Замай Т.Н. и др. Биохимия

Подождите немного. Документ загружается.

ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ, СВОРЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕОТИДОВ

3.3. Строение динуклеотидов и полинуклеотидов



Биохимия. Учеб. пособие

-41-

Нуклеиновые кислоты, подобно белкам, обладают первичной

структурой (под которой подразумевается нуклеотидная последовательность)

и трехмерной структурой.

Уотсон и Крик показали, что ДНК состоит из двух полинуклеотидных

цепей (рис.10

). Каждая цепь закручена в спираль вправо, и обе они свиты

вместе, т.е. закручены вправо вокруг одной и той же оси, образуя двойную

спираль. Цепи антипараллельны, т.е. направлены в противоположные

стороны, так что 3

-конец одной цепи располагается напротив 5`-конца.

Каждая цепь состоит из сахарофосфатного остова, вдоль которого

перпендикулярно длинной оси двойной спирали располагаются основания,

связанные между собой водородными связями. Расстояние между

сахарофосфатными остовами двух цепей постоянно и равно расстоянию,

занимаемому парой оснований, т.е. одним пурином и одним пиримидином.

Полный оборот спирали приходится на 10 пар оснований. Никаких

ограничений относительно последовательности нуклеотидов в одной цепи не

существует, но в силу правила спаривания оснований эта последовательность

в одной цепи определяет собой последовательность нуклеотидов в другой.

Обе цепи двойной спирали комплементарны друг другу. Молекула ДНК

обладает полиморфизмом – способностью принимать различную

конфигурацию. В настоящее время описано 6 конформаций молекулы ДНК –

A, B, C, D, E, Z. Некоторые из форм способны переходить друг в друга.

Предполагают, что взаимные переходы регулируют работу генов.

Рис.10. Вторичная структура ДНК и схема упаковки ДНК

ТЕМА 3. СТРОЕНИЕ, СВОРЙСТВА, БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ НУКЛЕОТИДОВ

3.3. Строение динуклеотидов и полинуклеотидов



Биохимия. Учеб. пособие

-42-

В клетках существует 3 главных типа РНК – информационная (или

матричная) – мРНК, рибосомная – рРНК, транспортная – тРНК. Все эти 3

типа РНК характеризуются определенным молекулярным весом и

определенным нуклеотидным составом. Молекулы всех трех типов РНК

одноцепочечные. В большинстве клеток содержание РНК во много раз

превышает содержание ДНК.

Матричная РНК содержит только 4 основания – аденин, гуанин,

цитозин и урацил. Она синтезируется в ядре в процессе транскрипции, в

ходе которого нуклеотидная последовательность одной из цепей

хромосомной ДНК переписывается ферментативным путем

(транскрибируется) с образованием одиночной цепи мРНК. Основания

образующейся цепи мРНК комплементарны основаниям соответствующей

цепи ДНК. После завершения транскрипции мРНК переходит на рибосомы,

где используется в качестве матрицы, определяющей последовательность

аминокислот в растущей полипептидной цепи.

Молекулы транспортной РНК сравнительно невелики (рис.11

). Они

содержат от 75 до 90 мононуклеотидных единиц. Их функция состоит в том,

чтобы в ходе белкового синтеза переносить на рибосому определенные

аминокислоты. Молекула тРНК может находиться в свободной форме и

нагруженной специфической аминокислотой. Для тРНК характерно наличие

до 10% минорных оснований. В основном, это метилированные формы

обычных оснований.

На долю рибосомной РНК приходится до 65% всей массы рибосом. Все

субчастицы рибосом состоят из рРНК, которые синтезируются в структуре

ядрышек. В цитоплазме рибосомы упаковываются с рибосомными белками.

Нуклеиновые кислоты часто бывают связаны со специфическими белками в

очень крупные надмолекулярные нуклеопротеидные комплексы. Такими

комплексами являются, в частности, рибосомы и вирусы.

