде формул, путем замены NH2 группы на ОН –
при этом отщепляется NH3 и присоединяется НОН,
процесс называется дезаминированием цитозина),
а затем урацил распадается так, как сказано выше.

Распад тимина
похож на распад урацила, но в формуле тимина есть СН3 группа,
которой нет в формуле урацила,
поэтому при распаде тимина образуется не ;-аланин,
а ;-аланин с СН3 группой, который называется ;-амино/изо/масляной кислотой
(АИМК: масляной, потому что 4С, кислотой – потому что есть СООН, изо – потому что разветвленная).

;-аланин используется в мышцах
для синтеза КАРНОЗИНА –
вещества, которое способно связывать протоны
(образующиеся в повышенных количествах при диссоциации молочной кислоты, оразующейся при работе мышц – п.32)
и тем самым – увеличивать выносливость мышц.
АИМК кислота образуется из тимина,
который, в свою очередь, образуется из ДНК при распаде ДНК,
поэтому увеличение [АИМК] является показателем увеличения распада клеток.
(Урацил образуется при распаде РНК, цитозин – при распаде и ДНК, и РНК).

71. 3. Катаболизм пуринов (аденина и гуанина)

после их образования из ДНК или РНК.
Пуриновое кольцо пуринов в организме человека не разрушается
(нет ферментов для этого).
Катаболизм пуринов заключается в том, что
пурины превращаются в пурин с 3-мя ОН группами,
который называется мочевой кислотой
(не путайте с мочевиной – формулы совсем разные, сходство веществ только в том, что оба есть в моче).

71. 3. 1. Превращение гуанина в мочевую кислоту.

Первая реакция – превращение гуанина в ксантин – пурин с двумя ОН группами.
При этом (легко догадаться при сравнении формул) происходит
замена NH2 группы на ОН,
при этом отщепляется NH3 и присоединяется НОН,
процесс называется дез/аминированием гуанина.
Вторая реакция – превращение ксантина в мочевую кислоту;
при этом происходит образование еще одной (3-й) ОН группы
(окисление ксантина), реакцию катализирует ксантин/оксидаза.

71. 3. 2. Превращение аденина в мочевую кислоту

сначала аденин превращается в гипоксантин – пурин с одной ОН группой.
При этом (аналогично превращению гуанина в ксантин) происходит
замена NH2 на ОН;
процесс называется дез/аминированием и катализируется аденозин/дезаминазой
(фермент действует не на аденин, а на аденозин – соединение аденина с рибозой).

Гипоксантин превращается в ксантин при образовании второй ОН группы под действием ксантин/оксидазы.
Далее ксантин превращается в мочевую кислоту, как и при обмене гуанина.
Т.о., превращение гуанина в мочевую кислоту происходит через ксантин,
а аденина в мочевую кислоту – через гипоксантин и ксантин.

71. 3. 3. Отсутствие аденозин/дезаминазы

(из-за мутации её гена) приводит к накоплению аденозина
и снижению синтеза ДНК –
это приводит к дефициту Т и В-лимфоцитов и снижению иммунитета –
патология называется синдромом комбинированного врожденного иммунодефицита (СВИД).

Продлить жизнь (спасти от смерти в детстве) может только внедрение нормального гена аденозин/дезаминазы (ГЕНОТЕРАПИЯ).
Генотерапия была применена при лечении именно этого заболевания в 90-х годах ХХ века – впервые в истории.

71. 4. Мочевая кислота: причины и последствия гиперуратемии.

Мочевая кислота образует соли, которые называются УРАТАМИ.
Ураты плохо растворимы в воде и при повышении концентрации образуют осадок и кристаллы.
Ураты откладываются:
1) В СУСТАВАХ, приводя к развитию АРТРИТОВ (особенно артрита больших пальцев ног),
2) в коже (скопления уратов в коже называются тофусами),
3) в мочевыводящей системе, создавая риск развития почечной недостаточности
(это самое опасное последствие избытка уратов).

Совокупность этих проявлений называется ПОДАГРОЙ.
Появлению подагры способствуют:
1) повышенная концентрация уратов в тканях и крови – гипер/урат/емия (много уратов, мало воды),
2) кислая среда.

