Распад нуклеиновых кислот. Судьба азотистых оснований.

В клетках организма интенсивно протекает только обмен рибонуклеиновых кислот, метаболические превращения ДНК протекают очень медленно и в основном только при делении клеток в растущих и регенерирующих тканях. При распаде внутриклеточные нуклеиновые кислоты, так же и пищевые, превращаются последовательно в мононуклеотиды, нуклеозиды, фосфорную кислоту, азотистые основания (пуриновые и пиримидиновые) и углеводы (рибоза и дезоксирибоза). Нуклеозиды, поступающие в кишечник, расщепляются на азотистые основания и углеводы. Далее пуриновые азотистые основания (аденин и гуанин) в процессе катаболизма дезаминируются (теряют аминогруппу в виде аммиака), окисляются и превращаются в мочевую кислоту. Образование мочевой кислоты осуществляется в печени. В сутки образуется и выводится с мочой около 1 г мочевой кислоты. Пиримидиновое кольцо в отличии от пуринового менее устойчиво, поэтому пиримидиновые основания (тимин, урацил, цитозин) подвергаются глубокому распаду до CO_2, H₂O, и NH₃. Углеводы вовлекаются в ГМФ-путь распада углеводов и превращаются в глюкозу. Фосфорная кислота распаду не подвергается, Она может снова использоваться в реакции фосфорилирования и фосфоролиза или при избытке выводится из организма с мочой.

43.СИНТЕЗ МОНОНУКЛЕОТИДОВ.Все клетки организма способны синтезировать необходимые нуклеиновые кислоты и не нуждаются в наличии в пище готовых нуклеиновых кислот или их составных частей. Поэтому содержание готовых нуклеиновых кислот в пище для организма принципиального значения не имеет, хотя продукты их распада могут частично использоваться организмом.

Синтез пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов происходит на основе рибозо-5-фосфата. из глюкозы при её распаде по ГМФ-пути. Свободные азотистые основания обычно для этого синтеза не используются.

При синтезе пуриновых нуклеотидов к рибозо-5-фосфату присоединяются атомы углерода и азота, из которых образуется пуриновое кольцо. Источниками этих атомов являются аминокислоты глицин, глутамин, аспарагиновая кислота. Часть атомов углерода поставляется коферментами, содержащими в своём составе фолиевую кислоту и биотин. Промежуточным продуктом синтеза пуриновых нуклеотидов является инозиновая кислота. Далее из инозиновой кислоты образуются пуриновые нуклеотиды.

Синтезу пиримидиновых нуклеотидов предшествует образование необычного азотистого основания оротовой кислоты, содержащей пиримидиновое кольцо. Синтезируется оротовая кислота из аммиака и аспарагиновой кислоты. Оротовая кислота присоединяется к рибозо-5-фосфату и возникает пиримидиновый нуклеотид оротидинмонофосфат. Далее оротовая кислота в составе этого нуклеотида преобразуется в обычные азотистые основания, в результате чего появляются пиримидиновые нуклеотиды.

В связи с высокой важностью оротовой кислоты в спортивной практике в качестве пищевой добавки используется её соль оротат калия.

Дезоксирибонуклеотиды образуются из соответствующих рибонуклеотидов путём восстановления входящей в них рибозы в дезоксирибозу.

44.Для синтеза нуклеиновых кислот используются мононуклеотиды обязательно трифосфатной форме. Такие нуклеотиды содержат в свей ■ молекуле три остатка фосфорной кислоты и обладают повышенным запасом энергиии. Переход нуклеотидов в трифосфатную форму осуществляется путем взаимодействия с АТФ.

Для синтеза РНК необходимо четыре вида рибонуклеотидов (АТФ,УТФ,ГТФ, ЦТФ). Для синтеза ДНК используются дезоксирибонуклеиды

Тоже четырех видов (д-АТФ, д-ГТФ, д-ТГФ и д-ЦТФ).