Рис.11. Транспортная РНК



Биохимия. Учеб. пособие

-43-

Витамины – низкомолекулярные органические соединения, которые

являются необходимой составной частью пищи и присутствует в ней в

чрезвычайно малых количествах, это необходимый элемент пищи, поскольку

человек не способен к их синтезу. Витамины – это вещества,

обеспечивающие нормальное течение биохимических и физиологических

процессов в организме. Они могут быть отнесены к группе биологически

активных соединений, оказывающих свое действие на обмен веществ в

ничтожно малых количествах. Большинство водорастворимых витаминов

представляют собой компоненты коферментов.

Витамины подразделяют на 2 группы: жирорастворимые и

водорастворимые. Каждая из этих групп содержит большое количество

различных витаминов, которые обычно обозначают буквами латинского

алфавита.

ВИТАМИН В

(тиамин)

Витамин В

– соединение, состоящее из пиридинового и тиазолового

колец.

Наличие серы и аминогруппы дало основание назвать его тиамином.

Витамин устойчив в кислой среде. В щелочной среде быстро разрушается.

Пирофосфорный эфир представляет собой кофермент карбоксилазы и

дегидрогеназ, катализирующих окислительное декарбоксилирование

кетокислот (например, пирувата). В отсутствие тиамина невозможен

нормальный углеводный обмен. Нарушаются и другие виды обмена. В

отсутствие витамина увеличивается количество пирувата и лактата в крови.

Особенно резко нарушается углеводный обмен в мозгу. Витамин оказывает

специфическое угнетающее действие на холинэстеразу – фермент,

расщепляющий ацетилхолин.

Отсутствие в пище человека тиамина приводит к заболеванию бери-

бери. Специфическими признаками этого заболевания являются 1)

полиневрит – дегенеративное изменение нервов, 2) нарушение сердечной

деятельности – сердце увеличено, ритм учащается, появляются

некротические участки, 3) нарушение водного обмена – отеки, 4) нарушение

секреторной и моторной функций желудочно-кишечного тракта – понижение

выделения желудочного и кишечного соков.

Витамин В

широко распространен в продуктах растительного

происхождения (неочищенный рис, мука грубого помола, горохе и др.).

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-44-

Содержится исключительно в поверхностном слое семян. Высокое

содержание в дрожжах. В организме животных больше всего – в печени,

почках, сердечной мышце и мозгу. Потребность человека в витамине

определена приблизительно. Величина меняется в зависимости от состава и

калорийности пищи, интенсивности процессов обмена и пр. В среднем

можно считать, что взрослый человека должен получать ежедневно 2-3 мг

тиамина.

ВИТАМИН В

(рибофлавин)

Витамин представляет собой метилированное производное

изоаллоксазина, к которому в 9 положении присоединен спирт рибитол.

Наличие активных двойных связей в циклической структуре рибофлавина

обусловливает некоторые химические реакции, лежащие в основе его

биологического действия. Присоединяя водород по месту двойных связей

рибофлавин таким образом принимает участие в окислительно-

восстановительных реакциях – входит в состав простетических групп

флавинзависимых дегидрогеназ (ФАД). Рибофлавин входит в состав оксидаз

аминокислот, которые осуществляют окислительное дезаминирование

аминокислот. Недостаток рибофлавина приводит к падению интенсивности

тканевого дыхания и обмена веществ в целом.

При отсутствии рибофлавина наблюдается остановка роста, нередко

наблюдается выпадение волос и заболевание глаз – вначале легкая

утомляемость, а затем воспаление глазного яблока, при этом происходит

интенсивная васкуляризация (сосудоснабжение) роговицы, кератит

(воспаление) и наступающая затем катаракта (помутнение хрусталика). У

людей часто наблюдается воспалительное поражение слизистой ротовой

полости и губ. Витамин В

принимает участие в образовании гемоглобина, в

его отсутствие может возникать анемия.

Витамин В

широко распространен во всех животных и растительных

тканях. Особенно много в дрожжах, печени, почках, сердечной мышце, рыбе.

Ежедневная потребность человека в витамине – 2-4 мг.

ВИТАМИН РР (В

) (никотинамид)

Никотиновая кислота (ее амид) играет исключительно важную роль в

обмене веществ. Никотинамид входит в состав НАД и НАДФ. Отсутствие

никотинамида в пище приводит к нарушению синтеза ферментов,

катализирующих окислительно-восстановительные реакции, и,

соответственно, к нарушению окисления.

При отсутствии в пище никотинамида возникает заболевание пеллагра,

проявлением которой является дерматит и расстройство нервной системы

(потеря памяти, галлюцинация и бред).

Никотинамид широко распространен. Большое количество в рисовых

отрубях, дрожжах, пшеничных отрубях, в печени. Суточная потребность –

15-25 мг для взрослых и 15 мг – для детей.

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-45-

ВИТАМИН В

(пиридоксин)

Вещества группы витамина В

по своей химической природе являются

производными пиридина. Пиридоксин –общее название группы веществ

(пиридоксол, пиридоксаль, пиридоксамин).

Два важных производных пиридоксола – пиридоксаль и пиридоксамин

– играют важную роль в обмене аминокислот. Они участвуют в реакциях

переаминирования. Система пиридоксаль – фосфопиридоксамин выполняет

коферментную функцию в процессе переаминирования. Фосфопиридоксаль –

кофермент декарбоксилаз некоторых аминокислот.

При недостатке витамина В

развивается дерматит. Он достаточно

широко распространен в продуктах животного и растительного

происхождения. Особенно богаты им рисовые отруби, зародыши пшеницы,

бобы, дрожжи, почки, печень, мышцы. Потребность человека – 2 мг в день. У

человека чаще всего недостаточность витамина возникает в результате

приема антибиотиков, угнетающих рост кишечных микробов, в норме

синтезирующих пиридоксин в достаточном количестве.

ВИТАМИН Р (витамин проницаемости)

Термин витамин Р – собирательное понятие. Под этим термином

имеется в виду большая группа веществ, обладающих сходным

биологическим действием. Эти вещества принад

лежат в основном к

флавоновым пигментам – желтым и оранжевым веществам растительного

происхождения, относящихся к классу гликозидов. Практическое значение в

настоящее время играют: 1) рутин, получаемый из листьев гречихи, 2)

«витамин Р» – препарат, выделяемый из листьев чайного дерева, 3) цитрин,

выделяемый из кожуры цитрусовых.

Витамин Р находится в тех же продуктах, что и витамин С, поэтому

при недостатке витамина С часто наблюдается недостаток и витамина Р. При

отсутствии витамина Р повышается проницаемость кровеносных сосудов.

Этот витамин вместе с аскорбиновой кислотой оказывает влияние на ход

окислительно-восстановительных процессов.

ВИТАМИН В

(антианемический витамин, кобаламин)

Витамин имеет цианогруппу, координационно связанную с кобальтом.

Благодаря рентгеноструктурным исследованиям структура установлена

полностью. Витамин В

оказывает антианемическое действие при

злокачественном малокровии. Считают, что у здоровых людей желудочный

сок содержит белок – мукопротеид – «внутренний фактор» Касла, который

соединяется с витамином В

(«внешний фактор»), образуя новый сложный

белок. В таком комплексе В

может успешно всасываться из кишечника.

При отсутствии «внутреннего фактора» всасывание витамина нарушается. У

больных злокачественной анемией этого фактора нет. Такая анемия

возникает на почве заболевания желудка.

входит в состав кобамидных ферментов в качестве кофермента.

Этим ферментам принадлежит важная роль в синтезе и переносе метильных

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-46-

групп. Предполагают, что В

участвует также в ферментной системе,

синтезирующей тиминнуклеозиды. Кроме того витамин прямо или косвенно

участвует в синтезе дезоксирибозы.

Витамин В

синтезируется различными микробами, в том числе

населяющими кишечник человека. Из животных продуктов печень рогатого

скота и цыплят обладает наибольшей концентрацией витамина.

Витамин В

оказывает антианемическое действие при

злокачественном малокровии. Считают, что у здоровых людей желудочный

сок содержит белок – мукопротеид – «внутренний фактор» Касла, который

соединяется с витамином

(«внешний фактор»), образуя новый сложный белок. В таком комплексе

может успешно всасываться из кишечника. При отсутствии «внутреннего

фактора» всасывание витамина нарушается. У больных злокачественной

анемией этого фактора нет. Такая анемия возникает на почве заболевания

желудка.

входит в состав кобамидных ферментов в качестве кофермента.

Этим ферментам принадлежит важная роль в синтезе и переносе метильных

групп. Предполагают, что В

участвует также в ферментной системе,

синтезирующей тиминнуклеозиды. Кроме того витамин прямо или косвенно

участвует в синтезе дезоксирибозы. Витамин В

синтезируется различными

микробами, в том числе населяющими кишечник человека. Из животных

продуктов печень рогатого скота и цыплят обладает наибольшей

концентрацией витамина.

ВИТАМИН С

Аскорбиновая кислота – насыщенное соединение и не содержит

свободной карбоксильной группы. Кислый характер этого соединения

обусловлен наличием двух енольных гидроксилов, способных к диссоциации

с отщеплением водородных ионов.

Характерная особенность витамина С – способность к обратимому

окислению (дегидрированию) с образованием дегидроаскорбиновой кислоты.

Таким образом, аскорбиновая кислота и ее дегидроформа образуют

окислительно-восстановительную систему, которая может как отдавать, так и

присоединять водородные атомы, точнее электроны и протоны. Витамин С

неустойчивое соединение, наиболее быстро разрушается в нейтральной среде

при нагревании.

Физиологическое значение связано с его окислительно-

восстановительными свойствами. Большое значение имеет витамин для

образования коллагенов и функции соединительной ткани, играет роль в

гидроксилировании и окислении гормонов коры надпочечников. При

недостатке наблюдается нарушение превращения тирозина. При недостатке

витамина С развивается цинга. При цинге на фоне общей слабости ,

болезненного сердцебиения и одышки наблюдаются поражения стенки

кровеносных сосудов. Возникают точечные кровоизлияния, кровоточивость

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-47-

десен. Наблюдаются поражения костей и особенно зубов. Повреждения зубов

связаны с дегенеративным превращением высокоспециализированных клеток

(одонтобластов, остеобластов) в соединительнотканные. В результате вместо

прочной ткани (дентина или кости) образуется неустойчивый хрупкий

материал. При этом часто возникают переломы костей, кариес, зубы

расшатываются и выпадают. При цинге нарушено образование коллагена.

Большинство животных (исключение – морские свинки и обезьяны)

синтезируют витамин С в печени из сахаров. Для человека основным

источником витамины С являются растительные продукты. Потребность

человека в витамине С – 50–100 мг.

ПАНТОТЕНОВАЯ КИСЛОТА (витамин В

)

В состав пантотена входит аланин, соединенный через аминогруппу с

диоксимонокаробоновой кислотой.

Пантотен входит в состав кофермента (КоА), осуществляющего

ацетилирование. Помимо этого КоА участвут в переносе других ацильных

групп.

Наиболее распространенные нарушения при недостатке пантотена –

дерматиты, кератиты, поражение надпочечников, депигментация волос,

прекращение роста, потеря аппетита, истощение, язвы желудка и кишечника,

повреждение сердца и почек, дегенеративные изменения нервной системы,

параличи и невриты, подкожные кровоизлияния, понижение образования

антител.

Пантотеновая кислота широко распространена. Богатый источник –

дрожжи, печень, яичный желток, зеленые части растений. Суточная

потребность человека – 10 мг.

БИОТИН (витамин Н)

В основе биотина лежит тиофеновой кольцо, к которому присоединена

мочевина, а боковая цепь представлена валериановой кислотой.

Биотин необходим для синтеза пуринов. Участвует в реакции

превращения ацетил-КоА в малонил-КоА, в реакциях обратимого

карбоксилирования пирувата с образованием шавелевоуксусной кислоты,

декарбоксилирования сукцинил-КоА, в реакциях обмена аспарагиновой

кислоты.

Антивитамином биотина является авидин – компонент яичного белка,

авидин образует с биотином нерастворимый комплекс, в результате чего

биотин не всасывается в ЖКТ. Большое потребление яиц приводит к

дерматитам, характеризующихся воспалительной краснотой, шелушением

всего тела, выпадением волос и поражением ногтей.

Большим содержанием биотина отличаются печень и яичный желток.

Суточная потребность в биотине – 10 микрограмм.

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-48-

ПАРА-АМИНОБЕНЗОЙНАЯ КИСЛОТА

Пара-аминобензойная кислота входит в состав более сложного

витамина – фолиевой кислоты. Это бесцветное вещество, плохо растворимое

в воде.

Пара-аминобензойная кислота является фактором роста

микроорганизмов. Нормальный процесс пигментации кожи, волос, шерсти,

перьев связан с наличием этого витамина. Под действием солнечных лучей

пара-аминобензойная кислота подвергается фотохимическому превращению

и образует вещество, способствующее пигментации. Это вещество, по-

видимому, вызывает покраснение кожи. Предполагается, что это вещество

регулирует образованием меланина кожи.

Витамин содержится в больших количествах в дрожжах и печени.

ФОЛИЕВАЯ КИСЛОТА (витамин В

)

В природе найдено несколько веществ, химически и биологически

довольно близких и обладающих свойствами фолиевой кислоты. Все

соединения имеют в своем составе пара-аминобензойную кислоту и

большинство – глютаминовую кислоту, принимающую участие в белковом

обмене. Фолиевая кислота входит в состав коферментов, участвующих в

синтезе холина, урацила, тимина, пуринов, преобразовании глицина, синтезе

серина.

Недостаточной фолиевой кислоты у человека может при нарушении

микрофлоры кишечника в результате принятия антибиотиков. Наиболее

характерный признак авитаминоза – нарушение кроветворения, что приводит

к анемиям. Недостаточность может развиться в результате снижения

потребления животных белков.

ВИТАМИН А (ретинол)

Витамин А состоит из иононового кольца, к которому присоединена

боковая цепь, содержащая 2 остатка изопрена и первичная спиртовую

группу.

Витамин А представляет собой циклический ненасыщенный

одноатомный спирт. Ряд химических свойств определяется большим

количеством ненасыщенных связей. Наличие двойных связей позволяют

витамину участвовать в окислительно-восстановительных процессах. После

добавления его усиливается окисление ненасыщенных жирных кислот и

происходит усиление дыхания. Местное применение витамина приводит к

быстрой регенерации эпителия. Структура витамина А позволяет принимать

ему цис- и транс-конфигурации.

Одним из первых симптомов авитаминоза А у молодых организмов

является остановка роста и падение веса. Но основная картина

характеризуется изменениями в коже и слизистых оболочках. Появляется

ороговение, сухость кожи, увеличивается слущивание поверхностных слоев

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-49-

эпителия. Снижается сопротивляемость инфекциям. Эпителий слезных желез

прекращает свою деятельность, в результате развивается сухость роговицы

глаза – кератомаляция. Дальнейший авитаминоз приводит потере зрения.

При авитаминозе развивается куриная слепота. Заболевание выражается в

том, что человека хорошо видит днем, но ночью зрение очень сильно

снижено. При гипервитаминозе у животных развивается воспаление глаз,

выпадение волос и другие патологические изменения.

Витамин А содержится только в животных продуктах – рыбий жир,

коровье масло, печень. Растениях находятся только провитамины - каротины,

состоящие из двух одинаковых частей, которые при гидролитическом

разрыве дают витамин А. Суточная потребность в витамине А для взрослого

равна 1-2,5 мг или 2-5 мг каротина. При инфекционных заболеваниях

потребность в витамине А возрастает. При некоторых профессиях,

требующих повышенной остроты зрения потребность также возрастает.

Витамин А запасается в печени.

ВИТАМИН D (антирахитический витамин)

Существует ряд витаминов, обладающих антирахитическими

свойствами, среди них D

(эргокальциферол) и D

(холекальциферол). Эти

витамины образуются в результате облучения эргостерина

ультрафиолетовыми лучами.

При D-авитаминозе нарушается всасывание фосфорнокислых солей из

кишечника, депонирование фосфорнокислого кальция в костной ткани.

Понижение содержания неорганического фосфата в крови приводит к

деминерализации костей, их размягчению, искривлению и неправильному

росту. Введение витамина D в организм ребенка выравнивает содержание

фосфорнокислых солей в плазме крови и восстанавливает способность

костной ткани задерживать фосфорнокислый кальций. При рахите

наблюдается нарушение синтеза в тканях лимонной кислоты, переводящей

иона кальция в форму неионизированных комплексов.

Недостаток витамина приводит к образованию рахита, важнейшим

признаком которого является нарушение процесса костеобразования,

вследствие уменьшения содержания кальция в костях. Для рахита также

характерна гипотония мышц – мышцы становятся вялыми и расслабленными.

Вследствие этого живот вялый и резко увеличенный. Нарушение фосфорно-

кальциевого обмена сказывается также на развитии зубов. Зубы имеют

неправильную форму, появление их запаздывает, задерживается развитие

дентина.

Из обычных продуктов витамин D содержится в значительных

количествах в коровьем масле и яичных желтках, в рыбьем жире.

Потребность человека в витамине зависит от возраста, образа жизни, общего

физиологического состояния организма, соотношения солей кальция и

фосфора в пище и др. Детям необходимо 13-15 мкг, для взрослого это

количество минимально.

ТЕМА 4. ВИТАМИНЫ, ФЕРМЕНТЫ

4.1. Витамины



Биохимия. Учеб. пособие

-50-

ВИТАМИН Е (витамин размножения, токоферол)

В пищевых продуктах найдено три близких по строению вещества,

обладающие значительной Е-витаминной (антистерильной) активностью. Из

них наибольшей активностью обладает а-токоферол.

У крыс при авитаминозе Е возникает бесплодие. Важнейшим

симптомом авитаминоза Е является патологические изменения семенников,

сопровождающихся атрофией семенных канальцев. Авитаминоз приводит к

дегенеративным изменениям сперматозоидов, нарушается способность к

оплодотворению, постепенно прекращается спермообразование и выработка

половых гормонов, исчезает половой инстинкт и наступает деградация

вторичных половых признаков. Самки при авитаминозе теряют способность

к нормальному вынашиванию плода. Весьма характерным симптомом

авитаминоза Е является мышечная дистрофия, которая сопровождается

некрозом поперечнополосатой мускулатуры. Нарушение обмена приводит к

резкому увеличению потребления кислорода в 2-2,5 раза. Витамин Е

регулирует окислительно-восстановительные процессы. Витамин Е является

антиоксидантом. Препятствует окислению непределиных жирных кислот и

предотвращает прогоркание жиров. Стабилизирует витамин А поэтому при

авитаминозе витамина А часто наблюдается авитаминоз Е.

Витамин Е широко распространен в природе. Этим объясняется

относительно редкие авитаминозы Е. Наиболее богаты витамином Е семена

злаков, отжатые из них масла, ягоды шиповника и семена яблок. Небольшое

количество находится в яичном желтке, сливочном масле, свином мясе.

Суточная потребность человека в витамине – 30 мг. Роль депо витамина Е

играют мышцы, поджелудочная железа и селезенка.

ВИТАМИН К (антигеморрагический витамин)

Витамин К – витамин, влияющий на свертывание крови. Имеется 2

антигеморрагических витамина – К

и К

При авитаминозе К появляются подкожные и внутримышечные

кровоизлияния (геморрагии) и снижается скорость свертывания крови. Но

его влияние на скорость свертывания осуществляется косвенным путем.

Снижение витамина К приводит к нарушению синтеза протромбина,

проконвертина и некоторых других факторов свертывания.

Основной причиной возникновения авитаминоза К является нарушение

всасывания витамина К в кишечнике в результате прекращения поступления

желчи. В растительном мире важнейшим источником витамина К являются

зеленые листья и другие части растений, содержащие хлорофилл.

Значительное количество содержат ягоды рябины. Кишечная микрофлора

вырабатывает этот витамин в достаточном количестве, поэтому авитаминоза

К не может наступить у человека в результате снижения потребления этого

витамина с.