Повышение содержание уратов (гиперуратемия) – это результат
1) повышенного образования уратов (при избытке пуринов или при избыточной активности ферментов образования),
2) сниженного удаления уратов из тканей при снижении кровотока,
3) сниженного выведения.

Повышенное образование уратов – это результат
повышенного распада избыточного количества пуринов клеток
(особенно при разрушении клеток и при избытке пищи, содержащей много пуринов: мясо, икра, кофе, шоколад и т.д.).
Основная причина повышенного образования уратов в организме –
это особенность обмена веществ, при котором
очень активны ферменты, синтезирующие и разрушающие пурины.

Кислая среда в тканях – это результат
накопления лактата (п.32) при анаэробном гликолизе,
который стимулируется при гипоксии
(в основном из-за нарушения кровообращения в тканях при гиподинамии).

Отсюда меры по профилактике и лечению подагры:
1) ограничить употребление пищи, богатой пуринами,
2) позаботиться о нормальном кровообращении (гимнастика, массаж, мази и т.д.).

Снизить образование уратов и риск их накопления можно
применением ингибитора фермента, образующего мочевую кислоту (ксантин/оксидазы);
этот ингибитор называется аллопуринолом.

Снизить [уратов] в крови можно, применяя препарат, улучшающий их выведение почками (пробенецид).
Здесь нужно вставить таблицу
«Повышенная [уратов] в крови –
гипер/урат/емия или гипер/урик/емия (ГУЕ): причины и последствия.»
Но пока она в отдельном файле.

Причиной избытка уратов бывает
снижение превращения пуриновых оснований или нуклеозидов в нуклеотиды
(см. № 72) из-за снижения активности фермента.
Причина дефекта фермента – дефект его гена (мутация),
поэтому это заболевание относится к наследственным
и называется синдромом Леша-Нихана.
Кроме подагры из-за уратов,
при этом заболевании есть олигофрения, агрессивность и самокалечение
(ребенок способность отгрызть себе палец).
Из-за патологии почек дети с этим заболеванием не доживают до взрослого возраста.
Гиперуратемия при синдроме Л-Н. является первичной.
(Но не путайте с обычной подагрой).

Польза уратов.
В нормальных концентрациях ураты не только не опасны, но и полезны.
Они являются антиоксидантами.
Считается, что ураты продлевают жизнь, увеличивают энергичность и интеллект.
Потому что
1) многие выдающиеся люди болели подагрой,
2) [уратов] у человека больше, чем у обезьян
(факт: чем выше интеллект у вида приматов, чем больше у него уратов).

Здесь нужно вставить таблицу.
Но пока она в отдельном файле.

Источник

Распад нуклеиновых кислот

Полимерные молекулы нуклеиновых кислот расщепляются в тканях преимущественно гидролитическим путем при участии специфических ферментов, относящихся к нуклеазам. Различают эндонуклеазы, разрывающие внутренние межнуклеотидные связи в молекулах ДНК и РНК, вызывающие деполимеризацию нуклеиновых кислот с образованием олигонуклеотидов, и экзонуклеазы, катализирующие гидролитическое отщепление концевых мононуклеотидов от ДНК и РНК или олигонуклеотидов. Имеются также ферменты, катализирующие распад нуклеиновых кислот, например, посредством трансферазной реакции.

Дезоксирибонуклеазы II вызывают деполимеризацию молекулы ДНК в результате парных разрывов фосфодиэфирных связей обеих цепей ДНК с образованием более крупных олигодезоксирибонуклеотидов.

Рестриктазы – ферменты ДНК-азного типа действия – катализируют распад чужеродной (в основном фаговой) ДНК в строго определенных участках молекулы. Рестриктазы оказывают строго специфическое действие, поэтому они используются для расшифровки последовательности нуклеотидных остатков в ДНК фагов и вирусов и находят широкое применение в генетической инженерии при создании рекомбинантных геномов.

Распад пуриновых нуклеозидов.Образовавшиеся при гидролизе пуриновые нуклеозиды – аденозин и гуанозин – подвергаются ферментативному распаду в организме животных. Распад активно протекает в печени, почках, слизистой кишечника. Конечным продуктом пуринового обмена у человека, приматов, большинства животных является мочевая кислота.

У части рептилий и некоторых млекопитающих мочевая кислота расщепляется до аллонтаина и у рыб – до аллантоиновой кислоты и мочевины.

