Биохимия

Протромбин, фибриноген – являются белками свертывающей системы крови.          

  

ПРОТЕОГЛИКАНЫ.

Это углевод-белковые комплексы, углеводный компонент которых представлен  гетерополисахаридами, построенными из большого числа повторяющихся единиц. В отличие от гликопротеинов, которые  содержат только несколько процентов  углеводов ( по массе ), протеогликаны могут содержать до 95 % и более углеводов. Кроме того, по свойствам они ближе к углеводам, чем к белкам. Белки в протеогликанах представлены одной полипептидной цепью разной молекулярной массы.

В состав протеогликанов входят кислые гетерополисахариды (гликозамингликаны) линейного строения. Они построены из повторяющихся дисахаридных единиц – димеров. Одним из компонентов этих димеров является Д-глюкуроновая кислота.

В составе притеогликанов содержатся следующие гетерополисахариды: гиалуроновая кислота, хондроитинсульфаты, гепарин (строение гетерополисахаридов смотри в разделе 3-4).

Гиалуроновая кислота  состоит из повторяющихся единиц (димеров) включающих Д-глюкуроновую кислоту  и N-ацетилглюкозамин.

Хондроитинсульфаты содержат структурные единицы из глюкуроновый кислоты и сульфатированного N-ацетилгалактозамина.

Протеогликаны являются обязательными компонентами межклеточного  матрикса, играют важную роль в межклеточных взаимодействиях, формировании и поддержании  формы клеток и органов, образовании каркаса при формировании тканей.

Благодаря особенностям структуры и физико-химическим свойствам  протеогликаны выполняют в организме  следующие функции:

- являются структурными  компонентами межклеточного матрикса;

- являясь поликатионами они могут присоединять, кроме воды большие количества катионов (Na⁺, K⁺, Ca²⁺) и таким образом участвовать в формировании тургора различных тканей;

- протеогликаны играют  роль молекулярного сита в  межклеточном матриксе и препятствуют  распространению патогенных микроорганизмов.

Эта группа полисахаридов  представляет собой сильно гидратированные, желеподобные, липкие вещества, имеющие  значительный отрицательный заряд. Все они находятся  в межклеточном веществе, но не в свободном состоянии, а связаны с белками. Такие смешанные макромолекулы называются протеогликанами, поскольку основные свойства этих макромолекул  определяются углеводной, а не белковой частью. 

 

 

  

 

 

  

 

 

 

ЛИПИД – БЕЛКОВЫЕ КОМПЛЕКСЫ

 Это комплексы белков  с липидными компонентами, их  условно подразделяют на две группы:

1.     Свободные липопротеины.

Липопротеины плазмы крови, молока, растворимы в воде.

2.     Структурные протеолипиды.

Входят в состав биомембран, растворимы в жирах.

Липид – белковые комплексы  в качестве небелковой части содержат липидные компоненты.

Высшие  жирные кислоты

С17 Н35 СООН	Предельная Стеариновая
С15 Н31 СООН	Пальмитиновая
С17 Н33 СООН	Олеиновая
С17 Н31 СООН	Линолевая
С17 Н29 СООН	Линоленовая
С19Н29СООН	Арахидоновая

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

1.Свободные  липопротеины.

 Содержатся в плазме крови, все они имеют разную плотность (от 0,92 до 1,21 кг/л) благодаря липидному компоненту. В крови человека присутствуют несколько фракций ЛП, отличающихся по плотности, что связазано с различным соотношением липидного и белкового компонента в молекуле.

ФРАКЦИИ   ЛП:

А) Хиломикроны ( ХМ ). Это самая низкая по плотности фракция, т.к. в составе их      преобладают липидные комплексы и на долю белка приходится до 2 %. Плотность 0,95 кг/л. Хиломикроны появляются в сыворотке крови после приема жирной пищи;

Б) Липопротеины очень низкой плотности ( ЛПОНП ).или пре-b-липопротеины, их плотность 0,94 – 1,006 кг/л;

В) Липопротеины низкой плотности ( ЛПНП ) или b-липопротеины. Плотность их 1,006 – 1,063 кг/л;

Г) Липопротеины высокой плотности (ЛПВП ) или a-липопротеины.Плотность их 1,063 – 1,210 кг/л. В составе их преобладает белковый компонент.

РОЛЬ СВОБОДНЫХ ( ПЛАЗМЕННЫХ ) ЛИПОПРОТЕИНОВ.

Свободные ЛП играют транспортную роль, поэтому их называют -  транспортными  формами липидов. Благодаря своей растворимости в водной среде они могут переносить липиды, поступающие в кровь при всасывании из кишечника, а также распределять липиды между тканями, одни из которых их синтезируют, а другие используют.

ЛП переносят триацилглицеролы, фосфолипиды, стероиды, а также небольшое количество жирорастворимых витаминов, b-каротина.

В настоящее время  доказана роль фракций липопротеинов  в патогенезе атеросклероза –  они называются атерогенными ЛП. К  ним относятся ЛПНП и ЛПОНП, а  фракцию ЛПВП называют антиатерогенной, так как её увеличение препятствует развитию атеросклероза.

2.Структурные  липопротеины ( протеолипиды ).

Они входят в состав биологических  мембран и растворяются в неполярных растворителях (хлороформ, метанол). Причина  такого поведения протеолипидов  в том, что белок составляет сердцевину их молекулы, а оболочку образует липидный компонент. Содержание белка в протеолипидах 65 – 85 %. Они обнаружены в сердце, почках, легких, скелетных мышцах. В клетках перечисленных органов они представляют основу биологических мембран, образуя двойной липидный слой, в формировании которого участвуют фосфо- и гликолипиды. Состав протеолипидов в различных органах неодинаков.

 

 

 

 

НУКЛЕОПРОТЕИНЫ

Нуклепротеины – это  сложные белки, небелковая часть  которых представлена нуклеиновыми кислотами. Поскольку нуклеиновые кислоты бывают двух типов, нуклеопротеины делятся по составу на 2 группы: рибонуклеопротеины и дезоксирибонуклеопротеины.

Нуклеиновые кислоты  – это высокомолекулярные соединения, состоящие из мононуклеотидов, т.е. их структурной единицей является мононуклеотид (нуклеотид). Каждый нуклеотид включает 3 химически различных компонента: моносахарид, азотистое основание, остаток фосфорной кислоты. Нуклеотиды, входящие в РНК и ДНК, отличаются друг от друга по составу.  

 

Соединение основания и пентозы называют нуклеозидом, связь между пентозой и азотистым основанием (b - гликозидная) образована - первым атомом углерода пентозы с первым атомом азота в пиримидиновых нуклеозидах и девятым атомом азота в пуриновых нуклеозидах.

Нуклеотиды представляют собой соединения нуклеозидов с фосфорной кислотой (связь сложно – эфирная). В составе РНК и ДНК по 4 нуклеозидмонофосфата (нуклеотида).

Номенклатура  наиболее распространенных нуклеотидов.

РИБОНУКЛЕОЗИДМОНОФОСФАТЫ:

1.     Аденозинмонофосфат ( АМФ ), адениловая кислота.

2.     Гуанозинмонофосфат ( ГМФ ), гуаниловая кислота.

3.     Цитидинмонофосфат ( ЦМФ ), цитидиловая кислота.

4.  Уридинмонофосфат (УМФ), уридиловая кислота

ДЕЗОКСИРИБОНУКЛЕОЗИДМОНОФОСФАТЫ:

1.     д.Аденозинмонофосфат ( д.АМФ ).

2.     д.Гуанозинмонофосфат ( д.ГМФ ).

3.     д.Цитидинмонофосфат ( д.ЦМФ ).

4.     Тимидинмонофосфат ( д.ТМФ ).

Структура нуклеиновых  кислот.

Первичные структуры  РНК и ДНК построены однотипно, они представляют собой линейные полимеры – полинуклеотиды, состоящие из мононуклеотидов, соединенных 3',5' – фосфодиэфирными связями.

При этом сложноэфирная связь образована фосфатным остатком одного мононуклеотида и 3' – гидроксильной группой пентозного остатка другого мононуклеотида (3',5' – фосфодиэфирная связь).

Концы полинуклеотидов различаются  по структуре: на одном конце имеется  свободная 5' – фосфатная группа (5' – конец), на другом – свободная 3' – ОН -  группа (3' – конец). Уникальность структуры и функциональная индивидуальность молекул ДНК и РНК определяется их первичной структурой.

Вторичная структура ДНК.

Особенностью нуклеотидного состава  ДНК является то, что число адениловых нуклеотидов равно числу цитидиловых: А=Т, Г=Ц, следовательно, А+Г=Т+Ц, т.е. число пуриновых нуклеотидов равно числу пиримидиновых (правила Чаргаффа). Такие соотношения не свойственны РНК. Исходя из правил Чаргоффа о нуклеотидном составе ДНК и из рентгеноструктурных исследований, Дж. Уотсон и Ф. Крик (Великобритания) предложили модель строения ДНК (1953)         

Согласно этой модели молекула ДНК представляет собой  двойную спираль, образованную двумя  полинуклеотидными цепями, закрученными относительно друг друга и вокруг общей оси. Двойная спираль правозакрученная, полинуклеотидные цепи в ней антипараллельны, т.е. если одна из них ориентирована в направлении 3' a 5' , то вторая – в направлении 5' a 3'. Поэтому на каждом из концов молекулы ДНК расположены 5' – конец одной цепи и 3' – конец другой цепи.

