бышевский-биохимия для врача
.pdf
которые существуют минимум в двадцати типах (по числу протеиногенных аминокислот). Эти ферменты и катализируют образование аминоацил-тРНК за счет энергии, расщепляемой АТФ в присутствии кофактора — иона магния.
Комплекс аминоацил-тРНК путем простой диффузии переносится к рибосо мам, где осуществляется сборка полипептидной цепи. Процесс этот, обознача емый как собственно трансляция (перевод с языка иРНК на язы к белков или языка, записанного алфавитом нуклеотидов, на язык, записанный алфавитом аминокислот), включает три стадии: инициация, элонгация и т ерм инация.
Инициация — начало трансляции. Процесс обеспечивается следующим.
1. Инициирующими кодонами мРНК (кодоны АУГ и ГУГ), с которых начинается трансляция и к которым у эукариотов всегда присоединяется тРНК, несущая остаток метионина (метионин-тРНК).
2. Белковыми факторами инициации (минимум три) — F3, которые облегчают связывание мРНК с малой субчастицей рибосомы и с ГТФ, облегчают образование комплекса факторы инициации — малая субчастица-мРНК-ГТФ . К этому первичному комплексу присоединяется большая субчастица рибосомы, происходит смыкание субчастиц рибосомы, и факторы инициации удаляю тся из них. Источник энергии для смыкания субчастиц — ГТФ.
В итоге образуется инициат орны й комплекс мРНК-рибосома-метионил- тРНК. М етионил-тРНК в этом комплексе своим антикодоном связана с кодоном АУГ в матричной РНК, как бы подвешена к мРНК, а конец, несущий аминокислоту, прикреплен к большой субчастице рибосомы.
Элонгация — удлинение полипептида на один аминокислотный остаток — происходит в три шага.
1.Присоединение рядом с метионил-тРНК к мРНК следующей аминоацилтРНК (ее выбор определяется характером кодона, соседнего с инициирующим).
2.Образование пептидной связи между остатком метионина и новым аминокислотным остатком, перенос первой аминокислоты на вторую — транспептидация.
3.Перемещение матричной РНК на один триплет — транслокация. Процесс элонгации иллюстрирует рис. 65.
Связывание аминоацил-тРНК обеспечивается энергией ГТФ, образование
пептидной связи катализируют рибосомные белки с пептидилтрансферазной активностью. На транслокацию затрачивается энергия еще одной молекулы ГТФ (перемещение молекулы мРНК и выталкивание освободившейся тРН К из рибосомы).
Терминация — окончание трансляции — обеспечивается присутствием в цепи мРНК терминирующих кодонов (УАА, УГУ и УАГ), с которыми не может связываться ни одна из тРНК (у них нет соответствующего антикодона). В освобождении полипептидной цепи участвуют белковые факторы терминации.
После отделения от рибосомы мРНК тотчас гидролизуется цитоплазматичес кими рибонуклеазами. При необходимости сохранить мРНК, чтобы повторно использовать программу для сборки белка, когда в нем появится потребность, происходит консервация мРНК путем связывания ее со специальными белками цитоплазмы (образование информосомы).
Посттрансляционные изменения белка или его окончательное созревание происходит после отделения молекулы от рибосомы. Большинство белков подвергается обработке протеазами, осуществляющими ограниченный проте олиз в цитоплазме (например, формирование активной молекулы из белкапредшественника).
Экспортируемые из клетки белки, как правило, синтезируются на рибосомах, связанных с мембранами эндоплазматического ретикулума. Уже в процессе синтеза растущ ая полипептидная цепь проникает через мембрану и попадает в каналы эндоплазматической сети. Хранение их происходит в аппарате Гольджи, где к белкам присоединяется углеводный компонент, обеспечиваю щий возможность транспорта их из клетки. Выход из клетки обеспечивается путем экзоцитоза и сопровождается энерготратами.
Биосинтез белка может происходить и в митохондриях, где имеется полная система переноса генетической информации от ДНК к белку. Размеры ДНК митохондрий не позволяют кодировать синтез всех необходимых этим образо ваниям белков, видимо, часть из них синтезируется на рибосомах цитоплазмы с последующим встраиванием внутрь митохондрий.
8* Бышевский А.Ш.
Препараты, влияю щ ие на синтез белка, широко используются в медицин ской практике. Индукторы синтеза белка применяются для стимуляции про цесса в поврежденных или атрофичных органах. Это способствует восстанов лению функций клеток поврежденного органа. Из гормональных индукторов наиболее активны анаболические стероиды — производные мужских половых гормонов (действуют на уровне транскрипции), инсулин (на уровне трансля ции). К негормональным индукторам относятся предшественники нуклеотидов
инуклеиновых кислот (оротат калия, инозин).
