Aminosyrer er heterofunksjonelle forbindelser som nødvendigvis inneholder to funksjonelle grupper: en aminogruppe - NH 2 og en karboksylgruppe - COOH, assosiert med et hydrokarbonradikal. Den generelle formelen for de enkleste aminosyrene kan skrives som følger:
Fordi aminosyrer inneholder to forskjellige funksjonelle grupper som påvirker hverandre, skiller de karakteristiske reaksjonene seg fra de for karboksylsyrer og aminer.
Egenskaper til aminosyrer
Aminogruppen - NH 2 bestemmer de grunnleggende egenskapene til aminosyrer, siden den er i stand til å feste et hydrogenkation til seg selv via en donor-akseptormekanisme på grunn av tilstedeværelsen av et fritt elektronpar ved nitrogenatomet.
-COOH-gruppen (karboksylgruppen) bestemmer de sure egenskapene til disse forbindelsene. Derfor er aminosyrer amfotere organiske forbindelser. De reagerer med alkalier som syrer:
Med sterke syrer - som baser - aminer:
I tillegg interagerer aminogruppen i en aminosyre med karboksylgruppen, og danner et indre salt:
Ioniseringen av aminosyremolekyler avhenger av den sure eller alkaliske naturen til miljøet:
Siden aminosyrer i vandige løsninger oppfører seg som typiske amfotere forbindelser, spiller de i levende organismer rollen som bufferstoffer som opprettholder en viss konsentrasjon av hydrogenioner.
Aminosyrer er fargeløse krystallinske stoffer som smelter og brytes ned ved temperaturer over 200 °C. De er løselige i vann og uløselige i eter. Avhengig av R-radikal kan de være søte, bitre eller smakløse.
Aminosyrer deles inn i naturlige (finnes i levende organismer) og syntetiske. Blant naturlige aminosyrer (ca. 150) skilles det ut proteinogene aminosyrer (ca. 20), som er en del av proteiner. De er L-former. Omtrent halvparten av disse aminosyrene er uerstattelig, fordi de ikke syntetiseres i menneskekroppen. Essensielle syrer er valin, leucin, isoleucin, fenylalanin, lysin, treonin, cystein, metionin, histidin, tryptofan. Disse stoffene kommer inn i menneskekroppen med mat. Hvis mengden i maten er utilstrekkelig, blir den normale utviklingen og funksjonen til menneskekroppen forstyrret. Ved visse sykdommer er ikke kroppen i stand til å syntetisere noen andre aminosyrer. Ved fenylketonuri syntetiseres ikke tyrosin. Den viktigste egenskapen til aminosyrer er evnen til å gå inn i molekylær kondensasjon med frigjøring av vann og dannelsen av amidgruppen -NH-CO-, for eksempel:
De høymolekylære forbindelsene som oppnås som et resultat av denne reaksjonen inneholder et stort antall amidfragmenter og kalles derfor polyamider.
Disse, i tillegg til den syntetiske nylonfiberen nevnt ovenfor, inkluderer for eksempel enant, dannet under polykondensasjonen av aminoenantinsyre. Aminosyrer med amino- og karboksylgrupper i endene av molekylene er egnet for å produsere syntetiske fibre.
Alfa-aminosyrepolyamider kalles peptider. Avhengig av antall aminosyrerester, skilles de dipeptider, tripeptider, polypeptider. I slike forbindelser kalles -NH-CO- gruppene peptidgrupper.
Noen aminosyrer brytes ned og blir til sluttproduktene: C0 2, H 2 0 og NH 3.
Nedbrytningen begynner med reaksjoner som er felles for de fleste aminosyrer. Disse inkluderer:
a) dekarboksylering - fjerning av karboksylgruppen fra aminosyrer i form av karbondioksid:
Denne transformasjonen av aminosyrer skjer vanligvis med svært lav hastighet og få aminer dannes. Men noen aminer, som er i svært lave konsentrasjoner, har høy biologisk aktivitet og påvirker ulike funksjoner i kroppen. Et eksempel på et slikt amin er histamin, som dannes av aminosyren histidin.
b) deaminering - eliminering av aminogruppen i form av NH 3. Hos mennesker skjer deaminering av aminosyrer gjennom den oksidative veien:
Deaminering av aminosyrer skjer også med lav hastighet. Og bare én aminosyre - glutamin - deamineres i høy hastighet på grunn av tilstedeværelsen av et aktivt enzym i kroppen som forårsaker deaminering av kun denne aminosyren.
c) transaminering (transaminering) - en reaksjon mellom aminosyrer og α-ketosyrer. Under denne reaksjonen utveksler deltakerne funksjonelle grupper, som et resultat av at aminosyren omdannes til en α-ketosyre, og ketosyren blir en aminosyre:
Alle aminosyrer gjennomgår transaminering. Denne reaksjonen involverer et koenzym - fosfopyridoksal, hvis dannelse krever vitamin B 6 - pyridoksin.
Transaminering er den viktigste transformasjonen av aminosyrer i kroppen, siden hastigheten er mye høyere enn for dekarboksylerings- og deamineringsreaksjoner.
Transaminering utfører to hovedfunksjoner:
a) på grunn av transaminering kan noen aminosyrer omdannes til andre. I dette tilfellet endres ikke det totale antallet aminosyrer, men forholdet mellom dem endres. Fremmede proteiner kommer inn i kroppen med mat, der aminosyrer er i forskjellige proporsjoner sammenlignet med kroppsproteiner. Ved transaminering justeres aminosyresammensetningen i kroppen.
b) er en integrert del av indirekte (indirekte) deaminering av aminosyrer - prosessen som nedbrytningen av de fleste aminosyrer starter fra. I den første fasen av denne prosessen gjennomgår aminosyrer en transamineringsreaksjon med α-ketoglutarsyre (α-ketosyre). Aminosyrer omdannes til a-ketosyrer, og a-ketoglutarsyre omdannes til glutaminsyre (aminosyre). På det andre trinnet gjennomgår den resulterende glutaminsyren deaminering, NH 3 spaltes fra den og α-ketoglutarsyre dannes igjen.
Den endelige ligningen for indirekte deaminering sammenfaller med ligningen for direkte deaminering. Imidlertid har indirekte deaminering en mye høyere hastighet enn direkte deaminering, noe som skyldes den høye aktiviteten til enzymer som katalyserer begge stadier av denne prosessen.
Det følger at reaksjonen som starter nedbrytningen av aminosyrer er transaminering.
De resulterende a-ketosyrene gjennomgår deretter dyp dekomponering og omdannes til sluttproduktene C0 2 og H 2 0. Hver av de 20 ketosyrene (det dannes like mange av dem som det er typer aminosyrer) har sine egne spesifikke nedbrytningsveier. Men under nedbrytningen av noen aminosyrer dannes pyrodruesyre som et mellomprodukt, hvorfra glukose kan syntetiseres. Derfor kalles aminosyrene som slike ketosyrer oppstår fra glukogene. Andre ketosyrer danner ikke pyruvat under nedbrytningen. Mellomproduktet deres er acetylkoenzym A, hvorfra det er umulig å få glukose, men ketonlegemer kan syntetiseres. Aminosyrer som tilsvarer slike ketosyrer kalles ketogene.
Det andre produktet av indirekte deaminering av aminosyrer er ammoniakk. Ammoniakk er svært giftig for kroppen. Derfor har kroppen molekylære mekanismer for nøytralisering.
Spørsmål 49. Ammoniakknøytralisering. syntese av glutaminsyre (reduktiv aminering) - interaksjon av α-ketoglutarat med ammoniakk. Reaksjonen er i hovedsak det motsatte av oksidativ deaminering, men bruker NADPH som et koenzym. Forekommer i nesten alt vev unntatt muskel, men har liten betydning, pga for glutamatdehydrogenase er det foretrukne substratet glutaminsyre og reaksjonslikevekten er forskjøvet mot α-ketoglutarat,
Glutaminsyresyntese reaksjon
glutaminsyntese - samspillet mellom glutamat og ammoniakk. Det er hovedmetoden for å fjerne ammoniakk; den forekommer mest aktivt i nerve- og muskelvev, i nyrene, netthinnen og leveren. Reaksjonen finner sted i mitokondrier.
Glutaminsyntese reaksjon
Dannelsen av en stor mengde glutamin sikrer høye konsentrasjoner i blodet (0,5-0,7 mmol/l).
Siden glutamin trenger inn i cellemembraner ved lett diffusjon, kommer det lett inn i ikke bare hepatocytter, men også andre celler der det er behov for aminogrupper. Nitrogenet som bæres av glutamin brukes av celler til å syntetisere purin- og pyrimidinringer, guanosinmonofosfat (GMP), asparagin og glukosamin-6-fosfat (forløperen til alle andre aminosukker).
syntese av asparagin - interaksjon av aspartat med ammoniakk. Det er en sekundær metode for fjerning av ammoniakk; det er energimessig ufordelaktig, fordi i dette tilfellet er 2 makroergiske forbindelser bortkastet,
Asparaginsyntesereaksjon
syntese av karbamoylfosfat i levermitokondrier - reaksjonen er den første i synteseprosessen urea, midler for å fjerne ammoniakk fra kroppen.
Spørsmål: 49 Ammoniakknøytralisering.
Den høye intensiteten av aminosyredeamineringsprosesser i vev og det svært lave nivået av ammoniakk i blodet indikerer at ammoniakk binder seg aktivt i cellene for å danne giftfrie forbindelser som skilles ut fra kroppen i urinen. Disse reaksjonene kan betraktes som ammoniakknøytraliseringsreaksjoner. Flere typer slike reaksjoner er funnet i forskjellige vev og organer.
Hovedreaksjonen av ammoniakkbinding, som forekommer i alle vev i kroppen, er
syntese av glutamin under virkningen av glutaminsyntetase:
Glutaminsyntetase er lokalisert i cellemitokondrier; for at enzymet skal fungere, kreves en kofaktor - Mg 2+ ioner. Glutaminsyntetase er et av de viktigste regulatoriske enzymene i aminosyremetabolismen og hemmes allosterisk av AMP, glukose-6-fosfat, samt Gly, Ala og His.
Glutamin transporteres lett gjennom cellemembraner ved tilrettelagt diffusjon (bare aktiv transport er mulig for glutamat) og kommer inn i blodet fra vev. De viktigste vevsleverandørene av glutamin er muskler, hjerne og lever. Glutamin transporteres gjennom blodet til tarmen og nyrene.
I tarmceller Under virkningen av enzymet glutaminase skjer den hydrolytiske frigjøringen av amidnitrogen i form av ammoniakk:
Glutamatet som dannes i reaksjonen gjennomgår transaminering med pyruvat. Oc-aminogruppen til glutaminsyre overføres til alanin (fig. 9-10). Store mengder alanin kommer inn i portveneblodet fra tarmen og absorberes av leveren. Omtrent 5 % av ammoniakken som dannes fjernes i avføringen, en liten del kommer inn i leveren gjennom portvenen, og de resterende ~90 % skilles ut av nyrene.
Ris. 9-10. Metabolisme av glutaminnitrogen i tarmen.
I nyrene Glutamin hydrolyseres også av glutaminase for å danne ammoniakk. Denne prosessen er en av mekanismene for å regulere syre-basebalansen i kroppen og bevare de viktigste kationene for å opprettholde osmotisk trykk. Nyreglutaminase induseres betydelig under acidose, den resulterende ammoniakken nøytraliserer sure metabolske produkter og skilles ut i urinen i form av ammoniumsalter (fig. 9-11). Denne reaksjonen beskytter kroppen mot overdreven tap av Na + og K + ioner, som også kan brukes til å skille ut anioner og gå tapt. Med alkalose reduseres mengden glutaminase i nyrene.
Omtrent 0,5 g ammoniumsalter per dag dannes og skilles ut i nyrene.
Det høye nivået av glutamin i blodet og den enkle inntreden i cellene bestemmer bruken av glutamin i mange anabole prosesser. Glutamin er den viktigste giveren av nitrogen i kroppen. Amidnitrogenet til glutamin brukes til syntese av purin og pyrimidin
Ris. 9-11. Metabolisme av amidnitrogenet av glutamin i nyrene.
nukleotider, asparagin, aminosukker og andre forbindelser (fig. 9-12).
Ris. 9-12. Måter å bruke glutamin i kroppen.
En annen reaksjon for nøytralisering av ammoniakk i vev kan vurderes asparaginsyntese under påvirkning av asparaginsyntetase.
Det er 2 isoformer av dette enzymet - glutaminavhengig og ammoniakkavhengig, som bruker forskjellige givere av amidgrupper. Den første fungerer i dyreceller, den andre dominerer i bakterieceller, men er også tilstede i dyr. Imidlertid brukes denne ruten for ammoniakknøytralisering i menneskelige celler sjelden og krever dessuten større energiforbruk (energien til to høyenergibindinger) enn syntesen av glutamin.
De mest betydelige mengder ammoniakk nøytraliseres i leveren ved urea syntese. I den første reaksjonen av prosessen kombineres ammoniakk med karbondioksid for å danne karbamoylfosfat, og forbruker 2 molekyler ATP. Reaksjonen skjer i mitokondriene til hepatocytter under påvirkning av enzymet karbamoylfosfatsyntetase I. Karbamoylfosfatsyntetase II er lokalisert i cytosolen til celler i alle vev og er involvert i syntesen av srimidinnukleotider (se avsnitt 10). Karbamoylfosfat blir deretter inkludert i ornitinsyklusen og brukes til å syntetisere urea.
I hjernen og noen andre organer kan det forekomme reduktiv aminering α -ketoglutarat under påvirkning av glutamatdehydrogenase, som katalyserer en reversibel reaksjon. Imidlertid er denne veien for ammoniakknøytralisering i vev dårlig brukt, siden glutamatdehydrogenase hovedsakelig katalyserer glutamatdeamineringsreaksjonen. Selv om vi tar i betraktning den påfølgende dannelsen av glutamin, er reaksjonen gunstig for celler, siden den fremmer bindingen av 2 NH3-molekyler på en gang.
Overskudd av ammoniakk skilles ut fra muskler og tarm hovedsakelig i form av alanin. Denne mekanismen er nødvendig siden i muskler er lav og indirekte deaminering av aminosyrer er ineffektiv. Derfor er det en annen vei for nitrogenutskillelse i musklene. Dannelsen av alanin i disse organene kan representeres av følgende diagram (se diagram nedenfor).
Aminogruppene til forskjellige aminosyrer overføres gjennom transamineringsreaksjoner til pyruvat, hvor hovedkilden er prosessen med glukoseoksidasjon.
Muskler skiller ut spesielt mye alanin på grunn av deres store masse og aktive forbruk
Opplegg
glukose under fysisk arbeid, og også fordi de får en del av energien fra nedbrytningen av aminosyrer. Den resulterende alaninen kommer inn i leveren, hvor den gjennomgår indirekte deaminering. Den frigjorte ammoniakken nøytraliseres, og pyruvat inngår i glukoneogenesen. Glukose fra leveren kommer inn i vevene og blir der, i glykolyseprosessen, igjen oksidert til pyruvat (fig. 9-13).
Dannelsen av alanin i musklene, transporten til leveren og transporten av glukose syntetisert i leveren tilbake til musklene utgjør glukose-alanin syklus, hvis arbeid er forbundet med arbeidet med glukose-laktat-syklusen (se avsnitt 7).
Settet med hovedprosesser for ammoniakkmetabolisme i kroppen er presentert i fig. 9-14. De dominerende enzymene i ammoniakkmetabolismen er glutamatdehydrogenase og glutaminsyntetase.
Spørsmål 50. Vitaminers biologiske rolle. Hovedårsakene til hypovitaminose. Biologisk rolle - de er en del av koenzymer og protesegrupper av enzymer, og brukes derfor av kroppen som et byggemateriale i syntesen av de tilsvarende ikke-proteindeler av enzymer. Hypovitaminose - en spesifikk sykdom som oppstår i mildere form sammenlignet med vitaminmangel forårsaket av utilstrekkelig innhold av individuelle vitaminer i kroppen Årsaker: Eksogen (relatert til ernæring) feil matlaging, matlaging med en liten mengde vitaminer, monotont kosthold. Endogene (relatert til kroppens tilstand) sykdommer i mage-tarmkanalen og leveren, hemming av intestinal mikroflora, økt behov for vitaminer (for eksempel: graviditet)
50. Den biologiske rollen til vitaminer, hovedårsakene til hypovitaminose.
Biologisk rolle av vitaminer.
Vitaminer er organiske forbindelser med lav molekylær struktur. De kommer hovedsakelig inn i kroppen med mat, siden kroppen syntetiserer dem i ekstremt begrensede mengder.
Typer vitaminer:
· Vannløselige vitaminer (vitaminer fra gruppe B: B 1, B 2, B 6, B 12, BC; C; PP; P; H). Disse vitaminene er involvert i dannelsen av ulike koenzymer.
· Fettløselige vitaminer (A 1, D 2, D 3, K og E) er involvert i å bestemme og opprettholde funksjonaliteten til subcellulære strukturer og cellemembraner.
Med en betydelig mangel på vitaminer kan ikke alle prosesser i kroppen fortsette normalt, noe som forårsaker forstyrrelser i funksjonen til organer og deres systemer.
Vitamin A (retinol) er nødvendig for å opprettholde vakker hud, hår og alle slimhinner, og normal funksjon av synssystemet. Uten det er den harmoniske dannelsen av kroppen under ungdomsårene umulig.
· Vitamin B 1 (tiamin) koordinerer karbohydratmetabolismen, som tilfører energi til kroppen, støtter funksjonen til nerve-, fordøyelses- og luftveiene.
· Vitamin B 2 (riboflavin) er ansvarlig for cellenes evne til å regenerere, så med sin mangel helbreder selv små hudsprekker med vanskeligheter. Dens funksjon er uerstattelig i prosessene med oksidasjon og syntese i kroppen, så vel som i å opprettholde funksjonaliteten til det autonome nervesystemet.
· Vitamin B 6 (pyridoksin) – en deltaker i metabolismen av proteiner og fett, stimulerer kroppens bruk av naturlige antioksidanter i form av umettede fettsyrer. En viss andel av dette vitaminet dannes av intestinal mikroflora.
· Vitamin B 12 (cyanokobalamin) tar en viktig del i prosessene med hematopoiesis og proteinmetabolisme. Takket være dette vitaminet absorberes karoten av kroppen, og blir til vitamin A. Det dannes i tykktarmen.
· Vitaminer i gruppe D er involvert i kalsium-fosfor metabolisme og støtter helsen til de endokrine kjertlene. Med en mangel forstyrres dannelsen av tenner og bein, muskler påvirkes, og funksjonen til fordøyelsessystemet, det kardiovaskulære systemet og nervesystemet forverres.
· Vitamin C er en viktig komponent i redoksprosesser som forhindrer dannelsen av svulster. Prosessene med hematopoiesis og jernabsorpsjon kan ikke skje uten det. Det er nødvendig for å støtte immunitet.
· Vitamin E (tokoferolacetat) er en naturlig antioksidant som støtter reproduktive funksjoner.
· Vitamin PP er en av de viktigste regulatorene av metabolisme, med en mangel som de fleste vev og organer gjennomgår patologiske endringer.
Årsaker til hypovitaminmangel.
Mangel på vitamin i kostholdet, ubalansert kosthold
· Ødeleggelse av næringsstoffer i mat som inneholder dem på grunn av brudd på lagringsbetingelser eller som følge av temperatur eller annen matlaging
· Virkningen av antagoniststoffer som finnes i visse produkter og fører til ødeleggelse av vitaminer og forstyrrelse av deres absorpsjon (spesielt eggehvite gjør det vanskelig å absorbere biotin).
Hypovitaminose kan også være forårsaket av endogene (indre årsaker):
Genetisk betingede defekter i enzymsystemer, transportfunksjoner som sikrer absorpsjon og distribusjon av vitaminer.
Å ta visse medisiner kan også forårsake hypovitaminose.
Økt menneskelig behov for vitaminer (graviditet og amming, perioder med økt fysisk og psykisk stress, intensiv vekst i ungdomsårene og barndommen).
51. B1, B2, B6, RR. Vitamin B1.(Tiamin). Brukes til syntese av koenzym tiamindifosfat, nødvendig for aerob nedbrytning av karbon. Dagsbehovet er 2-3 mg Vitamin B2 (Riboflavin). Brukes til syntese av vevsrespirasjonskoenzymer FAD og FMN, som er involvert i overføringen av hydrogenatomer i mitokondriell respirasjonskjede. FAD (flavin adenin dinukleotid) er et koenzym som består av to nukleotider forbundet med fosforsyrerester. Ett av nukleotidene inneholder vitamin B2. Sammen med flavinenzymer deltar den i overføringen av hydrogenatomer i mitokondriell respirasjonskjede. FMN (flavinmononukleotid) er et koenzym hvis struktur er et nukleotid som inneholder vitamin B2. Sammen med flavinenzymer deltar den i overføringen av hydrogenatomer i mitokondriell respirasjonskjede. Vitamin B6. (Pyridoksin). Brukes til syntese av koenzymet fosfopyridoksal, som er involvert i transaminering av aminosyrer. Dagsbehovet er 2-3 mg. Vitamin RR. (Nikotinamid). Brukes til syntese av koenzymer NAD (Nikotinamidadenindinukleotid): nødvendig for overføring av hydrogenatomer i respirasjonskjeden til mitokondrier, og NADP involvert i pentosesyklusen. Dagsbehovet er 15-25 mg.
Vitamin C og R.
Vitamin C (askorbinsyre).
Biologisk rolle. Deltar i redoksreaksjoner. Rollen til vitamin C er spesielt viktig i hydroksyleringen av henholdsvis aminosyrene prolin og lysin til hydroksyprolin og oksylysin under syntesen av kollagenprotein, samt i syntesen av binyrehormon.
Skjørbuk.
Matkilder - Sitrusfrukter, rød paprika, rips, rogne-tyttebær, surkål, furunåler.
Dagsbehov - 50-100 mg.
Vitamin R.
Permeabilitetsvitamin (Rutin)
Biologisk rolle . Sammen med vitamin C deltar det i redoksreaksjoner, reduserer permeabiliteten til blodåreveggene og har antioksidantegenskaper.
Manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose-blødning
Matkilder - Sitrusfrukter, bokhvete, rød pepper, chokeberry, solbær
Dagsbehov - Ikke installert.
Vitamin B12 og B6.
Vitamin B12 (cyanokobalamin).
Biologisk rolle - brukes til syntese av koenzymer involvert i overføringen av metylgruppen (-CH3), med dens påfølgende inkludering i de syntetiserte stoffene.
Manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose - Anemi
Matkilder - Lever, nyrer, kjøtt, egg, ost. Det syntetiseres av tarmmikrofloraen når kobolt tilføres mat.
Dagsbehov - 2-3 mcg.
Vitamin B6.
Pyridoksin
Biologisk rolle: brukes til syntese av koenzymet fosfopyridoksal, som er involvert i transaminering av aminosyrer.
Manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose - Dermatid
Matkilder - lever, nyrer, kjøtt, eggeplomme. Syntetisert av intestinal mikroflora.
Dagsbehov - 2-3 mg .
Fettløselige vitaminer.
Vitamin A (retinol)
Biologisk rolle – deltar i oppfatningen av lys fra netthinnen. Det påvirker barrierefunksjonen til huden, slimhinnene og permeabiliteten til cellemembraner.
Manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose - Xerophthalmia (tørr hornhinne), keratomalacia (ødeleggelse av hornhinnen), skumring eller "nattblindhet"
Matkilder - Marine fiskeleverolje, biff- og svinelever, eggeplomme, gulrøtter.
Dagsbehovet er 2-3 mg.
Vitamin D (kalsiferol)
Biologisk rolle - deltar i absorpsjonen av Ca-ioner i tarmen, deres transport i blodet og deres inkludering i beinvev og i prosessen med ossifikasjon
En manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose er rakitt.
Matkilder: Marine fiskeleverolje, smør, vegetabilske oljer, egg, melk.
Dagsbehovet er 13-25 mcg for barn og gravide, 7-12 mcg for voksne.
Vitamin E. (tokoferol).
Biologisk rolle: det er den viktigste antioksidanten i kroppen, og beskytter flerumettede fettsyrer inkludert i biologiske membraner mot oksidasjon.
Manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose: Hos forsøksdyr - infertilitet, muskeldystrofi.
Matkilder - frokostblandinger, vegetabilske oljer, kjøtt og smør.
Dagsbehovet er 5-10 mg.
Vitamin K (fyllukinon).
Biologisk rolle - deltar i syntesen av noen blodkoagulasjonsfaktorer (inkludert protrombin)
Manifestasjon av vitaminmangel eller hypovitaminose - økt blødning
Matkilder - Lever, spinat, gulrøtter, kål. Syntetisert av intestinal mikroflora
Dagsbehovet er 100 mcg.
55. Generelle virkningsmekanismer av hormoner.
Hormoner er organiske stoffer som produseres i de endokrine kjertlene, transporteres med blodet til ulike organer og virker regulerende på stoffskiftet og fysiologiske funksjoner. Hormoner syntetiseres i ubetydelige konsentrasjoner.
I hormoncellene der hormonenes handlinger realiseres (målorganer), er det spesielle proteiner som kalles hormonreseptorer. Disse proteinene har evnen til å spesifikt binde seg bare til visse hormoner, og derfor trekker målorganene selektivt ut fra det strømmende blodet bare de hormonene som dette organet trenger. Denne mekanismen lar hormoner strengt selektivt påvirke visse organer. Reseptorproteiner finnes enten inne i celler eller innebygd i cellemembranen.
For noen hormoner (for eksempel for adrenalin og glukagon) er slike reseptorer det membranbundne (innebygde i cellemembranen) enzymet adenylatcyklase. Tilsetning av et hormon til dette enzymet fører til en økning i dets katalytiske aktivitet. Under påvirkning av aktivert adenylatcyklase inne i celler, blir ATP som er tilstede der, omdannet til den sykliske formen av AMP (cAMP). Den resulterende cAMP er direkte involvert i reguleringen av cellulær metabolisme.
Cellene i målorganene inneholder enzymer som ødelegger hormonene som kommer inn i dem, samt cAMP, som begrenser effekten av hormoner i tid og forhindrer akkumulering av dem.
Følsomheten til reseptorer og aktiviteten til enzymer som bryter ned hormoner kan endres med metabolske forstyrrelser, endringer i de fysisk-kjemiske parametrene i kroppen (temperatur, surhet, osmotisk trykk) og konsentrasjonen av de viktigste substratene som oppstår under sykdommer, også som under muskelarbeid. Konsekvensen av dette er styrking eller svekkelse av påvirkningen av hormoner på de tilsvarende organene.
De intracellulære virkningsmekanismene til hormoner er varierte. Men vi kan fortsatt skille mellom tre hovedmekanismer som er iboende i de fleste hormoner:
1. Påvirke hastigheten på enzymsyntese, akselerere eller bremse den. Som et resultat av slik eksponering øker eller reduseres konsentrasjonen av visse enzymer i målorganene (endring i hastigheten på enzymatiske reaksjoner).
2. De påvirker aktiviteten til enzymer i organer: i noen tilfeller er de enzymaktivatorer og øker hastigheten på enzymatiske reaksjoner, i andre har de en hemmende egenskap og reduserer hastigheten på den enzymatiske prosessen.
3. Påvirke permeabiliteten til cellemembraner i forhold til visse kjemiske forbindelser. Som et resultat kommer mer eller mindre substrater for enzymatiske reaksjoner inn i cellene, noe som påvirker hastigheten på kjemiske prosesser.
I henhold til deres kjemiske struktur er de delt inn i:
1. Proteinhormoner (proteiner og polypeptider): hypotalamiske hormoner, hypofysehormoner, skjoldbruskkalsitonin, parathyroidhormon, bukspyttkjertelhormoner;
2. Hormoner - derivater av aminosyren tyrosin: jodholdige skjoldbruskkjertelhormoner, hormoner i binyremargen;
3. Steroide hormoner: hormoner i binyrebarken, hormoner i kjønnskjertlene.
Syntesen og frigjøringen av hormoner til blodet er under kontroll av NS. Når kroppen utsettes for ytre faktorer eller når det skjer endringer i blodet og ulike organer, overføres den tilsvarende informasjonen langs de afferente (sensoriske) nervene til sentralnervesystemet. Som svar på informasjonen som mottas, produserer hypothalamus biologisk aktive stoffer (hypothalamushormoner), som deretter kommer inn i hypofysen og stimulerer eller hemmer utskillelsen av såkalte tropiske hormoner (hormoner i fremlappen). Tropiske hormoner frigjøres fra hypofysen til blodet, overføres til de endokrine kjertlene og forårsaker i dem syntesen og utskillelsen av de tilsvarende hormonene, som ytterligere påvirker målorganene. Dermed har kroppen en enhetlig nevrohumoral regulering.
Alle endokrine kjertler påvirker hverandre gjensidig. Innføring av hormoner i kroppen påvirker ikke bare funksjonen til kjertelen som produserer det injiserte hormonet, men kan også ha en negativ innvirkning på tilstanden til hele nervereguleringen som helhet.
56. Hormoner i hypothalamus og hypofysen.
Hypothalamus.
Liberiner (frigjørende faktorer) – Hormonets kjemiske natur – protein
Stimulerer frigjøringen av hormoner fra den fremre hypofysen til blodet.
Statiner (hemmende faktorer) – Hormonets kjemiske natur – protein
De hemmer frigjøringen av hormoner fra den fremre hypofysen til blodet.
Hos mennesker er hovedmetoden for deaminering oksidativ deaminering. Det er to alternativer for oksidativ deaminering: direkte Og indirekte.
Direkte oksidativ deaminering
Direkte deaminering katalyseres av et enkelt enzym, noe som resulterer i dannelsen av NH 3 og en ketosyre. Direkte oksidativ deaminering kan skje i nærvær av oksygen (aerob) og uten behov for oksygen (anaerob).
1. Aerob direkte oksidativ deaminering katalysert av D-aminosyreoksidaser ( D-oksidaser) som brukes som et koenzym FAD og L-aminosyreoksidaser ( L-oksidaser) med koenzym FMN. Disse enzymene er tilstede i menneskekroppen, men er praktisk talt inaktive.
Reaksjon katalysert av D- og L-aminosyreoksidaser
2. Anaerob direkte oksidativ deaminering eksisterer bare for glutaminsyre, kun katalysert glutamat dehydrogenase, omdanner glutamat til a-ketoglutarat. Enzymet glutamatdehydrogenase er tilstede i mitokondriene til alle kroppens celler (unntatt muskelceller). Denne typen deaminering er nært knyttet til aminosyrer og danner en prosess med den transdeaminering(se nedenfor).
Direkte oksidativ deamineringsreaksjon
glutaminsyre
Indirekte oksidativ deaminering (transdeaminering)
Indirekte oksidativ deaminering inkluderer 2 etapper og er aktiv i alle celler i kroppen.
Det første trinnet består av en reversibel overføring av NH 2 -gruppen fra en aminosyre til en ketosyre med dannelse av en ny aminosyre og en ny ketosyre med deltakelse av enzymer aminotransferaser. Denne overføringen kalles og dens mekanisme er ganske kompleks.
Brukes vanligvis som en ketoacid-akseptor ("ketoacid 2") i kroppen. α-ketoglutarsyre, som blir til glutamat("aminosyre 2").
Transamineringsreaksjonsskjema
Som et resultat av transaminering mister frie aminosyrer α-NH 2 -grupper og omdannes til de tilsvarende ketosyrene. Deretter blir ketoskjelettet deres katabolisert på spesifikke måter og er involvert i trikarboksylsyresyklusen og vevsåndedrett, hvor det brenner til CO 2 og H 2 O.
Ved behov (som faste), kan karbonskjelettet av glukogene aminosyrer brukes i leveren for å syntetisere glukose i glukoneogenese. I dette tilfellet øker antallet aminotransferaser i hepatocytten under påvirkning av glukokortikoider.
Den andre fasen består av eliminering av aminogruppen fra aminosyre 2 - deaminering.
Fordi i kroppen samleren av alle aminosyrer aminogrupper er glutaminsyre, da gjennomgår det bare oksidativ deaminering med dannelse av ammoniakk og α-ketoglutarsyre. Dette stadiet gjennomføres glutamat dehydrogenase, som finnes i mitokondriene til alle kroppens celler unntatt muskelceller.
Med tanke på den nære forbindelsen mellom begge stadiene, kalles indirekte oksidativ deaminering transdeaminering.
Opplegg for begge stadier av transdeaminering
Hvis den direkte deamineringsreaksjonen skjer i levermitokondriene, brukes ammoniakk til å syntetisere urea, som deretter fjernes i urinen. I det renale tubulære epitelet er reaksjonen nødvendig for å fjerne ammoniakk gjennom prosessen med ammoniagenese.
Siden NADH brukes i respirasjonskjeden og α-ketoglutarat er involvert i TCA-syklusreaksjonene, aktiveres reaksjonen av energimangel og hemmes overflødig ATP Og NADH.
Rollen til transaminering og transdeaminering
Reaksjoner transaminering:
- aktiveres i leveren, muskler og andre organer når en overflødig mengde av visse aminosyrer kommer inn i cellen - for å optimalisere forholdet deres,
- sikre syntesen av ikke-essensielle aminosyrer i cellen i nærvær av deres karbonskjelett (keto-analog),
- begynne når bruken av aminosyrer stoppes for syntese av nitrogenholdige forbindelser (proteiner, kreatin, fosfolipider, purin og pyrimidinbaser) - med sikte på ytterligere katabolisme av deres nitrogenfrie rester og energiproduksjon,
- nødvendig under intracellulær sult, for eksempel under hypoglykemi av ulik opprinnelse - for bruk av nitrogenfrie aminosyrerester i lever Til
Den første delen av dette kapittelet har allerede beskrevet behovet og den grunnleggende strategien for nedbrytning av aminosyrer. Det forklares med umuligheten av å lagre aminosyrer for fremtidig bruk og umuligheten av å fjerne dem helt fra cellene. Overskudd av aminosyrer brukes av organismer som metabolsk drivstoff: deres karbonskjeletter, under omorganiseringer av en bestemt type, kan være involvert i biosyntesen av fettsyrer, glukose, ketonlegemer, isoprenoider, etc., og kan også oksideres i TCA-syklusen, og gi cellen energi. Det skal bemerkes at mange mikroorganismer, spesielt aerobe bakterier, er i stand til å bruke individuelle aminosyrer som eneste kilde til energi og karbon. I anaerobe mikroorganismer, i fravær av trikarboksylsyresyklusen i cellene, har en annen mekanisme utviklet seg: katabolismen av aminosyrer i par, når en av dem fungerer som elektrondonor, og den andre som akseptor. Det er viktig at ATP i denne prosessen dannes.
I tillegg til karbonskjeletter, produserer nedbrytningen av aminosyrer aminnitrogen, som i motsetning til karbon ikke egner seg til å skaffe energi gjennom oksidasjon, og dessuten er giftig for celler. Derfor omdannes de aminogruppene som ikke kan gjenbrukes i biosyntesen til urea (eller andre stoffer) og skilles ut fra kroppen.
Nedenfor vil vi vurdere hovedtypene av reaksjoner som aminosyrer kan gjennomgå: reaksjoner ved a-aminogruppen, karboksylgruppen og sidekjeden.
Nedbrytning av aminosyrer etter aminogruppe . Disse prosessene er hovedsakelig representert ved transaminerings- og deamineringsreaksjoner ved a-aminogruppen. Transamineringsreaksjoner er allerede diskutert i avsnittet om aminosyrebiosyntese. De katalyseres av transaminaser (aminotransferaser), hvis karakteristiske trekk er bruken av pyridoksalfosfat (et derivat av vitamin B 6) som en protesegruppe. Glutamattransaminase og alanintransaminase er av størst betydning i prosessene med aminosyrenedbrytning. Disse enzymene fungerer som "trakter" som samler aminogrupper fra forskjellige aminosyrer og inkorporerer dem i glutamat og alanin. Hos dyr tjener disse to aminosyrene som bærere av akkumulert aminnitrogen fra vev til leveren. I leveren overføres aminogruppen til alanin av alanintransaminase til a-ketoglutarat for å danne glutamat:
Dermed er de fleste av aminogruppene til forskjellige aminosyrer inneholdt i glutamat, som lett deamineres.
Deamineringsreaksjoner av aminosyrer fører til frigjøring av NH 2 -gruppen i form av ammoniakk og utføres på tre forskjellige måter. Det er oksidativ, hydrolytisk og direkte deaminering (fig. 16.12). Den vanligste typen er oksidativ deaminering, som forekommer ved a-aminogruppen og katalyseres hovedsakelig av glutamatdehydrogenase, et typisk leverenzym. En uvanlig egenskap ved dette enzymet er dets evne til å bruke både NAD og NADP som koenzymer. Aktiviteten til glutamatdehydrogenase reguleres av allosteriske aktivatorer (ADP, GDP) og hemmere (ATP, GTP).
Oksidativ deaminering skjer i to trinn, og produserer en iminosyre som et mellomprodukt som spontant hydrolyserer for å danne en ketosyre og ammoniakk (Figur 16.12). Begge reaksjonene er reversible, og deres likevektskonstanter er nær enhet. Tidligere (fig. 16.3) ble det vist hvordan ammoniakk inngår i sammensetningen av glutamat under omvendt reaksjon. Det kan betraktes at reaksjonen av dannelse og deaminering av glutamat er en sentral reaksjon i prosessen med ammoniakkmetabolisme.
I mange organismer utføres oksidativ deaminering ved bruk av dehydrogenaser som bruker flavinkofaktorer (FMN, FAD). Disse enzymene kalles aminosyreoksidaser. De er preget av bred substratspesifisitet: noen er spesifikke for L-aminosyrer, andre for deres D-analoger. Det antas at disse enzymene gir et lite bidrag til metabolismen av aminogrupper.
Hydrolytisk deaminering Få aminosyrer er følsomme, av de proteinogene - asparagin og glutamin. Når de deamineres, dannes henholdsvis aspartat og glutamat. Denne prosessen kalles mer korrekt deamidering, siden den utføres av amidgruppen (fig. 16.12). I sjeldne tilfeller splittes også aminogruppen til en aminosyre av på denne måten, da dannes ammoniakk og hydroksysyre.
Som et resultat direkte (intramolekylær) deaminering umettede forbindelser oppstår. Histidin, så vel som serin, gjennomgår vanligvis direkte deaminering. Imidlertid resulterer det initiale enzymatiske angrepet av serin i eliminering av et vannmolekyl (enzym serinhydratase), og sidehydroksylgruppen til serin er involvert i denne konverteringen. I dette tilfellet gjennomgår den ustabile mellomforbindelsen, aminoakrylat, spontan deaminering. Netto reaksjonsproduktet er pyruvat, og denne typen deaminering er forårsaket av en omorganisering i aminosyresidekjeden.
Reaksjoner av aminosyrer ved karboksylgruppen . Transformasjoner ved karboksylgruppen til aminosyrer kan brukes av organismer til å bryte ned disse molekylene, samt å omdanne dem til andre forbindelser som er nødvendige for cellen, først og fremst aminoacyladenylater og biogene aminer. Dannelsen av aminoacyladenylater på det forberedende stadiet av proteinsyntese er allerede beskrevet i kapittel 3. Biogene aminer oppstår i reaksjoner katalysert av aminosyredekarboksylaser. Disse enzymene er vidt distribuert i dyr, planter og spesielt i mikroorganismer, og det er kjent at i patogene mikroorganismer kan dekarboksylaser tjene faktorer for aggresjon, ved hjelp av hvilken patogenet trenger inn i det tilsvarende vevet. L-aminosyredekarboksylaser, som transaminaser, bruker pyridoksalfosfat som en protesegruppe.
Monoaminer (biogene aminer) utfører ulike funksjoner i organismer. For eksempel er etanolamin, dannet ved dekarboksylering av serin, en integrert del av polare lipider. Når cystein og aspartat dekarboksyleres, dannes henholdsvis cysteamin og b-alanin, som er en del av et så viktig koenzym for celler som koenzym A. Dekarboksylering av histidin fører til dannelse av histamin, en mediator som er involvert i reguleringen av hastigheten på metabolske prosesser, aktiviteten til de endokrine kjertlene og reguleringen av blodtrykket hos dyr. Mange andre biogene aminer fungerer som signalstoffer, spesielt de som er vidt distribuert i dyr og mennesker. nevrotransmittere.
Reaksjoner av aminosyrer langs sidekjeden . Så forskjellig som strukturen til aminosyreradikaler er, er også de kjemiske transformasjonene de kan gjennomgå. Blant disse forskjellige reaksjonene kan vi skille de som lar cellen få andre fra én aminosyre. For eksempel dannes tyrosin ved oksidasjon av den aromatiske ringen av fenylalanin; hydrolyse av arginin fører til dannelse av ornitin (se ureasyklus); nedbrytningen av treonin er ledsaget av dannelsen av glycin, etc.
I tillegg til disse reaksjonene er transformasjoner av sidegrupper assosiert med fremveksten av fysiologisk aktive stoffer viktig. Således dannes hormonet adrenalin fra tyrosin, nikotinsyre (vitamin PP, en del av nikotinamidkoenzymer) og indolyleddiksyre (et vekststoff) dannes fra tryptofan, og merkaptursyrer dannes fra cystein (deltaker i nøytralisering av aromatiske stoffer) forbindelser). Muligheten for å omdanne serin til pyruvat gjennom dehydrering av sidekjeden og deaminering er allerede notert.
Således kan ulike kjemiske transformasjoner av aminosyrer føre til dannelse av biologisk aktive stoffer med et bredt virkningsspektrum og i tillegg til eliminering av aminogrupper i form av ammoniakk med dannelse av karbonskjeletter. Den neste delen vil undersøke skjebnen til ammoniakk og karbonatomene til nedbrutte aminosyrer.
Proteiner danner det materielle grunnlaget for den kjemiske aktiviteten til cellen. Funksjonene til proteiner i naturen er universelle. Navn proteiner, det mest aksepterte begrepet i russisk litteratur tilsvarer begrepet proteiner(fra gresk proteiner- først). Til dags dato har det blitt gjort store fremskritt i å etablere forholdet mellom strukturen og funksjonene til proteiner, mekanismen for deres deltakelse i de viktigste prosessene i kroppens liv, og i å forstå det molekylære grunnlaget for patogenesen til mange sykdommer.
Avhengig av deres molekylvekt, skilles peptider og proteiner. Peptider har lavere molekylvekt enn proteiner. Peptider har større sannsynlighet for å ha en regulerende funksjon (hormoner, enzymhemmere og -aktivatorer, ionetransportere over membraner, antibiotika, giftstoffer, etc.).
12.1. α -Aminosyrer
12.1.1. Klassifisering
Peptider og proteiner er bygget opp fra α-aminosyrerester. Det totale antallet naturlig forekommende aminosyrer overstiger 100, men noen av dem finnes bare i et visst samfunn av organismer; de 20 viktigste α-aminosyrene finnes konstant i alle proteiner (skjema 12.1).
α-aminosyrer er heterofunksjonelle forbindelser hvis molekyler inneholder både en aminogruppe og en karboksylgruppe ved samme karbonatom.
Opplegg 12.1.De viktigste α-aminosyrene*
* Forkortelser brukes kun for å skrive aminosyrerester i peptid- og proteinmolekyler. ** Essensielle aminosyrer.
Navnene på α-aminosyrer kan konstrueres ved hjelp av substitutiv nomenklatur, men deres trivielle navn brukes oftere.
Trivielle navn for α-aminosyrer er vanligvis assosiert med kilder til isolasjon. Serin er en del av silkefibroin (fra lat. serieus- silkeaktig); Tyrosin ble først isolert fra ost (fra gresk. tyros- ost); glutamin - fra korn gluten (fra tysk. Gluten- lim); asparaginsyre - fra aspargesspirer (fra lat. asparges- asparges).
Mange α-aminosyrer syntetiseres i kroppen. Noen aminosyrer som er nødvendige for proteinsyntesen produseres ikke i kroppen og må komme utenfra. Disse aminosyrene kalles uerstattelig(se diagram 12.1).
Essensielle α-aminosyrer inkluderer:
valin isoleucin metionin tryptofan
leucin lysin treonin fenylalanin
α-aminosyrer er klassifisert på flere måter avhengig av egenskapen som tjener som grunnlag for deres inndeling i grupper.
Et av klassifikasjonstrekkene er den kjemiske naturen til radikalet R. Basert på dette trekket deles aminosyrer inn i alifatiske, aromatiske og heterosykliske (se diagram 12.1).
Alifatiskα -aminosyrer. Dette er den største gruppen. Innenfor den er aminosyrer delt ved hjelp av ytterligere klassifiseringsfunksjoner.
Avhengig av antall karboksylgrupper og aminogrupper i molekylet, skilles følgende:
Nøytrale aminosyrer - en NH-gruppe hver 2 og COOH;
Basiske aminosyrer - to NH-grupper 2 og en gruppe
COOH;
Sure aminosyrer - en NH 2 -gruppe og to COOH-grupper.
Det kan bemerkes at i gruppen av alifatiske nøytrale aminosyrer overstiger ikke antall karbonatomer i kjeden seks. Samtidig er det ingen aminosyrer med fire karbonatomer i kjeden, og aminosyrer med fem og seks karbonatomer har kun en forgrenet struktur (valin, leucin, isoleucin).
En alifatisk radikal kan inneholde "ytterligere" funksjonelle grupper:
Hydroksyl - serin, treonin;
Karboksylsyre - asparaginsyre og glutaminsyre;
Tiol - cystein;
Amid - asparagin, glutamin.
Aromatiskα -aminosyrer. Denne gruppen inkluderer fenylalanin og tyrosin, konstruert på en slik måte at benzenringene i dem er atskilt fra det vanlige α-aminosyrefragmentet av metylengruppen -CH 2-.
Heterosyklisk α -aminosyrer. Histidin og tryptofan som tilhører denne gruppen inneholder heterosykler - henholdsvis imidazol og indol. Strukturen og egenskapene til disse heterosyklene er diskutert nedenfor (se 13.3.1; 13.3.2). Det generelle prinsippet for å konstruere heterosykliske aminosyrer er det samme som aromatiske.
Heterosykliske og aromatiske α-aminosyrer kan betraktes som β-substituerte derivater av alanin.
Aminosyren tilhører også gerosyklisk prolin, hvori den sekundære aminogruppen er inkludert i pyrrolidinet
I kjemien til α-aminosyrer rettes mye oppmerksomhet mot strukturen og egenskapene til "side"-radikalene R, som spiller en viktig rolle i dannelsen av strukturen til proteiner og utførelsen av deres biologiske funksjoner. Av stor betydning er slike egenskaper som polariteten til "side"-radikalene, tilstedeværelsen av funksjonelle grupper i radikalene og evnen til disse funksjonelle gruppene til å ionisere.
Avhengig av sideradikal, aminosyrer med ikke-polar(hydrofobe) radikaler og aminosyrer c polar(hydrofile) radikaler.
Den første gruppen inkluderer aminosyrer med alifatiske sideradikaler - alanin, valin, leucin, isoleucin, metionin - og aromatiske sideradikaler - fenylalanin, tryptofan.
Den andre gruppen inkluderer aminosyrer som har polare funksjonelle grupper i sine radikaler som er i stand til ionisering (ionogen) eller ikke er i stand til å transformere seg til en ionisk tilstand (ikke-ionisk) under kroppsforhold. For eksempel, i tyrosin er hydroksylgruppen ionisk (fenolisk i naturen), i serin er den ikke-ionisk (alkoholisk av natur).
Polare aminosyrer med ioniske grupper i radikaler kan under visse forhold være i en ionisk (anionisk eller kationisk) tilstand.
12.1.2. Stereoisomerisme
Hovedtypen for konstruksjon av α-aminosyrer, dvs. bindingen til det samme karbonatomet med to forskjellige funksjonelle grupper, et radikal og et hydrogenatom, bestemmer i seg selv kiraliteten til α-karbonatomet. Unntaket er den enkleste aminosyren glycin H 2 NCH 2 COOH, som ikke har noe kiralitetssenter.
Konfigurasjonen av α-aminosyrer bestemmes av konfigurasjonsstandarden - glyceraldehyd. Plasseringen av aminogruppen i standard Fischer-projeksjonsformel til venstre (ligner OH-gruppen i l-glysealdehyd) tilsvarer l-konfigurasjonen, og til høyre - til d-konfigurasjonen til det kirale karbonatomet. Av R, I S-systemet har α-karbonatomet i alle α-aminosyrene i l-serien en S-konfigurasjon, og i d-serien en R-konfigurasjon (unntaket er cystein, se 7.1.2) .
De fleste a-aminosyrer inneholder ett asymmetrisk karbonatom per molekyl og eksisterer som to optisk aktive enantiomerer og ett optisk inaktivt racemat. Nesten alle naturlige α-aminosyrer tilhører l-serien.
Aminosyrene isoleucin, treonin og 4-hydroksyprolin inneholder to kiralitetssentre i molekylet.
Slike aminosyrer kan eksistere som fire stereoisomerer, som representerer to par enantiomerer, som hver danner et racemat. For å bygge animalske proteiner brukes bare én av enantiomerene.
Stereoisomerismen til isoleucin ligner den tidligere diskuterte stereoisomerismen til treonin (se 7.1.3). Av de fire stereoisomerene inneholder proteiner l-isoleucin med S-konfigurasjonen av begge asymmetriske karbonatomer C-α og C-β. Navnene på et annet par enantiomerer som er diastereomerer med hensyn til leucin bruker prefikset Hallo-.
Spaltning av racemater. Kilden til α-aminosyrer i l-serien er proteiner, som utsettes for hydrolytisk spaltning for dette formålet. På grunn av det store behovet for individuelle enantiomerer (for syntese av proteiner, medisinske stoffer, etc.) kjemisk metoder for å bryte ned syntetiske racemiske aminosyrer. Foretrukket enzymatiske metode for fordøyelse ved hjelp av enzymer. For tiden brukes kromatografi på kirale sorbenter for å separere racemiske blandinger.
12.1.3. Syre-base egenskaper
Amfoterisiteten til aminosyrer bestemmes av sur (COOH) og basisk (NH 2) funksjonelle grupper i molekylene deres. Aminosyrer danner salter med både alkalier og syrer.
I krystallinsk tilstand eksisterer α-aminosyrer som dipolare ioner H3N+ - CHR-COO- (vanlig brukt notasjon
Strukturen til aminosyren i ikke-ionisert form er kun for enkelhets skyld).
I vandig løsning eksisterer aminosyrer i form av en likevektsblanding av dipolare ion, kationiske og anioniske former.
Likevektsposisjonen avhenger av pH i mediet. For alle aminosyrer dominerer kationiske former i sterkt sure (pH 1-2) og anioniske former i sterkt alkaliske (pH > 11) miljøer.
Den ioniske strukturen bestemmer en rekke spesifikke egenskaper til aminosyrer: høyt smeltepunkt (over 200? C), løselighet i vann og uløselighet i ikke-polare organiske løsningsmidler. Evnen til de fleste aminosyrer til å løse seg godt i vann er en viktig faktor for å sikre deres biologiske funksjon, absorpsjon av aminosyrer, transport i kroppen osv. er forbundet med det.
En fullt protonert aminosyre (kationisk form), sett fra Brønsteds teori, er en dibasisk syre,
Ved å donere ett proton, blir en slik dibasisk syre til en svak monobasisk syre - et dipolart ion med en syregruppe NH 3 + . Deprotonering av det dipolare ionet fører til produksjon av den anioniske formen av aminosyren - karboksylationet, som er en Brønsted-base. Verdiene preger
De grunnleggende sure egenskapene til karboksylgruppen til aminosyrer varierer vanligvis fra 1 til 3; verdier pK a2 karakteriserer surheten til ammoniumgruppen - fra 9 til 10 (tabell 12.1).
Tabell 12.1.Syre-base egenskaper til de viktigste α-aminosyrene
Likevektsposisjonen, dvs. forholdet mellom forskjellige former for en aminosyre, i en vandig løsning ved visse pH-verdier avhenger betydelig av strukturen til radikalet, hovedsakelig av tilstedeværelsen av ioniske grupper i den, og spiller rollen som ytterligere sure og basiske sentre.
pH-verdien der konsentrasjonen av dipolare ioner er maksimal, og minimumskonsentrasjonene av kationiske og anioniske former av en aminosyre er like, kallesisoelektrisk punkt (p/).
Nøytralα -aminosyrer. Disse aminosyrene betyr noepIlitt lavere enn 7 (5,5-6,3) på grunn av større evne til å ionisere karboksylgruppen under påvirkning av -/- effekten av NH 2 -gruppen. For eksempel har alanin et isoelektrisk punkt ved pH 6,0.
Surα -aminosyrer. Disse aminosyrene har en ekstra karboksylgruppe i radikalet og er i fullstendig protonert form i et sterkt surt miljø. Sure aminosyrer er tribasiske (ifølge Brøndsted) med tre betydningerpK a,som kan sees i eksemplet med asparaginsyre (p/ 3,0).
For sure aminosyrer (asparaginsyre og glutaminsyre) er det isoelektriske punktet ved en pH mye lavere enn 7 (se tabell 12.1). I kroppen ved fysiologiske pH-verdier (for eksempel blod pH 7,3-7,5), er disse syrene i anionisk form, siden begge karboksylgruppene er ionisert.
Grunnleggendeα -aminosyrer. Når det gjelder basiske aminosyrer, er de isoelektriske punktene lokalisert i pH-området over 7. I et sterkt surt miljø er disse forbindelsene også tribasiske syrer, hvis ioniseringsstadier er illustrert med eksemplet med lysin (p/ 9,8) .
I kroppen finnes grunnleggende aminosyrer i form av kationer, det vil si at begge aminogruppene er protonert.
Generelt ingen α-aminosyre in vivoer ikke ved sitt isoelektriske punkt og faller ikke inn i en tilstand som tilsvarer den laveste løseligheten i vann. Alle aminosyrer i kroppen er i ionisk form.
12.1.4. Analytisk viktige reaksjoner α -aminosyrer
α-aminosyrer, som heterofunksjonelle forbindelser, inngår i reaksjoner som er karakteristiske for både karboksyl- og aminogruppene. Noen kjemiske egenskaper til aminosyrer skyldes de funksjonelle gruppene i radikalet. Denne delen diskuterer reaksjoner som er av praktisk betydning for identifisering og analyse av aminosyrer.
Forestring.Når aminosyrer reagerer med alkoholer i nærvær av en syrekatalysator (for eksempel hydrogenkloridgass), oppnås estere i form av hydroklorider i godt utbytte. For å isolere frie estere behandles reaksjonsblandingen med ammoniakkgass.
Aminosyreestere har ikke en dipolar struktur, derfor, i motsetning til modersyrene, oppløses de i organiske løsningsmidler og er flyktige. Glysin er således et krystallinsk stoff med et høyt smeltepunkt (292°C), og dets metylester er en væske med et kokepunkt på 130°C. Analyse av aminosyreestere kan utføres ved bruk av gass-væskekromatografi.
Reaksjon med formaldehyd. Av praktisk betydning er reaksjonen med formaldehyd, som ligger til grunn for den kvantitative bestemmelsen av aminosyrer ved metoden formol titrering(Sørensen-metoden).
Den amfotere naturen til aminosyrer tillater ikke direkte titrering med alkali for analytiske formål. Interaksjonen mellom aminosyrer og formaldehyd gir relativt stabile aminoalkoholer (se 5.3) - N-hydroksymetylderivater, hvor den frie karboksylgruppen deretter titreres med alkali.
Kvalitative reaksjoner. Et trekk ved kjemien til aminosyrer og proteiner er bruken av en rekke kvalitative (farge) reaksjoner, som tidligere dannet grunnlaget for kjemisk analyse. I dag, når forskning utføres ved hjelp av fysisk-kjemiske metoder, fortsetter mange kvalitative reaksjoner å bli brukt for påvisning av α-aminosyrer, for eksempel i kromatografisk analyse.
Kelasjon. Med kationer av tungmetaller danner α-aminosyrer som bifunksjonelle forbindelser intrakomplekse salter, for eksempel med nylaget kobber(11)hydroksid under milde forhold oppnås godt krystalliserende chelater
blått kobber(11) salter (en av de uspesifikke metodene for påvisning av α-aminosyrer).
Ninhydrinreaksjon. Den generelle kvalitative reaksjonen til α-aminosyrer er reaksjonen med ninhydrin. Reaksjonsproduktet har en blåfiolett farge, som brukes til visuell påvisning av aminosyrer på kromatogrammer (på papir, i et tynt lag), samt for spektrofotometrisk bestemmelse på aminosyreanalysatorer (produktet absorberer lys i området ved 550-570 nm).
Deaminering. Under laboratorieforhold utføres denne reaksjonen ved påvirkning av salpetersyre på α-aminosyrer (se 4.3). I dette tilfellet dannes den tilsvarende α-hydroksysyren og det frigjøres nitrogengass, hvis volum brukes til å bestemme mengden aminosyre som har reagert (Van-Slyke-metoden).
Xantoproteinreaksjon. Denne reaksjonen brukes til å oppdage aromatiske og heterosykliske aminosyrer - fenylalanin, tyrosin, histidin, tryptofan. For eksempel, når konsentrert salpetersyre virker på tyrosin, dannes et nitroderivat, farget gult. I et alkalisk miljø blir fargen oransje på grunn av ionisering av den fenoliske hydroksylgruppen og en økning i anionets bidrag til konjugering.
Det er også en rekke private reaksjoner som tillater påvisning av individuelle aminosyrer.
Tryptofan påvist ved reaksjon med p-(dimetylamino)benzaldehyd i svovelsyre ved tilsynekomsten av en rød-fiolett farge (Ehrlich-reaksjon). Denne reaksjonen brukes til kvantitativ analyse av tryptofan i proteinnedbrytningsprodukter.
Cystein oppdaget gjennom flere kvalitative reaksjoner basert på reaktiviteten til merkaptogruppen den inneholder. For eksempel, når en proteinløsning med blyacetat (CH3COO)2Pb varmes opp i et alkalisk medium, dannes et svart bunnfall av blysulfid PbS, noe som indikerer tilstedeværelsen av cystein i proteiner.
12.1.5. Biologisk viktige kjemiske reaksjoner
I kroppen, under påvirkning av forskjellige enzymer, utføres en rekke viktige kjemiske transformasjoner av aminosyrer. Slike transformasjoner inkluderer transaminering, dekarboksylering, eliminering, aldolspaltning, oksidativ deaminering og oksidasjon av tiolgrupper.
Transaminering er hovedveien for biosyntese av α-aminosyrer fra α-oksosyrer. Donoren av aminogruppen er en aminosyre som er tilstede i celler i tilstrekkelig mengde eller overskudd, og dens akseptor er en a-oksosyre. I dette tilfellet omdannes aminosyren til en oksosyre, og oksosyren til en aminosyre med tilsvarende struktur av radikaler. Som et resultat er transaminering en reversibel prosess for utveksling av amino- og oksogrupper. Et eksempel på en slik reaksjon er produksjonen av l-glutaminsyre fra 2-oksoglutarsyre. Donoraminosyren kan for eksempel være l-asparaginsyre.
α-aminosyrer inneholder en elektrontrekkende aminogruppe (nærmere bestemt en protonert aminogruppe NH) i α-posisjon til karboksylgruppen 3 +), og er derfor i stand til dekarboksylering.
Elimineringkarakteristisk for aminosyrer hvor sideradikalet i β-posisjon til karboksylgruppen inneholder en elektron-tiltrekkende funksjonell gruppe, for eksempel hydroksyl eller tiol. Elimineringen deres fører til middels reaktive α-enaminosyrer, som lett forvandles til tautomere iminosyrer (analogi med keto-enol tautomerisme). Som et resultat av hydrering ved C=N-bindingen og påfølgende eliminering av ammoniakkmolekylet, omdannes α-iminosyrer til α-oksosyrer.
Denne typen transformasjon kalles eliminering-hydrering. Et eksempel er produksjon av pyrodruesyre fra serin.
Aldol-spaltning forekommer i tilfelle av α-aminosyrer, som inneholder en hydroksylgruppe i β-posisjon. For eksempel brytes serin ned til glycin og formaldehyd (sistnevnte frigjøres ikke i fri form, men binder seg umiddelbart til koenzymet).
Oksidativ deaminering kan utføres med deltagelse av enzymer og koenzym NAD+ eller NADP+ (se 14.3). α-aminosyrer kan omdannes til α-oksosyrer ikke bare gjennom transaminering, men også gjennom oksidativ deaminering. For eksempel dannes α-oksoglutarsyre fra l-glutaminsyre. I det første trinnet av reaksjonen dehydrogeneres (oksideres) glutaminsyre til a-iminoglutarsyre
syrer. I det andre trinnet oppstår hydrolyse, noe som resulterer i α-oksoglutarsyre og ammoniakk. Hydrolysestadiet skjer uten deltakelse av et enzym.
Reaksjonen av reduktiv aminering av α-oksosyrer skjer i motsatt retning. α-oksoglutarsyre, som alltid finnes i cellene (som et produkt av karbohydratmetabolismen), omdannes på denne måten til L-glutaminsyre.
Oksidasjon av tiolgrupper ligger til grunn for interkonverteringer av cystein og cystinrester, og gir en rekke redoksprosesser i cellen. Cystein, som alle tioler (se 4.1.2), oksideres lett for å danne et disulfid, cystin. Disulfidbindingen i cystin reduseres lett for å danne cystein.
På grunn av tiolgruppens evne til lett å oksidere, utfører cystein en beskyttende funksjon når kroppen utsettes for stoffer med høy oksidativ kapasitet. I tillegg var det det første stoffet som viste anti-strålingseffekter. Cystein brukes i farmasøytisk praksis som stabilisator for legemidler.
Omdannelse av cystein til cystin resulterer i dannelse av disulfidbindinger, for eksempel redusert glutation
(se 12.2.3).
12.2. Primærstruktur av peptider og proteiner
Konvensjonelt antas det at peptider inneholder opptil 100 aminosyrerester i et molekyl (som tilsvarer en molekylvekt på opptil 10 tusen), og proteiner inneholder mer enn 100 aminosyrerester (molekylvekt fra 10 tusen til flere millioner) .
I sin tur, i gruppen av peptider er det vanlig å skille oligopeptider(lavmolekylære peptider) som ikke inneholder mer enn 10 aminosyrerester i kjeden, og polypeptider, hvis kjede inkluderer opptil 100 aminosyrerester. Makromolekyler med et antall aminosyrerester som nærmer seg eller litt over 100 skiller ikke mellom polypeptider og proteiner; disse begrepene brukes ofte som synonymer.
Et peptid- og proteinmolekyl kan formelt representeres som et produkt av polykondensasjon av α-aminosyrer, som skjer med dannelsen av en peptid- (amid)binding mellom monomerenheter (skjema 12.2).
Utformingen av polyamidkjeden er den samme for hele utvalget av peptider og proteiner. Denne kjeden har en uforgrenet struktur og består av alternerende peptid (amid) grupper -CO-NH- og fragmenter -CH(R)-.
Den ene enden av kjeden inneholder en aminosyre med en fri NH-gruppe 2, kalles N-terminalen, den andre kalles C-terminalen,
Opplegg 12.2.Prinsippet for å konstruere en peptidkjede
som inneholder en aminosyre med en fri COOH-gruppe. Peptid- og proteinkjeder skrives fra N-terminalen.
12.2.1. Strukturen til peptidgruppen
I peptid (amid) gruppen -CO-NH- er karbonatomet i en tilstand av sp2 hybridisering. Det ensomme elektronparet i nitrogenatomet går inn i konjugering med π-elektronene til C=O-dobbeltbindingen. Fra et synspunkt om elektronisk struktur er peptidgruppen et tresenter p,π-konjugert system (se 2.3.1), hvor elektrontettheten forskyves mot det mer elektronegative oksygenatomet. C-, O- og N-atomene som danner et konjugert system er lokalisert i samme plan. Elektrontetthetsfordelingen i amidgruppen kan representeres ved bruk av grensestrukturene (I) og (II) eller elektrontetthetsforskyvningen som et resultat av +M- og -M-effektene av henholdsvis NH- og C=O-gruppene (III).
Som et resultat av konjugering oppstår en viss justering av bindingslengder. C=O-dobbeltbindingen utvides til 0,124 nm sammenlignet med vanlig lengde på 0,121 nm, og C-N-bindingen blir kortere - 0,132 nm sammenlignet med 0,147 nm i det vanlige tilfellet (fig. 12.1). Det plane konjugerte systemet i peptidgruppen forårsaker vanskeligheter med å rotere rundt C-N-bindingen (rotasjonsbarrieren er 63-84 kJ/mol). Dermed bestemmer den elektroniske strukturen en ganske stiv flat strukturen til peptidgruppen.
Som det fremgår av fig. 12.1, er a-karbonatomene til aminosyrerester lokalisert i peptidgruppens plan på motsatte sider av C-N-bindingen, dvs. i en mer gunstig transposisjon: sideradikalene R i aminosyrerester vil i dette tilfellet være de fjerneste fra hverandre i verdensrommet.
Polypeptidkjeden har en overraskende jevn struktur og kan representeres som en serie av hverandre plassert i en vinkel.
Ris. 12.1.Planarrangement av peptidgruppen -CO-NH- og a-karbonatomer av aminosyrerester
til hverandre plan av peptidgrupper koblet til hverandre gjennom α-karbonatomer med Cα-N og Cα-Csp bindinger 2 (Fig. 12.2). Rotasjon rundt disse enkeltbindingene er svært begrenset på grunn av vanskeligheter med romlig plassering av sideradikaler av aminosyrerester. Dermed bestemmer den elektroniske og romlige strukturen til peptidgruppen i stor grad strukturen til polypeptidkjeden som helhet.
Ris. 12.2.Den relative plasseringen av planene til peptidgruppene i polypeptidkjeden
12.2.2. Sammensetning og aminosyresekvens
Med en jevnt konstruert polyamidkjede bestemmes spesifisiteten til peptider og proteiner av to viktigste egenskaper - aminosyresammensetning og aminosyresekvens.
Aminosyresammensetningen til peptider og proteiner er naturen og det kvantitative forholdet mellom deres a-aminosyrer.
Aminosyresammensetningen bestemmes ved å analysere peptid- og proteinhydrolysater, hovedsakelig ved kromatografiske metoder. For tiden utføres slik analyse ved bruk av aminosyreanalysatorer.
Amidbindinger er i stand til å hydrolysere både i sure og alkaliske miljøer (se 8.3.3). Peptider og proteiner hydrolyseres for å danne enten kortere kjeder - dette er den såkalte delvis hydrolyse, eller en blanding av aminosyrer (i ionisk form) - fullstendig hydrolyse. Hydrolyse utføres vanligvis i et surt miljø, siden mange aminosyrer er ustabile under alkaliske hydrolyseforhold. Det skal bemerkes at amidgruppene av asparagin og glutamin også er gjenstand for hydrolyse.
Den primære strukturen til peptider og proteiner er aminosyresekvensen, dvs. rekkefølgen for veksling av a-aminosyrerester.
Den primære strukturen bestemmes ved å sekvensielt fjerne aminosyrer fra hver ende av kjeden og identifisere dem.
12.2.3. Struktur og nomenklatur av peptider
Peptidnavn konstrueres ved å sekvensielt liste opp aminosyrerester, med utgangspunkt i N-terminalen, med tillegg av et suffiks-il, bortsett fra den siste C-terminale aminosyren, som dens fulle navn beholdes for. Med andre ord, navnene
aminosyrer som kom inn i dannelsen av en peptidbinding på grunn av "deres" COOH-gruppe ender i navnet på peptidet med -il: alanil, valyl osv. (for asparagin- og glutaminsyrerester brukes henholdsvis navnene "aspartyl" og "glutamyl"). Navnene og symbolene på aminosyrer indikerer at de tilhører l -rad, med mindre annet er angitt ( d eller dl).
Noen ganger i den forkortede notasjonen indikerer symbolene H (som en del av en aminogruppe) og OH (som en del av en karboksylgruppe) usubstitusjonen av de funksjonelle gruppene til terminale aminosyrer. Denne metoden er praktisk for å avbilde funksjonelle derivater av peptider; for eksempel er amidet til peptidet ovenfor ved den C-terminale aminosyren skrevet H-Asn-Gly-Phe-NH2.
Peptider finnes i alle organismer. I motsetning til proteiner har de en mer heterogen aminosyresammensetning, spesielt inkluderer de ganske ofte aminosyrer d -rad. Strukturelt er de også mer forskjellige: de inneholder sykliske fragmenter, forgrenede kjeder, etc.
En av de vanligste representantene for tripeptider er glutation- finnes i kroppen til alle dyr, planter og bakterier.
Cystein i sammensetningen av glutation gjør det mulig for glutation å eksistere i både redusert og oksidert form.
Glutation er involvert i en rekke redoksprosesser. Det fungerer som en proteinbeskytter, dvs. et stoff som beskytter proteiner med frie SH-tiolgrupper mot oksidasjon med dannelse av disulfidbindinger -S-S-. Dette gjelder de proteiner som en slik prosess er uønsket for. I disse tilfellene tar glutation på seg virkningen av et oksidasjonsmiddel og "beskytter" dermed proteinet. Under oksidasjonen av glutation oppstår intermolekylær tverrbinding av to tripeptidfragmenter på grunn av en disulfidbinding. Prosessen er reversibel.
12.3. Sekundær struktur av polypeptider og proteiner
Polypeptider og proteiner med høy molekylvekt, sammen med primærstrukturen, er også preget av høyere organiseringsnivåer, som kalles sekundær, tertiær Og kvartær strukturer.
Den sekundære strukturen er beskrevet av den romlige orienteringen av hovedpolypeptidkjeden, den tertiære strukturen av den tredimensjonale arkitekturen til hele proteinmolekylet. Både sekundær og tertiær struktur er assosiert med det ordnede arrangementet av den makromolekylære kjeden i rommet. Den tertiære og kvaternære strukturen til proteiner diskuteres i et biokjemikurs.
Det ble vist ved beregning at en av de mest gunstige konformasjonene for en polypeptidkjede er et arrangement i rommet i form av en høyrehendt helix, kalt α-helix(Fig. 12.3, a).
Det romlige arrangementet til en α-helikal polypeptidkjede kan forestilles ved å forestille seg at den vikler seg rundt en viss
Ris. 12.3.a-helikal konformasjon av polypeptidkjeden
sylinder (se fig. 12.3, b). I gjennomsnitt er det 3,6 aminosyrerester per omdreining av helixen, helixens stigning er 0,54 nm, og diameteren er 0,5 nm. Planene til to nabopeptidgrupper er plassert i en vinkel på 108°, og sideradikalene til aminosyrer er plassert på utsiden av helixen, det vil si at de er rettet som om fra overflaten av sylinderen.
Hovedrollen i å sikre en slik kjedekonformasjon spilles av hydrogenbindinger, som i α-helixen dannes mellom karbonyloksygenatomet til hver første og hydrogenatomet til NH-gruppen til hver femte aminosyrerest.
Hydrogenbindinger er rettet nesten parallelt med aksen til α-helixen. De holder kjeden vridd.
Typisk er proteinkjeder ikke helt spiralformede, men bare delvis. Proteiner som myoglobin og hemoglobin inneholder ganske lange α-heliske områder, som myoglobinkjeden
75 % spiralisert. I mange andre proteiner kan andelen spiralformede områder i kjeden være liten.
En annen type sekundær struktur av polypeptider og proteiner er β-struktur, også kalt brettet ark, eller foldet lag. Forlengede polypeptidkjeder er ordnet i foldede ark, koblet sammen med mange hydrogenbindinger mellom peptidgruppene til disse kjedene (fig. 12.4). Mange proteiner inneholder både a-helikale og β-sheetstrukturer.
Ris. 12.4.Sekundær struktur av polypeptidkjeden i form av et foldet ark (β-struktur)