Информативная часть начинается с аминокислоты мет

Сегодня предлагаем ознакомится со статьей на тему: информативная часть начинается с аминокислоты мет с профессиональным описанием и объяснением.

Информативная часть начинается с аминокислоты мет

Генетический код и его свойства

«Самым трудным в проблеме кода было понять, что код существует. На это потребовалось целое столетие.
Когда это поняли, то для того чтобы разобраться в деталях, хватило каких-нибудь десяти лет.»

Ичас М. Биологический код. М.: Мир, 1971

Нуклеотиды ДНК и РНК
  1. Пуриновые: аденин, гуанин
  2. Пиримидиновые: цитозин, тимин (урацил)
таб. 1. Аминокислоты, которые обычно встречаются в белках Название Сокращенное обозначение 1. Аланин Ala 2. Аргинин Arg 3. Аспарагин Asn 4. Аспарагиновая кислота Asp 5. Цистеин Cys 6. Глутаминовая кислота Glu 7. Глутамин Gln 8. Глицин Gly 9. Гистидин His 10. Изолейцин Ile 11. Лейцин Leu 12. Лизин Lys 13. Метионин Met 14. Фенилаланин Phe 15. Пролин Pro 16. Серии Ser 17. Треонин Thr 18. Триптофан Trp 19. Тирозин Tyr 20. Валин Val

Генетический код, который еще называют аминокислотным кодом, — это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белке с помощью последовательности расположения нуклеотидных остатков в ДНК, которые содержат одно из 4-х азотистых оснований: аденин (А), гуанин (G), цитозин (C) и тимин (Т). Однако, поскольку двунитчатая спираль ДНК не принимает непосредственного участия в синтезе белка, который кодируется одной из этих нитей (т.е. РНК), то код записывается на языке РНК, в котором вместо тимина входит урацил (U). По этой же причине принято говорить, что код — это последовательность нуклеотидов, а не пар нуклеотидов.

Генетический код представлен определенными кодовыми словами, — кодонами.

Первое кодовое слово было расшифровано Ниренбергом и Маттеи в 1961 г. Они получили из кишечной палочки экстракт, содержащий рибосомы и прочие факторы, необходимые для синтеза белка. Получилась бесклеточная система для синтеза белка, которая могла бы осуществлять сборку белка из аминокислот, если в среду добавить необходимую мРНК. Добавив в среду синтетическую РНК, состоящую только из урацилов, они обнаружили, что образовался белок, состоящий только из фенилаланина (полифенилаланин). Так было установлено, что триплет нуклеотидов УУУ (кодон) соответствует фенилаланину. В течение последующих 5-6 лет были определены все кодоны генетического кода.

Генетический код — своеобразный словарь, переводящий текст, записанный с помощью четырех нуклеотидов, в белковый текст, записанный с помощью 20 аминокислот. Остальные аминокислоты, встречающиеся в белке, являются модификациями одной из 20 аминокислот.

Свойства генетического кода

Генетический код имеет следующие свойства.

    Триплетность — каждой аминокислоте соответствует тройка нуклеотидов. Легко подсчитать, что существуют 4 3 = 64 кодона. Из них 61 является смысловым и 3 — бессмысленными (терминирующими, stop-кодонами).

Непрерывность (нет разделительных знаков между нуклеотидами) — отсутствие внутригенных знаков препинания;

Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона. В 1961г. Сеймур Бензер и Френсис Крик экспериментально доказали триплетность кода и его непрерывность (компактость) [показать]

Суть эксперимента: «+» мутация — вставка одного нуклеотида. «-» мутация — выпадение одного нуклеотида.

Одиночная мутация («+» или «-«) в начале гена или двойная мутация («+» или «-«) — портит весь ген.

Тройная мутация («+» или «-«) в начале гена портит лишь часть гена.

Четверная «+» или «-» мутация опять портит весь ген.

Эксперимент был проведен на двух рядом расположенных фаговых генах и показал, что

  1. код триплетен и внутри гена нет знаков препинания
  2. между генами есть знаки препинания

Наличие межгенных знаков препинания — наличие среди триплетов инициирующих кодонов (с них начинается биосинтез белка), кодонов — терминаторов (обозначают конец биосинтеза белка);

Условно к знакам препинания относится и кодон AUG — первый после лидерной последовательности. Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот).

В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию.

Колинеарность — соответствие линейной последовательности кодонов мРНК и аминокислот в белке.

Специфичность — каждой аминокислоте соответствуют только определенные кодоны, которые не могут использоваться для другой аминокислоты.

Однонаправленность — кодоны считываются в одном направлении — от первого нуклеотида к последующим

Вырожденность, или избыточность,- одну аминокислоту может кодировать несколько триплетов (аминокислот – 20, возможных триплетов – 64, 61 из них смысловой, т. е. в среднем каждой аминокислоте соответствует около 3 кодонов); исключение составляет метионин (Met) и триптофан (Trp).

Причина вырожденности кода состоит в том, что главную смысловую нагрузку несут два первых нуклеотида в триплете, а третий не так важен. Отсюда правило вырожденности кода: если два кодона имеют два одинаковых первых нуклеотида, а их третьи нуклеотиды принадлежат к одному классу (пуриновому или пиримидиновому), то они кодируют одну и ту же аминокислоту.

Однако из этого идеального правила есть два исключения. Это кодон АUА, который должен соответствовать не изолейцину, а метионину и кодон UGА, который является терминирующим, тогда как должен соответствовать триптофану. Вырожденность кода имеет, очевидно, приспособительное значение.

Универсальность — все перечисленные выше свойства генетического кода характерны для всех живых организмов.

Кодон Универсальный код Митохондриальные коды
Позвоночные Беспозвоночные Дрожжи Растения
UGA STOP Trp Trp Trp STOP
AUA Ile Met Met Met Ile
CUA Leu Leu Leu Thr Leu
AGA Arg STOP Ser Arg Arg
AGG Arg STOP Ser Arg Arg
Читайте так же:  Для чего нужен креатин

В последнее время принцип универсальности кода был поколеблен в связи c открытием Береллом в 1979 г. идеального кода митохондрий человека, в котором выполняется правило вырожденности кода. В коде митохондрий кодон UGA соответствует триптофану, а AUA — метионину, как того требует правило вырожденности кода.

Возможно, в начале эволюции у всех простейших организмов был такой же код, как и у митохондрий, а затем он претерпел небольшие отклонения.

Неперекрываемость — каждый из триплетов генетического текста независим друг от друга, один нуклеотид входит в состав только одного триплета; На рис. показана разница между перекрывающимся и неперекрывающимся кодом.

В 1976г. была секвенирована ДНК фага φХ174. У него одноцепочечная кольцевая ДНК, состоящая из 5375 нуклеотидов. Было известно, что фаг кодирует 9 белков. Для 6 из них были определены гены, располагающиеся друг за другом.

Выяснилось, что есть перекрывание. Ген Е полностью находится внутри гена D. Его инициирующий кодон появляется в результате сдвига считывания на один нуклеотид. Ген J начинается там, где кончается ген D. Инициирующий кодон гена J перекрывается с терминирующим кодоном гена D в результате сдвига на два нуклеотида. Конструкция называется «сдвиг рамки считывания» на число нуклеотидов, некратное трем. На сегодняшний день перекрывание показано только для нескольких фагов.

Помехоустойчивость — отношение числа консервативных замен к числу радикальных замен.

Мутации замен нуклеотидов, не приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют консервативными. Мутации замен нуклеотидов, приводящие к смене класса кодируемой аминокислоты, называют радикальными.

Так как одна и та же аминокислота может кодироваться разными триплетами, то некоторые замены в триплетах не приводят к замене кодируемой аминокислоты (например UUU -> UUC оставляет фенилаланин). Некоторые замены меняют аминокислоту на другую из того же класса (неполярный, полярный, основной, кислотный), остальные замены меняют и класс аминокислоты.

В каждом триплете можно провести 9 однократных замен, т.е. выбрать, какую из позиций меняем — можно тремя способами (1-я или 2-я или 3-я), причем выбранную букву (нуклеотид) можно поменять на 4-1=3 других буквы (нуклеотида). Общее количество возможных замен нуклеотидов — 61 по 9 = 549.

Прямым подсчетом по таблице генетического кода можно убедиться, что из них: 23 замены нуклеотидов приводят к появлению кодонов — терминаторов трансляции. 134 замены не меняют кодируемую аминокислоту. 230 замен не меняют класс кодируемой аминокислоты. 162 замены приводят к смене класса аминокислоты, т.е. являются радикальными. Из 183 замен 3-его нуклеотида, 7 приводят к появлению терминаторов трансляции, а 176 — консервативны. Из 183 замен 1-ого нуклеотида, 9 приводят к появлению терминаторов, 114 — консервативны и 60 — радикальны. Из 183 замен 2-го нуклеотида, 7 приводят к появлению терминаторов, 74 — консервативны, 102 — радикальны.

Информативная часть начинается с аминокислоты мет

107. Как осуществляется биосинтез белка?

В процессе биосинтеза белка следует различать два последовательных процесса: транскрипцию и трансляцию.

При транскрипции генетическая информация, заключенная в молекуле ДНК, переписывается благодаря действию транскриптазы в информационную РНК (иРНК). В цитоплазме на рибосомах иРНК определяет порядок соединения аминокислот, осуществляя таким образом синтез специфического белка. Этот процесс называется трансляцией, в нем можно выделить несколько последовательных этапов: активацию аминокислот, образование аминоацил-тРНК и присоединение аминокислот.

Активация аминокислот и образование аминоацил-тРНК включает собственно активацию аминокислоты и перенос активированного аминоацильного остатка на молекулы тРНК с образованием аминоацил-тРНК. Обе реакции катализируются аминоацил-тРНК-синтетазой или ферментом активации, специфичным для каждой аминокислоты.

Аминокислота активируется с помощью АТФ путем ее присоединения к карбоксильной группе остатка АМФ от АТФ. Полученный аденилат аминокислоты соединяется с ферментом активации:

При образовании аминоацил-тРНК аденилат аминокислоты присоединяется к специфической тРНК с последующим отщеплением фермента и AMP. Полученная аминоацил-тРНК затем участвует в образовании полипептидной цепи.

[3]

Аминоацил-тРНК-синтетаза обладает двумя сайтами специфичности: один — узнающий аминокислоту, другой — узнающий определенную тРНК. От специфичности фермента зависит правильность трансляции генетической информации. Поскольку имеется множество тРНК (даже для одной и той же аминокислоты), несущих различные антикодоны, способные узнавать различные кодоны (изо-акцепторные тРНК), существует и множество аминоацил-тРНК-синтетаз, обладающих очень строгой специфичностью, так как ошибка, допущенная в период активации, уже не может быть исправлена при росте полипептидной цепи. Это может быть установлено в процессе эксперимента по трансформации цистеина в аланин и последующей вставки аланина на место цистеина в пептидной цепи (см. вопр. 62).

Эксперименты с импульсной меткой растущей цепи полипептида (гемоглобин α и β в ретикулоцитах кролика) показали, что полипептидная цепь растет в направлении от N-конца к С-концу. (В ретикулоцитах скорость роста цепи достигает 1 аминокислотного остатка в секунду; у бактерий — 20 остатков в секунду.)

Трансляция включает три этапа: инициацию, элонгацию, терминацию полипептидной цепи.

1. Инициация. У бактерий синтез полипептида начинается всегда с установки первой аминокислоты — N-формилметионина, кодируемой кодонами АУГ и ГУГ. Существует две метиониновых тРНК: тРНF мет и тРНКM мет , но только метионин, прикрепившийся к тРНКF мет , может быть формилирован, превращаясь в N-формилметионил-тРНКF мет . Формилирование Мет-тРНКF мет катализируется трансформилазой при участии N10-формилтетрагидрофолата (формил-N10-ТГФ) как донора формильной (СНО)-группы:

Мет-тРНКF мет включает метионин в начале цепи при наличии кодона ГУГ и АУГ, в то время как Мет-тРНКF мет содержит метионин внутри пептидной цепи при наличии кодона АУГ.

[2]

Поскольку существуют два типа метиониновых тРНК, имеется и средство распознавания инициирующего триплета единственным типом тРНК — тРНКF мет . Это средство включает наличие вблизи инициирующего кодона специфической последовательности богатой пуриновыми основаниями и комплементарной 16S РНК рибосомы 30S.

Читайте так же:  Л карнитин за сколько принимать до тренировки

2. Образование комплекса инициации. При синтезе белка наблюдается непрерывное образование и распадение 70S рибосом (у Е. coli), поскольку тРНК и инициаторная аминоацил-тРНК не могут фиксироваться непосредственно на 70S рибосомах. А такие антибиотики, как стрептомицин и неомицин, блокирующие диссоциацию рибосом, ингибируют инициацию белкового синтеза.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

В процессе инициации участвуют три фактора: IF1, IF2, IF3. Фактор инициации IF3, соединяясь с рибосомой 30S, предотвращает объединение рибосомальных субъединиц, что обеспечивает в свою очередь фиксацию иРНК на субъединице 30S. В присутствии факторов IF1, IF2 и ГТФ N-формилметионил-тРНК образует комплекс инициации. N-Формилметионил-тРНКF мет обладает структурой, позволяющей ей фиксироваться на пептидильном центре субъединицы 50S. К этому комплексу присоединяется 50S субъединица, образуя функциональную рибосому 70S. Присоединение 50S субъединицы сопровождается освобождением факторов инициации и гидролизом ГТФ на пептидильном центре субъединицы 50S (сайт Р), оставляя свободным аминоацильный центр (сайт А), к которому присоединяется аминоацил-тРНК с последующим образованием пептидной связи:

3. Элонгация включает фиксацию аминоацил-тРНК, образование пептидной связи и транслокацию.

В процессе фиксации аминоацил-тРНК, приносящая в полипептидную цепь аминокислоту № 2, прикрепляется к аминоацильному центру (А) рибосомы и встраивается на свое место благодаря антикодону и комплементарному ко-дону на тРНК. Для фиксации необходимо присутствие ГТФ и специфического белка — фактора элонгации EF — Т, который состоит из двух субъединиц, различающихся по своей термочувствительности (EF — Ts — устойчивая — stable и EF — Тu — неустойчивая — unstable). Комплекс EF — Тu — ГТФ, соединяясь с аминоацил-тРНК, позволяет ей занять аминоацильный центр.

Одновременно происходит гидролиз ГТФ, и освобождающийся ГДФ покидает рибосому в виде комплекса EF — Тu — ГДФ. Необходимо отметить, что фактор EF — Тu не способен соединяться с N-формилметионил-тРНКF мет . Следовательно, инициаторная тРНК не может присоединяться к кодону АУГ, кодирующему метионин внутри полипептидной цепи.

Между N-формилметионин-тРНКF мет и аминоацил-тРНК, находящимися в пептидильном (Р) и аминоацильном (А) центрах соответственно, образуется пептидная связь (аминогруппа аминоацил-тРНК и карбоксильная группа N-формилметионил-тРНК). Эта реакция контролируется пептидилтрансферазой — ферментом, локализованным в 50S частице. Она приводит к образованию дипептидил-тРНК. тРНК, освободившись от N-формилметионина, остается прикрепленной к пептидильному (Р) центру. Описанный процесс повторяется в каждом цикле» элонгации:

При транслокации после образования пептидной связи пептидил-тРНК фиксируется на аминоацильном центре (А). Присоединение следующей аминокислоты будет возможно только после перехода этой пептидил-тРНК в пептидильный центр (Р). Этот процесс транслокации требует присутствия фактора элонгации EF — G и ГТФ, который, гидролизуясь до ГДФ и Pi, и обеспечивает выделение энергии для передвижения рибосом вдоль иРНК. При каждом акте транслокации освобождается аминоацильный центр, что позволяет присоединить следующую аминокислоту.

Прекращение трансляции (роста полипептидной цепи) обеспечивается наличием сигналов терминации. Сигнал терминации представляет собой особый нонсенс-кодон, так как не существует ни одного антикодона, который бы к нему присоединился (УАГ, УАА, УГА). Для терминации обычно используются несколько нонсенс-кодонов, разделенных обычными кодонами. Это предотвращает действие мутаций, так как один терминирующий кодон может легко мутировать в смысловой кодон, что привело бы к синтезу двух различных соединенных пептидных цепей. В терминации участвуют факторы «освобождения» (RF от англ. releasing factors): RF1, RF2, RF3. После фиксации фактора освобождения на рибосоме полипептидил-тРНК переходит из аминоацильного центра А в пептидильный Р. Затем происходит гидролиз связи на С-конце полипептида, соединявшей его с последней тРНК. Этот гидролиз катализируется пептидилтрансферазой, чья специфичность модифицируется в присутствии фактора освобождения. Когда полипептидная цепь освобождается, тРНК покидает рибосому.

Механизм инициации потерь может начать новый цикл синтеза полипептидной цепи:

Освобожденная полипептидная цепь претерпевает определенные модификации и приобретает активную конфигурацию: 1) формильная группа на N-конце отсоединяется под действием деформилазы. Многие белки впоследствии теряют на N-конце ряд аминокислот под действием аминопептидаз; 2) между остатками цистеина образуются дисульфидные мостики; 3) некоторые аминокислоты модифицируются, например в коллагене часть остатков пролина или лизина подвергаются гидроксилированию.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Особенностью белкового синтеза эукариот является то, что у них в качестве инициаторной тРНК служит особая метионил-тРНК (Мет-тРНКF). Остаток метионила никогда не формилируется. Имеется также тРНК, включающая метионин внутри цепи (Мет-тРНКМ). На малой субъединице рибосомы первой прикрепляется инициаторная аминоацил-тРНК, а не иРНК. В момент инициации участвует метил-7-гуанозин, расположенный на 5′-конце иРНК и узнающий фактор инициации IF3. Вместо трех факторов освобождения известен только один.

Задачи на транскрипцию и трансляцию

Генетический код (иРНК)
Первое
основание
Второе основание Третье
основание
У Ц А Г
У Фен Сер Тир Цис У
Фен Сер Тир Цис Ц
Лей Сер А
Лей Сер Три Г
Ц Лей Про Гис Арг У
Лей Про Гис Арг Ц
Лей Про Глн Арг А
Лей Про Глн Арг Г
А Иле Тре Асн Сер У
Иле Тре Асн Сер Ц
Иле Тре Лиз Арг А
Мет Тре Лиз Арг Г
Г Вал Ала Асп Гли У
Вал Ала Асп Гли Ц
Вал Ала Глу Гли А
Вал Ала Глу Гли Г
Читайте так же:  Сколько аминокислот содержится в белках

Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов: ТАЦЦЦТЦАЦТТГ. Определите последовательность нуклеотидов на иРНК, антикодоны соответствующих тРНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода.

ДНК Т А Ц Ц Ц Т Ц А Ц Т Т Г
иРНК А У Г Г Г А Г У Г А А Ц
тРНК У А Ц Ц Ц У Ц А Ц У У Г
АК мет гли вал асн

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: ААТГЦАГГТЦАЦТЦАТГ. В результате мутации одновременно выпадают второй и пятый нуклеотиды. Запишите новую последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в иРНК и последовательность аминокислот в полипептиде. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

ДНК А Т Г А Г Г Т Ц А Ц Т Ц А Т Г
иРНК У А Ц У Ц Ц А Г У Г А Г У А Ц
АК тир сер сер глу тир

Одна из цепей ДНК имеет последовательность нуклеотидов: ЦАТ- ГГЦ-ТГТ-ТЦЦ-ГТЦ… Объясните, как изменится структура молекулы белка, если произойдет удвоение четвертого триплета нуклеотидов в цепи ДНК?

Молекула белка удлинится на одну аминокислоту (аргинин). Форма третичной структуры белка изменится.

ДНК Ц А Т Г Г Ц Т Г Т Т Ц Ц Т Ц Ц Г Т Ц
иРНК Г У А Ц Ц Г А Ц А А Г Г А Г Г Ц А Г
АК вал про тре арг арг глн

В биосинтезе полипептида участвовали тРНК с антикодонами УУА, ГГЦ, ЦГЦ, АУУ, ЦГУ. Определите нуклеотидную последовательность участка каждой цепи молекулы ДНК, кото­рый несет информацию о синтезируемом полипептиде, и число нуклеотидов, содержащих аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т) и цитозин (Ц) в двуцепочной молекуле ДНК. Ответ поясните.

тРНК У У А Г Г Ц Ц Г Ц А У У Ц Г У
иРНК А А У Ц Ц Г Г Ц Г У А А Г Ц А
ДНК Т Т А Г Г Ц Ц Г Ц А Т Т Ц Г Т
А А Т Ц Ц Г Г Ц Г Т А А Г Ц А

тРНК комплементарна иРНК, иРНК комплементарна кодирующей цепочке ДНК, две цепочки ДНК комплементарны друг другу. Количество аденина в двуцепочечной молекуле ДНК равно количеству тимина, количество гуанина равно количеству цитозина. Аденина и тимина по 7 штук, гуанина и цитозина по 8 штук.

В биосинтезе фрагмента молекулы белка участвовали последовательно молекулы тРНК с антикодонами ААГ, ААУ, ГГА, УАА, ЦАА. Определите аминокислотную последовательность синтезируемого фрагмента молекулы белка и нуклеотидную последовательность участка двухцепочечной молекулы ДНК, в которой закодирована информация о первичной структуре молекулы белка. Объясните последовательность ваших действий. Для решения задачи используйте таблицу генетического кода.

тРНК А А Г А А У Г Г А У А А Ц А А
иРНК У У Ц У У А Ц Ц У А У У Г У У
ДНК А А Г А А Т Г Г А Т А А Ц А А
Т Т Ц Т Т А Ц Ц Т А Т Т Г Т Т
аминокислоты фен лей про иле вал

1. По тРНК по принципу комплементарности находим иРНК.
2. По кодонам иРНК находим аминокислоты с использованием таблицы.
3. По иРНК по принципу комплементарности находим кодирующую цепь ДНК.
4. По кодирующей цепи ДНК по принципу комплементарности находим некодирующую цепь ДНК.

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на которой синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: АЦГЦЦГЦТААТТЦАТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

ДНК А Ц Г Ц Ц Г Ц Т А А Т Т Ц А Т
тРНК У Г Ц Г Г Ц Г А У У А А Г У А

На цепочке ДНК по принципу комплементарности строится тРНК. Третий антикодон ГАУ будет присоединяться к кодону ЦУА. В таблице генетического кода находим, что кодону ЦУА соответствует аминокислота лейцин.

