Написать формулу трипептида ТРП-ГЛУ-АРГ В какой среде (слабо-кислой

Написать формулу трипептида ТРП-ГЛУ-АРГ. В какой среде (слабо-кислой, нейтральной, слабо-щелочной) находится его изоэлектрическая точка и почему?
Решение:
Триптофан

Аргинин

Глутаминовая кислота

Формула трипептида ТРП-ГЛУ-АРГ:

Пептидная молекула имеющая дополнительный карбоксил (ГЛУ в составе) в нейтральных рН несёт несбаллансированный отрицательный заряд, чтобы разрядить такую молекулу, необходимо подавить ионизацию/диссоциацию карбоксила, т.е. запротонировать -COO- внешней более сильной кислотой, что достигается в области сильно кислых рН (<2) и там же будет находиться pI молекулы.
Пептидная молекула имеющая основную функцию (АРГ и ТРП) в нейтральных рН несёт несбаллансированный положительный заряд, чтобы разрядить такую молекулу, необходимо подавить ионизацию основной группы, т.е. раскислить >N+(H)- внешним более сильным основанием, что достигается в области сильно основных рН (>10) и там же будет находиться pI молекулы.
Так как представленный трипептид имеет дополнительный карбоксил и две основные группы, то его изоэлектрическая точка будет находится в щелочной среде (pH > 7)

Методы разделения смеси белков.
Ответ:
Гель-фильтрация, или метод молекулярных сит
right1235286Для разделения белков часто используют хроматографические методы, основанные на распределении веществ между двумя фазами, одна из которых подвижная, а другая неподвижная. В основу хроматографических методов положены разные принципы: гель-фильтрации, ионного обмена, адсорбции, биологического сродства.
Метод разделения белков с помощью гель-фильтрационной хроматографии основан на том, что вещества, отличающиеся молекулярной массой, по-разному распределяются между неподвижной и подвижной фазами. Хроматографическая колонка заполняется гранулами пористого вещества (сефадекс, агароза и др.). В структуре полисахарида образуются поперечные связи и формируются гранулы с «порами», через которые легко проходят вода и низкомолекулярные вещества. В зависимости от условий можно формировать гранулы с разной величиной «пор».
Неподвижная фаза — жидкость внутри гранул, в которую способны проникать низкомолекулярные вещества и белки с небольшой молекулярной массой. Смесь белков, нанесённую на хроматографическую колонку, вымывают (элюируют), пропуская через колонку растворитель. Вместе с фронтом растворителя движутся и самые крупные молекулы.
Более мелкие молекулы диффундируют внутрь гранул сефадекса и на некоторое время попадают в неподвижную фазу, в результате чего их движение задерживается. Величина пор определяет размер молекул, способных проникать внутрь гранул.
Так как гелевая структура сефадекса легко деформируется под давлением, гели стали заменять более жёсткими матрицами (сефактил, той-оперл), представляющими сферические гранулы с разными размерами пор. Выбор размеров пор в гранулах зависит от целей хроматографии (о других хроматографических методах будет сказано ниже).
Ультрацентрифугирование
Метод разделения также основан на различии в молекулярных массах белков. Скорость седиментации веществ в процессе вращения в ультрацентрифуге, где центробежное ускорение достигает 100 000-500 000 g, пропорционально их молекулярной массе. На поверхность буферного раствора, помещённого в кювету, наносят тонкий слой смеси белков. Кювету помещают в ротор ультрацентрифуги. При вращении ротора в течение 10-12 ч более крупные молекулы (с большей молекулярной массой) оседают в буферном растворе с большей скоростью. В результате в кювете происходит расслоение смеси белков на отдельные фракции с разной молекулярной массой.После расслоения белковых фракций дно кюветы прокаливают иглой и по каплям собирают содержимое небольшими порциями в пробирки.
Электрофорез белков
Метод основан на том, что при определённом значении рН и ионной силы раствора белки двигаются в электрическом поле со скоростью, пропорциональной их суммарному заряду. Белки, имеющие суммарный отрицательный заряд, двигаются к аноду (+), а положительно заряженные белки — к катоду (-).
Электрофорез проводят на различных носителях: бумаге, крахмальном геле, полиакриламидном геле и др. В отличие от электрофореза на бумаге, где скорость движения белков пропорциональна только их суммарному заряду, в полиакриламидном геле скорость движения белков пропорциональна их молекулярным массам.
Разрешающая способность электрофореза в полиакриламидном геле выше, чем на бумаге. Так, при электрофорезе белков сыворотки крови человека на бумаге обнаруживают только 5 главных фракций: альбумины, α1 глобулины, α2-глобулины, β-глобулины и γ-глобулины. Электрофорез тех же белков в полиакриламидном геле позволяет получить до 18 различных фракций. Для обнаружения белковых фракций полоски бумаги или столбики геля обрабатывают красителем (чаще всего бромфеноловым синим или амидовым чёрным). Окрашенный комплекс белков с красителем выявляет расположение различных фракций на носителе.
Ионообменная хроматография
Так же как и электрофорез, метод основан на разделении белков, различающихся суммарным зарядом при определённых значениях рН и ионной силы раствора. При пропускании раствора белков через хроматографическую колонку, заполненную твёрдым пористым заряженным материалом, часть белков задерживается на нём в результате электростатических взаимодействий.
В качестве неподвижной фазы используют ионообменники — полимерные органические вещества, содержащие заряженные функциональные группы.
Различают положительно заряженные анионообменники, среди которых наиболее часто используют диэтиламиноэтилцеллюлозу (ДЭАЭ-целлюлозу), содержащую катионные группы, и отрицательно заряженные катионообменники, например карбоксиметилцеллюлозу (КМ-цел-люлозу), содержащую анионные группы.