^СИНТЕЗ ДНК (репликация) интенсивно протекает во время клеточного

деления. В процессе репликации в молекуле ДНК (родительская молекула) 'зарываются водородные связи между азотистыми основаниями обих ее нитей, что приводит к раскручиванию двойной спирали ДНК и образованию двух свободных нитей.К образовавшимся свободным нитям

как к матрицам, подходят нуклеотиды в трифосфатной форме

и своими азотистыми основаниями с соблюдением принципа комплементарности

(аденин - тимин и гуанин - цитозин) присоединяются к ним

Благодаря этому принципу создается нужная последовательность положения нуклеотидов. По мере присоединения к матрице нуклеотидов связываются в полинуклеотидные нити, которые сразу же закручиваются с матрицей в двойную спираль. При этом от каждого нуклеотида отщепляется по два остатка фосфорной кислоты в форме фосфата.В конечном счете на каждой матрице возникает новая нить,

которая по строению точно соответствует второй нити ДНК. В результате репликации синтезируются две новые молекулы ДНК (дочерняя которые являются точной копией родительской молекулы ДНК. В дочерних молекулах одна полинуклеотидная нить происходит из родительской молекулы, а другая синтезирована из нуклеотидов в процессе репликации.

Синтез РНК (транскрипция) также протекает с участием ДНК.|

В процессе транскрипции раскручивается только ограниченный участок ДНК и матрицей служит лишь одна освободившаяся нить ДНК.

К этой нити, как к матрице, подходят нуклеотиды в трифосфатной форме,

содержащие рибозу, и по принципу комплементарности располагаются

в строго определенном порядке. Затем нуклеотиды соединяются в полинуклеотид, и от каждого из них отщепляется дифосфат. Образовавшаяся полинуклеотидная цепь с матрицей двойной спирали не разует и легко отходит от молекулы ДНК, после чего происходит и становление ее двойной спирали. Таким образом происходит синтез информационных (иРНК), транспортных (тРНК) и рибосомных|

(рРНК) РНК.

45.ПЕРЕВАРИВАНИЕ И ВСАСЫВАНИЕ БЕЛКОВ. В сутки с пищей поступает около 100 г белков.

Переваривание белков осуществляется протеолитическими ферментами желудочного, поджелудочного и кишечного соков.

Расщипление пищевых белков начинается в полости желудка под воздействием желудочного сока. Вырабатывается желудочный сок железами желудка, причем его компоненты образуются разными клетками.Так главные клетки синтезируют пепсиноген-белок, являющийся предшественником ифермента пепсина (т.е. проферментом); обкладочные клетки осуществляют выработку соляной кислоты, а добавочные клетки выделяют в полость

желудка белок муцин, который в форме вязкой слизи покрывает стенку желудка и защищает ее от соляной кислоты и пепсина. Попадая в полость желудка, пепсиноген под влиянием соляной кислоты превращается в активный протеолитический фермент пепсин. При этом от пепсиногена отщепляется небольшой полипептид, экранирующий

(закрывающий) активный центр. Образовавшийся пепсин подобно соляной кислоте вызывает быстрое превращение остальных порций

пепсиногена в активную форму. Такой механизм активации пепсина

называется аутокатализом. Образование активного пепсина в полости желудка т.е.внешней среде, предупреждает нежелательное воздействие этого фермента на белки клеток желудка, где происходит его образование. Муцин, покрывающий защитным слоем поверхность пищеварительного тракта

, устойчив к действию пепсина.

Под воздействием образовавшегося пепсина в пищевых белках расщепляются

пептидные связи, находящиеся в глубине их молекул. В результате такого

действия пепсина белковые молекулы превращаются в смесь полипептидов различной длины,которую иногда называют пептидом. Тепловая обработка пищи, вызывающая денатурацию белков, облегчает переваривание белков пищи, так как денатурация вызывает заменение пространственной формы белковой молекулы, и внутренние пептидные связи становятся доступными для пепсина и других протеоэнтических ферментов.

Соляная кислота, входящая в состав желудочного сока, кроме активации пепсина создает в полости желудка оптимальную для действия

пепсина сильнокислую среду (рН=1-2). Соляная кислота также вызывает денатурацию пищевых белков, что способствует лучшему их расщеплению пепсином. Кроме того, соляная кислота, являясь сильной кислотой, обладает бактерицидным действием и обезвреживает микробы, поступающие с пищей в желудок.

Дальнейшее переваривание белков протекает в тонкой кишке, куда из желудка поступает смесь полипептидов различной длины. В состав поджелудочного сока, поступающего в тонкую кишку, содержатся и ферменты трипсиноген, химотрипсиноген и проэластаза, которые и тезируются в поджелудочной железе.

Превращение проферментов в активную форму происходит в и кой кишке. Вначале под действием фермента энтерокиназы, ветра ного в мембрану клеток тонкой кишки, трипсиноген становится три сином. Далее образовавшийся трипсин активирует переход остальных проферментов - химотрипсиногена и проэластазы - соответственно химотрипсин и эластазу, причем трипсин путем аутокатализа там стимулирует превращение большей части трипсиногена в трипсин.

Образовавшиеся трипсин и химотрипсин расщепляют полипептиды поступившие в тонкую кишку из желудка, до олигопептидов, состоят из нескольких аминокислот, преимущественно ди- и трипептидов.

Эластаза предназначена для расщепления прочных белков соединительной ткани — коллагена и эластина. Под ее действием эти белки (превращаются в олигопептиды).

Завершается переваривание белков в тонкой кишке под действием(ферментов кишечного сока. Эти ферменты встроены в стенку микроворсинок и не выделяются в полость кишки. Поэтому расщепление образовавшихся олигопептидов происходит на поверхности микроворсинок и называется пристеночным, или мембранным, пшцеварением. Аминокислоты, возникающие на поверхности микроворсинок, сразу всасываются и по системе воротной вены поступают в печень и дальше в большой круг кровообращения. Незначительная часть аминокислот выбрасывается в лимфатическую систему. Всасывание аминокислот, сопровождающееся переносом их через мембраны, требует энергии АТФ.

Внутриклеточный протеолиз

Белки, входящие в состав клеток организма, также подвергаются постоянному распаду под влиянием внутриклеточных протеолитических, называемых внутриклеточными протеиназами, или катепсинами. Эти ферменты локализованы в специальных внутриклеточных органоидах – лизосомах. Мембраны, окружающие лизосомы непроницаемы для катепсинов, зато пропускают внутрь лизосом белки, содержащие протеолизу. По своему действию катепсины похожи на ферменты желудочного и поджелудочного соков: катепсины вызывают превращение белков в олигопептиды, которые легко выходят из лизосом в цитоплазму клеток и превращаются там в аминоксилоты. Такой распад протекает с участием цитоплазматических ферментов, аналогичных ферментам желудочного сока.

В цитоплазме клеток организма были обнаружены особые белковые мультиферментные комплексы, названные протеосомами. Протеосомы предназначены для избирательного расщепления белков, которых не должно быть в клетках. Такому превращению подвергаются чужеродные и дефектные ьелки, а также регуляторные белки, присутствие которых ограничено во времени (например, белки-гормоны, белки-регуляторы транскрипции).

Для предупреждения чрезмерного распада собственных белковв организме имеются особые белки – эндогенные ингибиторы протеиназ, снижающие скорость протеолиза. Особенно много таких ингибиторов протеолиза в богатой белками плазме крови.

В сутки внутриклеточному протеолизу подвергается 200-300 г. собственных белков организма, что приводит к возникновению примерно такого же количества аминокислот.

Важно отметить, что при распаде как пищевых, так и собственных белков организма образуются аминокислоты одних и тех же 20 видов. Поэтому в течение суток в организме появляется около 300-400 г свободных аминокислот.

