Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Например, синтезировали определенные аминокислоты, сахара и жирные кислоты, в состав которых вводили стабильные изотопы, а затем добавляли эти соединения в пищу животным или к препаратам ш ч1го, чтобы можно было следить за их метаболизмом (определять время полужизни, превращение в другие биомолекулы и т.д.). Именно таким способом были выяснены многие аспекты метаболизма белков, углеводов и липидов. Стало ясно, что метаболизм — очень активный процесс: большая часть соединений в клетке постоянно синтезируется и распадается, хотя скорости этих процессов могут сильно различаться. Суммирование всех этих результатов позволило Шонхеймеру сформулировать представление о <<динамической природе метаболизма».
Очень важное значение имело последующее использование радиоактивпых изотопов и приборов, позволяющих определять их количество. Стабильные и радиоактивные изотопы, широко используемые при работе с биологическими системами, перечислены в табл. 2.8. Их применение сыграло решающую роль в развитии ряда областей биохимии. Многие исследования простых и сложных биомолекул гп лт о и ш ч1го в значительной мере опираются именно на использование изотопов. Тот прогресс, который был Тябгяпвг 2.б. Изотопы, наиболее широко используемые в биохимических исследованиях достигнут в последнее время в секвенировании нуклеиновых кислот и в развитии радиоиммунных методов для измерения очень малых количеств соединений в биологических системах, также был обусловлен в значительной степени применением изотопов.
ОСНОВНЫЕ ДОСТИЖЕНИЯ БИОХИМИИ Суммируем основные достижения в области биохимии, в особенности в биохимии человека. ° Определен химический состав клеток, тканей и целого организма. Выделены основные соединения„ присутствующие в этих системах, и установлена их структура. ° Выяснены — по крайней мере в общих чертах-- функции многих простых биомолекул. Установлены также функции наиболее важных сложных биомолекул.
Центральное место среди всех этих открытий принадлежит установлению того факта, что ДНК вЂ” это генетический материал и содержащаяся в нем информация передается от нее одному из видов РНК (информационной РНК), которая в свою очередь определяет последовательность аминокислот в белках. Поток информации, исходно заключенной в ДНК, удобно представить в виде схемы ДНК- РНК- Белок.
° Выделены главные органеллы животных клеток, установлены их основные функции. Э Показано. что почти все реакции„протекающие в клетках, катализируются ферментами; многие ферменты получены в чистом виде и изучены, выявлены общие принципы механизмов их действия. ° Прослежены метаболические пути синтеза и распада главных простых и сложных биомолекул. Показано, что пути синтеза данного соединения в общем случае отличаются от путей его распада. ° Выяснены многие аспекты регуляции метаболизма. Э В общих чертах установлено, каким образом клетки запасают и используют энергию. ° Выяснены основные особенности строения и функции различных мембран, показано, что основными их компонентами являются белки и липиды.
° Накоплено значительное количество данных о механизме действия главных гормонов. ° Установлены биохимические основы значительного числа заболеваний. КАК МАЛО МЫ ЗНАЕМ Нисколько не умаляя значения того огромного количества биохимических данных, которое накоплено к настоящему времени, очень важно уяснить, как скудны наши знания во многих областях биохимии. Среди тех проблем, которые еще предстоит решить, пожалуй, наиболее важны две: выяснение 2О Глава 2 биохимических основ индивидуального развития и дифференцировки и функций мозга. Хотя хвпиическая природа генетического материала детально изучена, о механизме включения и выключения генов в процессе развития организма мы не знаем почти ничего.
Выяснение механизма рогуляцявв генов совершенно необходимо для изучения процессов дифференцировки клеток и превращения нормальных клеток в раковые. Сейчас о делении и росте клеток— нормальных и опухолевых — и о регуляции этих процессов мы знаем крайне мало. Практически ничего не известно о биохимической основе сложных процессов нервной деятельности, включая такие явления, как сознание и память. Весьма ограниченны сведения о механизмах клеточной секрецпи. Несмотря на определенный прогресс, неизвестна молекулярная природа многих распространенных генетических болезней; впрочем, можно надеяться, что в ближайшие несколько лет благодаря развитию техники рекомбинантных ДНК здесь будут достигнуты заметные успехи. К началу следующего века, а возможно, и раньше, будет определена нуклеотидная последовательность всего генома человека; правда, остаются сомнения, является лн этот подход оптимальным с точки зрения использования человеческих н финансовых ресурсов.
ЛИТЕРАТУРА Гге!уеИег г!. РЬув1са1 Ввсйепив!гу: Арр!1сайопз !о ВюсЬепп'- в~гу апд Мо1еси1аг Вю)о8у, Ргеептап, 1982. Ггигон 1. Я. Мо!ест!ез апд?.пе: Н1з!опса1 Евваув оп !Ье 1пгегр1ау ог" Сцепив!гу апг! Вю1ояу, Ът'йеу-1пгетзс1епсе, 1972. Юепбегк К. А. ТЬе гпо1есп1ев ог" 1Ые, Яс). Агп. (Ось), 1985, 2Я, 48. !Интересны и асе другие статьи зтого номера журнала.) Раздел 1 Структура и функции белков и ферментов Глава 3 Аминокислоты Виктор Родуэлл ВВЕДЕНИЕ АМИНОКИСЛОТЫ В живых клетках синтезируется множество макромолекул (белков, нуклеиновых кислот, полисахаридов), которые играют роль структурных компонентов, биокатализаторов, гормонов, рецепторов илн хранилищ генетической информации.