Выбор ионообменника определяется зарядом выделяемого белка. Так, для выделения отрицательно

заряженного белка используют анионообменник. При пропускании раствора белка через колонку прочность связывания белка с анионообменником зависит от количества отрицательно заряженных карбоксильных групп в молекуле. Белки, адсорбированные на анионообменнике, можно смыть (элюировать) буферными растворами с различной концентрацией соли, чаще всего NaCI, и разными значениями рН. Ионы хлора связываются с положительно заряженными функциональными группами анионообменника и вытесняют карбоксильные группы белков. При низких концентрациях соли элюируются белки, слабо связанные с анионообменником. Постепенное увеличение концентрации соли или изменение рН, что меняет заряд белковой молекулы, приводит к выделению белковых фракций, в одной из которых находится искомый белок.

Роль первичной структуры в строении и свойствах белков. Факторы устойчивости белков в растворе. Растворимость белков. Денатурация, высаливание. Методы разделения белков сыворотки крови.
Ответ:
Первичной структурой белка называют последовательность чередования аминокислот в полипептидной цепи. Эту структуру формируют пептидные связи между α-амино- и α-карбоксильными группами аминокислот. Даже небольшие изменения первичной структуры белка могут значительно изменять его свойства. Примером заболеваний, развивающихся в результате изменения первичной структуры белка, являются гемоглобинопатии (гемоглобинозы).
В эритроцитах здоровых взрослых людей присутствует гемоглобин А (Hb А) . В крови некоторых людей содержится аномальный (изменённый) гемоглобин — гемоглобин (Hb S). Единственное отличие первичной структуры Hb S от Hb A — замена гидрофильного остатка глутаминовой кислоты на гидрофобный остаток валина в концевом участке их β-цепей.
Основная функция гемоглобина – транспорт кислорода к тканям. В условиях пониженного парциального давления О2 снижается растворимость гемоглобина S в воде и его способность связывать и переносить кислород. Эритроциты принимают при этом серповидную форму, быстро разрушаются, вследствие чего развивается малокровие (серповидно-клеточная анемия).
Последовательность аминокислотных остатков полипептидной цепи белка несёт в себе информацию, необходимую для формирования пространственной структуры белка. Каждой полипептидной последовательности соответствует только один стабильный вариант пространственной структуры. Процесс сворачивания полипептидной цепи в правильную трёхмерную структуру получил название фолдинг.
До последнего времени считалось, что формирование пространственной структуры белка происходит самопроизвольно, без участия каких-либо компонентов. Однако сравнительно недавно обнаружилось, что это справедливо только для сравнительно небольших белков (порядка 100 аминокислотных остатков). В процессе фолдинга более крупных белков принимают участие специальные протеины – шапероны, которые создают возможность быстрого формирования правильной пространственной структуры белка.
Примером полиморфизма белков является гемоглобин, имеющий множество форм. Гемоглоби́н A— нормальный гемоглобин взрослого человека. Этот белок представляет собой тетрамер, состоящий из двух пар полипептидных цепей — мономеров: двух мономеров α-цепей и двух мономеров β-цепей, или двух мономеров α и двух мономеров δ. Гемоглоби́н F— фетальный, плодный тип гемоглобина человека. Гемоглобин F — это белок-гетеротетрамер из двух α-цепей и двух γ-цепей глобина. Гемоглобин F обладает повышенным сродством к кислороду (в нём серин вместо лизина) и позволяет сравнительно малому объёму крови плода выполнять кислородоснабжающие функции более эффективно. Однако гемоглобин F обладает меньшей стойкостью к разрушению и меньшей стабильностью. В течение последнего триместра беременности и после рождения гемоглобин F постепенно — замещается «взрослым» гемоглобином А (HbA), менее активным транспортёром кислорода, но более стойким к разрушению и более стабильным. Молекулярные болезни – наследственные нарушения в первичной структуре белка. Например, замена в β-субъединице гемоглобина шестой глутаминовой аминокислоты на валин приводит к образованию гемоглобина S и тому, что молекула гемоглобина в целом не может выполнять свою основную функцию — транспорт кислорода; в таких случаях у человека развивается заболевание — серповидноклеточная анемия.

Факторы устойчивости белковых растворов
Устойчивость белковым растворам придают два фактора: заряд белковой молекулы и гидратная оболочка.
Появление заряда на молекулах белков связано с его амфотерными свойствами (наличием кислотных и основных свойств). Группы, способные приобретать заряды, называются ионогенными. К ним относятся – СООН группы глютамата, аспартата, –NH2 группы лизина, аргинина, азот имидазольного кольца гистидина. В очень незначительной степени ионизируются –SH группы цистеина и –OH группы тирозина. Ионизация различных функциональных групп белка групп определяется рН среды.
Ионизация кислотных групп (СООН — группы – доноры Н+).
При рН = 2-4 половина карбоксильных групп в белках находится в ионизированном состоянии (–СОО-), половина – в неионизированном виде (–СООН). В силу этого при рН 2-4 карбоксильные группы придают белкам буферные свойства. При физиологических значениях рН в интервале 7,35 – 7,45 (более щелочная среда) преобладает ионизированная форма карбоксильных групп, придающая белковым молекулам отрицательный заряд.
Н2N-белок-СООН — Н+ → Н2N-белок-СОО-
Ионизация щелочных групп (NH2-группы – акцепторы Н+)
При рН около 10 половина аминогрупп белков ионизирована, а половина не ионизирована. При рН = 10 NH2 – группы придают белкам буферные свойства. Физиологическое значение рН близкое к 7, является более кислой средой, поэтому, при физиологических величинах рН преобладает ионизированная форма аминогрупп (NH3+), придающая белковым молекулам положительный заряд.
Н2N-белок-СООН + Н+ → +Н3N-белок-СООН
Кислотно-основные свойства изучают особым методам потенциометрического титрования. Изменение ионизации белка при разных значениях рН имеет вид графика.

