Часть 13

БИОСИНТЕЗ БЕЛКА И РОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В ЭТОМ ПРОЦЕССЕ.

Белки различаются между собой природой и последовательностью чередования аминокислот, входящих в их состав. Последовательность включения определенного числа аминокислот в синтезируемую полипептидную цепь осуществляется в соответствии с информацией, заложенной в ДНК. Установлена прямая связь между интенсивностью синтеза белка в клетках и тканях с содержанием в них ДНК и РНК. Экспериментально доказано, что ферментативное расщепление РНК рибонуклеазой и ДНК-дезоксирибонуклеазой подавляет или вовсе прекращает биосинтез белка.

Процесс биосинтеза белка происходит в мельчайших субклеточных структурах- рибосомах. Его можно условно разделить на три этапа. На первом этапе происходит синтез информационной РНК на ДНК и перенос ее к рибосомам (процесс транскрипции -«переписывания»). На этом этапе происходит передача информации о строении синтезируемого белка. Второй этап включает в себя активацию аминокислот, присоединение их к специфическим транспортным РНК и перенос к рибосомам (рекогниция - «узнавание»). Третий этап - собственно рибосомальный синтез белка (трансляция), который состоит в переводе нуклеотидной последовательности и-РНК в аминокислотную последовательность полипептидной цепи.

I этап. Синтез и-РНК происходит в ядре на молекуле ДНК при участии фермента РНК-полимеразы. В определенный момент нити ДНК расходятся и к одной из нитей присоединяются свободные рибонуклеозидфосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ) к соответствующим основаниям в цепочке ДНК по принципу комплементарности. В результате молекула и-РНК в точности повторяет чередование азотистых оснований ДНК и является переносчиком генетической информации. Синтезированная и-РНК выходит из ядра в цитоплазму клетки, где соединяется с рибосомальной РНК (р-рнк).

Установлено, что одна аминокислота закодирована в и-РНК сочетанием трех нуклеотидов -триплетом (кодоном). Так, триплет УУУ (три урацила) определяет включение в полипептидную цепь фенилаланина, а ГАУ (гуанин-аденин-урацил) соответствует аспарагиновой кислоте и т. д.

II этап. Вначале происходит активация аминокислот при участии АТФ и специфического фермента. В результате образуется аминоациладенилат.

АТФ + COOH—CH—R   фермент   АМФ~СО—СН—R+ H₄ P₂O₇

                             ÷           ¾¾¾¾®                    ÷

                           NH₂                                                NH₂

Рекомендуемые материалы

Аминокислота                    Аминоациладенилат         Пирофосфат

 Затем аминоацильная группа с АМФ переносится на транспорт-

тную РНК.

АМФ~СО—СН—R   +  т-РНК              т-phk~co—ch—r + АМФ

                       ÷                                                              ÷        

                      NH₂          . -                                           NH₂

                                                                     Аминоацил т-РНК

Такой комплекс т-РНК с аминокислотой переносится к рибосомам. Для каждой аминокислоты имеется своя т-РНК. В молекуле т-РНК, имеющей конформацию клеверного листа, содержится два важнейших участка. Один из них является акцептором аминоацильной группы, переносимой от аминоациладенилата. Другой участок представляет собой триплет, который выполняет функцию антикодона, т. е. является специфическим кодоном комплементарным  соответствующему кодону и-РНК.

III этап - рибосомный этап синтеза белка. Молекулы т-РНК с соответствующими аминокислотами подходят к рибосоме и присоединяются своими антикодонами к соответствующим кодонам и-РНК. Образование пептидной связи происходит при участии фермента пептид-синтетазы. После каждого образования пептидной связи происходит перемещение на один триплет. По мере продвижения рибосомы вдоль и-РНК «считывается» заключенная в ней информация и синтезируются соответствующие полипептидные цепи. В дальнейшем полипептидные цепи приобретают дисульфидные и водородные мостики, что приводит к формированию вторичной и третичной структуры белка.

 Синтез белка схематически изображен на рис. 16.

 ОБМЕН НУКЛЕОПРОТЕИД0В

Нуклеопротеиды в пищеварительном тракте под действием пепсина и соляной кислоты, а также трипсина, распадаются на простой белок и нуклеиновые кислоты. В ддальнейшем белок подвергается обычным превращениям. Расщепление нуклеиновых кислот происходит в тонком кишечнике под влиянием нуклеазы и дезоксирибонуклеазы. В результате действия нуклеаз нуклеиновые кислоты, распадаются на мононуклеотиды.    В свою очередь нуклеотиды под действием нуклеотидаз распадаются на нуклеозид и фосфорную кислоту. В виде нуклеотидов и нуклеозидов и происходит всасывание продуктов гидролиза нуклеиновых кислот.

Нуклеиновые кислоты могут также распадаться в клетках тканей под действием тканевых нуклеаз и тканевых нуклеотидаз. Присутствующие в тканях специфические нуклеозидазы подвергают дальнейшему гидролитическому распаду нуклеозиды до пентоз и азотистых оснований.