Все основания цепей ДНК (гидрофобные по свойствам) расположены внутри двойной спирали, а пентозы и остатки фосфорной кислоты – снаружи. Полинуклеотидные цепи удерживаются относительно друг друга за счет водородных связей, образующихся за счет специфического взаимодействия между парами комплементарных оснований. Комплементарными являются А и Т, они образуют две водородные связи, а также Г и Ц образуют три водородные связи.

Кроме водородных связей в стабилизации вторичной структуры ДНК участвуют  гидрофобные взаимодействия возникающие за счет гидрофобных азотистых оснований, обращенных внутрь спирали. Гидрофобные взаимодействия вносят основной вклад в стабилизацию двойной спирали, больший чем водородные связи между цепями. Рибозофосфатные связи располагаются по периферии, образуя ковалентный остов спирали  

 

 

  

 

Особенности структуры  РНК.

Первичная структура РНК аналогична первичной структуре ДНК и представляет полинуклеотидную цепь, состоящую из мононуклеотидов, соединенных 3' a 5' – фосфодиэфирными связями.

Вторичная структура РНК.

Молекулы РНК построены из одной  полинуклеотидной цепи. Отдельные участки  цепи РНК образуют спирализованные  петли "шпильки", за счет водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями А-У и Г-Ц. Участки  цепи РНК в таких спирализованных  участках антипараллельны, но не всегда полностью комплементарны. Наличие спирализованных участков характерно для всех типов РНК. Такие спирализованные участки содержат небольшое число нуклеотидных пар (до 20-30) и чередуются с неспирализованными участками.   

Основные типы РНК.

 По особенностям  структуры и функциям различают  3 типа рибонуклеиновых кислот  – транспортные РНК (тРНК), матричные  РНК (мРНК) и рибосомальные РНК  (рРНК). Они различаются по первичной  структуре, молекулярной массе,  конформации, продолжительности жизни и по функциональной активности.

1.     Транспортные РНК (тРНК)

Пространственную структуру  тРНК, независимо от различий в последовательности нуклеотидов, описывают универсальной  моделью "клеверного листа". В  каждой молекуле тРНК есть участки  цепи, не участвующие в образовании  водородных связей между нуклеотидными остатками. К ним в частности, относят участок, ответственный за связывание с аминокислотой на 3'-конце молекулы и антикодон – специфический триплет нуклеотидов, взаимодействующий комплементарно с кодоном мРНК. Транспортные РНК составляют около 15% всей РНК клетки, они участвуют в транспорте аминокислот.    

 

 Строение транспортных  РНК.

 

 

 

 

1.     Рибосомные РНК (рРНК) – компоненты рибосом. На долю рРНК приходится около 80% всей РНК клетки.

2.     Матричные РНК (мРНК) составляют около 2% от всей РНК клетки. Матричные РНК называются также информационными РНК (иРНК).

Третичная структура  нуклеиновых кислот.

Одноцепочные РНК характеризуются  компактной и упорядоченной третичной структурой, возникающей путем взаимодействия спирализованных участков вторичной структуры. Третичная структура РНК стабилизируется ионами двухвалентных металлов, например ионами Mg²⁺.

Исследование некоторых  ДНК вирусов митохондрий, хлоропластов при помощи физических, физико-химических методов показало, что двойная спираль ДНК на некоторых участках может подвергаться дальнейшей спирализации с образованием суперспирали или открытой кольцевой формы.

Суперспиральная структура (суперскрученная) обеспечивает экономную упаковку огромной молекулы ДНК в хромосоме вместо 8 см длины, которую она могла бы иметь в вытянутой форме, в хромосоме человека молекула ДНК настолько плотно упакована, что ее длина укладывается в 5 нм.

Имеющиеся данные о структуре тРНК свидетельствуют о том, что нативные молекулы тРНК имеют примерно одинаковую третичную структуру, которая отличается от плоской структуры «клеверного листа» большей компактностью, образованной за счет складывания различных частей молекулы.

ФОСФОПРОТЕИНЫ.

Фосфопротеины – это  сложные белки, содержащие в своем  составе в качестве простетической части фосфорную кислоту. Фосфорная  кислота связана сложно – эфирной  связью с белковой частью молекулы через гидроксильные группы оксиаминокислот (серин, треонин).