В результате мутации во фрагменте молекулы белка аминокислота треонин (тре) заменилась на глутамин (глн). Определите аминокислотный состав фрагмента молекулы нормального и мутированного белка и фрагмент мутированной иРНК, если в норме иРНК имеет последовательность ГУЦАЦАГЦГАУЦААУ. Ответ поясните. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

иРНК Г У Ц А Ц А Г Ц Г А У Ц А А У
нормальный белок вал тре ала иле асн

После мутации фрагмент молекулы белка будет иметь состав вал-глн-ала-иле-асн. Глутамин кодируется кодонами ЦАА и ЦАГ, следовательно, мутированная иРНК будет ГУЦЦААГЦГАУЦААУ или ГУЦЦАГГЦГАУЦААУ.

Информативная часть начинается с аминокислоты мет

Строго говоря, речь идет о разнообразных превращениях свободных аминокислот, а не белков пищи, под действием микрофлоры нижнего отдела кишечника. Известно, что микроорганизмы кишечника для своего роста также нуждаются в доставке с пищей определенных аминокислот. Кроме того, микрофлора кишечника располагает набором ферментных систем, отличных от соответствующих ферментов животных тканей и катализирующих разнообразные превращения пищевых аминокислот (окисление, восстановление, дезаминирование, декарбоксилирование, распад). Благодаря этому в кишечнике создаются оптимальные условия для образования ядовитых продуктов распада аминокислот, в частности фенола, индола, крезола, скатола, сероводорода, метилмеркаптана, а также нетоксичных для организма ряда других соединений — спиртов, аминов, жирных кислот, кетокислот, гидроксикислот и др.

Все эти превращения аминокислот, вызванные деятельностью микроорганизмов кишечника, получили общее название гниения белков в кишечнике. Так, в процессе постепенного и глубокого распада серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина и метионина) в кишечнике образуются сероводород (H2S) и метилмеркаптан (CH3SH). Диаминокислоты, в частности орнитин и лизин, подвергаются процессу декарбоксилирования с образованием протеиногенных аминов (их иногда называют птомаинами, или трупными ядами, поскольку они образуются также при гнилостном разложении трупов). Из орнитина образуется путресцин, а из лизина — кадаверин [показать] .

[1]

Оба амина легко всасываются в кровь и выделяются с мочой; следует указать, что в моче они открываются в редких случаях, в частности при холере, гастроэнтеритах, а также при наследственной цистинурии. Вероятнее всего, оба этих амина обезвреживаются уже в клетках слизистой оболочки кишечника под влиянием специфической диаминоксидазы (см. ниже).

Читайте так же:  Дезаминирование аминокислот биологическая роль

Из ароматических аминокислот фенилаланина, тирозина и триптофана при аналогичном бактериальном декарбоксилировании образуются соответствующие биогенные амины: фенилэтиламин, парагидроксифенилэтиламин (или триптамин) и индолилэтиламин (триптамин). Помимо этого процесса, микробные ферменты кишечника вызывают постепенное разрушение боковых цепей циклических аминокислот, в частности тирозина и триптофана, с образованием ядовитых продуктов обмена: соответственно крезола и фенола, скатола и индола [показать] .

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где они подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных, так называемых парных, кислот (например, фенолсерная кислота или скатоксилсерная кислота). Последние выделяются с мочой.

Механизм обезвреживания этих продуктов расшифрован в деталях.

В печени содержатся специфические ферменты — арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкуронилтрансфераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы — 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфата (ФАФС) и остатка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы — уридиндифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) на любой из указанных выше продуктов. Источником ФАФС являются промежуточные продукты обмена пуриновых нуклеотидов и углеводов; не исключено возможное участие рибозо-5-фосфата, который образуется в процессе пентозо-фосфатного пути окисления глюкозы. Предшественниками УДФГК в организме являются метаболиты глюкозы и УТФ. Cм. химическое строение ФАФС и УДФГК и в качестве примера механизм обезвреживания индола:

Индол (как и скатол) предварительно подвергается окислению в индоксил (соответственно скатоксил), который взаимодействует непосредственно в ферментативной реакции с ФАФС:

Индол связывается в виде эфиросерной кислоты, калиевая или натриевая соль которой получила название животного индикана, который выводится с мочой. По количеству индикана в моче у человека судят о скорости процессов гниений белков в кишечнике и о функциональном состоянии печени. Таким образом, определение индикана имеет большое клиническое значение.

Ряд других аминокислот также подвергается распаду под действием ферментов микроорганизмов кишечника (фенилаланин, лизин, орнитин и др.), однако образующиеся из них продукты гниения не представляют большой опасности для организма, поскольку они менее токсичны, чем указанные выше соединения.

Существенный интерес с точки зрения клиники представляет механизм обезвреживания бензойной кислоты, которая после всасывания из кишечника связывается в печени с глицином согласно уравнению:

Реакция требует доставки энергии и присутствия КоА. По скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты (проба Квика) обычно судят о функциональном состоянии печени; этот тест с успехом используется в клинической практике. Таким образом, организм человека и животных обладает рядом защитных механизмов синтеза, биологическая роль которых заключается в обезвреживании токсических продуктов, поступающих в организм извне или образующихся в кишечнике из продуктов питания благодаря жизнедеятельности микроорганизмов.

СУДЬБА ВСОСАВШИХСЯ АМИНОКИСЛОТ

Приведенная ниже схема дает представление о многообразии каналов, по которым используются аминокислоты после всасывания в кишечнике. Поступив через воротную вену в печень, они прежде всего подвергаются ряду превращений в этом органе, хотя значительная часть аминокислот разносится кровью по всему организму и используется для физиологических целей. В печени аминокислоты используются не только для синтеза собственных белков и белков плазмы крови, но также для синтеза ряда специфических азотсодержащих соединений — пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, креатина, мочевой кислоты, НАД и др. Печень обеспечивает, кроме того, сбалансированный пул свободных аминокислот организма путем синтеза незаменимых аминокислот и перераспределения азота в результате реакций трансаминирования

Использованию аминокислот в синтезе белка и роли в этом исключительно важном для всех живых существ процессе нуклеиновых кислот будет посвящена отдельная глава (см. Биосинтез белка). Прежде чем перейти к рассмотрению основных путей обмена аминокислот, следует остановиться вкратце на проблеме транспорта аминокислот внутрь клетки.

ТРАНСПОРТ АМИНОКИСЛОТ ЧЕРЕЗ КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ

Различная скорость проникновения аминокислот через биомембраны клеток, установленная при помощи метода меченых атомов, свидетельствует о существовании в организме активной транспортной системы, обеспечивающей перенос аминокислот как через внешнюю клеточную мембрану, так и через систему внутриклеточных мембран. Несмотря на тщательные исследования, проведенные в разных лабораториях, тонкие механизмы функционирования активной системы транспорта аминокислот пока не расшифрованы. А. Майстером предложена новая схема транспорта аминокислот через биомембраны, которая, по-видимому, активно функционирует в почечных канальцах, слизистой кишечника и в ряде других тканей, в частности в ткани мозга. Сущность этой гипотезы можно понять из схемы [показать] .

Читайте так же:  Количество аминокислот в молекуле белка

Предполагается, что главную роль в этом процессе играет мембранно-связанный гликопротеид — фермент γ-глутамил-транспептидаза, которая катализирует перенос γ-глутамильной группы от глутатиона или другого γ-глутамильного пептида на транспортируемую аминокислоту. Комплекс γ-глутамил — аминокислота после переноса (транслокации) через биомембрану распадается внутри клетки (или внутри субклеточного образования) под действием глутамилциклотрансферазы на свободную аминокислоту и 5-оксопролин (пироглутаминовая кислота), образование которого почти целиком сдвигает реакцию расщепления комплекса вправо. Специфичность связывания (центр узнавания) аминокислоты обусловлена молекулой самой γ-глутамилтранспептидазы благодаря существованию изоферментов. С другой стороны, предполагается, что имеются особые белки, связывающие аминокислоты, — эти белки обеспечивают доставку своих субстратов к транспептидазе. Укажем также, что благодаря легкой возможности ресинтеза глутатиона, требующего только затраты энергии АТФ, цикл может повторяться многократно. Однако, несмотря на свою оригинальность и привлекательность, схема не отвечает на ряд вопросов (включая значение Na + в активном транспорте аминокислот).

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ В ТКАНЯХ

Ранее было отмечено широкое участие природных аминокислот (точнее углеродных скелетов, колец и различных функциональных групп) в синтезе биологически активных соединений. О многообразии таких синтезов свидетельствует приведенная ниже схема:

ОБЩИЕ ПУТИ ОБМЕНА АМИНОКИСЛОТ

Несмотря на то, что почти для каждой аминокислоты выяснены индивидуальные пути обмена (см. ниже), известен ряд превращений, общих почти для всех аминокислот. К этим превращениям относятся реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования и рацемизации. Рассмотрим подробно три первые реакции, имеющие значение для всех живых организмов. В то же время реакции рацемизации характерны только для микроорганизмов, в которых открыты ферменты, катализнрующие рацемизацию ряда аминокислот (Ала, Глу, Про, Мет, Лиз, Сер) и эпимеризацию оксипролина и α,ε-диаминопимелиновой кислоты. Физиологическая роль рацемаз микроорганизмов сводится к синтезу ряда D-изомеров аминокислот, которые затем используются для построения клеточной оболочки.