Глубокий распад белков, сопровождающийся расщеплением всех пептидных связей и приводящий к образованию аминокислот, называется тотальным протеолизом.

В некоторых случаях под воздействием протеолитических ферментов в молекуле белка избирательно расщепляется лишь одна пептидная связь между строго определенными аминокислотами и от белка отщепляется часть его молекулы – полипетид. Такой распад белка называется ограниченным протеолизом. Примером ограниченного протеолиза является превращение проферментов в ферменты (например, активация протеолитических ферментов, участвующих в пищеварении; переход факторов свертывания крови из неактивной формы в активную.

Синтез белка

Большая часть аминокислот используется для синтеза белков. В ор­ганизме взрослого человека существует равновесие между распадом и синтезом белков. У детей преобладает синтез, ведущий к накоплению белков в организме, что является обязательным условием роста и раз­вития организма.

Синтез белков происходит при обязательном участии нуклеиновых кислот.

1 этап синтеза белка - транскрипция - осуществляется в клеточном ядре с использованием ДНК как источника генетической информации. Генетическая (наследственная) информация обусловлива­ет порядок расположения аминокислот в полипептидных цепях синте­зируемого белка. Эта информация закодирована строгой последова­тельностью азотистых оснований мононуклеотидов в молекуле ДНК. Каждая аминокислота кодируется сочетанием трех азотистых основа­ний, называемым кодоном, или триплетом. Участок молекулы ДНК, содержащий информацию об определенном белке, получил название «ген». На этом участке ДНК во время транскрипции по принципу комплементарности синтезируется информационная РНК (иРНК). Эта нуклеиновая кислота пред­ставляет собой копию соответствующего гена. Следовательно, иРНК содержит информацию о строении белка, закодированного в данном гене. Образовавшаяся иРНК выходит из ядра и поступает в цитоплазму.

Аналогичным образом на ДНК как на матрице происходит синтез рибосомных (рРНК) и транспортных (тРНК) РНК.

2 этап — рекогниция (распознование), протекающе­го в цитоплазме, аминокислоты избирательно связываются со своими переносчиками - транспортными РНК (тРНК).

Все тРНК (их обнаружено около 60) построены сходным образом. Молекула каждой тРНК представляет собой короткую полинуклеотидную цепь, содержащую примерно 80 нуклеотидов и частично закру­ченную в двойную спираль, что приводит к возникновению простран­ственной конфигурации «изогнутого клеверного листа». На од­ном конце полинуклеотидной цепи у всех тРНК находится нуклеотид, содержащий аденин. К этому концу молекулы тРНК присоединяется аминокислота. Петля, противоположная месту присоединения амино­кислоты, содержит антикодон, состоящий из трех азотистых основа­ний и предназначенный для последующего связывания с комплемен­тарным кодоном иРНК. Одна из боковых петель молекулы тРНК обес­печивает присоединение тРНК к ферменту, участвующему в рекогни- ВДи> а другая, боковая, петля необходима для присоединения тРНК к рибосоме на следующем этапе синтеза белка.

На этом этапе в качестве источника энергии используется молекула АТф. в результате рекогниции образуется комплекс аминокислота-тРНК (аминоацил-тРНК):

аминокислота + тРНК ----------˃ аминоацил-тРНК

В составе этого комплекса аминокислота обладает повышенной хими­ческой активностью. В связи с этим второй этап синтеза белка часто называют активацией аминокислот.

3 этап синтеза белка - трансля­ция - происходит на рибосомах. Каждая ри­босома состоит из двух частей - большой и малой субчастиц. По химическому составу обе субчастицы представляют собою нук- леопротеиды, состоящие из рибосомных РНК и белков. Рибосомы способны легко распадаться на субчастицы (диссоциация), которые снова могут соединяться друг с дру­гом, образуя рибосому (ассоциация).

