Лекции по "Биохимия"

15.Классификации  аминокислот.Все встречающиеся в природе аминокислоты обладают общим свойством – амфотерностью (от греч. amphoteros – двусторонний), т.е. каждая аминокислота содержит как минимум одну кислотную и одну основную группы. Общий тип строения α-аминокислот может быть представлен в следующем виде:

Как видно из общей формулы, аминокислоты будут отличаться друг от друга химической природой радикала R, представляющего группу атомов в молекуле аминокислоты, связанную с α-углеродным атомом и не участвующую в образовании пептидной связи при синтезе белка. Почти все α-амино- и α-карбоксильные группы участвуют в образовании пептидных связей белковой молекулы, теряя при этом свои специфические для свободных аминокислот кислотно-основные свойства. Поэтому все разнообразие особенностей структуры и функции белковых молекул связано с химической природой и физико-химическими свойствами радикаловаминокислот. Именно благодаря им белки наделены рядом уникальных функций, не свойственных другимбиополимерам, и обладают химической индивидуальностью.Классификация аминокислот разработана на основе химического строения радикалов, хотя были предложены и другие принципы. Различают ароматические и алифатические аминокислоты, а также аминокислоты, содержащие серу или гидроксильные группы. Часто классификация основана на природе зарядааминокислоты. Если радикал нейтральный (такие аминокислоты содержат только одну амино- и однукарбоксильную группы), то они называются нейтральными аминокислотами. Если аминокислота содержит избыток амино- или карбоксильных групп, то она называется соответственно основной или кислойаминокислотой.Современная рациональная классификация аминокислот основана на полярности радикалов (R-групп), т.е. способности их к взаимодействию с водой при физиологических значениях рН (близких к рН 7,0). Различают 5 классов аминокислот, содержащих следующие радикалы: 1) неполярные (гидрофобные); 2) полярные (гидрофильные); 3) ароматические (большей частью неполярные); 4) отрицательно заряженные и 5) положительно заряженные. В представленной классификации аминокислот приведены наименования, сокращенные английские и русские обозначения и однобуквенные символы аминокислот, принятые в отечественной и иностранной литературе, а также значения изоэлектрической точки (рI) имолекулярной массы (М). Отдельно даются структурные формулы всех 20 аминокислот белковой молекулы.

16.Уровни организации  белковой молекулы: первичная, вторичная, третичная структура.Для того чтобы разобраться в замысловатой укладке (архитектонике) белковой макромолекулы, следует рассмотреть в ней несколько уровней организации. Первичной, самой простой структурой является полипептидная цепь, т. е. нить аминокислот, связанных между собой пептидными связями. В первичной структуре все связи между аминокислотами являются ковалентными и, следовательно, прочными.Следующий, более высокий уровень организации - это вторичная структура, когда белковая нить закручена в виде спирали. Между группами -СООН, находящимися на одном витке спирали, и группами -NH2 на другом витке образуются водородные связи. Они возникают на основе водорода, чаще всего находящегося между двумя отрицательными атомами. Водородные связи слабее ковалентных, но при большом их числе обеспечивают образование достаточно прочной структуры. Нить аминокислот (полипептид) далее свертывается, образуя клубок, или фибриллу или глобулу, для каждого белка специфичную. Таким образом, возникает сложная конфигурация, называемая третичной структурой . Определение ее производят обычно с помощью метода рентгеноструктурного анализа , который позволяет установить положение в пространстве атомов и групп атомов в кристаллах и сложных соединениях.Связи, поддерживающие третичную структуру белка, также слабые. Они возникают, в частности, вследствие гидрофобных взаимодействий. Это силы притяжения между неполярными молекулами или между неполярными участками молекул в водной среде. Гидрофобные остатки некоторых аминокислот в водном растворе сближаются, "слипаются" и стабилизируют, таким образом, структуру белка. Кроме гидрофобных сил, в поддержании третичной структуры белка существенную роль играют электростатические связи между электроотрицательными и электроположительными радикалами аминокислотных остатков. Третичная структура поддерживается также небольшим числом ковалентных дисульфидных -S-S-связей, возникающих между атомами серы серусодержащих аминокислот. Надо сказать, что и третичная; структура белка не является конечной. К макромолекуле белка нередко оказываются присоединенными макромолекулы такого же белка или молекулы иных белков. Например, сложная молекула гемоглобина - белка, находящегося в эритроцитах, состоит из четырех макромолекул глобинов: двух альфа-цепей и двух бета-цепей, каждая из которых соединена с железосодержащим гемом. В результате их объединения образуется функционирующая молекула гемоглобина. Только в такой упаковке гемоглобин работает полноценно, т. е. способен переносить кислород.

17. Дисахариды, строение: восстанавливающие и невосстанавливающие  дисахариды.

Дисахариды подразделяются на две группы: восстанавливающие и невосстанавливающие.К восстанавливающим дисахаридам относится, в часности, мальтоза (солодовый сахар), содержащаяся в солоде, т.е. проросших, а затем высушенных и измельченных зернах хлебных злаков.Мальтоза составлена из двух остатков D- глюкопиранозы, которые связаны (1–4) -гликозидной связью, т.е. в образовании простой эфирной связи участвуют гликозидный гидроксил одной молекулы и спиртовой гидроксил при четвертом атоме углерода другой молекулы моносахарида. Аномерный атом углерода (С1), участвующий в образовании этой связи, имеет a- конфигурацию, а аномерный атом со свободным гликозидным гидроксилом (обозначен красным цветом) может иметь как a- (a- мальтоза), так и b- конфигурацию (b- мальтоза).Мальтоза представляет собой белые кристаллы, хорошо растворимые в воде, сладкие на вкус, однако значительно меньше, чем у сахара (сахарозы).

Как видно, в мальтозе имеется свободный гликозидный гидроксил, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла и переходу в альдегидную форму. В связи с этим, мальтоза способна вступать в реакции, характерные для альдегидов, и, в частности, давать реакцию "серебряного зеркала", поэтому ее называют восстанавливающим дисахаридом. Кроме того, мальтоза вступает во многие реакции, характерные для моносахаридов, например, образует простые и сложные эфиры (см. химические свойства моносахаридов).К невосстанавливающим дисахаридам относится сахароза (свекловичный или тростниковый сахар). Она содержится в сахарном тростнике, сахарной свекле (до 28% от сухого вещества), соках растений и плодах. Молекула сахарозы построена из a, D- глюкопиранозы и b, D- фруктофуранозы.В противоположность мальтозе гликозидная связь (1–2) между моносахаридами образуется за счет гликозидных гидроксилов обеих молекул, то есть свободный гликозидный гидроксил отсутствует. Вследствие этого отсутствует восстанавливающая способность сахарозы, она не дает реакции "серебряного зеркала", поэтому ее относят к невосстанавливающим дисахаридам.Сахароза – белое кристаллическое вещество, сладкое на вкус, хорошо растворимое в воде.Для сахарозы характерны реакции по гидроксильным группам. Как и все дисахариды, сахароза при кислотном или ферментативном гидролизе превращается в моносахариды, из которых она составлена.

18-1) Классификация омыляемых липидов, основные представители. Омыляемые липиды. Структурные компоненты омыляемых липидов связаны сложноэфирной связью. Эти липиды легко гидролизуются в воде под действием щелочей или ферментов. Омыляемые липиды включают три группы веществ: сложные эфиры, фосфолипиды и гликолипиды. В группу сложных эфиров входят нейтральные жиры (глицерин+три жирные кислоты), воски (жирный спирт+жирная кислота) и эфиры стеринов (стерин+жирная кислота). Группа фосфолипидов включает фосфатидовые кислоты (глицерин+две жирные кислоты+фосфатная группа), фосфатиды (глицерин+две жирные кислоты+фосфатная группа+спирт) и сфинголипиды (сфингозин+жирная кислота+фосфатная группа+спирт). К группе гликолипидов относятся цереброзиды (сфингозин+жирная кислота+один углеводный остаток) и ганглиозиды (сфингозин+жирная кислота+несколько углеводных остатков, в том числе нейраминовая кислота). Основа омыляемых липидов – спирты (высшие одноатомные, трехатомный спирт глицерин или двухатомный аминоспирт сфингозин). Спирты ацилированы высшими карбоновыми кислотами.Омыляемые липиды делятся на простые (продукты гидролиза: спирты и карбоновые кислоты) и сложные (продукты гидролиза: спирты, карбоновые кислоты, фосфорная кислота, углеводы и др.).Простые омыляемые липиды:а) воски (алкилацилаты);б) жиры и масла (триацилглицерины).Сложные омыляемые липиды:- фосфолипиды (сфингомиелины и фосфоглицериды (плазмогены, фосфатиды, фосфатидилсерины, фосфатидилэтаноламины и фосфатидилхолины));- сфинголипиды (сфингомиелины, церамиды и цереброзиды (ганглиоцереброзиды, глюкоцереброзиды));гликолипиды (цереброзиды и ганглиозиды).Воски – жироподобные вещества животного или растительного происхождения, состоящие главным образом из сложных эфиров высших жирных кислот и высокомолекулярных спиртов (обычно одноатомных). Воски — аморфные, пластичные, легко размягчающиеся при нагревании вещества, плавящиеся в интервале температур 40—90°С. По физическим и химическим свойствам напоминают жиры; мало реакционноспособны, весьма устойчивы к действию различных реагентов; некоторые из них сохраняются многие годы без изменения. Они образуют защитную смазку на коже человека и животных, предохраняют растения от высыхания.

19-1) Типы и строение нуклеозидов  и нуклеотидов. Нуклеотиды являются структурными компонентами нуклеиновых кислот. Нуклеотиды образуются из пуриновых или пиримидиновых оснований,углевода пентозы(D-рибозы или D-дезоксирибозы) и фосфорной кислоты.Наиболее важными из пуриновых оснований,входящих в состав НК являются аденин и гуанин , а из пиримидиновых –урацил,тимин, и цитозин.Сахара входящие в состав нуклеотидов,отличаются друг от друга тем ,что в D-рибозе гидроксильная (-ОН) группа 2ꞌ углеродного атома заменена в D-дезоксирибозе на атом водорода.Атомы углерода в пентозе нумеруются со штрихом (ꞌ),чтобы отличить от нумерации атомов азотистого основания в нуклеотидах. Соединение, образованное из азотистого основания (пуринового или пиримидинового) и пентозы,называется нуклеозидом. Азотистое основание ,пентоза и фосфорная кислота,соединяясь друг с другом, образуют молекулу нуклеотида.Последовательность их соединений всегда постоянна. Основание присоединяется к пентозе с помощью β-N-гликозидной связи,соединяющей Clꞌ атом пентозы с N1 атомом пиримидина или с N9 атомом пурина.Фосфатная группа присоединяется эфирной связью к 5ꞌ-углеродному атому пентозы.Отсюда ясно  что нуклеозид это нуклеотид без фосфатной группы. Нуклеотиды называются нуклеозид-5ꞌ-монофосфатами .Например, нуклеотид, содержащий аденин называется, аденозин-5ꞌ-монофосфатом  или аденилово кислотой.Если в состав нуклеозида входит дезоксирибоза,то он называется дезоксирибонуклеозидом,а нуклеотид,содержащий дезоксирибозу-дезоксирибонуклеотидом.Нуклеозид и нуклеотид , содержащие рибозу,соответственно называются рибонуклеозидом и рибонуклеотидом.Тысячи нуклеотидов (мономеры), подвергаясь полимеризации, образуют макромолекулу нуклеиновой кислоты (полимер), которую еще называют полинуклеотидом.

20-1) Уровни организации ДНК: первичная, вторичная, третичная структура. первичная структура. молекулы ДНК и РНК построены соответственно из ковалентно связанных дезоксирибонуклеотидов и рибонуклеотидов, образующих полинуклеотидные цепи. Нуклеотиды между собой соединяются фосфодиэфирными мостиками . Причем, 5ꞌ-гидроксильная группа пентозы одного нуклеотида присоединена к 3ꞌ-гидроксильной группе пентозы следующего нуклеотида. Так возникает фосфодиэфирный мостик между нуклеотидами. При этом образуется основная цепь нуклеиновых кислот – фосфат-пентоза- фосфат-пентоза и т.д. Разные азотистые основания присоединены к бокам пентозы. Вторичная структура — это структура, образованная за счёт нековалентных взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, стэкинга и водородных связей. Двойная спираль ДНК является классическим примером вторичной структуры. Это самая распространённая в природе форма ДНК, которая состоит из двух антипаралельных комплементарных полинуклеотидных цепей. Антипараллельность реализуется за счёт полярности каждой из цепей. Под комплементарностью понимают соответствие каждому азотистому основанию одной цепи ДНК строго определённого основания другой цепи (напротив A стоит T, а напротив G располагается C). ДНК удерживается в двойной спирали за счёт комплементарного спаривания оснований — образования водородных связей, двух в паре А-Т и трёх в паре G-C. Третичная структура. Под третичной структурой понимают расположение всех частей молекулы  в пространстве. В основе третичной конформации лежит вторичная структура – клеверный лист,которая дополнена и стабилизирована большим числом взаимосвязанных парных оснований , расположенных на различных участках молекулы. Спираль акцепторного стебля переходит в спираль Т-стебля, и они образуют один из «рукавов» буквы Г.Антикодоновый и Д-стебли имеют почти параллельную  ориентацию и образуют другой «рукав». Непрерывность между этими двумя спиральными участками обеспечивается необычной парой оснований m2G26 и A44 . эти две части содержат каждая около 10 пар оснований.  Кодон-это 3 соседних нуклеотида в мРНК ,который кодируют одну аминокислоту в синтезируемом  полипептиде на рибосомах. Третичная структура белков определяется с помощью рентгеноструктурного анализа.

21-1) ФОСФОЛИПИДЫ.из сложных липидов наиболее распространены фосфолипиды.Их еще называют фосфатидами или фосфоглицеридами из-за присутствия в их молекулах фосфатных остатков.Фосфолипиды близки к триацилглицеролам,образованы глицеролом, у которого две гидроксильные группы этерифицированы жирными кислотами.Третья  гидроксильная группа дает сложный эфир с фосфорной кислотой , к которой присоединен аминоспирт (азотистое основание). Аминоспиртами фосфолипидов являются холин,этаноламин(коламин),серин. Известны минорные фосфолипиды,которые встречаются в клетках редко . Их спиртовыми компонентами являются глицерол,шестиатомный спирт инозитол.Промежуточным веществом,из которого образуются все фосфолипиды,является фосфатидная кислота. Она представляет собой 1,2-диацилглицерол,третья гидроксильная  группа которого этерифицирована фосфорной кислотой.В природных фосфолипидах содержатся насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты С16-С2 жирные кислоты.Причем,как правило , одна из жирных кислот насыщенная,вторая ненасыщенная,и она этерифицирована со средней (С2) гидроксильной группой глицерола.Эти жирные кислоты имеют длинные неполярные «хвосты» из атомов углерода. Названия фосфолипидов происходят от названий аминоспиртов,входящих в их состав независимо от того , какие жирные кислоты являются их компонентами. Наиболее распространенными из них являются :фосфатидилхолин(лецитин), содержащий холин,фосфатидилэтаноламин(кефалин), содержащий этаноламин,а также фосфатидилсерин с остатком серина.Состав жирных кислот в фосфолипидах может быть самым различным даже в пределах одного организма.При рн7,0 остаток фосфорной кислоты приобретает отрицательный заряд. Вследствие этого фосфолипиды обладают полярной головой.Полярную (гидрофильную) «голову» фосфолипидов образуют следующие ионные группы:фосфатидная кислота;фосфатидилхолин,лизофосфатидилхолин и сфингомиелин; фосфатидилэтаноламин; фосфатидилсерин; фосфатидилинозитол и кардиолипин. Фосфолипиды вместе с белками создают мембрану клеток,являются их основными структурными компонентами. Липидный компонент мембран клеток может быть представлен на 90% фосфолипидами. Фосфолипиды содержащие первичные и вторичные фосфатные группы ,являются сильными кислотами. Фосфолипиды имеют двойную природу – то есть,в их молекулах имеются 2 разные группы :неполярный гидрофобный «хвост» и полярная гидрофильная «голова».такие соединения называются амфипатическими.Благодаря амфипатическим свойствам фосфолипиды составляют основу плазматических мембран клеток.Такие полярные липиды  неполярным концом проникают в гидрофобную часть мембраны, а полярным участком обращены наружу – к водной среде,межклеточной жидкости.

22. Гликолипиды. Особенности строения, основные представители и их функции.ГЛИКОЛИПИДЫ (от греч. glykys-сладкий и липиды), соед., построенные из липидного и углеводного фрагментов, соединенныхковалентной связью. У гликолипидов имеются полярные «головы» (углевод) и неполярные «хвосты» (остатки жирных кислот). Гликолипиды широко представлены в тканях, особенно в нервной ткани, в частности в ткани мозга. Они локализованы преимущественно на наружной поверхности плазматической мембраны, где их углеводные компоненты входят в число других углеводов клеточной поверхности. Гликолипиды составляют 5% липидных молекул наружного монослоя и сильно различаются у разных видов и даже в разных тканях одного вида. В животных клетках они синтезируются из сфингозина - длинного аминоспирта - и называются гликосфинголипидами. Гликолипиды нее содержат фосфорной кислоты. Общей частью всех гликолипидов является церамид – соединение аминоспирта сфингозина с длинноцепочечной жирной кислотой. Другой группой гликолипидов являются широко представленные в нервной ткани ганглиозиды. Они содержат церамид, остатки моносахаров и их производных (сульфосахаров и аминосахаров) и одну или несколько молекул сиаловых кислот (ацильные производные нейраминовой кислоты). 

------общее строение гликолипидов

Гликосфинголипиды, являющиеся компонентами наружного слоя плазматической мембраны, могут участвовать в межклеточных взаимодействиях и контактах. Некоторые из них являются антигенами, например антиген Форссмана и вещества, определяющие группы крови системы АВ0.

23. Первичная структура НК. Принципы построения полинуклеотидной цепочки.Нуклеиновые кислоты - природные высокомолекулярные органические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследственной(генетической) информации в живых организмах. В природе существуют нуклеиновые кислоты двух типов, различающиеся по составу, строению и функциям. Одна из них содержит угле водный компонент дезоксирибозу и названадезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).Другая содержит рибозу и названа рибонуклеиновой кислотой (РНК). Первичная структура нуклеиновых кислот представляет собой последовательность остатков нуклеотидов. Последние в молекуленуклеиновых кислот образуют неразветвленные цепи. В зависимости от природы углеводного остатка в нуклеотиде (D-дезоксирибозы или D-рибозы) нуклеиновые кислоты подразделяют соотв. на дезоксирйбонуклеи-новые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) к-ты. В молекулеДНК гетероциклы, входящие в остаток нуклеотида, представлены двумя пуриновыми основаниями - адeнином (А) и гуанином (G), и двумя пиримидиновыми основаниями -тими-ком (Т) и цитозином (С); РНК вместо Т содержит урацил (U). Отдельные нуклеотидные остатки связаны между собой в полинуклеотидных цепях 3'-5'-фосфодиэфирными связями (см. ф-лу). Стандартная запись нуклеотидной последовательностиосуществляется в направлении от 5'-конца к 3'-концу (каждый нуклеотид обозначают буквой, присвоенной основанию, к-рое он содержит; напр., последовательность приведенного участка ДНК записывается как ACGT).