Распад пиримидиновых нуклеозидов. Распад пиримидиновых нуклеотидов начинается с превращения нуклеотидов в нуклеозиды, а затем в свободные азотистые основания – урацил и тимин. Распад тимина и урацила приводят к образованию b-аланина и b-аминоизомасляной кислоты. Конечными продуктами реакции распада являются также СО₂, NH₃, мочевина.

Вопросы и задачи

1. Какие ферменты участвуют в гидролизе нуклеиновых кислот?

2. С какого соединения начинается пуриновый цикл?

3. Напишите реакции синтеза пуриновых нуклеотидов.

4. Какое соединение образуется на первой стадии синтеза пиримидиновых нуклеотидов?

5. Что необходимо для превращения GDP в GTP?

6. Репликация ДНК происходит полуконсервативным способом. Что это означает?

7. Какие ферменты участвуют в синтезе ДНК?

Рекомендуемая литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – М.: Медицина, 1998. – 704 с.

2. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та: Сиб. унив. изд-во, 2002. – 459 с.

3. Коничев А.С. Молекулярная биология: Учеб. для студ. пед. вузов / А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова. – М.: Изд. центр «Академия», 2003. – 400 с.

4. Комов В.П. Биохимия. – М.: Дрофа, 2004. – 640 с.

5. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2 т. – Т.1. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 373 с.

6. Филлипович Ю.Б. Основы биохимии: Учебник для хим. и биол. спец. ун-тов и ин-тов. – М.: Изд-во «Агар», 1999. – 512 с.

7. Чиркин А.А. Практикум по биохимии: Учеб. пособие. – Мн.: Новое издание, 2002. – 512 с.

8. Эллиот В. Биохимия и молекулярная биология / В. Эллиот, Д. Эллиот; Под ред. А.И.Арчакова, М.П. Кирпичникова, А.Е. Медведева, В.П. Скулачева. – Пер. с англ. О.В. Добрыниной, И.С. Севериной, Е.Д. Скоцеляс и др. – М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2002. – 446 с.

Дата добавления: 2015-07-06 ; просмотров: 4572 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Распад нуклеиновых кислот. Судьба азотистых оснований.

В клетках организма интенсивно протекает только обмен рибонуклеиновых кислот, метаболические превращения ДНК протекают очень медленно и в основном только при делении клеток в растущих и регенерирующих тканях. При распаде внутриклеточные нуклеиновые кислоты, так же и пищевые, превращаются последовательно в мононуклеотиды, нуклеозиды, фосфорную кислоту, азотистые основания (пуриновые и пиримидиновые) и углеводы (рибоза и дезоксирибоза). Нуклеозиды, поступающие в кишечник, расщепляются на азотистые основания и углеводы. Далее пуриновые азотистые основания (аденин и гуанин) в процессе катаболизма дезаминируются (теряют аминогруппу в виде аммиака), окисляются и превращаются в мочевую кислоту. Образование мочевой кислоты осуществляется в печени. В сутки образуется и выводится с мочой около 1 г мочевой кислоты. Пиримидиновое кольцо в отличии от пуринового менее устойчиво, поэтому пиримидиновые основания (тимин, урацил, цитозин) подвергаются глубокому распаду до CO_2, H₂O, и NH₃. Углеводы вовлекаются в ГМФ-путь распада углеводов и превращаются в глюкозу. Фосфорная кислота распаду не подвергается, Она может снова использоваться в реакции фосфорилирования и фосфоролиза или при избытке выводится из организма с мочой.

43.СИНТЕЗ МОНОНУКЛЕОТИДОВ.Все клетки организма способны синтезировать необходимые нуклеиновые кислоты и не нуждаются в наличии в пище готовых нуклеиновых кислот или их составных частей. Поэтому содержание готовых нуклеиновых кислот в пище для организма принципиального значения не имеет, хотя продукты их распада могут частично использоваться организмом.

Синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов происходит на основе рибозо-5-фосфата. из глюкозы при её распаде по ГМФ-пути. Свободные азотистые основания обычно для этого синтеза не используются.

При синтезе пуриновых нуклеотидов к рибозо-5-фосфату присоединяются атомы углерода и азота, из которых образуется пуриновое кольцо. Источниками этих атомов являются аминокислоты глицин, глутамин, аспарагиновая кислота.Часть атомов углерода поставляется коферментами, содержащими в своём составе фолиевую кислоту и биотин. Промежуточным продуктом синтеза пуриновых нуклеотидов является инозиновая кислота. Далее из инозиновой кислоты образуются пуриновые нуклеотиды.

Синтезу пиримидиновых нуклеотидов предшествует образование необычного азотистого основания оротовой кислоты,содержащей пиримидиновое кольцо. Синтезируется оротовая кислота из аммиака и аспарагиновой кислоты. Оротовая кислота присоединяется к рибозо-5-фосфату и возникает пиримидиновый нуклеотидоротидинмонофосфат.Далее оротовая кислота в составе этого нуклеотида преобразуется в обычные азотистые основания, в результате чего появляются пиримидиновые нуклеотиды.

В связи с высокой важностью оротовой кислоты в спортивной практике в качестве пищевой добавки используется её соль оротат калия.

Дезоксирибонуклеотидыобразуются из соответствующих рибонуклеотидов путём восстановления входящей в них рибозы в дезоксирибозу.

Для синтеза РНК необходимо четыре вида рибонуклеотидов (АТФ,УТФ,ГТФ, ЦТФ). Для синтеза ДНК используются дезоксирибонуклеиды

Тоже четырех видов (д-АТФ, д-ГТФ, д-ТГФ и д-ЦТФ).

СИНТЕЗ ДНК (репликация) интенсивно протекает во время клеточного

деления. В процессе репликации в молекуле ДНК (родительская молекула) ‘зарываются водородные связи между азотистыми основаниями обих ее нитей, что приводит к раскручиванию двойной спирали ДНК и образованию двух свободных нитей.К образовавшимся свободным нитям

как к матрицам, подходят нуклеотиды в трифосфатной форме

и своими азотистыми основаниями с соблюдением принципа комплементарности

Благодаря этому принципу создается нужная последовательность положения нуклеотидов. По мере присоединения к матрице нуклеотидов связываются в полинуклеотидные нити, которые сразу же закручиваются с матрицей в двойную спираль. При этом от каждого нуклеотида отщепляется по два остатка фосфорной кислоты в форме фосфата.В конечном счете на каждой матрице возникает новая нить,

которая по строению точно соответствует второй нити ДНК. В результате репликации синтезируются две новые молекулы ДНК (дочерняя которые являются точной копией родительской молекулы ДНК. В дочерних молекулах одна полинуклеотидная нить происходит из родительской молекулы, а другая синтезирована из нуклеотидов в процессе репликации.

Синтез РНК (транскрипция) также протекает с участием ДНК.|

В процессе транскрипции раскручивается только ограниченный участок ДНК и матрицей служит лишь одна освободившаяся нить ДНК.

К этой нити, как к матрице, подходят нуклеотиды в трифосфатной форме,

содержащие рибозу, и по принципу комплементарности располагаются

в строго определенном порядке. Затем нуклеотиды соединяются в полинуклеотид, и от каждого из них отщепляется дифосфат. Образовавшаяся полинуклеотидная цепь с матрицей двойной спирали не разует и легко отходит от молекулы ДНК, после чего происходит и становление ее двойной спирали. Таким образом происходит синтез информационных (иРНК), транспортных (тРНК) и рибосомных|

45.ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ БЕЛКОВ. В сутки с пищей поступает около 100 г белков.

Переваривание белков осуществляется протеолитическими ферментами желудочного, поджелудочного и кишечного соков.

Расщипление пищевых белков начинается в полости желудка под воздействием желудочного сока. Вырабатывается желудочный сок железами желудка, причем его компоненты образуются разными клетками.Так главные клетки синтезируют пепсиноген-белок, являющийся предшественником ифермента пепсина (т.е. проферментом); обкладочные клетки осуществляют выработку соляной кислоты, а добавочные клетки выделяют в полость

желудка белок муцин, который в форме вязкой слизи покрывает стенку желудка и защищает ее от соляной кислоты и пепсина. Попадая в полость желудка, пепсиноген под влиянием соляной кислоты превращается в активный протеолитический фермент пепсин. При этом от пепсиногена отщепляется небольшой полипептид, экранирующий

(закрывающий) активный центр. Образовавшийся пепсин подобно соляной кислоте вызывает быстрое превращение остальных порций

пепсиногена в активную форму. Такой механизм активации пепсина

, устойчив к действию пепсина.

Под воздействием образовавшегося пепсина в пищевых белках расщепляются

пептидные связи, находящиеся в глубине их молекул. В результате такого

Соляная кислота, входящая в состав желудочного сока, кроме активации пепсина создает в полости желудка оптимальную для действия

пепсина сильнокислую среду (рН=1-2). Соляная кислота также вызывает денатурацию пищевых белков, что способствует лучшему их расщеплению пепсином. Кроме того, соляная кислота, являясь сильной кислотой, обладает бактерицидным действием и обезвреживает микробы, поступающие с пищей в желудок.

Дальнейшее переваривание белков протекает в тонкой кишке, куда из желудка поступает смесь полипептидов различной длины. В состав поджелудочного сока, поступающего в тонкую кишку, содержатся и ферменты трипсиноген, химотрипсиноген и проэластаза, которые и тезируются в поджелудочной железе.

Образовавшиеся трипсин и химотрипсин расщепляют полипептиды поступившие в тонкую кишку из желудка, до олигопептидов, состоят из нескольких аминокислот, преимущественно ди- и трипептидов.

Эластаза предназначена для расщепления прочных белков соединительной ткани — коллагена и эластина. Под ее действием эти белки ( превращаются в олигопептиды).

Завершается переваривание белков в тонкой кишке под действием( ферментов кишечного сока. Эти ферменты встроены в стенку микроворсинок и не выделяются в полость кишки. Поэтому расщепление образовавшихся олигопептидов происходит на поверхности микроворсинок и называется пристеночным, или мембранным, пшцеварением. Аминокислоты, возникающие на поверхности микроворсинок, сразу всасываются и по системе воротной вены поступают в печень и дальше в большой круг кровообращения. Незначительная часть аминокислот выбрасывается в лимфатическую систему. Всасывание аминокислот, сопровождающееся переносом их через мембраны, требует энергии АТФ.

Внутриклеточный протеолиз

Белки, входящие в состав клеток организма, также подвергаются постоянному распаду под влиянием внутриклеточных протеолитических, называемых внутриклеточными протеиназами, или катепсинами. Эти ферменты локализованы в специальных внутриклеточных органоидах – лизосомах. Мембраны, окружающие лизосомы непроницаемы для катепсинов, зато пропускают внутрь лизосом белки, содержащие протеолизу. По своему действию катепсины похожи на ферменты желудочного и поджелудочного соков: катепсины вызывают превращение белков в олигопептиды, которые легко выходят из лизосом в цитоплазму клеток и превращаются там в аминоксилоты. Такой распад протекает с участием цитоплазматических ферментов, аналогичных ферментам желудочного сока.

В цитоплазме клеток организма были обнаружены особые белковые мультиферментные комплексы, названные протеосомами. Протеосомы предназначены для избирательного расщепления белков, которых не должно быть в клетках. Такому превращению подвергаются чужеродные и дефектные ьелки, а также регуляторные белки, присутствие которых ограничено во времени (например, белки-гормоны, белки-регуляторы транскрипции).

Для предупреждения чрезмерного распада собственных белковв организме имеются особые белки – эндогенные ингибиторы протеиназ, снижающие скорость протеолиза. Особенно много таких ингибиторов протеолиза в богатой белками плазме крови.

В сутки внутриклеточному протеолизу подвергается 200-300 г. собственных белков организма, что приводит к возникновению примерно такого же количества аминокислот.

Важно отметить, что при распаде как пищевых, так и собственных белков организма образуются аминокислоты одних и тех же 20 видов. Поэтому в течение суток в организме появляется около 300-400 г свободных аминокислот.

Глубокий распад белков, сопровождающийся расщеплением всех пептидных связей и приводящий к образованию аминокислот, называется тотальным протеолизом.

В некоторых случаях под воздействием протеолитических ферментов в молекуле белка избирательно расщепляется лишь одна пептидная связь между строго определенными аминокислотами и от белка отщепляется часть его молекулы – полипетид. Такой распад белка называется ограниченным протеолизом. Примером ограниченного протеолиза является превращение проферментов в ферменты (например, активация протеолитических ферментов, участвующих в пищеварении; переход факторов свертывания крови из неактивной формы в активную.

Синтез белка

Большая часть аминокислот используется для синтеза белков. В ор­ганизме взрослого человека существует равновесие между распадом и синтезом белков. У детей преобладает синтез, ведущий к накоплению белков в организме, что является обязательным условием роста и раз­вития организма.

Синтез белков происходит при обязательном участии нуклеиновых кислот.

Аналогичным образом на ДНК как на матрице происходит синтез рибосомных (рРНК) и транспортных (тРНК) РНК.

Все тРНК (их обнаружено около 60) построены сходным образом. Молекула каждой тРНК представляет собой короткую полинуклеотидную цепь, содержащую примерно 80 нуклеотидов и частично закру­ченную в двойную спираль, что приводит к возникновению простран­ственной конфигурации «изогнутого клеверного листа». На од­ном конце полинуклеотидной цепи у всех тРНК находится нуклеотид, содержащий аденин. К этому концу молекулы тРНК присоединяется аминокислота. Петля, противоположная месту присоединения амино­кислоты, содержит антикодон, состоящий из трех азотистых основа­ний и предназначенный для последующего связывания с комплемен­тарным кодоном иРНК. Одна из боковых петель молекулы тРНК обес­печивает присоединение тРНК к ферменту, участвующему в рекогни- ВДи> а другая, боковая, петля необходима для присоединения тРНК к рибосоме на следующем этапе синтеза белка.

На этом этапе в качестве источника энергии используется молекула АТф. в результате рекогниции образуется комплекс аминокислота-тРНК (аминоацил-тРНК):

В составе этого комплекса аминокислота обладает повышенной хими­ческой активностью. В связи с этим второй этап синтеза белка часто называют активацией аминокислот.

Трансляция начинается с диссоциации рибосомы на субчастицы, которые сразу же присоединяются к начальной части молеку­лы информационной РНК, поступающей из ядра. При этом между субчастицами остает­ся пространство (так называемый туннель), где располагается небольшой участок иРНК.

Благодаря специфическому связыванию антикодонов тРНК с ко до­нами иРНК, к участку молекулы иРНК, находящемуся в туннеле, при­соединяются только молекулы тех тРНК, у которых антикодоны ком­плементарны кодонам иРНК. Поэтому эти тРНК доставляют в рибосо­мы только строго определенные аминокислоты. Далее аминокислоты соединяются друг с другом пептидной связью и образуется дипептид, который связан с одной из тРНК. После этого рибосома передвигается вдоль иРНК ровно на один кодон (это перемещение рибосомы называ­ется транслокацией).

В результате транслокации свободная (без аминокислоты) тРНК отщепляется от рибосомы, а в зоне туннеля появляется новый кодон, к которому присоединяется по принципу комплементарности еще одна тРНК с аминокислотой, соответствующей этому кодону. Доставленная аминокислота соединяется с ранее образовавшимся дипептидом, что приводит к удлинению пептидной цепи. Далее следуют новые трансло­кации, поступление на рибосому новых тРНК с аминокислотами и дальнейшее удлинение пептидной цепи.

Таким образом порядок включения аминокислот в синтезируемый белок определяется последовательностью кодонов в иРНК.

Завершается синтез полипептидной цепи при поступлении в туннель особого кодона, который не кодирует аминокислоты и к которому не может присоединиться ни одна тРНК. Такие кодоны называются терми­нирующими, или нонсенс-кодонами. Особенно велика их роль в синтезе белков, молекула которых состоит из нескольких полипептидов.

В итоге за счет описанных трех этапов синтезируются полипептиды, т. е. формируется первичная структура белка. Высшие (пространствен­ные) структуры (вторичная, третичная, четвертичная) возникают само­произвольно. Это объясняется тем, что пространственные структуры фиксируются в основном химическими связями, возникающими между радикалами аминокислот. Поэтому в каждом белке эти связи образуются специфически в соответствии с генетически обусловленной последова­тельностью расположения радикалов в полипептидных цепях.

В очень небольших количествах белки еще синтезируются в мито­хондриях, где также имеются ДНК, иРНК, тРНК и рибосомы.

Синтез белков подавляют многие антибиотики, ингибирующие трансляцию.

Источник