1631210425-94f98af5da8f4925725dbcaee76505dc (Лекция 16 - Окислительно-восстановительные реакции)

ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВОбратите внимание! Необходимо выполнять домашнее задание!Вопросы задаются в слайдах презентации. Они помечены красным жирным шрифтом.Кому недостаточно материала презентации, загляните на стр. учебника Д.Г. Кнорре, Т.С.Годовикова. С.Д. Мызина, О.С.

Федорова «Биоорганическая химия». Учебник: Северин«Биохимия».Ребята, сегодня (2 февраля) у нас лекционное занятие будет проходить дистанционно. С 9февраля лекции буду походить в очной форме в конференц-зале.ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВОкислительно-восстановительные реакции.Гидроксилирование пролина и лизина. Предполагаемый механизм гидроксилирования с участием кислорода, ионов Fe2+, -кетоглутаровойи аскорбиновой кислот.Тиол-дисульфидный обмен. Образование в ходе посттрансляционной модификации белков в эндоплазматическом ретикулумедисульфидных мостиков между остатками цистеина. Идентификация индивидуальных полипептидных цепей. Реакции тиолдисульфидного обмена и медицина.

Ацетилцистеин.Иммобилизация пептидов и белков на носителе через реакцию тиол-дисульфидного обмена.Сопряженная восстановительно-окислительная пара цистеин-цистин. Окисление тиолатного аниона в присутствии оксида азота собразованием цистеинилнитроксида. Отличительные особенности окисления сульфгидрильной группы остатка цистеина и гомоцистеинав белках.Введение карбоксилатных анионных групп по боковому радикалу глутамата: роль витамина К в процессе карбоксилирования. Проблемыв идентификации продуктов модификации.ГЛИКОЗИЛИРОВАНИЕ БЕЛКОВ (реакции нуклеофильного замещения)Гликопротеины и протеогликаны.Сахара в живой природе встречаются не только в самостоятельномвиде, но и в виде более сложных конструкций, в частности аддуктов сбелками – гликопротеинов и высокомолекулярных соединений,состоящих из белка с высокой степенью гликозилирования, углеводныеостатки которых представляют собой длинные неразветвленныеполисахаридные цепи.Присоединение олигосахаридов к белкам (гликозилирование) являетсяодним из важнейших видов посттрансляционной модификации белков.Эта модификация обеспечивает локализацию белка внутри клетки.Обычно остатки сахара связаны с амидной группой аспарагина илиОН-группами серина, треонина или гидроксилизина.Многие белки, включая транскрипционные факторы, белки ядерныхпор, онкопротеины, содержат моносахаридный остаток Nацетилглюкозамина, который вводится в белок с помощью O-GlcNAcтрансферазы и отщепляется соответствующей гидролазой.Короткие О-гликозидные цепи в О-гликопротеинах, важные дляпроявления транскрипционной активности, могут служить элементомузнавания при взаимодействии с мембранными клеточнымирецепторами, принимающими участие в проведении сигнала в клетку..РЕАКЦИИ ГИДРОКСИЛИРОВАНИЯ.Модификация углеводородной цепи боковых радикалов аминокислотРеакция гидроксилирования протекает по центрамв остатках аминокислот, которые не являютсянуклеофилами: СН2–группам пролина, лизина иаспарагина с образованием 3-гидроксипролина,4-гидроксипролина, 5-гидроксилизина и 3гидроксиаспарагина, соответственно.Справа представлена схема процесса окисленияпролина.

По аналогичному пути протекаетгидроксилирование лизина и аспарагина. Реакциигидроксилирования катализируют оксигеназы,связанныесмембранамимикросом.Необходимыми компонентами этой реакцииявляются -кетоглутарат, кислород, и витамин С(аскорбиновая кислота).РЕАКЦИИ ГИДРОКСИЛИРОВАНИЯRГидроксилирование остатков аминокислотв молекуле катализируется кетоглутаратзависимыми гидроксилазами,имеющими в активном центре Fe(II).

Длясохранения атома железа в ферроформенеобходим восстанавливающий агент.Роль этого агента выполняет аскорбиноваякислота, которая легко окисляется вдегидроаскорбиновую кислоту. Обратноепревращение происходит вферментативном процессе за счетвосстановленного глутатиона.Перенос гидроксильного радикала ОН отFe3+ОН к СН приводит кгидроксилированию боковой цепиаминокислотного остатка, которая неявляется электрондонорной и невыступает в качестве нуклеофила.Монооксигеназы, катализирующиереакцию гидроксилирования,присоединяют гидроксильный радикалстереоспецифически.-KG-OOCCH2 CH2ONH2OH2ONH2OOFeNNHCH2OOFeсубстратHisCH HAspHisNHCOCH2OCH HCH CHNCH CH2OCHisCHNCCC OH2OAspRC OHisCOCH OHгидроксилированныйпродукт-OOCCH2 CH2сукцинатH2OOFeHisAspHisO2C OOCH HCH HROOC ORHisC OCFeOAspHisCO2OO2FeHisHisAspПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ И ХИМИЧЕСКАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.Большое значение для функционирования ивнутриклеточного транспорта белков имеетпост-трансляционная модификация отдельныхаминокислотных остатков, например, ихгликозилирование (см.

4, 5, 8 на рис. справа),фосфорилирование (см. 7 на рис. справа).Данные процессы мы обсуждали на лекциях 13и 15, соответственно.Как уже отмечалось в лекции 12, установление«оптимального набора» взаимодействий,стабилизирующих нативную конформациюбелка, происходит относительно медленно, чтоопределяется невысокой скоростьюнеобходимых структурных перестроек. К ихчислу наряду с цис/транс-изомеризациейпептидной связи, предшествующей остаткупролина (см. 3 на рисунке справа, лекция 12),относится образование и изомеризациядисульфидных связей (см. 2 на рисунке справа).О реакциях тиол-дисульфидного обмена речьпойдет на следующих слайдах.ПОСТТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ БЕЛКОВ.Внутриклеточная регуляция формирования нативной пространственной структуры белков.Ферменты, ускоряющие процесс сворачивания.Фермент (протеиндисульфиддиизомераза, ПДИ),ускоряющий процесс сворачивания, катализируетобразование и изомеризацию дисульфидных связей.

Онлокализуется в просвете эндоплазматическогоретикулума и способствует сворачиваниюсекретируемых клетками белков, содержащихдисульфидные мостики (например, альбумина,инсулина, иммуноглобулинов). Рисунок справа поясняетроль этого фермента в образовании дисульфидныхсвязей, стабилизирующих нативную структуру белка, ив расщеплении «неправильных» S-S-мостиков.Большинство внутриклеточных белков лишеныдисульфидных связей. Однако такие связираспространены в белках, секретируемых клеткой вовнеклеточное пространство.

Полагают, что этиковалентные связи стабилизируют конформацию белковвне клетки и предотвращают их денатурацию. К такимбелкам относится, например, инсулин. Число такихмостиков у различных белков варьирует в широкихпределах. Например, в молекуле панкреатическойрибонуклеазы имеется 4 мостика, а у сывороточногоальбумина человека – 17.Реакции тиол-дисульфидного обменаРеакции тиол-дисульфидного обменаиспользуют при изучении белков. В качествепримера можно привести взаимодействие их с5,5’-дитио-бис(2-нитробензойной) кислотой(реактив Эллмана), при которой в хиноиднойформе освобождается 2-нитро-5меркаптобензойная кислота.

Образование еелегко регистрируется по появлениюхарактерного поглощения в видимой областиспектра (максимум при 412 нм), что позволяетп этой реакции определять количество SHгрупп в белках.Имеет интенсивную желтую окраску(λ412 нм; ℇ=14100 М-1 см-1 )Реакции тиолдисульфидного обмена: Медицина.Ацетилцистеин.В схемы лечения короновируснойинфекции включают ацетилцистеин(NAC).В тоже время больные для снижениятемпературы применяют парацетамол.Реакции тиол-дисульфидного обмена: Медицина.Ацетилцистеин.Оказывает муколитическое действие, увеличивает объем мокроты,облегчает ее отхождение за счет прямого воздействия на реологическиесвойства мокроты. Действие ацетилцистеина связано со способностьюего сульфгидрильных групп разрывать внутри- и межмолекулярныедисульфидные связи кислых мукополисахаридов мокроты, чтоприводит к деполяризации мукопротеидов и уменьшению вязкостимокроты.Ацетилцистеин легко проникает внутрь клетки, деацетилируется до Lцистеина, из которого синтезируется внутриклеточный глутатион.Глутатион - высокореактивный трипептид, мощный антиоксидант ицитопротектор, нейтрализующим эндогенные и экзогенные свободныерадикалы и токсины.

Ацетилцистеин предупреждает истощение испособствует повышению синтеза внутриклеточного глутатиона,участвующего в окислительно-восстановительных процессах клеток,способствуя детоксикации вредных веществ. Этим объясняетсядействие ацетилцистеина в качестве антидота при отравлениипарацетамолом.Реакции тиол-дисульфидного обмена.The efficiency of disulfiram (Antabuse) as a drug used for the treatment of alcohol abuse is limited by the factthat it is degraded rapidly in the tissues and in the serum (Agarwal et al., 1986).Дисульфирам является ингибитором ферментаацетальдегиддегидрогеназы.

Подавляя выработку данногофермента в печени, останавливает процессраспада этанола до углекислого газа и воды на стадии уксусногоальдегида, который является тканевым ядом. В результатенакопления ацетальдегида в организме человека, употребившегоспиртное на фоне приема дисульфирама, возникает остраяинтоксикация, которая сопровождается неприятными,болезненными ощущениями, такими как «приливы» крови клицу, тошнота рвота, общее недомогание, такихардия,понижение давления. Такая реакция при употреблении алкоголяна фоне приема дисульфирама называется дисульфирамэтаноловой реакцией. В результате происходит выработкаусловно-рефлекторной реакции отвращения к вкусу и запахуэтанола.«Эксплуатация» реакций тиол-дисульфидного обмена биоорганикамиБольшинство объектов биоорганическойхимии выделяются из природногоматериала (биомассы) в виде смесибольшого числа различных веществ.

Для ихвыделения используются все основныеприемы, применяемые в химии нелетучихсоединений – осаждение, кристаллизация,различные виды хроматографии. В общемслучае удобным приемом ковалентнойиммобилизации белков на носительявляется использование реакций тиолдисульфидного обмена. Это позволяетсорбировать выделяемый объект израствора, отделив его от всех другихприсутствующих в том же растворекомпонентов, а затем его десорбироватьсоответствующим изменением условий.Цистеин и цистин составляют сопряженную восстановительноокислительную паруПри радиационном воздействии наживые организмы возникаютсильные окислители, называемыеактивными формами кислорода.Наряду с окислителями при этомвоздействии в организме возникаютдругие токсиканты –короткоживущие сильныевосстановители: гидратированныйэлектрон и атомарный водород.Компоненты сопряженнойвосстановительно-окислительнойпары цистеин-цистин активновзаимодействуют и с теми, и сдругими агрессивно-токсичнымичастицами, нейтрализуя их.ОКИСЛЕНИЕ ТИОЛАТНОГО АНИОНА В ПРИСУТСТВИИ ОКСИДА АЗОТА СОБРАЗОВАНИЕМ ЦИСТЕИНИЛНИТРОКСИДА• Образующиеся соединения CysSNO участвуют в окислительнойсигнализации в клетке.SHSCHNHCO+ H+CHNH.S-CO-1e-.SNOCHNHCOCHNHCONOОкисление SH-групп.