Этн макромолекулы представляют собой бионалнмеры, построенные из вюномериых единиц, или строительных блоков. В нуклеиновых кислотах мономерными единицами служат нуклеотиды, в сложных полисахаридах — сахара и их производные, в белках— Ь-а-аминокислоты. Белки помимо аминокислот могут содержать н другие компоненты, однако трехмерная структура белков, а следовательно, и их биологические свойства определяются в основном аминокислотным составом, порядком чередования аминокислот в полипептидной цепи и как следствие их взаимным пространственным расположением.
Аминокислоты в клетках выполняют множество важных функций; некоторые из биологически важных соединений, образующихся из аминокислот, приведены в табл. 3.4 и 3.5. БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Аминокислоты, являясь строительными блоками пептидов и белков, выполняют и ряд других важных функций. Некоторые из них, по-видимому, участвуют в передаче нервных импульсов; примерами служат глицин и глутамнновая кислота. В пище должны содержаться незаменимые аминокислоты, поскольку организм человека не способен синтезировать их в количествах, достаточных для роста (в детстве) и поддержания здоровья (во взрослом состоянии); В результате метаболизма аминокислот образуются многие соединения, имеющие биомедицинское значение. Например, при декарбоксилировании некоторых аминокислот образуются соответствующие амины, и некоторые из них [гистамин, уаминомасляная кислота (ГАМК)) выполняют важные биологические функции.
Ряд заболеваний связан с нарушениями транспорта аминокислот внутрь клеток. Эти заболевания часто сопровождаются значительным повышением содержания одной или нескольких аминокислот в моче; такое состояние называют аминоацидурией. Аминокислоты содержат в качестве функциональных групп аминогруппу и карбоксильную группу. В а-аминокислотах обе они связаны с одним и тем же (а) углеродным атомом (рнс.
3.1). В природе существует около 300 аминокислот, однако в белках обнаружены только 20 из них. В результате полного гидролиза' белков высвобождается 20 $:а-аминокислот (табл. 3.2). Одни и те же 20 аминокислот присутствуют в белковых молекулах всех форм жизни — растений, животных н микроорганизмов. Почему это так — мы поймем позже, когда будем обсуждать универсальную природу генетического кода (гл.
30). Однако в ряде белков встречаются производные некоторых аминокислот, образующиеся уже после включения обычных аминокислот в молекулу белка (табл. 3.4). За исключением глнцнна, у которого К вЂ” это атом водорода, у всех аминокислот четыре группы, связанные с а-углеродным атомом, различны. Благодаря тетраэдрическому расположению четырех ' Гидролиз — зто разрыв ковалентной связи с присоединением атомов молекулы воды. 22 Глава 3 Н ~а й-С- МН, 1 СООН нн .~Й .Он О Рвс.
ЗЛ. Два способа изображения а-аминокислоты. разных групп относительно а-углеродного атома аминокислота обладает оптической активностью (способностью поворачивать плоскость поляризации плоскополяризованного света). Одни аминокислоты, входящие в состав белков, являются (при рН 7,0) правовращающими, а другие — левовращающимн, однако все онн имеют абсолютную конфигурацию Ь-глицеральдегида и поэтому являются 1,-а-аминокислотами. ИОННЫЕ ФОРМЫ АМИНОКИСЛОТ Аминокислоты несут по крайней мере две слабоионизнруемые кислые группы, — СООН н — ХН;.
В растворе эти группы находятся в двух формах, заряженной и незаряженной, между которыми поддерживается протонное равновесие: К вЂ” СООН К вЂ” СОО + Н', К вЂ” ХН ТАК вЂ” ХН +Н К вЂ” СООН и К вЂ” ХН+ здесь являются нротонироваииымя партнерами, т.е. кислотами, а К вЂ” СОО— и К вЂ” МН,— сопряженными основаниями (т.е. акцепторами протонов) соответствующих кислот.
И К— СООН, и К вЂ” ХН',— это слабые кислоты, и все же К вЂ” СООН является в несколько тысяч раз более сильной кислотой, чем К вЂ” ИН",. При значениях рН, характерных для плазмы крови и межклеточной жидкости (7,4 и 7,1 соответственно), карбокснльные группы находятся исключительно в форме карбоксилатиых ионов, К вЂ” СОΠ—. При этих значениях рН большая часть аминогрупп находится преимущественно в ассоциированной (протонированной) форме, К вЂ” ХН+. Преобладающая ионная форма аминокислот, присутствующих в крови и в большинстве тканей, представлена на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