Шире используются следующие ингибиторы синтеза белка.
1.Транскрипции угнетают активность ДНК-зависимых РНК -полимераз ((J- амантин — яд бледной поганки, рифамицин).
2.Процессинга и транспорта мРНК (кордицептин).
3.Трансляции, синтеза на рибосомах (эритромицин и другие антибиотики — макролиды, тетрациклины, стрептомицин).
Белки синтезируются преимущественно на рибосомах, процесс сво дится к образованию полипептидных цепей с определенной последова тельностью и набором аминокислот. Набор, последовательность и коли чество аминокислот в полипептидной цепи определяется последова тельностью кодовых знаков (нуклеотидных триплетов) в мРНК.
мРНК синтезируется на одной из цепей ядерной ДНК, где генетичес кая информация записана в виде определенной последовательности нуклеотидов. Комплементарность синтеза мРНК обеспечивает копиро вание информации, заложенной в ДНК, — транскрипция (переписыва ние на другой носитель).
Информация, записанная в мРНК, подвергается трансляции (пере воду) в другую систему знаков — с языка ДНК и РНК (его алф авит — нуклеотиды), оформленных в виде триплетов, на язык белков (его алф авит — аминокислоты). Определенному триплету соответствует определенная аминокислота.
Участие аминокислот в синтезах биологически активных соединений небел ковой природы мы рассмотрим при знакомстве с отдельными веществами этих групп.
Расщ епление аминокислот, не использующихся в процессах биосинтеза, и судьба продуктов расщепления различна у каждой из них, как и их структура. Есть однако процессы, в которые вовлекаются все или большая часть амино кислот — дезаминирование, переаминирование и декарбоксилирование.
Дезаминирование, или отщепление, аминогруппы катализируется в организ ме теплокровных оксидазами аминокислот. Эти ферменты катализирую т дезаминирование, сопровождающееся окислением — окислительное дезами нирование.
|
|
|
НОН |
|
|
|
|
|
- \ |
|
|
R -CH -CO O H ---------------------- ►R-C-COOH ------------------ |
R-CO-COOH + |
NH, |
|||
I |
*4 |
Г |
I |
|
|
NH2 |
2Н |
1/2 0 2 |
NH |
|
|
Аминокислота |
|
Иминокислота |
Кетон |
Аммиак |
|
Аминооксидазы специфичны и отличаются малой активностью. Единствен ный высокоактивный фермент — глутаматдегидрогеназа, широко представ ленная в печени и мозге, катализирует превращение глутаминовой кислоты в а-кетоглутаровую .
НООС-СН2-СН2-СН -СО О Н ►НООС-СН2-СН2-СО-СООН + NH3
N H 2
Количество образующегося в организме аммиака таково, что его нельзя объяснить действием только глутаматдегидрогеназы при крайне низкой актив
ности оксидаз остальных аминокислот. Этот парадокс расш ифрован после открытия Браунштейном и Крицман процессов переаминирования аминокис лот.
Переаминирование аминокислот — реакция, в которой происходит как бы обмен аминогруппы на кетогруппу между аминокислотой и кетокислотой:
СООН |
СООН |
СООН |
|
СООН |
|
I |
I |
|
I |
CH-NH, + |
с о - |
СО |
+ |
CH-NH |
с и , |
I |
I |
|
I |
с н , |
с и , |
|
с и , |
|
СООН |
|
СИ, |
|
с н |
|
|
СООН |
|
|
Глутаминовая кислота, взаимодействуя с пировиноградной без промежуточ ного образования аммиака, превратилась в а-кетоглутаровую, а пировиноградная — в аланин.
Ферменты, катализирующие эту реакцию, содержатся в мышцах, мозге, сердце и печени животных. Они достаточно специфичны, главные из них — глутамат-пируваттрансаминаза и аспартат-пируваттрансаминаза. Первый катализирует вышеприведенную реакцию, второй — аналогичную реакцию между аспарагиновой и пировиноградной кислотами. Кофермент трансаминаз
— производное пиридоксаля (витамина Ве) — пиридоксальфосфат. Пиридоксальфосфат, взаимодействуя в составе трансаминазы с аминокислотой, при нимает на себя аминогруппу. Затем он превращ ается в пиридоксаминфосфат, который передает аминогруппу а-кетокислоте, превращ ая ее в аминокислоту и восстанавливаясь в виде пиридоксальфосфата. Прореагировавш ая амино кислота, теряя аминогруппу, переходит в кетокислоту.
Важную роль играют две реакции переаминирования:
1) аминокислота + а-кетоглутаровая кислота |
►а-кетокислота + глутами |
новая кислота; |
|
2) аминокислота + щавелевоуксусная кислота |
►а-кетокислота + аспара |
гиновая кислота. |
|
Первая из этих реакций приводит к образованию глутаминовой кислоты — единственной из аминокислот, активно вовлекающейся в дезаминирование с преобразованием в кетоглутаровую кислоту и высвобождением аммиака.
В результате второй реакции образуется аспарагиновая кислота, которая, как и аммиак, участвует в образовании мочевины.
Все остальные аминокислоты, взаимодействуя в процессе переаминирова ния с а-кетоглутаровой или щавелевоуксусной кислотами, могут отдать аминогруппу на образование глутаминовой или аспарагиновой кислот, а через них — на мочевину.
Кетокислоты, образующиеся при переаминировании в зависимости от структуры, служат предшественниками глюкозы и гликогена или кетоновых тел.
Взаимосвязь переаминирования и дезаминирования аминокислот и судьба продуктов, образующихся в ходе этих процессов, представлены на рис. 66.
Превращение кетокислот — производных аминокислот. В результате переаминирования из аминокислот образуются, как это показано выше, кетокислоты — углеродные скелеты аминокислот. Все они вовлекаются в конечном счете в ЦТК: аланин, глицин, лейцин, серин, треонин, лизин и триптофан — через ацетил-КоА; фенилаланин и тирозин — через ацетил-КоА и непосред ственно в фумарат; аргинин, гистидин, глутамин, глутаминовая кислота, пролин — в 2-оксоглутарат; аспарагин и аспарагиновая кислота — в оксалоа цетат, валин и метионин — в сукцинил-КоА.
Расщ епляясь в ЦТК до углекислоты и воды, аминокислоты высвобождают почти столько ж е энергии, сколько глюкоза. При интенсивном распаде аминокислот в условиях энергетического голодания за счет усиленного образо вания ацетил-КоА ускоряется синтез кетоновых тел в печени. Кетогенные те аминокислоты, которые распадаются через ацетил-КоА.
удаляются с мочей.
4.Синтез мочевины — основной путь обезвреживания и удаления аммиака
—осуществляется в печени.
Начальная реакция синтеза мочевины — синтез карбамоил-фосфата:
NH3 + С 0 2 |
H2N -С0-0-(Р^) + Н20 (фермент — карбамоил- |
Г |
фосфатсинтеза за) |
2АТФ |
2АДФ |
Карбамоилфосфат взаимодействует с орнитином, образуя цитруллин:
H .N -C 0 -0 |
+ NH |
Р ) + NH2 |
(катализатор — орнитин- |
■ © |
|||
|
|
|
карбамоилфосфаттранс - |
|
( СН2)3 |
СО |
фераза) |
|
I |
I |
|
CH-NH, NH I
СООН (СН2)3 I
Орнитин CH-NH, I СООН
Ц итруллин
Далее цитруллин взаимодействует с аспарататом, образуя аргининсукцинат:
NH |
|
СООН |
NH |
СООН |
|
|||
| г |
|
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
СО |
+ |
1 |
|
|
1 |
1 |
|
|
СН, |
+ АТФ |
C=N- СН |
+ |
АМФ + Р - Р |
||||
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
1 |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
1 |
|
|
NH |
|
CH-NH, |
NH |
СН, |
|
|||
| |
|
1 |
|
2 |
I |
| |
г |
(катализатор — |
((с н г)3 |
|
СООН |
(СН2)3 СООН |
аргининсукцинат- |
||||
CH-NH, |
|
|
|
|
1 |
|
|
синтаза) |
|
|
|
|
CH-NH, |
|
|
||
I |
|
|
|
|
I |
i |
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
|
|
|
СООН |
|
|
|
|
СООН |
|
|
|
Аргининсукцинат
Аргининсукцинат расщ епляется арсгининсукцинатлиазой на ф ум арат и аргинин:
NH |
СООН |
СООН |
|
NH |
|
| |
| |
1 |
|
1 |
|
C = N -СН -------------------------------► |
1 |
+ |
1 |
|
|
СН |
C=NH |
|
|||
1 |
I |
II |
|
1 |
|
1 |
1 |
|
1 |
|
|
NH |
СН, |
с н |
|
NH |
|
| |
| |
1 |
|
J |
|
(СН2)3СООН |
1 |
|
|
|
|
СООН |
|
(СН2)з |
|
||
CH-NH, |
|
|
1 |
|
|
|
|
CH-NH, |
|||
1 |
2 |
|
|
I |
1 |
СООН |
|
|
1 |
|
|
|
|
СООН |
|
||
Аргининсукцинат |
Ф умарат |
|
Аргинин |
||
Аргинин под действием аргиназы расщ епляется гидролитически на мочевину и орнитин:
