Общие пути обмена аминокислот

Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацемизации. Рассмотрим подробно первые четыре реакции, имеющие значение для всех живых организмов. Реакции рацемизации характерны только для микроорганизмов; открыты ферменты, катализирующие рацемизацию ряда

аминокислот (Ала, Глу, Про, Мет, Лиз, Сер) и эпимеризацию оксипролина и α,ε диаминопимелиновой кислоты. Физиологическая роль рацемаз

микроорганизмов сводится, вероятно, к синтезу D-изомеров аминокислот

для построения клеточной оболочки.

Дезаминирование аминокислот

Доказано существование 4 типов дезаминирования аминокислот (отщеп-

ление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные системы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты реакции. Во всех случаях NH2-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака.

 

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА

В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам. Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, они входят в состав цитоплазмы. Белки обладают необычайно высокой реакционной способностью. Они наделены каталитическими функциями, т. е. являются ферментами, поэтому белки опреде ляют направление, скорость и теснейшую согласованность, сопряженность всех реакций обмена веществ. Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль в наследственности, изменчивости организма, в синтезе белка. Процесс синтеза белка является очень сложным многоступенчатым процессом. Совершается он в специальных органеллах — рибосомах. В клетке содержится большое количество рибосом. Например, у кишечной палочки их около 20 000.

Активирование аминокислот

Необходимым условием синтеза белка, который в конечном счете сводится

к полимеризации аминокислот, является наличие в системе не свободных,

а так называемых активированных аминокислот со своим внутренним запасом энергии. Активация свободных аминокислот осуществляется при помощи специфических ферментов – аминоацил-тРНК-синтетаз – в

присутствии АТФ. Этот процесс протекает в две стадии: Обе стадии катализируются одним и тем же ферментом. На I стадии

аминокислота вступает в реакцию с АТФ, при этом освобождается пирофосфат и образуется промежуточный продукт, который на II стадии реагирует с соответствующей 3'-ОН-тРНК, в результате чего образуется

аминоацил-тРНК (аа-тРНК) и освобождается АМФ. Аминоацил-тРНК располагает необходимым запасом энергии и имеет следующее строение. Процессы трансляции

Многоступенчатый матричный синтез белка, или собственно трансляцию, протекающую в рибосоме, также условно делят на 3 стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Инициация трансляции. Стадия инициации, являющаяся ≪точкой отсчета≫ начала синтеза белка, требует соблюдения ряда условий, в частности наличия в системе, помимо 70S (или 80S) рибосом, инициаторной аминоацил-тРНК (аа-тРНК), инициирующих кодонов в составе мРНК и белковых факторов инициации. Экспериментально доказано, что синтез белка инициирует единственная аминокислота – метионин. В кодовом ≪словаре≫ имеется только один кодон для метионина (АУГ), однако во всех живых

организмах открыты две тРНК для метионина: одна используется при инициации синтеза белка, другая – для включения метионина во внутреннюю структуру синтезируемого полипептида в стадии элонгации. Элонгация трансляции. Процесс элонгации полипептидной цепи у Е. coli начинается с образования первой пептидной связи и непосредственно,

точнее топографически, связан с большой субчастицей (50S) рибосомы, содержащей два центра для связывания тРНК: один из них называется аминоацильным (А), другой – пептидильным. В процессе элонгации у Е. coli также участвует три белковых фактора –

элонгационные факторы трансляции, сокращенно обозначаемые Tu, Ts). У эукариот также открыты три таких фактора,

названных эукариотическими элонгационными факторами трансляции и

обозначаемых соответственно eEF-1α (мол. масса 53000), eEF-1αβ (мол. масса 30000) и eEF-2; почти все они получены в чистом виде, для ряда из них установлена первичная структура. Процесс элонгации принято делить на 3 стадии: узнавание кодона и связывание аминоацил-тРНК, образование пептидной связи и трансло-

кация. Терминация трансляции. На IV стадии биосинтеза белка завершается синтез полипептидной цепи в 70S рибосоме при участии трех белковых факторов терминации (рилизинг-факторов). Эукариотический рилизинг-фактор eRF узнает все три терминирующих кодона (нонсенс-кодоны) и индуцирует освобождение синтезированного полипептида опосредованно через пептидил-

трансферазу. После того кактерминирующий кодон мРНК занимает свое место в аминоацильном центре рибосомы, к нему присоединяется не тРНК, поскольку отсутствуют соответствующие антикодоны тРНК, узнающие этот терминальный сигнал, а один из белковых факторов терминации

и блокируется далнейшая элонгация цепи.

Природа генетического кода

Проблема синтеза белка тесно связана с понятием генетического кода.

Генетическая информация, закодированная в первичной структуре ДНК, еще в ядре переводится в нуклеотидную последовательность мРНК. Вопрос

о том, каким образом эта информация передается на белковую молекулу,

долго не был ясен. Первые указания на существование прямой линейной

зависимости между структурой гена и его продуктом – белком можно найти. В серии изящных опытов с применением методов генетического картирования иеквенирования он показал, что порядок изменений в структуре мутантного гена триптофансинтазы у соответствует порядку изменений в аминокислотной последовательности молекулы белка-фермента. Другими словами, код является линейным, однонаправленным и непрерывающимся: АЦГУЦГАЦЦ. Это свойство генетического кода обеспечивает синтез точной и в высшей степени упорядоченной последовательности аминокислотных остатков в молекуле белка.

 

Кровь – жидкая ткань, осуществляющая в организме транспорт химических

веществ (в том числе кислорода), благодаря чему происходит интеграция биохимических процессов в различных клетках и межклеточных пространствах в единую систему. Кроме того, кровь выполняет защитную, регуляторную,терморегуляторную и другие функции.Кровь состоит из плазмы и взвешенных в ней форменных элементов.

К последним относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты.

 

СИСТЕМА СВЕРТЫВАНИЯ КРОВИ

Способность крови свертываться с образованием сгустка в просвете крове-

носных сосудов при их повреждении была известна с незапамятных времен. В ходе реакции, катализируемой тромбином, первые два вещества, соединяясь между собой, образуют фибрин. Циркулирующая в сосудах

кровь не свертывается по причине отсутствия в ней тромбина. Проферментом тромбина является протромбин, для процесса свертывания необходимы тромбокиназа тромбоцитов и ионы кальция. Современные представления о свертывании крови

При повреждении кровеносного сосуда кровотечение может продолжаться

различное время. Если сосуд небольшой, то кровотечение быстро прекращается, происходит гемостаз. Выделяют 4 фазы гемостаза.Первая фаза – сокращение поврежденного сосуда. Вторая фаза – образование в месте повреждения рыхлой тромбоцитарной пробки, или белого тромба. Имеющийся в участке повреждения

сосуда коллаген служит связующим центром для тромбоцитов. При агрегации тромбоцитов освобождаются вазоактивные амины, например серотонин и адреналин, а также метаболиты простагландинов, например тромбоксан, которые стимулируют сужение сосудов. Третья фаза – формирование красного тромба (кровяной сгусток). Четвертая фаза – частичное или полное растворение сгустка. Различают три типа тромбов, или сгустков. Белый тромб образуется из тромбоцитов и фибрина; в нем относительно мало эритроцитов. Формируется он в местах повреждения сосуда в условиях высокой скорости кровотока (в артериях). Второй вид тромбов – диссеминированные отложения

фибрина в очень мелких сосудах (в капиллярах). Третий вид тромбов – красный тромб. Он состоит из эритроцитов и фибрина. Морфология красного

тромба сходна с морфологией сгустков, образующихся в пробирке. Красные тромбы формируются in vivo в областях замедленного кровотока при отсутствии патологических изменений в стенке сосуда или на измененной стенке сосуда вслед за инициирующей тромбоцитарной пробкой.