Конечные продукты превращений пуриновых оснований у раз личных видов животных неодинаковы. У человека и человекообразных обезьян конечным продуктом обмена пуринов является мочевая кислота. Мочевая кислота поступает в кровоток и выводится почками. У большинства млекопитающих мочевая кислота d превращается в аллантоин. Пуриновые основания прежде всего подвергаются дезаминированию. При дезаминировании аденина образуется гипоксантин, который окисляется в ксантин. Гуанин превращается сразу в ксантин. Далее ксантин окисляется в мочевую кислоту, а последняя - в аллантоин. При таком распаде сохраняется пуриновое ядро.

                 +  H₂O             Гипосантин

Аденин      ¾¾¾®               ÷

                      - NH₃                   ÷

                                                  ÷     +  H₂O   Мочевая

                    +  H₂O                   ¯      ^¾¾®     кислота       ^¾¾®Аллантоин

Гуанин        ¾¾®           Ксантин    -2H

            - NH₃

Отличительной чертой распада пиримидиновых оснований в тканях многих животных является разрыв в конечном итоге пири-мидинового кольца. Конечными продуктами распада цитозина и урацила является аминокислота b-аланин и углекислый газ, а тимина - b-аминоизомасляная кислота, аммиак и углекислый газ. Продукты распада пиримидиновых оснований выводятся с мочой.

Синтез пуринового кольца сложен, хотя и идет из весьма простых веществ –CO₂, глицина, аспарагиновой кислоты, муравьиной кислоты и глютамина. Наряду с этими веществами в его построение вовлекается рибозо-5-фосфат. В результате образуются не свободные пуриновые основания, а мононуклеотиды.

Исходным веществом для синтеза пиримидиновых нуклеотидов является карбамилфосфат. Последний образуется из NH₃ и СО₂ при участии АТФ. Далее карбамил переносится на аминогрyппу аспарагиновой кислоты, в результате чего образуется кар-бамиласпарагиновая кислота и Н₃Р0₄. Сближение аминной и карбоксильной групп в молекуле карбамиласпарагиновой кислоты приводит к замыканию кольца с образованием дигидрооротовой кислоты. Последняя окисляется с участием флавинзависимых дегидрогеназ в оротовую кислоту.

                     OH     

                     ÷                                       -Н₃РО₄                         -H₂O

NH₂-CO -O~Р.=O  +  Аспарагиновая  _¾¾® Карбамиласпара- _¾®

                     ÷                кислота                     гиновая кислота

                     OH                                                               

(Карбамилфосфат)

                                                                                             O

                                                                                             ÷÷

                                                                                             C

                                                                                      HN      CH

Дигидрооротовая                  -2H                                  ÷          ÷÷

       ¾®     кислота                ¾®                           O=C        C-COOH

                                                                                                               

                                                                                              NH

                                                                                Оротовая кислота

Оротовая кислота является предшественником всех пиримидиновых оснований. Оротовая кислота вступает в соединение с рибозо-5-фосфатом, и образуется пиримидиновый нуклеотид оротидин-5-фосфат. Его декарбоксилирование приводит к возникновению уриди-ловой кислоты.

В основе синтеза нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) лежат два принципа: матричный принцип и принцип комплементарности .

ГЛАВА 10. ВЗАИМОСВЯЗЬ МЕЖДУ ОБМЕНОМ БЕЛКОВ ЖИРОВ И УГЛЕВОДОВ

 СВЯЗЬ МЕЖДУ ОБМЕНОМ БЕЛКОВ И УГЛЕВОДОВ

В процессе распада углеводов образуются кетокислоты, которые могут подвергаться аминированию или переаминированию и дать соответствующие a-аминокислоты - структурные элементы белков. Например, путем аминирования или переаминирования пировиноградная кислота, являющаяся продуктом распада углеводов, может превратиться в аминокислоту -аланин. Кроме того, пировиноградная кислота в результате дальнейших превращений дает щавелевоуксусную (СООН—СН₂—СО—СООН) и a-кетоглютаровую (СООН—СН₂—СН₂—СО—СООН) кислоты, из которых путем реакции аминирования и переаминирования соответственно образуются аспарагиновая и глютаминовая аминокислоты.

И наоборот, углеводы в животном организме могут синтезироваться из продуктов окисления белков. Углеводы образуются из тех аминокислот, которые при своем дезаминировании превращаются в кетокислоты.

 СВЯЗЬ МЕЖДУ ОБМЕНОМ УГЛЕВОДОВ И ЖИРОВ

Единство в обмене углеводов и жиров доказывается возникновением общих промежуточных продуктов распада. При распаде углеводов образуется пировиноградная кислота, а из нее -активная уксусная кислота -ацетил-КоА, который может быть использован в синтезе жирных кислот. Последние при своем распаде дают ацетил-КоА. Для синтеза нейтрального жира необходим кроме жирных кислот и глицерин. Глицерин также может синтезироваться из продуктов распада углеводов, а именно, из фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона. И наоборот, при распаде глицерина могут образовываться фосфотриозы.

СВЯЗЬ МЕЖДУ ОБМЕНОМ БЕЛКОВ И ЖИРОВ

Многие заменимые аминокислоты могут синтезироваться из промежуточных продуктов расщепления жиров. Возникающий при распаде жирных кислот цетил-КоА вступает в конденсацию с щавелевоуксусной кислотой и через цикл трикарбоновых кислот приводит к образованию a-кетоглютаровой кислоты. Кетоглютаровая кислота в результате аминирования или переаминирования переходит в глютаминовую. Глицерин, входящий в состав нейтральногo жира, окисляется в глицериновую кислоту и в дальнейшем превращается в пировиноградную, а последняя используется для синтеза заменимых аминокислот.

Использование белков для синтеза жира осуществляется через образование ацетил-КоА.

                             -NH₃, —2H, +Н₂О                         +КоА

Аминокислота                                   a-кетокислота          ацетил-КоА)                                   

                                 

.

Далее ацетил-КоА может быть использован для синтеза жирных кислот. Глицерин образуется лишь за счет тех аминокислот, которые способны превращаться в пировиноградную кислоту.

ГЛАВА 11. ВОДНО-СОЛЕВОЙ ОБМЕН

РОЛЬ ВОДЫ В ОРГАНИЗМЕ И ЕЕ ОБМЕН

Вода- важнейшая составная часть живого организма. Организмы без воды существовать не могут. Без воды человек погибает менее чем через неделю, тогда как без пищи, но получая воду он может прожить более месяца. Потеря организмом 20% воды приводит к смерти. В организме содержание воды составляет ²/₃ от массы тела и изменяется с возрастом. Количество воды в разных тканях различно. Суточная потребность человека в воде примерно составляет 2,5 л. Эта потребность в воде покрывается за счет введения в организм жидкостей и пищевых продуктов. Эту воду считают экзогенной. Воду, которая образуется в результате окислительного распада в организме белков, жиров и углеводов, называют эндогенной.

Вода является средой, в которой протекает большинство реакций обмена. Она принимает непосредственное участие в обмене веществ. Определенная роль принадлежит воде в процессах теплорегуляции организма. С помощью воды происходит доставка тканям и клеткам питательных веществ и удаление из них конечных продуктов обмена.

Выделение воды из организма осуществляется почками - 1,2- 1,5 л, кожей - 0,5 л, легкими — 0,2—0,3 л. Обмен воды регулируется нервно-гормональной системой. Задержке воды в организме способствуют гормоны коры надпочечников (кортизон, альдостерон) и гормон задней доли гипофиза вазопрессин. Гормон щитовидной железы тироксин усиливает выведение воды из организма.

Рекомендация для Вас - Заключение.

 

ОБМЕН МИНЕРАЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Минеральные соли относятся к числу пищевых незаменимых веществ. Минеральные элементы не обладают питательной ценностью, но они нужны организму как вещества, участвующие в регуляции обмена веществ, в поддержании осмотического давления, для обеспечения постоянства рН внутри- и внеклеточной жидкости организма. Многие минеральные элементы являются структурными компонентами ферментов и витаминов.

В состав органов и тканей человека и животных входят макроэлементы и микроэлементы. Последние содержатся в организме в очень незначительных количествах. В различных живых организмах, как и в теле человека, в наибольшем количестве встречаются кислород, углерод, водород, азот. Эти элементы, а также фосфор и сера, входят в состав живых клеток в виде различных соединений. К макроэлементам следует отнести также натрий, калий, кальций, хлор и магний. Из микроэлементов в организме животных обнаружены следующие:медь, марганец, йод, молибден, цинк, фтор, кобальт и др. Железо занимает промежуточное положение между макро- и микроэлементами.

Минеральные вещества в организм поступают только с пищей. Затем через слизистую оболочку кишечника и кровеносные сосуды- в воротную вену и в печень. В печени происходит задержка некоторых минеральных веществ: натрия, железа, фосфора. Железо входит в состав гемоглобина, участвуя в переносе кислорода, а также в состав окислительно-восстановительных ферментов. Кальций входит в состав костной ткани и придает ей прочность. Кроме того, играет важную роль при свертывании крови. Очень для организма фосфор, который встречается кроме свободного (неорганического) в соединениях с белками, жирами и углеводами. Магний регулирует нервно-мышечную возбудимость, активизирует многие ферменты. Кобальт входит в состав витамина В₁₂. Йод участвует в образовании гормонов щитовидной железы. Фтор встречается в тканях зубов. Натрий и калий имеют большое значение в поддержании осмотического давления крови.

Обмен минеральных веществ тесно связан с обменом органических веществ (белков, нуклеиновых кислот, углеводов, липидов). Например, ионы кобальта, марганца, магния, железа необходимы для нормального обмена аминокислот. Ионы хлора активируют амилазу. Ионы кальция оказывают активирующее действие на липазу. Окисление жирных кислот идет более энергично  в присутствии ионов меди и железа.