Функции белков:
1. Структурная
2. Регуляторная
3. Транспортная
4. Защитная
5. Генетическая
6. Энергетическая - 16 кДж/г
У млекопитающих и других видов животных
главным источником азота служит белок пищи.
Для синтеза специфических белков необходимы
аминокислоты, которые могут быть получены из
белков поступающих с пищей.
Потребность в белках - запасов белков в организме
практически нет и они должны поступать
ежедневно.
Нормы белкового питания устанавливают с
помощью азотистого баланса - это соотношение N2
поступившего и выделившегося.
Положительный - больше его поступает,
чем выделяется ( при откорме)
Отрицательный - больше выделяется, чем
поступает ( при голодании)
Азотистое равновесие - сколько поступает столько
и выделяется.
Белковый минимум - это наименьшее количество
белка, которое поддерживает азотистое равновесие
( около 1 г/кг ж.м.)
Биол. ценность кормового белка - зависит от его
амк. -тного состава ( он должен быть близок
к белкам тканей).
Эталоном служит белок молока - казеин.
Заменимые амк-ты - могут синтезировать в тканях
из др. в-в.
Незаменимые - не синтезируются в тканях и
должны поступать с кормами.
Заменимые аминок-ты
гли.
Ала.
Сер.
Цис.
Асп. к-та
глю. к-та
тир.
Про.
Опро.
Незаминимые аминок-ты
треонин
валин
лейцин
изолейцин
метионин
лизин
аргинин
фенилаланин
триптофан
гистидин
«Критические» - лиз., мет.,три.
Ферменты желудочно-кишечного тракта
Пепсин. рН – 1-2. ИЭТ<1. денатурирует при рН>5.
синтезируется в форме пепсиногена в слизистой
желудка.
Реакция
активации
является
аутокаталитической.
Относится
к
классу
эндопептидаз (внутримолекулярные связи).
Реннин. Фермент четвертого отдела сложного
желудка жвачных, близок по свойствам к пепсину,
но отличный по строению. ИЭТ=4,5.
Химотрипсин. ИЭТ=9,1. Секрет поджелудочной
железы. Вырабатывается два зимогена –
химотрипсиноген а и химотрипсиноген в.
Активация трипсином и химотрипсином с
образованием α-химотрипсин – эндопептидаза.
Расщепление связи по карбоксильной группе
принадлежащей ароматической аминокислоты
Трипсин. Близок по строению и свойствам к
химотрепсину.
Активация
осуществляется
трипсином или энтерокиназой.
Расщепление связи по карбоксильной группе
принадлежащей оснóвной аминокислоте.
Карбоксипептидаза.
Экзопептидаза.
Два
изофермента- А и В.
Энтерокиназа.
Вырабатывается
слизистой
12перстной кишки.
Лейцинаминопептидаза. Фермент секретируемый
слизистой кишечника и в других тканях.
Экзопептидазы.
Дипептидазы и трипептидазы. секретируемый
слизистой кишечника
Катепсины – группа протеолитических ферментов.
Обнаружены в почках, селезенке, печени, легочной
ткани и др. локализованы внутри клетки.
эндопептидазы
Переваривание белков
Эндопептидазы:
1) пепсиноген
+ HCl
пепсин + полипептиды
Автокатализ
АТФ
2NaCl + H2CO3
2HCl + Na2CO3
2) прореннин
реннин
казеиноген
казеин
энтерокиназа
3) трипсиноген
трипсин + гексапептид
Автокатализ
4) Химотрипсиноген
трипсин
Химотрипсин
Автокатализ
Экзопептидазы:
1) Карбоксипептидаза
NH2 - лиз - ала - фен - асп - COOH
2) Аминопептидаза
3) Дипептидаза и Трипептидаза
Особенности переваривания белков у жвачных
Белки корма уже в преджелудках расщепляются
ферм. микро орг. (бактерии, грибки, инфузории)
до амк-т., кот. исп. для синтеза микробного белка
а часть подвергается декарбоксилированию (-СО2)
и дезаминированию (-NН3), причем (-СО2) и (-NН3)
могут исп. для синтеза новых амк-т., в т.ч.
незаменимых.
Источником (-NН3) и (-СО2) может служить
мочевина, кот. гидролизуется по схеме:
NН2 -СО -NН2 +Н2О
2 NН3 + СО2
Гниение белков в кишечнике и
обезвреживание продуктов гниения
- СО2
орнитин
путресцин
Амины
- СО2
(«трупные яды»)
кадаверин
лизин
тирозин - СО2 крезол
фенол
- CH4
- NH3
- CH4
- СО2
триптофан
скатол
индол
- NH3
- CH4
- CH4
Эти ядовитые вещества, всасываются в кровь и
в печени обезвреживаются при участии
активной серной кислоты –
3-фосфоаденозин-5-фосфосульфата (ФАФС) или
активной глюкуроновой кислоты –
уридиндифосфоглюкуроновой кислоты (УДФ-ГК),
с образованием неядовитых парных серных кислот
(фенол-серная) или парных глюкуроновых кислот
(фенол-глюкуроновая), которые выделяются с мочой.
Синтез аминокислот
α-Кетоглутаровая к-та + NH3 → глутамат
Глутамат → пролин → оксипролин
Глутаминовая к-та → орнитин
→ аргинин
ЩУК + NH3 → аспарагиновая к-та
Аспарагиновая к-та → треонин ← СН3СНО + глицин
→ цистеин → метионин
→ лизин ← α-Кетоглутаровая к-та
→ аланин + СО2
Глюкоза → серин → глицин ← ПВК + NH3
Серин → цистеин
Рибоза → гистидин
Использование аминокислот в тканях
1. Для синтеза белков
2. Распад до конечных продуктов
( до СО2, Н2О, NН3 и др.)
с освобождением энергии
3. Для синтеза азотистых небелковых
веществ: гормонов - адреналина, тироксина,
БАВ - витамина РР, макроэргического соединения
- креатинина.
4. Для непрямого синтеза углеводов и жиров
Реакции аминок-т в тканях
1. Переаминирование
2. Дезаминирование
3. Декарбоксилирование
Реакция дезаминирования –
это удаление аминогруппы (NH2) из
аминок-ты в виде свободного аммиака (NH3)
Теоретически возможны 4 типа дезаминирования :
1. Окислительное
2. Восстановительное
3. Гидролитическое
4. Внутримолекулярное
Окислительное дезаминирование
СН3
- 2Н
Н С NН2
СООН
аланин
оксидаза
СН3
СН=NН
СН3
+Н2О
СООН
иминок-та
С=О
СООН
ПВК
+NН3
Переаминирование - это перенос
аминогруппы (NH2) от аминок-ты
на кеток-ту с образованием новой
заменимой аминк-ты, при участии
фермента аминотрансферазы.
Реакция переаминирования
СООН
Аминотрансфераза
СН3
Н С NН2 +
С=О
СН2
СООН
СН2
СООН пировиноградная к-та(ПВК).
глютаминовая к-та
СООН
СН3
С=О
+
Н С NН2
СН2
СООН
аланин
СН2
СООН
-кетоглутаровая к-та
Реакция декарбоксилирования –
Это удаление группы СО2 при разрушении
карбоксильной группы с образованием
аминов:
- СО2
тирозин
тирамин
- СО2
гистидин
гистамин
- СО2
глютаминовая
гамма -аминомасляная
к-та
к-та (ГАМК)
Образование аммиака в тканях
и пути его обезвреживания
Аммиак образуется при реакциях дезаминирования:
1. Аминок-т
2. Аминов
3. Пуриновых и пиримидиновых оснований
4. При гидролизе амидов (аспарагин)
Аммиак сильный яд и обезвреживается в печени
путем:
1. Синтеза мочевины (до 85% у млекопитающих)
2. Образованием аммонийных солей (NH4Cl)
3. Образованием амидов (аспарагин, глютамин)
4. Образованием мочевой к-ты ( у птиц и рептилий)
Биосинтез мочевины
Идет в печени при участии орнитиновой к-ты
и поэтому называют орнитиновый цикл Кребса
Схема синтеза мочевины
ацилглутамат
NН3 + СО2 + 2АТФ +Н2О
АДФ + Н3РО4 +
КарбамоилОН
фосфатсинтаза
NН2 С О Р О
ОН
О
Карбомоилфосфат
-Н3РО4
карбомоилфосфат + орнитин
цитруллин +
аспар.к-та
АТФ АМФ+РО4
аргинино-янтарная кислота
фумаровая кислота + аргинин
аргиназа
мочевина + орнитин
аргинин +Н2О
Биосинтез белков
В клетках постоянно идет самообновление
белков с различной скоростью (на 50%):
1. Белки плазмы крови и печени - за 10 дней
2. Белки мышц - за 30 дней
3. Белки соединительной ткани (коллаген) - за 300 дн.
«Старые» белки расщепл. до аминок-т в
лизосомах под вл. тканевых протеаз (катепсины)
Синтез «новых» белков идет в рибосомах по схеме:
1. Активация аминок-т при участии АТФ
с образованием аминоациладенилата
2. Соединение аминоациладенилата с транспортной
РНК (т -РНК) и перенос его к рибосомам
3. В ядре клетки на участке ДНК синтезируется
информационная РНК (и-РНК)
4. и-РНК выходит в цитоплазму и соединяет
несколько рибосом в полисомы затем и-РНК
тремя водородными связями (кодон) соединяется
с т-РНК (антикодон) и определенная аминок-та
включается в полипептид.
5. Соединяются аминок-ты в цепочку при участии
фермента пептидсинтетазы и энергии 2-х молекул
ГТФ
6. Полипептидная цепочка отделяется от рибосом
и
формируется
вторичная,
третичная
и
четвертичная структуры
Этот биосинтез белка идет за 1-2 сек.
Обмен нуклеиновых
кислот
Поступая с кормами нуклеопротеиды под влиянием
пепсина и трипсина распадаются на белок, РНК и
ДНК, затем белок гидролизуется по обычной схеме, а
РНК и ДНК под влиянием нуклеаз (РНК - аза, ДНК аза) распадаются до нуклеотидов.
Под влиянием фермента фосфатазы нуклеотиды
распадаются на нуклеозиды и фосфаты.
Под
действием
фосфорилазы
нуклеозиды
распадаются на азотистые основания и фосфорные
эфиры пентоз (Рибозо - 5 - фосфат). Всасываются
нуклеозиды, азотистые основания и фосфорные
эфиры пентоз.
Гидролиз нуклеопротеидов
Нуклеопротеиды
пепсин
РНК, ДНК
белки: протамины,
гистоны
РНК - аза
ДНК - аза
нуклеотиды
Фосфатаза
нуклеозиды
Н3РО4
Углеводы: Д - рибоза,
Д-дезоксирибоза
азотистые основания
пуриновые:
аденин (А)
гуанин (Г)
пиримидиновые:
цитозин (Ц)
тимин (Т)
Урацил (У)
Распад пуриновых оснований
Аденин
гуанин
+Н2О
-NН3
аденаза
+Н2О
гипоксантин
О2
ксантин
-NН3
гуаназа
О2
ксантиноксидаза (ФАД)
ксантиноксидаза (ФАД)
мочевая кислота
-2Н
-СО2
+Н2О
уриказа
аллантоин
С мочой выделяются мочевая к-та и аллантоин
аллантоин
аллантоиназа +Н2О
аллантоиновая
кислота
аллантоиказа +Н2О
2
+
При нарушении пуринового обмена соли мочевой кты откладываются в суставах, возникает падагра.
Образование камней из мочевой к-ты в почках наз.
мочекаменная болезнь (МКБ). При их прохождении
по мочеточнику возникает «почечная колика».
У свиней отторжение гуанина приводит отложению
в суставах или в сале наз. гуаниновая падагра.
Распад пиримидиновых оснований
Цитозин дезаминируется цитозиндезаминназой с
образованием Урацила по схеме:
Цитозин
+Н2О
-NН3
урацил
Урацил
дигидрируется
дигидроурацилдегидрогеназой с образованием Дигидроурацил,
после действует дигидропиримидаза приводящая к
раскрытию
цикла
и
образованию
βУреидопропионовая
кислота.
βУреидинпропионовая кислота гидролизуется с
образованием β–аланина, NН3 и СО2.
Тимин
под
дигидроурацилдегидрогеназой
превращается в Дигидротимин, а под действием
дигидропиримидазы приводящей к раскрытию
цикла и образованию β-Уреидоизомасляная
кислота.
β-Уреидоизомасляная
кислота
гидролизуется с образованием β-аминоизомасляной
кислоты, NН3 и СО2.
Биосинтез мононуклеотидов
В организме идет заново. Процесс синтеза пуриновых
оснований
начинается
с
рибозо-5-фосфат
с
присоединением пирофасфата принимаемого от АТФ
с образованием 5-фосфо-рибозил-1-пирофосфат. Далее
от
глутамина
присоединяется
аминогруппа
(положение 1) → 5-фосфо-рибозил-1-амин. Затем
присоединяется
глицин
→
глицинамидрибонуклеотид. После присоединяется формиат
(метенилтетрагидрофолат) → N-формилглицинамидрибонуклеотид. Глутамил опять дает аминогруппу →
N-формилглицинамидин-рибонуклеотид. Поле чего
осуществляется процесс циклизации и образование 5аминоимидазол-рибонуклеотид.
К 5-аминоимидазол-рибонуклеотид присоединяется
СО2 → Рибонуклеотид-5-аминоимидазол-4карбоновая кислота + аспарагиновая кислота «-»
(отщепляется) фумарат → 5-аминоимидазол-4карбоксамид-рибонуклеотид. Далее происходит
взаимодействие с формилтетрагидрофолат от
которого забирается формил → 5 формамидимидазол-4-карбоксамид-рибонуклеотид. И в конце
после процесса циклизации → Инозиновая кислота
Пиримидиновые основания начинают свой синтез с
оротовой кислоты и присоединения 5-фосфо-рибозил1-пирофосфат → УМФ
УМФ → УТФ , далее происходит аминирование в положении
4 пиримидинового кольца с образованием ЦТФ.
В синтезе пиримидиновых оснований
( цитозин, тимин, урацил) участвуют:
1. Аспарагиновая к-та
2. Карбамоилфосфат (СО2 + NH3)
3. Глутамин
В синтезе пуриновых оснований (аденина и гуанина)
участвуют:
1. Глицин
2. Аспарагиновая к-та
3. Глутамин
4. Муравьиная к-та (формил)
5. СО2
Биосинтез РНК
Активно идет при делении клеток и синтезе белков.
Исходные продукты: 4 нуклеозид-3-фосфата и
фермент РНК-полимераза. Схема синтеза:
АТФ
Мg2+
ГТФ
ДНК Мn2+
ЦТФ
РНК -полимераза РНК + Р - Р
УТФ
пирофосфат
Установлено, что РНК синтезируется на участке
одной из цепочек ДНК и порядок чередования
нуклеотидов в РНК зависит от их порядка на
цепочке ДНК.
Биосинтез ДНК
Исходные продукты: 4 дезоксирибонуклеозид -3-фосфата и фермент ДНК - полимераза
Схема синтеза:
д АТФ
д ГТФ
ДНК Mg2+
ДНК
+ Р -Р
д ЦТФ
ДНК - полимераза
пирофосфат
д ТТФ
Вначале двойная спираль ДНК раскручивается и
к каждой половинке достраивается недостающая
часть
по принципу комплиментарности ( против А
становится Т, а против Г становится Ц).
Удвоение молекул ДНК называют редупликация.
Биохимия гена и передача
генетической информации
Ген - участок ДНК содержащий от 100 до 6000 пар
нуклеотидов (в среднем - около 1000).
Они находятся в хромосомах ядра клетки.
Все клетки содержат полный набор генов, однако
большинство их обычно «выключено».
Наследственная информация или генетический код
зашифрован в последовательности размещения
нуклеотидов (азотистых оснований) в цепочке ДНК.
Сочетание трех нуклеотидов (триплетный код) в
генах управляют включением в полипептид при
синтезе белка определенной аминок-ты.
Например: для лизина - ААА или ААГ
для фенилаланина - УУУ
Генетическая информация передается по схеме:
ДНК
РНК
белок (транскрипция и
трансляция).
Порядок чередования нуклеотидов в ДНК и РНК
может нарушаться под действием:
физических факторов (радиация)
химических факторов (наркотики, алкоголь),
что приводит к нарушениям в передаче
генетической информации (мутациям).
Понятие о генетической инженерии
Это внесение новых генов в набор генов клетки или
избирательное удаление генов из него.
В.А. Энгельгардт
В
клетках
обнаружены
ферменты,
которые
«разрезают» цепочку ДНК - рестриктазы, а также
ферменты, которые « сшивают» участки ДНК лигазы.
С их помощью «разрезают» цепочку ДНК, переносят
фрагменты в циклическую ДНК ( плазмиду), которую
помещают в новую клетку, где фрагменты ДНК
встраиваются в ДНК клетки и получаются
рекомбинантные ДНК.
Таким методом уже получены гормоны инсулин и
соматотропный.