Образовавшиеся в процессе дезаминирования и трансдезаминирования α-кетокислоты подвергаются в тканях животных различным превращениям. Прежде всего α-кетокислоты могут подвергаться восстановительному аминированию с образованием соответствующей аминокислоты. Это так называемый синтетический путь превращения. Опыты с перфузией растворов α-кетокислот и аммиака через изолированную печень показали, что в оттекающей из печени жидкости действительно открываются соответствующие исходным кетокислотам L-аминокислоты. Этот синтез протекает преимущественно по механизму трансреаминирования, т. е. при участии трансаминирования (см. выше). Доказаны, кроме того, глюкогенные, кетогенные и окислительные пути, ведущие к образованию глюкозы, жирных кислот, ацетоновых тел и компонентов цикла трикарбоновых кислот (рис.)

Углеродные скелеты аминокислот могут включаться в ЦТК через следующие соединения: ацетил-КоА (опосредованно через пируват), ЩУК, α-КГ и сукцинил-КоА непосредственно. Пять аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Три и Тир) считаются «кетогенными», поскольку они являются предшественниками ацетоновых тел, в частности ацетоуксусной кислоты, в то время как большинство других аминокислот, обозначаемых как «глюкогенные», служат в организме источником углеводов, в частности глюкозы. Подобный синтез углеводов de novo наблюдается при некоторых патологических состояниях, например при сахарном диабете, а также при гиперфункции коры надпочечников и при введении глюкокортикоидов (см. Гормоны). Такое разделение аминокислот на кетогенные и глюкогенные имеет, однако, условный характер, поскольку из 9 углеродных атомов тирозина, например, четыре используются при синтезе ацетоуксусной кислоты, а три — при синтезе глюкозы через пируват.
Декарбоксилирование аминокислот

Судьба биогенных аминов. Накопление биогенных аминов может отрицательно сказаться на физиологическом статусе и вызывать ряд серьезных нарушений в организме. Однако органы и ткани как и целостный организм располагают специальными механизмами обезвреживания биогенных аминов, которые в общем виде сводятся к их окислительному дезаминированию с образованием соответствующих альдегидов и освобождением аммиака:

Ферменты, катализирующие эти реакции, получили названия моноамин- и диаминоксидаз. Более подробно изучен механизм окислительного дезаминирования моноаминов. Этот ферментативный процесс является необратимым и протекает в две стадии:

  1. R-CH2-NH2 + E · ФАД + Н2О —> R-CHO + NH2 + E · ФАДH2
  2. ФАДH2 + O2 —> E · ФАД + Н2О2

Видно, что в первой, анаэробной, стадии образуются альдегид, аммиак и восстановленный фермент. Последний в аэробной фазе окисляется молекулярным кислородом. Образовавшаяся перекись водорода далее распадается на воду и кислород. Моноаминоксидаза — ФАД-содержащий фермент — преимущественно локализуется в митохондриях, играет исключительно важную роль в организме, регулируя скорость биосинтеза и распада биогенных аминов. Укажем также, что некоторые ингибиторы моноаминоксидазы (ипраниазид, гармин, паргилин) нашли применение при лечении гипертонической болезни, депрессивных состояний, шизофрении и др.

Источники


  1. Потапчук, А.А. Лечебная физическая культура в детском возрасте / А.А. Потапчук. — М.: Речь, 2016. — 769 c.

  2. Жук, С.М. Кулинарная книга со счетчиком калорий / С.М. Жук. — М.: Астрель, 2011. — 596 c.

  3. Юнас Детская энциклопедия здоровья / Юнас, Дюрик Ян; , Петер. — М.: Освета, 2016. — 262 c.
  4. Цыпленкова, О. Гимнастика для детей от 2 до 5 лет (+ CD-ROM) / О. Цыпленкова. — М.: Робинс, 2012. — 648 c.
  5. Красавин, О. А. Биолокация. Питание и здоровье с точки зрения биолокации. Эзотерика. Музыка рождается в Космосе / О.А. Красавин. — М.: Велигор, 2012. — 228 c.
Информативная часть начинается с аминокислоты мет
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here