Трансляция начинается с диссоциации рибосомы на субчастицы, которые сразу же присоединяются к начальной части молеку­лы информационной РНК, поступающей из ядра. При этом между субчастицами остает­ся пространство (так называемый туннель), где располагается небольшой участок иРНК.

Затем к образовавшемуся комплексу рибосома - иРНК присоеди­няются тРНК, связанные с аминокислотами. Присоединение тРНК к этому комплексу происходит путем связывания одной из боковых пет­лей тРНК с рибосомой и связывания антикодона тРНК с комплемен­тарным ему кодоном иРНК, находящимся в туннеле между субчасти­цами рибосомы. Одновременно к комплексу рибосома - иРНК могут присоединиться только две тРНК с аминокислотами.

Благодаря специфическому связыванию антикодонов тРНК с ко до­нами иРНК, к участку молекулы иРНК, находящемуся в туннеле, при­соединяются только молекулы тех тРНК, у которых антикодоны ком­плементарны кодонам иРНК. Поэтому эти тРНК доставляют в рибосо­мы только строго определенные аминокислоты. Далее аминокислоты соединяются друг с другом пептидной связью и образуется дипептид, который связан с одной из тРНК. После этого рибосома передвигается вдоль иРНК ровно на один кодон (это перемещение рибосомы называ­ется транслокацией).

В результате транслокации свободная (без аминокислоты) тРНК отщепляется от рибосомы, а в зоне туннеля появляется новый кодон, к которому присоединяется по принципу комплементарности еще одна тРНК с аминокислотой, соответствующей этому кодону. Доставленная аминокислота соединяется с ранее образовавшимся дипептидом, что приводит к удлинению пептидной цепи. Далее следуют новые трансло­кации, поступление на рибосому новых тРНК с аминокислотами и дальнейшее удлинение пептидной цепи.

Таким образом порядок включения аминокислот в синтезируемый белок определяется последовательностью кодонов в иРНК.

Завершается синтез полипептидной цепи при поступлении в туннель особого кодона, который не кодирует аминокислоты и к которому не может присоединиться ни одна тРНК. Такие кодоны называются терми­нирующими, или нонсенс-кодонами. Особенно велика их роль в синтезе белков, молекула которых состоит из нескольких полипептидов.

В итоге за счет описанных трех этапов синтезируются полипептиды, т. е. формируется первичная структура белка. Высшие (пространствен­ные) структуры (вторичная, третичная, четвертичная) возникают само­произвольно. Это объясняется тем, что пространственные структуры фиксируются в основном химическими связями, возникающими между радикалами аминокислот. Поэтому в каждом белке эти связи образуются специфически в соответствии с генетически обусловленной последова­тельностью расположения радикалов в полипептидных цепях.

В некоторых случаях полипептидная цепь после завершения синтеза подвергается незначительной химической модификации, в результате чего в ней появляются некодируемые аминокислоты (не относящиеся к 20 обычным аминокислотам). Например, при синтезе белка коллагена на рибосомах образуется его предшественник - проколлаген, содержа­щий в большом количестве аминокислоты лизин и пролин. Эти амино­кислоты, находящиеся в составе полипептидной цепи, подвергаются в ходе модификации окислению и превращаются соответственно в окси- лизин и оксипролин, что приводит к переходу проколлагена в коллаген.

Синтез белков - процесс энергоемкий. Для включения в молекулу синтезируемого белка только одной аминокислоты требуется не менее трех молекул АТФ.

В очень небольших количествах белки еще синтезируются в мито­хондриях, где также имеются ДНК, иРНК, тРНК и рибосомы.

Синтез белков в организме ускоряется соматотропным гормоном (гормоном роста) и тестостероном. Тормозится синтез белков гормонами коры надпочечников - глюкокортикоидами. Регулирующее действие всех этих гормонов связано с их влиянием на скорость транскрипции.

Синтез белков подавляют многие антибиотики, ингибирующие трансляцию.

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: