Главная      Учебники - Разные     Лекции (разные) - часть 17

 

Поиск            

 

Указания методические к контрольным работам и варианты контрольных работ для студентов заочного отделения медицинского факультета специальности «Фармация» Петрозаводск

 

             

Указания методические к контрольным работам и варианты контрольных работ для студентов заочного отделения медицинского факультета специальности «Фармация» Петрозаводск

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Петрозаводский государственный университет

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Методические указания к контрольным работам и варианты контрольных работ для студентов заочного отделения медицинского факультета специальности «Фармация»

Петрозаводск

Издательство ПетрГУ

2008

Рассмотрены и утверждены к печати на заседании редакционной комиссии по отрасли науки и техники «биология» 15 мая 2008 г.

Печатаются по решению

редакционно-издательского совета

Петрозаводского государственного университета

Составители

В. В. Осташкова , канд. биол. наук.

Н.Н. Немова , доктор биол. наук,

Н.С. Зыкина, канд. биол. наук.

Предисловие

Указания содержат методические материалы к контрольным работам и варианты контрольных работ для студентов заочного отделения медицинского факультета специальности «Фармация» по темам:

· «Строение, классификация и биологическая роль аминокислот»,

· «Номенклатура отдельных ферментов»,

· «Строение и биологическая роль нуклеотидов и нуклеиновых кислот»,

· «Гормоны».

Контрольные работы, как одна из форм контроля самостоятельной работы и оценки знаний студентов, проводятся в шестом и седьмом семестрах на 3 и 4 курсах специальности «Фармация» заочной формы обучения. Выполнение контрольных работ способствует более глубокому усвоению теоретического материала.

Также представлен теоретический материал по теме «Витамины», необходимый студентам для самостоятельной подготовки к устному опросу.

ТЕМА 1. Строение, классификация

и биологическая роль аминокислот

Задание:

1. Выучить предложенный теоретический материал.

2. Ознакомиться с вариантами контрольной работы по теме.

3. Выполнение контрольной работы по этой теме проводится на первом лабораторном занятии в 6 семестре (летняя сессия).

1.1. Аминокислотный состав белков

Историческая справка. Первая аминокислота – глицин была выделена в 1820 г. методом кислотного гидролиза желатины, полностью расшифрован аминокислотный состав белков в 1938 г., когда была идентифицирована последняя аминокислота – треонин (Имеются данные, что первым был выделен аспарагин из аспарагуса в 1806 г.).

Функции аминокислот. В настоящее время известно более 300 аминокислот, они могут выполнять разные функции:

  • входят в состав всех белков – их 20, и такие аминокислоты называют стандартными, или протеиногенными ,
  • входят в состав только редких, или определенных, белков (например, оксипролин, 5-оксилизин входят в состав коллагена; десмозин – в состав эластина),
  • входят в состав других соединений (например, b-аланин входит в состав витамина В3 , который необходим для синтеза КоА-SH),
  • являются промежуточными метаболитами обменных процессов (например, орнитин, цитруллин),
  • необходимы для синтеза биологически активных соединений, например, биогенных аминов, нейромедиаторов,
  • необходимы для синтеза азотсодержащих соединений (полиаминов, нуклеотидов и НК),
  • углеродный скелет аминокислот может использоваться для синтеза других соединений:

а) глюкозы – такие аминокислоты называются глюкогенными (большинство из протеиногенных),

б) липидов – кетогенными (вал, лей, иле, фен, тир),

  • аминокислоты могут быть источником определенных функциональных групп – сульфатной (цистеин), одноугле-родных фрагментов (метионин, глицин и серин), амино-группы (глутамин, аспарат).

Номенклатура аминокислот. Аминокислоты – производные карбоно-вых кислот, в молекуле которых атом водорода у С, стоящего в a-положении, замещен аминогруппой. Общая формула L-изомеров аминокислот:

Отличаются аминокислоты между собой функциональными группами в боковой цепи (R). Каждая аминокислота имеет тривиальное, рациональное и сокращенное трех- или однобуквенное обозначение , например, глицин, аминоуксусная, гли.

Тривиальное название чаще всего связано с источником выделения или свойствами аминокислоты:

  • серин входит в состав фиброина шелка (от лат. serius – шелко-вистый),

· тирозин впервые выделен из сыра (от греч. tyros – сыр),

  • глутамин выделен из клейковины злаковых (от лат. gluten – клей),
  • цистин – из камней мочевого пузыря (от греч. kystis – пузырь),
  • аспарагиновая кислота – ростков спаржи (от лат. asparagus – спаржа),

· глицин от греч. glykos – сладкий.

Рациональное название складывается исходя из того, что каждая аминокислота является производной соответствующей карбоновой кислоты.

Сокращенное обозначение используют для написания аминокислотного состава и последовательности аминокислот в цепи. В биохимии чаще всего применяют тривиальное и сокращенное обозначение.

Классификация аминокислот.

Существует несколько классификаций:

1) по химической природе боковой цепи (R),

2) рациональная классификация (по степени полярности радикала, по Ленинджеру),

3) по способности синтезироваться в организме.

По химической природе боковой цепи ( R ) все аминокислоты делятся на:

1. Ациклические (алифатические):

  • моноаминомонокарбоновые (содержат 1 NH2 - и 1 СООН-группы);
  • моноаминодикарбоновые

(содержат 1 NH2 – и 2 СООН–группы);

  • диаминомонокарбоновые

(содержат 2 NH2 – и 1 СООН–группы);

  • диаминодикарбоновые

(содержат 2 NH2 – и 2 СООН–группы).

2. Циклические:

А) гомоциклические (фен, тир);

Б) гетероциклические :

  • аминокислоты (гис, три);
  • иминокислоты (про).

По Ленинджеру (по способности радикала взаимодействовать с водой) все аминокислоты делят на 4 группы:

  • неполярные , незаряженные (гидрофобные ) – их 8: ала, вал, лей, иле, мет, фен, три, про;
  • полярные , незаряженные (гидрофильные ) – их 7: сер, тре, глн, асн, цис, тир, гли;
  • отрицательно-заряженные – их 2: асп, глу;
  • положительно-заряженные – их 3: гис, арг, лиз.

По способности синтезироваться в организме аминокислоты могут быть:

· заменимыми , которые могут синтезироваться в организме;

· незаменимыми , которые не могут синтезироваться в орга-низме и должны поступать с пищей.

Понятие «незаменимые» относительно для каждого вида – у человека и свиней их 10 (вал, лей, иле, тре, мет, фен, три, арг, гис, лиз), у животных с четырехкамерным желудком – 2 серосодержащие (цис, мет), у птиц – 1 (гли).

Физико-химические свойства:

  1. Растворимы в воде (лучше растворимы положительно- и отрицательно заряженные аминокислоты, затем гидрофиль-ные, хуже – гидрофобные).
  2. Имеют высокую точку плавления (обусловлено тем, что в кристаллическом виде находятся в виде биполярных ионов).
  3. Обладают оптической активностью, которая обусловлена наличием асимметрического атома углерода (за исключением гли). В связи с этим аминокислоты:

· существуют в виде L- и D-стереоизомеров, но в состав белков высших животных входят в основном аминокислоты L-ряда; количество стереоизомеров зависит от количества асимметрических атомов углерода и рассчитывается по формуле 2n , где n – кол-во асимметрических атомов С;

· способны вращать плоскость поляризованного света вправо или влево; величина удельного вращения у разных аминокислот варьирует от 10 до 30о .

4. Амфотерные свойства (аминокислоты, кроме гли, при физиологических значениях рН и в кристаллическом виде находятся в виде биполярных ионов). Величина рН, при которой суммарный заряд аминокислоты равен 0, называется изоэлектрической точкой. Для моноаминомонокарбоновых аминокислот она лежит в интервале 5,5-6,3, диаминомоно-карбоновых – больше 7, для дикарбоновых меньше 7.

  1. Химические свойства :

· кислотные свойства, обусловленные наличием карбок-сильной группы,

· основные свойства, обусловленные наличием амино-группы,

· свойства, обусловленные взаимодействием аминогруппы и карбоксильной между собой,

· свойства, обусловленные наличием функциональных групп в боковой цепи.

1.2. Строение и биологическая роль протеиногенных аминокислот

I . Ациклические

1. Моноаминомонокарбоновые

Глицин (гли, аминоуксусная к-та):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (гли ®сер®ПВК…).

3. Донор одноуглеродных фрагментов, необходимых для синтеза:

· пиррола,

· пуринсодержащих молекул (нуклеотидов, НК),

· гемсодержащих соединений (гемоглобина, хлорофилла),

· холина (и соответственно ацетилхолина – медиатора парасим-патической системы),

· синтеза креатина (креатинфосфат участвует в мышечном сокращении).

4. Необходим для синтеза трипептида – глютатиона.

Аланин (ала, a-аминопропионовая к-та):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (ала ® сер ®ПВК…).

Серин (сер, a-амино-b-гидроксипропионовая к-та):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (сер ®ПВК…).

3. Входит в состав активных центров ферментов (30%).

4. Необходим для синтеза фосфопротеинов (казеин молока).

5. Необходим для синтеза заменимой аминокислоты цис.

Цистеин (цис, a-амино-b-тиопропионовая к-та):

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (цис®сер®ПВК…).

3. Входит в состав активных центров ферментов.

4. Необходим для формирования 2-, 3-, и 4-тичной структуры белков, т. к. способен образовывать дисульфидные связи.

5. Содержит самую реакционно активную при физиологических условиях функциональную группу, которая легко вступает во многие реакции:

· окислительно-восстановительные (образуется цистин, глютатион),

· способен связывать тяжелые металлы – входит в состав металлотионеинов (содержит до 30% цистеина), одна молекула такого белка может связать 7 атомов Ме.

6. Является донором сульфид- и сульфат- группы и необходим для синтеза серосодержащих соединений:

· таурина (для синтеза желчных кислот),

· при декарбоксилировании образуется меркаптоэтиламин (необходим для синтеза КоА-SH).

7. Много в хрусталике глаза, применяется в медицинской практике для профилактики катаракты (в качестве препарата «Витеин» – 3¢-фосфоаденозин-5¢-фосфосульфат, в состав которого входят цистеин, глутамин и глюконат).

Треонин ( тре, a-амино-b-гидроксимасляная к-та):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (гли ®сер ®ПВК…).

3. Необходим для синтеза фосфопротеинов.

Метионин (мет, a-амино-g-метилтиомасляная кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная (особенно много в казеине молока).

  1. Является донором метильной группы (в виде S-аденозин-метионина), необходим для синтеза:

· холина,

· фосфолипидов (липитропный эффект) – в мед. практике назначается при токсических поражениях и жировой инфильтрации печени.

Валин (вал, a-амино-изовалерьяновая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная.

3. Кетогенная.

Лейцин (лей, a-амино-изокапроновая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная.

3. Кетогенная.

Изолейцин (иле, a-амино-изокапроновая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная.

3. Кетогенная.

2. Моноаминодикарбоновые

Аспартат (асп, аминосукцинат):

аспарагиновая аспарагин

кислота (асп) (асн)

Биологическая роль:

1. Протеиногенная, в состав белков входят и аспартат и его амид (асн).

2. Глюкогенная (асп®ЩУК…).

3. Входит в активный центр ферментов.

4. Является донором аминогруппы.

5. Необходим для синтеза пиримидиновых оснований.

6. Участвует в обезвреживании аммиака.

Глутамат (глу, аминоглутарат):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная, в состав белков входят и глутамат и его амид (глн).

2. Глюкогенная (глу® a-кетоглутарат ®ЩУК…).

3. Входит в активный центр ферментов.

4. Является донором аминогруппы.

5. Необходим для синтеза пуриновых оснований.

6. Для синтеза трипептида глютатиона.

7. Участвует в обезвреживании аммиака.

8. При декарбоксилировании образуется g-аминомасляная кислота (оказывает тормозящее действие на ЦНС).

9. Как нейромедиатор улучшает функцию головного мозга (передача синапсов симпатической системы), содержится в сером и белом веществе головного мозга; в медицинской практике назначают при лечении заболеваний ЦНС, психических расстройствах, дистрофии мышц.

3. Диаминомонокарбоновые

Аргинин (арг, a-амино-d-гуанидилвалерьяновая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная (особенно много в эмбриональных тканях и опухолевых клетках).

2. Основной источник образования NO, необходимого для регуляции апоптоза, деления и дифференцировки клеток.

3. Участвует в синтезе мочевины.

4. Необходим для синтеза:

· аргининфосфата (используется при мышечном сокраще-нии),

· креатинфосфата(из арг, гли и мет), необходимого для мышечного сокращения.

Лизин (лиз, a,e-диаминокапроновая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (глу®a-кетоглутарат®ЩУК…).

3. Из лиз образуются нестандартные аминокислоты:

· 5-гидроксилизин (для синтеза коллагена),

· N-метиллизин (в миозине),

· Десмозин (в эластине),

4. При декарбоксилировании образуется трупный яд кадаверин.

4. Диаминодикарбоновые (цистин, лактионин)

II . Циклические

1. Гомоциклические:

Фенилаланин (фен, a-амино-bфенил-пропионовая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная.

3. Кетогенная.

4. Для синтеза гормонов:

· гормонов мозгового слоя надпочечников (адреналина и норадреналина),

· гормонов щитовидной железы (тироксина).

5. Для синтеза меланина.

Тирозин (тир, a-амино-b-парагидроксифенил-пропионовая кислота):

(легко образуется из фен и выполняет те же функции).

2. Гетероциклические аминокислоты

Триптофан (три, a-амино-b-индолил-пропионовая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Для синтеза витамина РР.

3. Для синтеза биогенных аминов:

· серотонина (медиатор ЦНС),

· триптамина (повышает АД, сужает сосуды).

Гистидин (гис, a-амино-b-имидозолил-пропионовая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная.

2. Глюкогенная (Гис ® глу ®…).

3. Входит в активный центр ферментов.

4. Для синтеза биогенного амина (при декарбоксилировании) – гистамина (понижает давление, расширяет кровеносные сосуды).

5. Для синтеза экстрактивных веществ скелетной мышцы – карно-зина и ансерина (специфические дипептиды скелетных мышц позвоночных, участвуют в сокращении, увеличивают амплитуду сокращения мышцы после утомления).

3. Гетероциклические иминокислоты

Пролин (про, пирролидин-a-карбоновая кислота):

Биологическая роль:

1. Протеиногенная (больше всего в коллагене).

2. Глюкогенная (Гис ® глу ®…)э

3. Дестабилизирует пространственную структуру белка, вызывая излом a-цепи).

1.3. Применение аминокислот в медицинской

и фармацевтической практике

1. В промышленности и медицине:

  • ежегодно производят в мире более 200 тыс. тонн амино-кислот, в основном как пищевые добавки и компоненты кормов для скота,
  • традиционные методы получения – ферментативный гидро-лиз, химический и ферментативный синтез,
  • больше всего производят лиз и глу, а также гли и мет.

2. В качестве лекарственных препаратов:

· в основном применяются мет, гис, глу и асп, а также арг, фен и цис (например, на основе ГАМК создан препарат гаммалон (аминолон), применяемый при нарушениях мозгового кровообращения после инсульта, при атеросклерозе мозговых сосудов, потере памяти),

· асп – способствует повышению потребления кислорода сердечной мышцей. В кардиологии применяют панангин – препарат, содержащий К и аспартат Mg (его применяют для лечения аритмий и ишемической болезни сердца),

· мет – назначают при отравлениях эндотоксинами, для защиты от экзотоксинов, обладает радиопротекторными свойствами, в геронтологии – в качестве профилактического средства,

· гли – как ГАМК, является медиатором торможения ЦНС. Применяют для лечения хронического алкоголизма, производный глицина – бетаин – эффективный гепатопротектор,

· вал – входит в состав комплексонов для выведения радио-нуклидов из организма.

3. В пищевой промышленности:

· для улучшения вкуса мяса, консервирования – глу,

· d-триптофан (слаще сахарозы),

· в качестве антиоксидантов в пищевой промышленности используют гли и цис, лиз – как стабилизатор витаминов,

· сладкий на вкус гли применяют при производстве приправ и безалкогольных напитков.

1.4. Примерные варианты контрольной работы по теме «Аминокислоты, классификация, структура

и биологическая роль»

Вариант 1

1. Приведите примеры гетероциклических аминокислот, производных пропионовой кислоты. Напишите их формулу, укажите название, биологическую роль.

2. Какие из перечисленных аминокислот относятся к полярным незаряженным: лейцин, глутамин, фенилаланин, треонин, валин? Напишите их формулы.

Вариант 2

1. Пролин и гидроксипролин (классификация, структура, биологическая роль).

2. Напишите формулы серосодержащих аминокислот, укажите их биологическую роль.

Вариант 3

1. Напишите формулу аминокислоты, не имеющей стереоизомеров. К какому классу по классификации Ленинджера она относится? Укажите ее биологическую роль.

2. Пирролидин-α-карбоновая кислота. Напишите ее формулу, укажите тривиальное название, классификацию и биологическую роль.

Вариант 4

1. Напишите формулу гомоциклических аминокислот. К каким классам по классификации Ленинджера они относятся? Укажите их биологическую роль.

2. Лизин (структура, классификация, номенклатура и биологическая роль).

Вариант 5

1. Напишите формулу незаменимых аминокислот с разветвленной углеродной цепочкой. К какому классу по классификации Ленинджера они относятся? Укажите их биологическую роль.

2. Напишите формулу аминоуксусной кислоты и α-амино-β-фенилпропионовой кислоты. Укажите их тривиальное название, классификацию и биологическую роль.

Вариант 6

1. Напишите формулу триптофана и серина. Укажите химическое название, классификацию и биологическую роль.

2. Напишите формулу α-амино-γ-метилтиомасляной кислоты и α-амино-изовалерьяновой кислоты. Укажите тривиальное название, биологическую роль, классификацию.

Вариант 7

1. Какие из перечисленных аминокислот (лизин, валин, глутами-новая кислота, треонин) являются гидрофобными неполярными? Напишите их формулы, укажите биологическую роль.

2. Аргинин (структура, классификация, биологическая роль).

Вариант 8

1. Из перечисленных ниже аминокислот укажите гидроксил-содержащие аминокислоты: валин, тирозин, аргинин, серин, аспарагин. Напишите, к какому классу (по всем трем классификациям) они относятся, укажите их биологическую роль.

2. α-амино-β-индолил-пропионовая кислота. Напишите ее формулу, тривиальное название, укажите биологическую роль.

Вариант 9

1. Напишите формулу аминокислоты, способной образовывать дисульфидные мостики в структуре белков. Укажите ее название, классификацию, биологическую роль.

2. Моноаминодикарбоновые кислоты и их амиды. Структура, класси-фикация и биологическая роль.

Вариант 10

1. Напишите формулу аминокислоты, не имеющей стереоизомеров. Укажите ее название, классификацию и биологическую роль.

2. Перечислите аминокислоты, которые относятся к классу неполярных, гидрофобных. Напишите формулы циклических, укажите их биологическую роль.

Вариант 11

1. Какие аминокислоты участвуют в образовании глутатиона? Напишите его формулу и формулы этих аминокислот, укажите их биологическую роль, классификацию.

2. Гистидин (структура, биологическая роль и классификация).

Вариант 12

1. Положительно заряженные аминокислоты, структура, классифи-кация и биологическая роль.

2. Аминокислота – донор метильной группы. Напишите ее формулу, укажите название и классификацию.

Вариант 13

1. Отрицательно заряженные аминокислоты, структура, классифи-кация и биологическая роль.

2. Из чего образуются в организме гистамин, триптамин и серото-нин? Напишите формулы этих аминокислот и биогенных аминов.

Вариант 14

1. Приведите примеры гетероциклических аминокислот, производ-ных пропионовой кислоты. Напишите их формулу, укажите тривиальное название, классификацию и биологическую роль.

2. Из каких аминокислот могут образовываться в организме трупные яды? Напишите формулы этих аминокислот и продуктов их декарбоксилирования.

Вариант 15

1. Пролин и гидроксипролин, структура, классификация и биоло-гическая роль.

2. Напишите формулы аминокислот, участвующих в процессах обезвреживания аммиака в организме человека и животных, укажите, к какому классу по классификации Ленинджера они относятся, их биологическая роль.

Вариант 16

1. Напишите формулу глутаминовой кислоты, валина и гистидина. К каким классам по классификации Ленинджера они относятся? Укажите их биологическую роль.

2. Какая аминокислота применяется в медицинской практике для подавления возбуждения ЦНС? Почему? Напишите формулы ее и биогенного амина, образующегося в организме из этой аминокислоты.

Вариант 17

1. Напишите формулы аминокислот, являющихся производными пропионовой кислоты и относящихся к классу полярных незаряженных. Укажите их название, биологическую роль.

2. Триптофан, структура, классификация и биологическая роль.

Вариант 18

1. Какие из перечисленных аминокислот относятся к классу положительно заряженных: лейцин, аргинин, глицин, лизин, фенилаланин? Напишите их формулу и укажите биологическую роль.

2. Тирозин, структура, классификация и биологическая роль.

Вариант 19

1. Перечислите незаменимые для человека аминокислоты. Напишите формулы циклических аминокислот из них, укажите их название, классификацию и биологическую роль.

2. Цистеин, структура, классификация и биологическая роль.

Вариант 20

1. Серосодержащая незаменимая аминокислота. Структура, классификация и биологическая роль.

2. Гомоциклические аминокислоты, структура, классификация и биологическая роль.

ТЕМА 2. Номенклатура отдельных ферментов

Задание:

  1. Выучить предложенный теоретический материал по теме.
  2. Просмотреть и решить все варианты контрольной работы.
  3. Выполнить зачетную контрольную работу по этой теме на третьем лабораторном занятии в 6 семестре (летняя сессия).

2.1. Тривиальная номенклатура ферментов

Историческая справка. Современная функциональная классификация и номенклатура ферментов предложены Международной комиссией по ферментам в 1961 г. Согласно этой классификации все ферменты подразделяются на 6 классов:

1. Оксидоредуктазы,

2. Трансферазы,

3. Гидролазы,

4. Лиазы,

5. Изомеразы,

6. Лигазы (синтетазы).

Каждый класс содержит несколько подклассов – в первом классе 17 классов, во втором – 8, третьем – 11, четвертом – 7, пятом – 6 и шестом – 5 подклассов.

Каждый фермент имеет 4-значный код, который обозначает:

· первое число – номер класса, к которому относится данный фермент,

· второе число обозначает подкласс,

· третье число – номер подподкласса,

· четвертое – порядковый номер фермента в подподклассе.

Таким образом, КФ 2.7.1.1. означает, что фермент относится к классу 2 (трансфераза), подклассу 7 (перенос фосфата) и подподклассу 1 (акцептором фосфата является спиртовая группа). Последняя цифра фермента обозначает гексокиназу, или АТФ: D-гекзсозо-6-фосфотрансферазу, т.е. фермент, катализирующий перенос фосфата с АТФ на гидроксильную группу атома углерода в шестом положении глюкозы:

На примере нескольких ферментов, рассмотрим принципы формирования тривиального (или рабочего) названия ферментов.

1. Дегидрогеназы относятся к классу оксидоредуктаз (КФ 1.1.1.), катализируют:

· окислительно-восстановительные реакции, т.е. отнятия и присоединения (±) 2Н,

· фермент катализирует как прямую, так и обратную реакции ( ).

Название состоит из 2 частей:

1) название субстрата, который является донором 2Н (из двух соединений выбирается то, от которого отнимается 2 атома водорода);

2) + «дегидрогеназа».

Например, окисление сукцината в фумарат:

сукцинат фумарат

Так как в этой реакции происходит дегидрирование сукцината, фермент называется с укцинатд егидрог еназой, или сокращенно СДГ.

2. Гидратазы – относятся к классу лиаз (КФ 4.2.1.), катализируют:

· реакции гидратации и дегидратации (± Н2 О),

· фермент катализирует как прямую, так и обратную реакции ( ).

Название состоит из 2 частей:

1) название субстрата, к которому присоединяется Н2 О (обычно содержит двойную связь, так как присоединение воды происходит по месту разрыва двойной связи),

2) + «гидратаза».

Например, гидратация фумарата:

фумарат малат

Из двух соединений выбирают то, которое содержит двойную связь в углеродной цепочке (фумарат) + слово «гидратаза», следовательно, полное название фермента – фумаратгидратаза.

3. Киназы – относятся к классу трансфераз (КФ 2.7.1), катализируют реакции фосфорилирования субстратов с затратами или образованием АТФ; все реакции, в которых участвуют киназы, практически необратимы.

Название состоит из 2 частей:

1) название субстрата, который фосфорилируется,

2) + «киназа».

Необходимо помнить, что глюкозу фосфорилируют 2 фермента – гексокиназа и глюкокиназа, и всегда по 6-му атому углерода, а фруктозу и галактозу по 1-му, ферменты соответственно называются фруктокиназа и галактокиназа. Гексокиназа при очень больших концентрациях фруктозы и галактозы (при патологии) может фосфорилировать эти гексозы (в норме этого не происходит), в этом случае присоединение фосфатной группы осуществляется по 6-му атому углерода.

Примеры:

1. Фосфорилирование глюкозы:

глюкоза глюкозо-6-фосфат

2. Фосфорилирование галактозы галактокиназой:

3. Фосфорилирование фруктозы фруктокиназой:

4. Изомеразы – относятся к 5-му классу, катализируют реакции взаимопревращения различных изомеров. Рассмотрим номенклатуру некоторых подклассов изомераз – мутаз, изомераз и эпимераз. Следует помнить, что все реакции, катализируемые изомеразами, обратимы.

4.1. Мутазы – катализируют реакции внутримолекулярного переноса заместителей (например, фосфатной группы от 6-го к 1-му атому углерода в молекуле глюкозы).

Название состоит из 3 частей:

1) название транспортируемой группы (фосфо-),

2) название субстрата (глюко-),

3) + «мутаза».

Пример – взаимопревращение глюкозо-6-фосфата в глюкозо-1-фосфат:

Так как в этой реакции происходит перенос фосфатной группы от 6-го к 1-му атому углерода в глюкозе, полное название фермента будет фосфоглюкомутаза.

4.2. Изомеразы – катализируют реакции взаимопревращения альдоз и кетоз:

Название также состоит из 3 частей:

1) общее название двух изомеров (по количеству атомов углерода в моносахариде – гексозо-, пентозо-, тетрозо- и триозо-),

2) название заместителя, если он имеется,

3) + «изомераза».

Например , взаимопревращение диоксиацетонфосфата и глицераль-дегид-3-фосфата:

диоксиацетонфосфат глицеральдегид-3-фосфат

Необходимо помнить, что глюкоза и фруктоза и их производные в клетке находятся в циклической форме, и их взаимопревращение также катализируют изомеразы. Например, превращение глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат:

глюкозо-6-фосфат фруктозо-6-фосфат

4.3. Эпимеразы – катализируют взаимопревращение эпимеров (изомеров, которые отличаются между собой расположением заместителей у одного и того же атома углерода).

Название состоит из 3 частей:

1) общее название двух изомеров (обычно по количеству атомов углерода в моносахариде – гексозо-, пентозо-, тетрозо- и триозо-),

2) название заместителя, если он имеется,

3) + «эпимераза» с цифрой, обозначающей порядковый номер атома углерода (например, эпимераза-3).

Например, взаимопревращение рибулозо-5-фосфата и ксилулозо-5-фосфата:

рибулозо-5-фосфат ксилулозо-5-фосфат

Эти 2 соединения отличаются между собой расположением заместителей у 3-го атома углерода, следовательно, полное название фермента, катализирующего эту реакцию, пентозо-5-фосфат-эпимераза-3.

5. Реакции декарбоксилирования и карбоксилирования.

5.1. Карбоксилазы – катализируют реакции удлинения углеродной цепочки, т.е. присоединения СО2 .

Название состоит из 2 частей:

1. Название субстрата, к которому присоединяется СО2 ,

2. + «карбоксилаза».

Например, превращение пирувата в оксалоацетат:

Катализирует эту реакцию пируваткарбоксилаза.

5.2. Реакции декарбоксилирования – реакции уменьшения углеродной цепочки. Декарбоксилирование осуществляется легче, если в α-положении имеется оксогруппа. Реакцию могут осуществлять несколько ферментов:

  • Декарбоксилазы (отнимают СО2 ),
  • Дегидрогеназы – катализируют окислительное декарбоксили-рование (т.е. происходит 2 процесса – отнимается СО2 и 2Н).
  • Мультиэнзимные комплексы (п ируватд екарбоксилазный к омплекс, или ПДК, и α-к етог лутаратд егидрогеназный к омплекс, или α -КГДК ).

Механизм действия этих ферментов различен, поэтому разными будут и конечные продукты реакции.

5.2.1. Декарбоксилазы – обеспечивают уменьшение углеродной цепочки, в результате из кислоты образуется альдегид (с уменьшен-ной на 1 атом углерода цепочкой).

Название состоит из 2 частей:

1. Название субстрата, подвергающегося декарбоксилированию,

2. + «декарбоксилаза».

Например, декарбоксилирование пирувата при спиртовом брожении:

пируват уксусный альдегид

5.2.2. Дегидрогеназы (см. название дегидрогеназ):

Эту реакцию катализирует изоцитратдегидрогеназа – она одновременно декарбоксилирует и дегидрирует изоцитрат.

5.2.3. Мультиэнзимные комплексы – катализируют последовательно 5 реакций, в результате которых происходит:

  • декарбоксилирование субстрата и уменьшение его углеродной цепочки,
  • дегидрирование и окисление продукта реакции в кислоту,
  • превращение ее в активную форму – ацил-КоА (произносится ацил-коэнзим-А).

Например, окислительное декарбоксилирование пирувата. При окислительном декарбоксилировании пирувата образуется не альдегид, а кислота, причем в активной форме:

пируват ацетил-КоА

Аналогично действует α-к етог лутаратд егидрогеназный к омплекс, или α -КГДК, только субстратом для этого комплекса будет α-к етог лутарат, а конечным продуктом сукцинил-КоА.

2.2. Варианты контрольной работы по теме

«Номенклатура отдельных ферментов»

Вариант 1

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2. Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 2

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 3

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2. Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 4

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 5

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 6

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

глутамат γ-аминомасляная кислота

б)

Вариант 7

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 8

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 9

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

глутамат γ-аминомасляная кислота

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 10

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 11

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 12

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 13

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 14

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 15

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 16

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 17

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 18

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

Вариант 19

1. Напишите название ферментов, катализирующих следующие реакции:

а)

б)

в)

2) Напишите формулу продукта реакции:

а)

б)

тема 3. Строение и биологическая роль нуклеотидов и нуклеиновых кислот

Задание:

  1. Выучить предложенный теоретический материал.
  2. Ознакомиться с вариантами контрольных работ.
  3. Написать контрольную работу на первом лабораторном занятии в 7 семестре (зимняя сессия).

Основные вопросы темы:

  1. Состав нуклеиновых кислот.
  2. Строение и биологическая роль нуклеотидов (нуклеозидмоно-, ди- и трифосфатов).
  3. Структура и биологическая роль циклических мононуклеотидов.
  4. Строение и биологическая роль АТФ.
  5. Транспортные РНК.
  6. Рибосомные РНК, рибосомы.
  7. Матричные РНК.
  8. Биологический код и его свойства.
  9. Состав, строение и биологическая роль ДНК.
  10. Правила Чаргафа. Укладка ДНК в хроматине и хромосомах.

11. Применение пуриновых и пиримидиновых производных в медицине и фармации.

3.1. Состав и строение нуклеиновых кислот

Определение. Нуклеиновые кислоты (НК) – высокомолекулярные линейные гетерополимеры, мономерами которых являются мононуклеотиды, соединенные между собой 3',5'-фосфодиэфирной связью.

Нуклеотид состоит из:

· азотистого основания (пуринового или пиримидинового),

· углеводного компонента (пентозы – рибозы или дезоксирибозы),

· остатка фосфорной кислоты (от 1 до 3).

В зависимости от типа пентозы НК подразделяются на ДНК или РНК. Название кислот «нуклеиновые»: от слова «nucleus» – ядро. НК находятся в цитозоле, ядре и митохондриях у эукариотов и в хлоро-пластах в растительных клетках.

3.1.1. Химический состав НК и нуклеотидов

  • В условиях мягкого щелочного гидролиза НК распадаются до нуклеотидов.
  • При нагревании до 145о С в водном аммиаке – до нуклеозидов.
  • В результате кислотного гидролиза – до азотистых оснований и пентоз.

1.1.1. Общая характеристика азотистых оснований:

- по строению подразделяются на пуриновые и пиримидиновые ;

- по распространению и степени встречаемости – мажорные (основные, преобладающие) и минорные (редко встречающиеся). Из пуриновых преобладают аденин (А) и гуанин (Г), из пиримидиновых – цитозин (Ц) и урацил (У) в РНК и цитозин (Ц) и тимин (Т) – в ДНК. Для всех азотистых оснований характерна лактим-лактамная таутомерия.

А) Мажорные пуриновые основания:

аденин гуанин (лактимная форма) гуанин (лактамная форма)

Б) Мажорные пиримидиновые:

урацил (лактим-лактамные формы) цитозин (лактим-лактамные формы)

тимин (лактим-лактамные формы)

В) Минорные азотистые основания. Как правило, они по строению являются производными мажорных или могут быть нетипичными для данной кислоты. Например, в РНК обычно нет тимина, он входит в состав ДНК, но в одной из петель тРНК обнаруживают тимин.

Минорные азотистые основания могут быть продуктами реакций:

  • восстановления (например, дигидроурацил, входит в состав D-петли тРНК),
  • метилирования (метилирование может происходить у атомов, входящих:

- в циклическую структуру пурина или пиримидина (например, 7-метилгуанин),

- его заместителей (чаще по атомам водорода аминогруппы),

- реже по гидроксильным группам углеводного компонента.

  • нетипичного соединения (например, псевдоуридиловая кислота, в тРНК).

Биологическая роль минорных азотистых оснований:

  • необходимы для формирования вторичной структуры НК (например, формирования петель в тРНК),
  • выполняют защитную функцию (например, метилированные участки в мРНК),
  • метилированные участки могут выполнять роль маркеров , по которым специальные регуляторные белки распознают участки повреждения в ДНК, участки начала матричных синтезов,
  • метилирование используется также для распознавания вновь синтезированной ДНК и родительской (во время деления клетки и синтеза ДНК).

1.1.2. Углеводные компоненты НК:

b-D-рибоза в РНК b-D-дезоксирибоза в ДНК

Нумерация атомов в углеводе обозначается цифрой со штрихом (например, третий атом углерода 3').

Соединяется углеводный компонент с пуриновыми азотистыми основаниями 9,1'-N-гликозидной связью, с пиримидиновыми – 1,1'-N-гликозидной связью.

1.1.3. Остаток фосфорной кислоты (1, 2 или 3) может находиться у 3'-, 5'-атома пентозы, реже у 2'-го.

3.1.2. Нуклеозиды

Соединения азотистого основания с углеводным компонентом называются нуклеозидами.

Название нуклеозида по названию азотистого основания с окончанием «зин» у пуринов и «дин» – у пиримидинов. Например, гуанозин , аденозин , но тимидин , уридин , цитидин .

3. Номенклатура, строение и биологическая роль нуклеотидов

Название нуклеотид имеет несколько названий:

· по названию нуклеозида (название нуклеозида + моно-, ди- или трифосфат – в зависимости от количества остатков фосфорной кислоты),

  • краткое обозначение (АМФ или УДФ и т.д.),
  • по названию азотистого основания + кислота (например, адениловая или тимидиловая кислота).

Например:

Аденозин монофосфат, Цитидин монофосфат,

адениловая кислота, АМФ цитидиловая кислота, ЦМФ

Строение. Последовательность соединения:

азотистое основание – пентоза – фосфат.

Пример:

Аденозинмонофосфат, АМФ

Аденозиндифосфат, АДФ

Аденозинтрифосфат, АТФ

Понятие о циклических нуклеотидах. Их может быть 2 вида: 3',5'- и 2',3'-циклический нуклеотид. Первый, как правило, записывается без цифр – например, цАМФ:

3',5'-ц АМФ (или цАМФ)

Биологическая роль нуклеотидов:

  1. Мономер ДНК и РНК.
  2. Форма запасания энергии в клетке (например, АТФ, ГТФ).
  3. Источник фосфатной группы (например, при фосфорилиро-вании глюкозы).
  4. Коферментная функция (НАД, НАДФ, ФАД).
  5. Могут служить активаторами ферментов (это, в основном характерно для цАМФ и цГМФ).
  6. Для активирования различных субстратов, в результате чего соединения с мононуклеотидом они приобретают макроэрги-ческую связь и могут вступать в химические реакции:

а) для активирования глюкозы – необходим УТФ, получается УДФ-глюкоза;

б) для холина и других азотистых соединений, а также глицеролсодержащих соединений – ЦТФ, получается ЦДФ-холин и др.;

в) для аминокислот – АТФ, получается аминоацил-аденилат.

  1. Нуклеотиды могут выполнять регуляторную функцию (например, гуанозинтетрафосфат участвует в матричных синтезах).

3.1.4. Структурная организация нуклеиновых кислот

Первичная структура – определенная последовательность нуклео-тидов в цепи. Образована фосфодиэфирными связями. Начало цепи – 5'-конец (на его конце фосфатный остаток), конец, завершение цепи, обозначается как 3'(ОН)-конец.

Как правило, в образовании самой цепи азотистые основания не участвуют, но водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями играют важную роль в формировании вторичной структуры НК:

· между аденином и урацилом в РНК или аденином и тимином в ДНК образуются 2 водородные связи,

· между гуанином и цитозином – 3.

Для НК характерна линейная, а не разветвленная структура. Кроме первичной и вторичной структуры для большинства НК характерна третичная структура – например, ДНК, тРНК и рРНК.

3.1.5. РНК (рибонуклеиновые кислоты)

РНК содержится в цитоплазме (90%) и ядре. По структуре и функции РНК делятся на 4 вида:

1) тРНК (транспортные),

2) рРНК (рибосомные),

3) мРНК (матричные),

4) яРНК (ядерные).

3.1.5.1. Матричные РНК

На их долю приходится не более 5% всей РНК клетки. Синтезируется в ядре. Этот процесс называется транскрипцией. Представляет собой копию гена одной из цепей ДНК. Во время биосинтеза белка (этот процесс называется трансляцией) проникает в цитоплазму и связывается с рибосомой, где и происходит биосинтез белка. В мРНК содержится информация о первичной структуре белка (последователь-ности аминокислот в цепочке), т.е. последовательность нуклеотидов в мРНК полностью соответствует последовательности аминокислотных остатков в белке. 3 нуклеотида, кодирующие 1 аминокислоту, называются кодоном.

3.1.5.1.1 Свойства генетического кода

Совокупность кодонов составляет генетический код. Всего в коде 64 кодона, 61 – смысловые (им соответствует определенная амино-кислота), 3 – нонсенс-кодоны. Им не соответствует какая-либо аминокислота. Эти кодоны называются терминирующими, так как подают сигнал о завершении синтеза белка.

6 свойств генетического кода:

1) триплетность (каждая аминокислота в белке кодируется последовательностью из 3 нуклеотидов),

2) универсальность (един для всех типов клеток – бактериаль-ных, животных и растительных),

3) однозначность – 1 кодону соответствует только 1 аминокис-лота,

4) вырожденность 1 аминокислота может кодироваться несколькими кодонами; только 2 аминокислоты – метионин и триптофан имеют по 1 кодону, остальные – по 2 и более),

5) непрерывность (генетическая информация считывается по 3 кодона в направлении 5'®3' без перерывов),

6) колинеарность (соответствие последовательности нуклео-тидов в мРНК последовательности аминокислотных остатков в белке).

Первичная структура мРНК

Полинуклеотидная цепь, в которой выделяют 3 главные области:

1) претранслируемая,

2) транслируемая,

3) посттранслируемая.

Претранслируемая область содержит 2 участка:

а) КЭП-участок – выполняет защитную функцию (обеспе-чивает сохранение генетической информации);

б) АГ-область – место прикрепления к рибосоме во время биосинтеза белка.

Транслируемая область содержит генетическую информацию о структуре одного или нескольких белков.

Посттранслируемая область представлена последовательностью нуклеотидов, содержащих аденин (от 50 до 250 нуклеотидов), поэтому называется поли-А-областью. Эта часть мРНК выполняет 2 функции:

а) защитную,

б) служит «проездным билетом» во время биосинтеза белка, так как после однократного использования от мРНК отщепляется несколько нуклеотидов из поли-А-области. Ее длина определяет кратность использования мРНК в биосинтезе белка. Если мРНК используется только 1 раз, то она не имеет поли-А-области., а ее 3'-конец завершается 1 или несколькими шпильками. Эти шпильки называются фрагментами нестабильности.

Матричная РНК, как правило, не имеет вторичной и третичной структуры (по крайней мере, об этом ничего не известно).

3.1.5.2.Транспортные РНК

Составляют 12-15% от всей РНК в клетке. Количество нуклеотидов в цепи – 75-90.

Первичная структура – полинуклеотидная цепь.

Вторичная структура – для ее обозначения используют модель Р. Холли, которая называется «листом клевера», имеет 4 петли и 4 плеча:

Акцепторный участок – место прикрепления аминокислоты, имеет у всех тРНК одну последовательность ЦЦА

Обозначения:

I – акцепторное плечо, 7 пар нуклеотидов

II – дигидроуридиловое плечо (3-4 пары нуклеотидов) и дигидроуридиловая петля (D-петля),

III – псевдоуридиловое плечо (5 пар нуклеотидов) и псевдоуридиловая петля (Tψ-петля),

IV– антикодоновое плечо (5 пар нуклеотидов),

V – антикодоновая петля,

VI – дополнительная петля.

Функции петель:

  • антикодоновая петля – распознает кодон мРНК,
  • D-петля – для взаимодействия с ферментом во время биосинтеза белка,
  • TY-петля – для временного прикрепления к рибосоме во время биосинтеза белка,
  • дополнительная петля – для уравновешивания вторичной структуры тРНК..

Третичная структура – у прокариотов в виде веретена (D-плечо и TY-плечо сворачиваются вокруг и образуют веретено), у эукариотов в виде перевернутой буквы L.

Биологическая роль тРНК:

1) транспортная (доставляет аминокислоту к месту синтеза белка, к рибосоме),

2) адапторная (распознает кодон мРНК), переводит шифр нуклеотидной последовательности в мРНК в последователь-ность аминокислот в белке.

3.1.5.3. Рибосомные РНК, рибосомы

На их долю приходится до 80% от всей РНК клетки. Образуют «скелет», или остов рибосом. Рибосомы – нуклеопротеиновые комплексы, состоящие из большого количества рРНК и белков. Это «фабрики» по биосинтезу белка в клетке.

Первичная структура рРНК– полинуклеотидная цепь.

По молекулярной массе и количеству нуклеотидов в цепи различают 3 вида рРНК:

  • высокомолекулярную (около 3000 нуклеотидов);
  • среднемолекулярную (до 500 нуклеотидов);
  • низкомолекулярную (менее 100 нуклеотидов).

Для характеристики различных рРНК и рибосом принято использовать не молекулярную массу и количество нуклеотидов, а коэффициент седиментации (это скорость оседания в ультрацентрифуге). Коэффициент седиментации выражается в сведбергах (S),

1 S = 10-13 секунд.

Например, одна из высокомолекулярных будет иметь коэффициент седиментации 23 S, средне- и низкомолекулярные соответственно 16 и 5 S.

Вторичная структура рРНК – частичная спирализация за счет водо-родных связей между комплементарными азотистыми основаниями, образование шпилек и петель.

Третичная структура рРНК – более компактная упаковка и наложе-ние шпилек в виде V- или U-образной формы.

Рибосомы состоят из 2 субъединиц – малой и большой.

У прокариотов малая субъединица будет иметь коэффициент седиментации 30 S, большая – 50 S, а вся рибосома – 70 S; у эукарио-тов соответственно 40, 60 и 80 S.

3.1.6. Состав, строение и биологическая роль ДНК

У вирусов, а также в митохондриях 1-цепочечная ДНК, в остальных клетках – 2-цепочечная, у прокариотов – 2-цепочечная кольцевая.

Состав ДНК – соблюдается строгое соотношение азотистых оснований в 2 цепях ДНК, которые определяются Правилами Чаргафа.

Правила Чаргафа:

  1. Количество комплементарных азотистых оснований равно (А=Т, Г=Ц).
  2. Молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов (А+Г=Т+Ц).
  3. Число 6-кетооснований равно числу 6-аминооснований.
  4. Соотношение Г+Ц/ А+Т – коэффициент видовой специфичности. Для животных и растительных клеток < 1, у микроорганизмов колеблется от 0,45 до 2,57.

У микроорганизмов преобладает ГЦ-тип, АТ-тип характерен для позвоночных, беспозвоночных и растительных клеток.

Первичная структура – 2 полинуклеотидные, антипараллельные цепочки (см. первичную структуру НК).

Вторичная структура – представлена 2-цепочечной спиралью, внутри которой комплементарные азотистые основания уложены в виде «стопок монет». Вторичная структура удерживается за счет связей 2 типов:

  • водородных – они действуют по горизонтали, между комплементарными азотистыми основаниями (между А и Т 2 связи, между Г и Ц – 3),
  • силы гидрофобного взаимодействия – эти связи возникают между заместителями азотистых оснований и действуют по вертикали.

Вторичная структура характеризуется:

  • количеством нуклеотидов в спирали,
  • диаметром спирали, шагом спирали,
  • расстоянием между плоскостями, образуемыми парой комплементарных оснований.

Известно 6 конформаций вторичной структуры, которые обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E и Z. А, В и Z конформации типичны для клеток, остальные – для бесклеточных систем (например, в пробирке). Эти конформации отличаются основными параметрами, возможен взаимный переход. Состояние конформации во многом зависит:

  • от физиологического состояния клетки,
  • рН среды,
  • ионной силы раствора,
  • действия различных регуляторных белков и др.

Например, В- конфомацию ДНК принимает во время деления клетки и удвоения ДНК, А-конформацию – во время транскрипции. Z-структура является левозакрученной, остальные – правозакрученные. Z-струк-тура может встречаться и в клетке на участках ДНК, где повторяются динуклеотидные последовательности Г-Ц.

Впервые вторичная структура математически была рассчитана и смоделирована Уотсоном и Криком (1953 г.), за что они получили Нобелевскую премию, как оказалось впоследствии, представленная ими модель соответствует В-конформации .

Основные ее параметры:

  • 10 нуклеотидов в витке,
  • диаметр спирали 2 нм,
  • шаг спирали 3,4 нм,
  • расстояние между плоскостями оснований 0,34 нм,
  • правозакрученная.

При формировании вторичной структуры формируется 2 вида бороздок – большая и малая (соответственно шириной 2,2 и 1,2 нм). Большие бороздки играют важную роль в функционировании ДНК, так как к ним присоединяются регуляторные белки, имеющие в качестве домена «цинковые пальцы».

Третичная структура – у прокариотов суперспираль, у эукариотов, и человека в том числе, имеет несколько уровней укладки:

  • нуклеосомный,
  • фибриллярный (или соленоидный),
  • хроматиновое волокно,
  • петельный (или доменный),
  • супердоменный (именно этот уровень можно видеть в электронном микроскопе в виде поперечной исчерченности).

Нуклеосомный. Нуклеосома (открыта в 1974 г.) представляет собой частицу дисководной формы, диаметр 11 нм, которая состоит из гистонового октамера, вокруг которого двухцепочечная ДНК делает 2 неполных витка (1,75 витка).

Гистоны – низкомолекулярные белки, содержат по 105-135 амино-кислотных остатков, в гистоне Н1 – 220 аминокислотных остатков, до 30% приходится на долю лиз и арг.

Гистоновый октамер называют кором. Он состоит из центрального тетрамера Н32 -Н42 и двух димеров Н2А-Н2В. Эти 2 димера стабилизируют структуру и прочно связывают 2 полувитка ДНК. Расстояние между нуклеосомами называется линкером, в котором может содержаться до 80 нукклеотидов. Гистон Н1 препятствует раскручиванию ДНК вокруг кора и обеспечивает уменьшение расстояния между нуклеосомами, т. е. участвует в формировании фибриллллы (2-го уровня укладки третичной структуры).

При скручивании фибриллы формируется хроматиновое волокно (3-й уровень), при этом в одном витке обычно содержится 6-г нуклеосом, диаметр такой структуры увеличивается до 30 нм.

В интерфазных хромосомах хроматиновые волокна организованы в домены, или петли , состоящие из 35-150 тыс пар оснований и заякоренные на внутриядерном матриксе. В формировании петель принимают участие ДНК-связывающие белки.

Супердоменный уровень образуют до 100 петель, в этих участках хромосомы в электронном микроскопе хорошо заметны конденсированные плотно упакованные участки ДНК.

Благодаря такой укладке ДНК компактно уложена. Ее длина сокращается в 10 000 раз. В результате упаковки ДНК связывается с гистонами и другими белками, образуя нуклеопротеиновый комплекс в виде хроматина.

Биологическая роль ДНК:

  • хранение и передача генетической информации,
  • контроль деления и функционирования клетки,
  • генетический контроль запрограммированной гибели клетки.

В состав хроматина входят ДНК (30% от всей массы хроматина), РНК (10%) и белки (гистоновые и негистоновые)

3.2. Контрольная работа по теме

«Строение и биологическая роль Нуклеотидов

и Нуклеиновых кислот»

Вариант 1

1. Напишите формулу мажорного пиримидинового основания, которое входит в состав ДНК и не входит в РНК.

2. Напишите формулу гуанозина.

3. Напишите формулу цАМФ, участвующей в активировании фермен-тов и проведении гормонального сигнала.

4. Свойства генетического кода.

5. Аминокислота изолейцин кодируется кодоном ЦУА. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.

Вариант 2

1. Напишите формулу мажорного пиримидинового основания, которое входит в состав РНК и не входит в ДНК.

2. Напишите формулу тимидина.

3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активи-рования аминокислот.

4. Правила Чаргафа.

5. Аминокислота изолейцин кодируется кодоном АУЦ. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.

Вариант 3

1. Напишите формулу минорного пиримидинового азотистого основа-ния, которое входит в состав псевдоуридиловой петли тРНК.

2. Напишите формулу аденозина.

3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активи-рования глюкозы и других углеводов.

4. Биологическая роль нуклеотидов.

5. Аминокислота метионин кодируется кодоном АУГ. Напишите последовательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.

Вариант 4

1. Напишите формулу минорного пуринового основания, которое входит в состав КЭП-участка мРНК.

2. Напишите формулу уридина.

3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активирования глицеролсодержащих соединений и других липидов.

4. Строение и биологическая роль ДНК.

5. Аминокислота валин кодируется кодоном ГУЦ. Напишите последо-вательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.

Вариант 5

1. Какое пиримидиновое азотистое основание входит в состав любой нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК)?

2. Напишите формулу дезоксирибозилтимидина.

3. Напишите формулу нуклеотида, используемого в клетке для активи-рования холина и других азотсодержащих соединений.

4. Строение и биологическая роль мРНК.

5. Аминокислота аланин кодируется кодоном ГЦА. Напишите после-довательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.

Вариант 6

1. Приведите примеры мажорных пуриновых оснований. Напишите их формулы.

2. Напишите формулу цитидина.

3. Напишите формулу нуклеотида, являющегося самой распростра-ненной формой запасания энергии в клетке.

4. Строение и биологическая роль рРНК и рибосом.

5. Аминокислота аспартат кодируется кодоном ГАУ. Напишите после-довательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.

Вариант 7

1. Приведите примеры мажорных пиримидиновых оснований. Напи-шите их формулы.

2. Напишите формулу дезоксирибозиладенозина.

3. Напишите формулу нуклеотида, участвующего в гормональной регуляции транспорта ионов через мембрану (цГМФ).

4. Строение и биологическая роль тРНК.

5. Аминокислота серин кодируется кодоном АГЦ. Напишите после-довательность нуклеотидов в антикодоновой петле ее тРНК.


ТЕМА 4. ГОРМОНЫ

Перечень тем ов:

Вариант 1

1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов.

2. Гормоны гипофиза. Метаболизм, механизм действия.

Вариант 2

1. Классификация гормонов.

2. Гипоталамус, его роль в регуляции обмена веществ и физиологических функций.

Вариант 3

1. Механизм действия гормонов.

2. Строение, синтез и биологическая роль вазопрессина и окситоцина.

Вариант 4

1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов.

2. Паратгормоны: строение, биологическая роль, нарушения.

Вариант 5

1. Классификация гормонов.

2. Гормоны щитовидной железы: строение, биосинтез, механизм действия, нарушение функции.

Вариант 6

1. Механизм действия гормонов.

2. Инсулин: биосинтез, строение, механизм действия, нарушения .

Вариант 7

1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов.

2. Контринсулярные гормоны: строение, биосинтез, механизм действия и биологическая роль.

Вариант 8

1. Классификация гормонов.

2. Гормоны мозгового слоя надпочечников: химическое строение, биосинтез, механизм действия и биологическая роль.

Вариант 9

1. Механизм действия гормонов.

2. Химическое строение, биосинтез и биологическая роль кортикостероидов. Нарушения.

Вариант 10

1. Классификация гормонов.

2. Половые гормоны: строение, метаболизм, механизм действия.

Вариант 11

1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов.

2. Эйкозаноиды (простагландина, лейкотриены и тромбоксаны).

Вариант 12

1. Механизм действия гормонов.

2. Регуляция водно-солевого обмена.

Вариант 13

1. Классификация гормонов.

2. Регуляция фосфорно-кальциевого обмена.

Вариант 14

1. Что называется гормонами, гормоноподобными соединениями? Приведите примеры. Свойства гормонов.

2. Регуляция основных энергоносителей в абсортивный и постабсортивный период.

Вариант 15

1. Механизм действия гормонов.

2. Регуляция углеводного обмена. Нарушения и причины их возникновения.

ТЕМА 5. ВИТАМИНЫ

5.1. Строение и биологическая роль жирорастворимых витаминов

Витамин А

(ретинол, антиксерофтальмический)

История. Открыт в 1916 г. Н. Друмондом. К этой группе относятся 3 витамина: А1 , его стериоизомер и А2 .

Состав :

1) кольцо b-ионона,

2) 2 остатка изопрена,

3) СН2 ОН-группа.

Строение:

витамин А1 (ретинол)

Метаболизм:

· Поступает в организм в свободном виде (с продуктами животного происхождения) и в виде провитаминов – кароти-ноидов. Известно около 80 каротиноидов (с продуктами растительного происхождения), из них для питания животных и человека имеют значение только a-, b- и g-каротины и криптоксантин (в кукурузе).

· Каротины поступают в организм в комплексе с белками и поэтому хуже усваиваются, чем сам витамин.

· В крови витамин транспортируется в связанном со специфи-ческими ретинол-связывающими белками.

· Депонируется в печени.

· В тканях всасывается с помощью липооксигеназ, эта же система ферментов обеспечивает превращение каротинов в витамин.

Биологическая роль:

  • Образуется родопсин (состоит из ретиналя, альдегида витамина А, и белка опсина) – зрительный пурпур, участвую-щий в регуляции зрения.
  • Синтезируется ретиноевая кислота, необходимая для процессов деления клеток (контролирует ростовые процессы).
  • Необходим для синтеза мукополисахаридов.
  • Необходим для синтеза гормонов стероидной гормонов.
  • Каротины повышают устойчивость организма к воздействию радиации.

Признаки а- и гиповитаминозов:

  • куриная слепота (гемералопия) – снижение зрения в сумерках,
  • поражение глазного яблока (кератомаляция) и сухость роговой оболочки (ксерофтальмия),
  • ороговение кожи, шелушение, сухость кожных покровов,
  • поражение эпителия слизистой оболочки желудочно-кишечного тракта, мочеполовой системы и дыхательного аппарата.

Источники:

  • Витамин содержится во всех продуктах животного происхож-дения (особенно много в рыбьем жире, печени, яичном желтке).
  • Каротины – в окрашенных в оранжевый и красный цвет продуктах растительного происхождения (морковь, шиповник, облепиха, рябина и др.).

Суточная доза: 1-1,5 мг.

Назначение:

  • при нарушении зрения,
  • инфекционных заболеваниях,
  • нарушение желудочно-кишечного тракта,
  • при комплексной терапии сердечно-сосудистых заболеваний,
  • при действии токсических химических веществ.

Препарат вводится per os в капсулах.

Витамин D

(кальциферол, антирахитический)

История. Еще в XVII веке стало известно о детском заболевании - рахите, которое излечивалось некоторыми продуктами (рыбьим жиром). В 1924 г. было доказано, что под действием УФ активизируется синтез антирахитических факторов стероидной структуры. Впервые в 1932 г. А. Виндаус из дрожжей выделил эргокальциферол (витамин D2 ), через 4 года – из рыбьего жира был выделен холекальциферол (витамин D3 ).

Строение: Известно более 10 стероидов, обладающих витаминной активностью, но более активен D3 (в 20-30 раз, чем D2 )

эргокальциферол (витамин D2 ) холекальциферол (D3 )

Метаболизм:

  • Витамин может синтезироваться в организме человека и животных под воздействием УФ из холестерола и эргостерола.
  • Биологической активностью обладает производное витамина – 1,25-дигидроксихолекальциферол (кальцитриол).
  • Гидроксилирование осуществляется сначала в печени, затем в почках; образование метаболитов зависит от возраста, пола, гормонального статуса.
  • Транспорт витамина D в крови осуществляется спец. белками.
  • Выведение витамина и его метаболитов из организма осуществляяется через ЖКТ с желчью в виде глюкуронидов.

Биологическая роль:

  • Обеспечивает постоянный уровень фосфора и Ca в крови.
  • Активирует щелочную фосфатазу и Ca2+ -зависимую АТФ-азу.
  • Участвует в реабсорбции фосфора в почках, снижает его выведение с мочой.
  • Входит в состав ядра и принимает участие в регуляции генной активности.
  • Обеспечивает минерализацию костной ткани.
  • Необходим для нормального функционирования паращито-видных желез.

Признаки а- и гиповитаминозов:

  • в детском возрасте рахит,
  • у взрослых - остеомаляция, остеопороз и остеодистрофия.

При гипервитаминозе происходит отложение кальция в органах, где он обычно не депонируется.

Источники:

  • Экзогенный – в природе широко распространен, особенно много в печени рыб и животных. Много в других продуктах животного происхождения (сливочное масло, яйцо, молоко).
  • Эндогенный – может синтезироваться под воздействие УФ-лучей.

Суточная доза: 20-25 мкг для детей и в 2-3 меньше для взрослых.

Назначение: per os или парентерально для профилактики рахита, спазмофилии, гипокальциемии, остеомаляции, остеодистрофии и остеопороза.

! В дозах, превышающих 15-20 мкг/день (для взрослых), оказывает токсическое действие на почки и ССС.

Витамин Е

(токоферол, антистерильный)

Состав . 8 соединений обладают биологической активностью витамина Е. Наиболее распространены a-, b- и g-токоферолы. В состав a-токоферола входят:

1) хромановое ядро,

2) остаток фитола.

Строение:

Метаболизм:

· Всасыванию в ЖКТ предшествует растворение в липидах и эмульгирование при помощи желчных кислот.

· Транспорт в крови в составе хиломикронов (ХМ).

· Основная часть встраивается в мембраны клеток жировой ткани (адипоциты) и печени (гепатоциты).

· Избыток выводится через ЖКТ (с калом), а его конъюгаты с глюкуроновой кислотой через почки с мочой.

Биологическая роль:

  • Самый мощный природный антиоксидант (ингибирует ПОЛ и СРО).
  • Поддерживает структурную целостность биологических мембран.
  • Необходим для синтеза гемоглобина и других гемсодержащих ферментов дыхательной цепи.
  • Необходим для нормализации воспроизводительной функции.
  • Существует взаимосвязь с обменом Se (чем выше концентра-ция Se, тем < потребности в витамине Е).

Признаки а- и гиповитаминозов:

  • нарушение воспроизводительной функции,
  • мышечная дистрофия.

Источники: продукты растительного происхождения (особенно много в растительном масле, пшенице, моркови), из продуктов животного происхождения богаты витамином Е яичный желток и молоко.

Суточная доза: 13-20 мг.

Назначение. Используются как природные, так и синтетически полученные формы (в капсулах). Назначают:

  • как антиоксиданты при облучении,
  • беременным женщинам,
  • при комплексной терапии бесплодия,
  • при мышечной дистрофии и некоторых заболеваниях печени.

Витамин К

(производные нафтохинона, антигеморрагический)

История. Впервые был выделен из люцерны витамин К1 (в лаборатории П. Каррера в 1939 г.), позднее – из рыбной муки витамин К2 .

Строение. Оба эти соединения являются производными 2-метил-1,4-нафтохинона. Общая формула К1 и К2 :

витамин К1 (филлохинон)

витамин К2 (менахинон)

Количество изопреновых остатков у менахинонов может варьировать (n=4, 6, 7), но наибольшей активностью обладает менахинон-4 (МК-4, n=4). У синтетически полученных препаратов отсутствует боковая цепочка (R ):

витамин К3 витамин К4 витамин К5 витамин К6

Метаболизм:

  • Всасывается с участием эмульгаторов (желчных кислот).
  • Транспорт в составе ХМ.
  • Депонирование в селезенке и печени.
  • В результате биотрансформации большинство витаминов группы К превращаются в МК-4, который, в свою очередь, в 2,3- эпоксид.
  • Выведение осуществляется в виде конъюгатов с глюкуроновой кислотой через ЖКТ.

Биологическая роль:

  • Является коферментом микросомальной карбоксилазы, которая осуществляет g-карбоксилирование глутаминовой кислоты в составе 4 факторов системы свертывания крови (именно эта функциональная группа взаимодействует с ионами Са2+ ):

- протромбина (II),

- проконвертина (VII),