25. Углеводы, строение и функции. Моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Резервные полисахариды. Структура гликогена.

Фолдинг

В процессе синтеза полипептидных цепей, транспорта их через мембраны, при сборке олигомерных белков возникают промежуточные нестабильные конформации, склонные к агрегации. На вновь синтезированном полипептиде имеется множество гидрофобных радикалов, которые в трёхмерной структуре спрятаны внутри молекулы. Поэтому на время формирования нативной конформации реакционно-способные аминокислотные остатки одних белков должны быть отделены от таких же групп других белков.

Во всех известных организмах от прокариотов до высших эукариотов обнаружены белки, способные связываться с белками, находящимися в неустойчивом, склонном к агрегации состоянии. Они способны стабилизировать их конформацию, обеспечивая фолдинг белков. Эти белки получили название " шапероны".

Посттрансляционный процесс:

Полипетидная цепь – первичный продукт биосинтеза белка – часто подвергается химическим превращениям, изменяющим ее ковалентную структуру. Такие превращения могут происходить как в процессе трансляции (котрансляционная модификация), так и после её окончания, нередко уже после сформирования пространственной структуры белка. Многообразие этих реакций, завершающих созревание белка или видоизменяющих его функциональные свойства, очень велико – их число достигает 300-400. Иногда реакции посттрансляционной модификации называют nроцессингом. (от англ. processing – обработка), подчеркивая этим, что они как бы завершают биосинтез белка. Этот термин не вполне точен, поскольку некоторые реакции, например фосфорилирование, могут происходить с одной и той же молекулой неоднократно, регулируя ее активность, другие, вероятно, служат сигналом к расщеплению белка.

Обычно реакции посттрансляционной модификации катализируются специфическими ферментами, хотя известны и внутримолекулярные превращения белков, происходящие без участия «внешних» ферментов. Реакции посттрансляционной модификации, как правило, имеющие функциональный смысл, направленность, принято отличать от более или менее случайных повреждающих реакций, также весьма многочисленных, которые происходят с белками in vivo, отражаясь на их структурной целостности и функциональных свойствах. К ним относят, например, реакции окисления, случайный протеолиз и некаталитическое дезамидирование белка, присоединение глюкозы к аминогруппам некоторых белков, в частности гемоглобина, при ее повышенном содержании в крови при диабете и т. п.

Реакции посттрансляционной модификации являются нематричными процессами, они не кодируются непосредственно, поэтому нередко протекают неполно, что приводит к образованию множественных форм того или иного белка – продуктов частичного превращения.

Каков функциональный смысл реакций посттрансляционной модификации? На этот вопрос в обобщенной форме можно дать следующий ответ. Во-первых, несмотря на удивительное богатство структур, образуемых аминокислотными остатками и их ансамблями в пространственной структуре белка, это многообразие далеко не безгранично. Разумеется, образование комплексов с кофакторами (металлами, коферментами и т. п. ) резко расширяет функциональные возможности белка. Однако и этот путь не всегда оказывается достаточным. В таких случаях структурная палитра белка может быть обогащена путем направленного преобразования боковых цепей тех или иных аминокислотных остатков, а иногда и молекулы в целом.

Во-вторых, что не менее важно, некоторые реакции посттрансляци­онной модификации, в особенности обратимые, позволяют управлять активностью белка или целых групп белков в ответ на изменяющиеся потребности клетки.

Заметим, что реакции посттрансляционной модификации в отличие от предшествующих им стадий трансляции очень индивидуальны, иногда свойственны только одному белку – к таким относятся, например, гидроксилирование остатков пролина в коллагене, иодирование тиреоглобулина и некоторые другие. Специфичность посттрансляционной модификации открывает перспективу избирательного воздействия на процессинг и, следовательно, функцию тех или иных белков.

25. Углеводы, строение и функции. Моносахариды, олигосахариды, полисахариды. Резервные полисахариды. Структура гликогена.

Углеводы — важный класс природных веществ — встречаются повсеместно в растительных, животных и бактериальных организмах, общей формулой C_n(H₂O)_m (n и m ≥ 4). Углеводы включают соединения, начиная oт низкомолекулярных, содержащих всего несколько атомов углерода, до веществ, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Их делят на три класса в зависимости от числа остатков сахаров: моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды, или простые сахара, содержат только одну структурную единицу. Моносахариды — это полигидроксиальдегиды или полигидроксикетоны. Олигосахариды состоят из нескольких (от 2 до 10) остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями. Полисахариды являются высокомолекулярными веществами, состоящими из остатков моносахаридов, соединенных О-гликозидными связями, со степенью полимеризации выше 10.

Для большинства организмов природные углеводы выполняют две основные функции: • являются источником углерода, который необходим для синтеза белков, нуклеиновых кислот, липидов и др.;

• обеспечивают до 70% потребности организма в энергии. При окислении 1 г углеводов выделяется —16, 9 кДж энергии.

Другими функциями углеводов являются следующие.

• Резервная. Крахмал и гликоген представляют собой форму хранения питательных веществ, выполняя функцию временного депо глюкозы.

• Структурная. Целлюлоза и другие полисахариды растений образуют прочный остов; в комплексе с белками и липидами они входят в состав биомембран всех клеток.

• Защитная. Кислые гетерополисахариды выполняют роль биологического смазочного материала, выстилая трущиеся поверхности суставов, слизистой пищеварительных путей, носа, бронхов, трахеи и др.

• Особое значение имеет специфическая функция углеводов — участие в образовании гибридных (комплексных) молекул, а именно гликопротеинов и гликолипидов. Так, гликопротеины служат маркерами в процессах узнавания молекулами и клетками друг друга, определяют антигенную специфичность, обусловливают различия групп крови, выполняют рецепторную, каталитическую и другие функции.

Моносахариды — простые углеводы, в зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы (3), тетрозы (4), пентозы (5), гексозы (6) и гептозы (7 атомов). Наиболее распространены пентозы и гексозы. Свойства моносахаридов — легко растворяются в воде, кристаллизуются, имеют сладкий вкус, могут быть представлены в форме α - или β -изомеров.

Существует несколько принципов классификации моносахаридов: • по числу углеродных атомов, входящих в состав молекулы: триозы, тетрозы, пентозы, гексозы, гептозы, октозы и т. д.; • по характеру карбонильной группы: альдозы и кетозы, в зависимости от наличия в них альдегидной или кетонной групп; • по наличию других групп, кроме карбонильной и гидроксильной: — нейтральные сахара, содержащие только карбонильную и гидроксильную группы; — аминосахара, содержащие вместо гидроксигруппы аминогруппу, обусловливающую основность этих веществ; — кислые сахара, содержащие помимо карбонильных и гидроксигрупп еще и карбоксильную. В основу номенклатуры сахаров положены тривиальные названия моносахаридов состава СлН2лОл с прямой цепью углеродных атомов: ксилоза, рибоза, глюкоза, фруктоза и др. Наименованиям кетоз придается окончание -улоза, например кетоза С5-пентулоза. Всем моносахарам присуща конфигурационная (оптическая) изомерия, т. е. они существуют в двух энантиомерных формах.

Принадлежность моносахаридов к D- или L-ряду определяется по расположению ОН-группы у последнего (считая от альдегидной или кетогруппы) хирального атома углерода. В качестве стандарта сравнения конфигурации асимметрического атома углерода предложено использовать изомер глицеринового альдегида.

Некоторые моносахариды, например фруктоза, отнесенные к D-ряду, являются левовращающими, а представители L-ряда — правовращающими. Чтобы указать и принадлежность сахара к D- или L-ряду, и направление вращения плоскости поляризации, после символов D или L перед названием моносахарида в скобках ставят знак (+) или (—), обозначающий соответственно правое или левое вращение.

У альдоз, начиная с п = 4, и кетоз — с п = 5 имеется несколько хиральных центров, т. е. существует ряд диастереомеров, представляющих собой разные по химическим свойствам соединения, причем каждый из диастереомеров может существовать в L- и D- конфигурации. В настоящее время для написания структурных формул моносахаридов чаще всего используются проекционные формулы, предложенные У. Хеуорсом. Однако эти формулы не отражают пространственного расположения атомов в молекуле сахаров. В природе пиранозное кольцо не является плоским и может возникнуть большое число конформаций: шесть в форме «лодки» и две в форме «кресла». Форма «кресла» является более устойчивой, и, по-видимому, она преобладает в большей части природных углеводов.

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: