Биоорганическая химия

Задание № 5

Витамин В. Общие представления о строении витамина, его коферментные формы, три примера участия их в биохимических реакциях.

Витамин В1 впервые выделен в кристаллическом виде Функом.

Суточная потребность - 1-3 мг.

Распространение в природе. Хлеб грубого помола, горох, фасоль, мясные продукты. В кисло среде В1 стоек к нагреванию и кипячению, но легко разрушается при нагревании в нейтральной и щелочной среде. Вследствие этого, В1, мало разрушается при обработке пищевых продуктов теплом, например при варке пищи или выпечке хлеба, но чрезвычайно быстро разрушается при выпечке мучных кондитерских изделий с использованием щелочных разрыхлителей (сода или углекислый аммоний).

Структура витамина и кофактора. В пищеварительном тракте на путь всасывания в кровь, встает свободный тиамин. Всасывание осуществляется простой диффузией. В печени и других тканях тиамин фосфорилируется с участием тиаминфосфокиназы до ТМФ, ТДФ, ТГФ. Тиаминдифосфат в клетках связывается с соответствующим апоферментом:

Ферментативные реакции с участием тиамина

Все известные реакции, зависимые от тиаминдифосфата, могут быть составлены из пяти полуреакций (а-е на рис. 1), каждая из которых является α-расщеплением, приводящим к образованию связанного с тиамином «активного альдегида» (центральная часть рис. 1), который идентичен соединению, изображенному в левой части уравнения. Декарбоксилирование α-кетокислоты до альдегида представлено стадией б с последующей реакцией в направлении, обратном стадии а. Наиболее изученным ферментом, катализирующим реакцию этого типа, является пируватдекарбоксилаза дрожжей.

Рис. 1. Полуреакции, составляющие тиаминзависимые реакции α-расщепления и α-конденсации

Образование α-кетолов из α-кетокислот также начинается со стадии б, за которой следует конденсация с другим карбонильным соединением, осуществляемая обращением стадии в. Хорошо известным примером такой реакции служит синтез α-ацетолактата

в котором сочетаются декарбоксилирование пирувата и конденсация образующегося активного ацетальдегида с другой молекулой пирувата. Эта реакция катализиурется ацетолактатсинтетазой, которую иногда именуют «карбо-лиазой». Ацетолактат служит предшественником валина и лейцина. Сходная кетольная конденсация необходима и в биосинтезе изолейцина. Ацетолактат является

Рис. 2. Расщепление α-кетола до альдегида и карбоновой кислоты; последовательность реакций, сопряжения с фосфорилированием ADP

β-кетокислотой и легко декарбоксилируется в ацетоин; эта реакция имеет важное значение при некоторых видах бактериального брожения. Кетольная конденсация двух молекул глиоксилата с декарбоксилированием катализируется глиоксилат-карболигазой.

Стадия д на рис. 1 представляет собой реакцию расщепления производного ацилгидролипоата. Реакция обычно протекает в обратном направлении и является частью процесса окислительного декарбоксилирования α-кетокислоты, который начинается стадией б.

Важное значение имеет реакция расщепления α-кетолов, в которой используется стадия в с последующим обращением этой же стадии, но с другим акцептором альдегида.

Эту реакцию катализирует транскетолаза - фермент, необходимый в пентозофосфатных путях метаболизма и в фотосинтезе. Родственная реакция (рис. 2), которая имеет более сложный механизм, катализируется ферментом фосфокетолазой; эта реакция играет важную роль в энергетическом метаболизме некоторых бактерий. Продуктом реакции, катализиуремой фосфокетолазой, является ацетилфосфат, расщепление которого может быть сопряжено с синтезом АТР.

Задание № 6

Виды РНК. Транскрипция, характеристика компонентов системы и механизма синтеза РНК. Ответить на вопрос: специалист по химии белка сказал молекулярному генетику, что он нашел новый мутантный гемоглобин, в котором аспартат замещает лизин. Молекулярный генетик удивился и попросил проверить результат.

А. Почему молекулярный генетик удивился и выразил сомнения в возможности такой аминокислотной замены?

Б. Какая аминокислотная замена показалась бы молекулярному генетику приемлемой?

Виды РНК

Матричная (информационная) РНК - РНК, которая служит посредником при передаче информации, закодированной в ДНК к рибосомам, молекулярным машинам, синтезирующим белки живого организма. Кодирующая последовательность мРНК определяет последовательность аминокислот полипептидной цепи белка. Однако подавляющее большинство РНК не кодируют белок. Эти некодирующие РНК могут транскрибироваться с отдельных генов (например, рибосомальные РНК) или быть производными интронов. Классические, хорошо изученные типы некодирующих РНК - это транспортные РНК (тРНК) и рРНК, которые участвуют в процессе трансляции. Существуют также классы РНК, ответственные за регуляцию генов, процессинг мРНК и другие роли. Кроме того, есть и молекулы некодирующих РНК, способные катализировать химические реакции, такие, как разрезание и лигирование молекул РНК. По аналогии с белками, способными катализировать химические реакции - энзимами (ферментами), каталитические молекулы РНК называются рибозимами.