Из всех аминокислот только гистидин обладает буферными свойствами при рН = 6-7. Входя в состав белка гемоглобина, гистидин определяет его буферные свойства, необходимые для связывания кислорода.
Изменениями величины рН среды белок можно перевести в особое изоэлектрическое-электронейстральное состояние, в котором сумма положительных зарядов равна сумме отрицательных зарядов и молекула в целом электронейтральна (+Н3N-белок-СОО-). Значение рН, при котором молекула белка электронейтральна, называется изоэлектрической точкой (ИЭТ). Для большинства белков изоэлектрическая точка находится в кислой среде (рН = 5-5,5). В то же время для гистонов ИЭТ находится в щелочной среде (рН= 9-11). В изоэлектрическом состоянии белки менее устойчивы, чем при наличии зарядов, поскольку заряд белковой молекулы является фактором электростатического отталкивания белковых молекул, определяют ионные связи в белках и формируют наиболее устойчивую конформацию белковой молекулы.
Растворимость белков
При растворении белков в воде вокруг их молекул образуется гидратная оболочка, которая наряду с зарядом белковых частиц является фактором устойчивости белковых растворов.
На растворимость белков существенное влияние оказывают следующие факторы: а) рН, б) ионная сила, в) диэлектрические свойства растворителя и г) температура.
а) Влияние рН раствора на растворимость белков .
При значении рН раствора, совпадающем с величиной рНИЭТ, белки будут обладают наименьшей растворимостью. Объясняется это тем, что в изоэлектрической точке суммарный заряд молекулы белка равен нулю, и, следовательно, между соседними молекулами белка отсутствует электростатическое отталкивание. При значениях рН, отличных от значений рНИЭТ, молекулы белка имеют суммарный заряд одного знака, вследствие чего они отталкиваются друг от друга. На этом свойстве основан метод изоэлектрического осаждения белков.
б) Влияние ионной силы на растворимость белков.
При добавлении к растворам белка солей небольших концентраций растворимость многих белков повышается. Этот эффект зависит также от величины зарядов каждого из ионов, присутствующих в растворе: соли, содержащие двухзарядные ионы значительно эффективнее повышают растворимость белков, чем соли, содержащие однозарядные ионы.
При значительном повышении концентрации солей растворимость белков начинает опять понижаться, и при очень высоких концентрациях соли белок может полностью выпасть в осадок (если рН среды совпадает с рНИЭТ) . Это явление называется высаливанием.
Оба описанных эффекта, т. е. повышение растворимости белков при низких концентрациях соли и понижение при высоких концентрациях, широко используются для разделения белковых фракций, очистки белков, получения их в кристаллическом виде.
в) Влияние растворителя на растворимость белков.
Добавление смешивающихся с водой нейтральных органических растворителей уменьшает растворимость большинства белков в воде до такой степени, что они могут выпадать в осадок (если при этом рН раствора совпадает с рНИЭТ). Например, этанол или ацетон, являясь водоотнимающими веществами, понижают степень гидратации белков и уменьшают их растворимость. Кроме того, растворимость белков зависит от диэлектрической постоянной среды (при постоянных значениях рН и ионной силы). С уменьшением диэлектрической постоянной растворителя силы притяжения между двумя молекулами белка возрастают, что способствует агрегации белков, т. е. снижает их растворимость. Эти закономерности используют для разделения белковых молекул.
г) Влияние температуры на растворимость белков.
В сравнительно узком интервале температур, приблизительно от 0 до 40°С, растворимость большинства белков возрастает с повышением температуры. При температурах, превышающих 40—50°С, большинство белков утрачивает стабильность, начинается их денатурация, сопровождающаяся обычно резким снижением растворимости.
Денатурация – это изменение пространственной структуры белков и уменьшение или полное подавление функциональной активности, растворимости и других биологических и физико-химических свойств. Денатурация не сопровождается фрагментацией первичной структуры, но может происходить разрыв дисульфидных мостиков, слабых водородных, гидрофобных и электростатических связей. В результате изменениям подвергается четвертичная (при наличии), третичная в меньшей степени вторичная структуры.
Факторы денатурации делятся на химические и физические.
Физические – температурное воздействие (замораживание или нагревание), давление, ультразвуковое воздействие, облучение, механическое воздействие (например, сильное перемешивание растворов) и др.
Химические – органические растворители (ацетон, хлороформ, спирт), концентрированные кислоты, щёлочи, ионы тяжёлых металлов.
В лаборатории в качестве денатурирующих агентов чаще всего используют мочевину или гуанидинхлорид, легко разрывающие водородные и гидрофобные связи, при помощи которых формируется третичная структура белка.
Тепловая денатурация белка в растворах при 50 – 600C также связана с разрывом связи, при помощи которых образуется третичная структура.
Денатурация может быть обратимой, так называемая ренатурация, если она приводит к легко восстанавливаемому изменению в структуре.
Необратимая денатурация часто происходит при тепловом воздействии (свёртывание яичного альбумина при варке яиц). У денатурированных белков снижается растворимость, исчезает биологическая активность.

Методы разделения белков крови:
1. Солевой метод (высаливание сернокислым аммонием) — 3 фракции.
2. Электрофорез на бумаге (разделение по заряду) — 5 фракций.
3. Электрофорез в поддерживающих средах (полиакриламид, крахмал, агароза). Разделение и по заряду, и по молекулярному весу (17-20-25 фракций). Положение фракций не соответствует их положению на бумаге.
4. Иммуноэлектрофорез (25-30 фракций) не относится к количественным методам исследования). Дает возможность выявить АГ состав сложной смеси белков и идентифицировать отдельные компоненты такой смеси при помощи моноспецифических антисывороток.
5. Изоэлектрофокусирование (выделяют до 100 белков) — разделение белков по ИЭТ.

Строение и биологическая роль хромопротеидов.
Решение:
Хромопротеиды – это окрашенные белки, молекулы которых состоят из простого белка и простетической группы, окрашенной обычно за счет металла или витамина.
Классификация:
1.Fe содержащие (красные)
2. Mg содержащ (зеленые)
3. Флавопротеиды (желтые)
Fе содержащие делятся:
— неферментные (гемоглобин, миоглобин)
— ферментные (цитохром, каталаза, пероксидаза)
Неферментные – это сложные белки, в простетических группах котороых содержатся гемы.
Среди хромопротеидов различают дыхательные белки и дыхательные ферменты, которые образуют подгруппу гемопротеидов. Кроме гемопротеидов в группу хромопротеидов входят пигменты (родопсин, меланин), магний-порфирины (хлорофилл), желтые ферменты – флавиновые ферменты (выполняют роль дыхательных ферментов).
К дыхательным белкам относятся гемоглобин (Нb) – красный пигмент крови и миоглобин (Мgb) – красный пигмент мышц.
Гемоглобин состоит из простого белка типа гистонов – глобина и 4-х гемов
(простетическая группа). Этот пигмент представляет собой плоскую структуру, состоящую из 4-х пиррольных колец, в центре координации которых находится атом железа. Координационное число железа в сотаве гмоглобина равно 6, причёт четыре связи заняты атомами азота пиррольных колец, пятая связывает гем с белком, а шестая – занята тем или иным лигандом. Пироьные кольца соединены метиновыми мостиками, образуя тетрапиррольное кольцо, к которому присоединены винильные, метильные и пропионатные группировки.

Строение гема

Гемоглобины образуют четвертичную структуру и состоят из четырех субъединиц, представляющих две идентичные пары типа: α2β2. Четыре полипептидных цепи образуют тетраэдр, структура которого стабилизирована множественными нековалентными связями. Каждая полипептидная цепь определенным образом уложена вокруг плоского кольца гема, причем характер этой укладки почти одинаков для всех гемоглобинов. У млекопитающих α-цепи гемоглобина отличаются от β-цепей по числу аминокислотных остатков и по степени гомологии (различия примерно по 80 аминокислотам). Гем локализован в складках α- и β-субъединиц, каждая полипептидная цепь при этом содержит один гем. Тетрамер гемоглобина представляет собой почти правильную глобулярную структуру размером 64 х 60 х 50 нм, на поверхности которой в гидрофобных углублениях расположены гемы.
Идентичные субъединицы в тетрамере расположены параллельно друг другу и почти перпендикулярно по отношению к другой паре субъединиц. Присоединение гема к глобину вызывает изменения в структуре последнего, причем увеличивается степень спирализации, формируются дополнительные связи между отдельными субъединицами, т. е. макромолекула становится более стабильной. Связи между идентичными субъединицами неполярны, хотя наблюдаются единичные солевые мостики. Образование связей в гемоглобине имеет обратимый характер, причем присоединение к железу гема того или иного лиганда также влияет на способность α- и β-цепей контактировать друг с другом. При присоединении молекулы кислорода к гемоглобину происходит ряд существенных структурных перестроек последнего, облегчающих присоединение следующих молекул кислорода. В дезоксигемоглобине железо не находится строго в плоскости пиррольных колец, а смешено на 0,25 нм. Молекула кислорода после контакта с гемоглобином проникает вовнутрь геминового кармана и взаимодействует с железом. В результате железо гема перемещается точно в плоскость протопорфиринового кольца, что приводит к соответствующему смещению гистидинового остатка, соединенного с железом, и всей полипептидной цепи, в которой он локализован. Изменения в одной субъединице молекулы гемоглобина обусловливают соответствующие изменения других субъединиц, выгодные для присоединения молекул кислорода. Таким образом, присоединение первой молекулы кислорода происходит достаточно медленно и обязательно при высоком парциальном давлении кислорода, что и имеет место в альвеолах легких. Далее скорость присоединения кислорода к гемоглобину увеличивается по нарастающей и скорость присоединения четвертой его молекулы выше, чем первой, более чем в 300 раз. Таким образом, реализуется кооперативный эффект взаимодействия гемоглобина с кислородом, что обеспечивает максимальное образование оксигемоглобина. Четвертичная структуpa дезоксигемоглобина обозначается как Т-форма, а структура оксигемоглобина – как R-форма. Миоглобин, состоящий из одной полипептидной цепи, также присоединяет кислород в тканях, однако отсутствие четвертичной структуры является препятствием для реализации кооперативного эффекта.
Хромопротеиды наделены рядом уникальных биологических функций: они участвуют в таких фундаментальных процессах жизнедеятельности, как фотосинтез, дыхание клеток и целостного организма, транспорт кислорода и диоксида углерода, окислительно-восстановительные реакции, свето-и цветовосприятие и др.
Они играют исключительно важную роль в процессах жизнедеятельности. Например, подавление дыхательной функции гемоглобина путем введения оксида углерода (СО) либо утилизации (потребление) кислорода в тканях путем введения синильной кислоты или ее солей (цианидов), ингибирующих ферментные системы клеточного дыхания, моментально приводит к смерти организма.
Хромопротеиды являются непременными и активными участниками аккумулирования энергии, начиная от фиксации солнечной энергии в зеленых растениях и утилизации ее до превращений в организме животных и человека. Хлорофилл (магнийпорфирин) вместе с белком обеспечивает фотосинтетическую активность растений, катализируя расщепление молекулы воды на водород и кислород (поглощением солнечной энергии). Гемопротеины (железопорфирины), напротив, катализируют обратную реакцию – образование молекулы воды, связанное с освобождением энергии.

Строение ФАД-зависимых дегидрогеназ. Примеры реакций, катализируемые этими ферментами. Источники и потребность в витамине В2, как предшественника ФМН и ФАД. Описание авитаминоза В2.
Ответ:
Большинство FAD-зависимых дегидрогеназ – растворимые белки, локализованные в матриксе митохондрий. Исключение составляет сукцинат-дегидрогеназа, находящаяся во внутренней мембране митохондрий.
FAD служит акцептором электронов от многих субстратов в реакциях типа:
R-CH2-CH2-R1 + E (FAD) ↔ R-CH=CH-R1 + E (FADH2),
где Е – белковая часть фермента.
ФАД и ФМН-зависимые дегидрогеназы содержат в качестве кофермента фосфорный эфир витамина В2 (рибофлавин). При поступлении с пищей рибофлавин частично всасывается в кровь методом простой диффузии. В процессе транспорта через мембраны он под действием фермента флавокиназы и АТФ превращается в ФМН, а в печени в результате действия ФАД-зависимой пирофосфорилазы и АТФ – в ФАД. ФМН и ФАД являются коферментами ряда ферментов дегидрогеназ, участвующих в процессах тканевого дыхания.
ФМН и ФАД являются ростовыми факторами. ФМН и ФАД – коферменты около 30 ферментов, осуществляющих перенос водорода на различные субстраты.
Источники витамина В2 – растительные и микробные клетки. Животные организмы не способны к синтезу рибофлавина и получают его с пищей, или в результате синтеза кишечной микрофлорой. Рибофлавин содержится в печени, молоке, яйцах, дрожжах, зерновых культурах. Потребность человека – 2 – 2,5 мг в сутки.
Авитаминоз В2.
Недостаток витамина приводит к остановке роста организма, мышечной слабости, воспалениям слизистой. Заболевания кожи – себорейный дерматит, облысение, нарушение эпителия кожи. Заболевания глаз – воспаление роговицы, язвы роговицы и катаракта. Авитаминоз в2 является причиной образования катаракты и помутнения хрусталика.

Расположение дыхательных ферментов во внутренней мембране метохондрий. Направление движения протонов и электронов по дыхательной цепи. Свойства цитохромоксидазы. Электрохимический потенциал на мембране, его образование и значение в энергетике клетки.
Ответ:
В клетках аэробных и анаэробных прокариот наиболее обширную группу дыхательных ферментов составляют дегидрогеназы, катализирующие дегидрирование субстратов. Коферментами дегидрогеназ выступают пиридиннуклеотиды – никотинамидаденинуклеотид (НАД) и флавопротеиды (ФП) – флавинадениндинуклеотид (ФАД) и флавинмононуклеотид (ФМН).
Вторую группу дыхательных ферментов составляют цитохромы b, c, a и a3, коферменты которых представлены железопорфиринами. Звено цитохромов осуществляет перенос электронов по дыхательной цепи от дегидрогеназ на конечный акцептор – молекулярный кислород либо на нитраты или сульфаты.
В мембранной системе прокариот обнаружены хиноны типа убихинона и менахинона.
Расположение ферментов в дыхательной цепи определяется их окислительно-восстановительным потенциалом. Чем ниже окислительно-восстановительный потенциал фермента, тем в большей степени он является восстановителем и тем ближе он расположен к субстрату. Порядок расположения ферментов в цепи переноса электронов приблизительно таков: I. НАД–дегидрогеназы → ФАД– или ФМН–дегидрогеназы → убихинон → цитохромы d → c → a → a3.
II. НАДН-KoQ-редуктаза – содержит промежуточные акцепторы водорода: флавинмононуклеотид и железосерные белки.
III. Сукцинат-KoQ-редуктаза – содержит промежуточные акцепторы водорода: ФАД и железосерные белки.
KoQН2-цитохром с-редуктаза – содержит акцепторы электронов: цитохромы b и с1, железосерные белки.
IV. Цитохром с-оксидаза – (содержит акцепторы электронов: цитохромы а и а3, ионы меди Cu2+.
В качестве промежуточных переносчиков электронов выступают убихинон (коэнзим Q) и цитохром с.
Убихинон (KoQ) – жирорастворимое витаминоподобное вещество, способен легко диффундировать в гидрофобной фазе внутренней мембраны митохондрий . Биологическая роль коэнзима Q – перенос электронов в дыхательной цепи от флавопротеинов (комплексы I и II) к цитохромам (комплекс III).

Цитохром с – сложный белок, хромопротеин, простетическая группа которого – гем – содержит железо с переменной валентностью (Fe3+ в окисленной форме и Fe2+ в восстановленной форме). Цитохром с является водорастворимым соединением и располагается на периферии внутренней митохондриальной мембраны в гидрофильной фазе. Биологическая роль цитохрома с – перенос электронов в дыхательной цепи от комплекса III к комплексу IV.
Промежуточные переносчики электронов в дыхательной цепи расположены в соответствии с их окислительно-восстановительными потенциалами. В этой последовательности способность отдавать электроны (окисляться) убывает, а способность присоединять электроны (восстанавливаться) возрастает. Наибольшей способности отдавать электроны обладает НАДН, наибольшей способностью присоединять электроны – молекулярный кислород.
Механизм синтеза АТФ описывает хемиосмотическая теория. Согласно этой теории, компоненты дыхательной цепи, расположенные во внутренней митохондриальной мембране, в ходе переноса электронов могут «захватывать» протоны из матрикса митохондрий и передавать их в межмембранное пространство. При этом наружная поверхность внутренней мембраны приобретает положительный заряд, а внутренняя – отрицательный, т.е. создаётся градиент концентрации протонов с более кислым значением рН снаружи. Так возникает трансмембранный потенциал (ΔµН+). Существует три участка дыхательной цепи, на которых он образуется. Эти участки соответствуют I, III и IV комплексам цепи переноса электронов

Протоны, выведенные в межмембранное пространство за счёт энергии переноса электронов, снова переходят в митохондриальный матрикс. Этот процесс осуществляется ферментом Н+-зависимой АТФ-синтетазой (Н+-АТФ-азой). Фермент состоит из двух частей водорастворимой каталитической части и погружённого в мембрану протонного канала. Переход ионов Н+ из области с более высокой в область с более низкой их концентрацией сопровождается выделением свободной энергии, за счёт которой синтезируется АТФ.

Энергия, аккумулированная в форме АТФ, используется в организме для обеспечения разнообразных биохимических и физиологических процессов. Запомните основные примеры использования энергии АТФ:
1) синтез сложных химических веществ из более простых (реакции анаболизма);
2) сокращение мышц (механическая работа);
3) образование трансмембранных биопотенциалов;
4) активный транспорт веществ через биологические мембраны.

Уронатный путь обмена глюкозы. Использование УДФ-глюкуроновой кислоты для обезвреживания ядовитых веществ и синтеза полисахаридов соединительной и костной ткани. Примеры реакций.
Ответ:
Уронатный путь обмена глюкозы – источник глюкуроновой кислоты, которая используется для синтеза гликозаминогликанов (углеводных производных протеогликанов – белков соединительной ткани) и принимает участие в обезвреживании токсинов в печени. При сахарном диабете при избыточном количестве глюкозы из неё начинает синтезироваться в больших количествах глюкуроновая кислота и гликозаминогликаны. Последние, откладываясь в хрящевой ткани, сухожилиях.
Глюкуроновый путь осуществляется в печени и в клетках соединительной ткани. Первая часть процесса (до образования УДФ-глюкозы) совпадает с реакциями синтеза гликогена, заключительный этап (от ксилулозо-5-ф до гл-6-ф) совпадает с неокислительным этапом ПФП
Значение глюкуронового пути:
1. Образование активированного глюкуроната.
В гепатоцитах УДФ-глюкуроновая кислота используется на процессы обезвреживания (реакции конъюгации с билирубином, продуктами гниения белков, лекарствами и др.).
В фибробластах УДФ-глюкуроновая кислота используется на синтез гетерополи- сахаридов (гиалуроновая кислота, хондроитинсульфат, дерматансульфат, гепарин).
2. Дополнительный источник пентоз.
3. Путь включения пищевого ксилитола в метаболизм.
4. Поставляет гулоновую кислоту на синтез аскорбата. Аскорбат синтезируется из гулоновой кислоты с участием двух специфических ферментов. Один из этих ферментов отсутствует у человека (отсутствует также у высших приматов, морской свинки, индийской летучей мыши), поэтому аскорбат не синтезируется и должен поступать с пищей.

В печени происходит обезвреживание парных нетоксичных соединений путём присоединения к обезвреживаемым продуктам Н2SО4, глюкуроновой кислоты, глицина.
Серная кислота в процессах обезвреживания участвует в активной форме ФАФС – фосфоаденозилфосфосульфат (состав: аденин – рибоза – фосфат – сульфат — фосфат).
Калиевая соль индоксилсерной кислоты называется индиканом, выводится через почки. Повышенное количество индикана в моче свидетельствует об усилении гнилостных процессов.
Глюкуроновая кислота в процессах детоксикации участвует в активной форме в виде УДФ-глюкуроновой кислоты (состав: урацил-рибоза-фосфат-фосфат-глюкуроновая кислота)

Глицин, взаимодействуя с бензойной кислотой, образует гиппуровую кислоту. На данной реакции основана проба Квика для оценки антитоксической функции печени. Более современная антипириновая проба характеризует активность микросомального окисления в печени.

В реакциях взаимопревращения галактозы и других моносахаридов в качестве промежуточных продуктов образуются нуклеозиддифосфатпроизводные соответсвующих моносаха-ридов. На первом этапе таких превращений галактоза фосфорилируется с участием фермента галактокиназы, в результате образуется галактозо-1-фосфат:

галактоза галактозо-1-фосфат

На следующей стадии галактозо-1-фосфат взаимодействует с уридинтрифосфатом (УТФ). Эту реакцию катализирует фермент галактозо-1-фосфатуридилилтрансфераза, под действием которого обрагалактозо-1-фосфат УДФ-галактоза. Образуется нуклеотидное производное галактозы – уридиндифосфат-галактоза (УДФ-галактоза) и пирофосфат.
В дальнейшем УДФ-галактоза изомеризуется в УДФ-глюкозу под действием специфической НАД-зависимой 4-эпимеразы:

УДФ-галактоза УДФ-глюкоза

После гидролитического расщепления УДФ-глюкоза распадается на два продукта – глюкозо-1-фосфат и уридинмонофосфат (УМФ):

УДФ-глюкоза глюкозо-1-фосфат
Глюкозо-1-фосфат может далее изомеризоваться в глюкозо-6-фосфат, а глюкозо-6-фосфат – во фруктозо-6-фосфат. Таким образом, посредством указанных реакций галактоза может превращаться во фруктозо-6-фосфат, который включается в реакции дыхания, или в глюкозо-6-фосфат, способный превращаться в продукты пентозофосфатного цикла.
Возможен также синтез галактозо-1-фосфата из глюкозо-1-фосфата, так как в клетках организмов содержится фермент глюкозо-1-фосфатури-дилилтрансфераза, катализирующий образование УДФ-глюкозы из глюкозо-1-фосфата и УТФ:
глюкозо-1-фосфат + УТФ → УДФ-глюкоза + Н4Р2О7
Затем УДФ-глюкоза под действием 4-эпимеразы изомеризуется в УДФ-галактозу, при гидролизе которой образуется галактозо-1-фосфат:
УДФ-галактоза + Н2О →галактозо-1-фосфат + УМФ
Взаимопревращения гексоз и пентоз осуществляются в пентозофосфатном цикле и цикле Кальвина. Важное значение для этих реакций имеют ферменты транскетолаза и трансальдолаза, а в пентозо-фосфатном цикле – ещё и фермент фосфоглюконатдегидрогеназа, ката-лизирующий окислительное декарбоксилирование 6-фосфоглюконовой кислоты с образованием рибулозо-5-фосфата. Этот фермент фактически осуществляет превращение гексозы в пентозу. Во взаимных превращениях пентоз также участвуют ферменты рибулозо-фосфатэпимераза и рибозофосфатизомераза, поддерживающие динамическое равновесие между рибулозо-5-фосфатом, с одной стороны, и ксилулозо-5-фосфатом и рибозо-5-фосфатом, с другой стороны.
Ксилоза и арабиноза синтезируются также из гексоз, но другим путём. При этом в качестве промежуточных продуктов образуются нуклеотидные производные глюкуроновой и галактуроновой кислот. На первом этапе осуществляется ситез УДФ-глюкозы из глюкозо-1-фосфата и
УТФ, а затем под действием фермента УДФ-глюкозодегидрогеназы УДФ-глюкоза окисляется в УДФ-глюкуроновую кислоту:

УДФ-глюкоза УДФ-глюкуроновая кислота
Затем УДФ-глюкуроновая кислота подвергается декарбоксили-рованию и превращению в пиранозную форму УДФ-ксилозы:

УДФ-глюкуроновая кислота УДФ-ксилоза
По аналогичному механизму осуществляется синтез УДФ-арабинозы из УДФ-галактозы, при этом в качестве промежуточного продукта образуется УДФ-галактуроновая кислота. УДФ-арабиноза так же, как и УДФ-ксилоза, не накапливается в растительных тканях, а используется для синтеза арабанов. Кроме того, возможны взаимные превращения УДФ-глюкуроновой и УДФ-галактуроновой кислот, а также пираназных форм УДФ-ксилозы и УДФ-арабинозы под действием соответствующих 4-эпимераз.
УДФ-глюкуроновая кислота УДФ-галактуроновая кислота
УДФ-галактуроновая кислота является основным источником галактуроновой кислоты для синтеза пектиновых веществ, а УДФ-глюкуроновая кислота участвует в синтезе ксиланов (в качестве ответвлений), полиуренидов, аскорбиновой кислоты.

Использованная литература
Комов В.П. Биохимия. Москва. Дрофа. 2008
Морозкина Т. С., Мойсеёнок А. Г. Витамины. — Минск: Асар. 2002
Тюкавкина Н.А. Биоорганическая химия. Москва. Дрофа. 2004
Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия. Москва. Просвещение. 1987.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

5 × четыре =

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock detector