8.12. Патология белкового обмена

В предыдущих разделах изложены нарушения обмена серосодержащих аминокислот (обмен серосодержащих аминокислот), нарушения обмена фенилаланина, тирозина (обмен фенилаланина и тирозина), нарушения синтеза мочевины (биосинтез мочевины).

Белковое голоданиеможет наблюдаться при недостатке белков в рационе, недостатке витаминов, заболеваниях желудочно–кишечного тракта. При белковом голодании усиливается распад собственных тканевых белков, особенно в таких тканях как мышцы, печень и плазма крови. Развивается отрицательный азотистый баланс, дистрофия мышц, нарушение антитоксической функции печени, гипопротеинемия и как следствие, «голодные» отёки. Происходит уменьшение подкожной клетчатки, страдают иммунные процессы. Тяжелая форма белкового голодания носит названиеквашиоркор(красный ребёнок).

9. Обмен и функции нуклеиновых кислот

9.1. Химический состав и строение нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты – высокомолекулярные полимерные соединения, мономером которых являются мононуклеотиды.

Мононуклеотиды включают в свой состав три вещества: пуриновые (аденин, гуанин) и пиримидиновые (урацил, тимин, цитозин) азотистые основания, углевод (рибоза или дезоксирибоза), фосфорную кислоту.

Гуанин, содержащий в шестом положении кольца ОН группу, всоставе нуклеиновых кислот находится в лактамной форме (=О). При образовании лактамной формы атом водорода перемещается от кислорода к рядом расположенному первому атому азота.

Пиримидиновые нуклеотиды в составе нуклеиновых кислот находятся в лактамной форме, позволяющей пиримидиновым основаниям включаться в состав нуклеотидов и участвовать в образовании водородных связей в ДНК.

Азотистые основания соединяются с углеводом β - N- гликозидной связью. Пуриновое основание соединяется с углеводом за счёт 9 атома азота, а пиримидиновое - за счёт 1 атома азота. К углеводу фосфоэфирной связью присоединяется фосфорная кислота.

В зависимости от количества остатков фосфорной кислоты различают нуклеозидмонофосфаты (цикло-АМФ, ФАФС, S-аденозилметионин), нуклеозиддифосфаты (УДФ-глюкоза, ЦДФ-холин), нуклеозидтрифосфаты (макроэрги).

Нуклеотиды соединяются в полинуклеотидную цепь фосфодиэфирными связями, образованными фосфорной кислотой и рибозой соседних нуклеотидов (к рибозе одного нуклеотида фосфорная кислота присоединяется в третьем положении, а к рибозе соседнего нуклеотида - в пятом положении).

Рибонуклеиновые кислоты (РНК)

Все виды РНК состоят из одной полинуклеотидной цепи. Азотистые основания в РНК представлены аденином, гуанином, урацилом, цитозином. Углевод представлен рибозой. Различают несколько видов РНК.

Транспортные РНК (тРНК) осуществляют транспорт аминокислот на рибосомы, к месту синтеза белка. Молекулярная масса тРНК составляет около 30 000 д. Полинуклеотидная цепь тРНК включает в свой состав 70-80 нуклеотидов. На долю тРНК приходится около 15% всего запаса РНК клетки. В тРНК содержится большое количество минорных нуклеотидов (модифицированные формы обычных оснований). Между комплементарными нуклеотидами участков тРНК возникают водородные связи, и формируется её вторичная структура в виде трилистника (форма «клеверного листа»). В составе тРНК выделяют 2 важных функциональных участка. На средней петле располагается антикодон, комплементарный кодонам иРНК, на открытом конце – акцепторный участок, к которому присоединяется аминокислота. Для переноса каждой аминокислоты в клетках имеется «своя» тРНК.

тРНК имеет 3-ю структуру, которая представляет собой компактное наложение петель друг на друга.

Различают изоакацепторные тРНК, которые переносят одну и ту же аминокислоту, но отличаются структурой и одним нуклеотидом в антикодоне.

Рибосомальные РНК (рРНК)составляют до 80% всей РНК клетки. Рибосомальная РНК локализована в рибосомах и обеспечивает биосинтез белка. Рибосома человека имеет молекулярную массу 80S, включает большую субъединицу массой 60S(включает РНК с массой 5S, 5,8S, 25S) и малую субъединицу с массой 40S(включает РНК массой 18S). Вторичная структура рРНК представляет компактную укладку, формирующую овальный каркас большой и малой субъединиц, соединённый с белками.

Информационная РНК (иРНК)имеет большую молекулярную массу около 10⁶д. На её долю приходится около 3% РНК клетки. В первичной структуре иРНК представлены кодоны, среди которых различают инициирующие (в них первый нуклеотид А), терминирующие (в них первый нуклеотид У) и кодоны, определяющие порядок аминокислот в синтезируемом белке. На одном конце иРНК имеется «шапочка - кеп», необходимая для связывания иРНК с малой субъединицей рибосомы в начале синтеза белка. На другом конце полинуклеотидной цепи располагается полиадениловый «хвост», выполняющий защитную функцию.

Дезоксирибонуклеиновая кислота

Азотистые основания в ДНК представлены аденином, гуанином, тимином, цитозином, углевод - дезоксирибозой. ДНК играет важную роль в хранении генетической информации. В отличие от РНК в ДНК присутствуют две полинуклеотидные цепи. Молекулярная масса ДНК около 10⁹ д. Полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК объединяются по принципу комплементарности, известному как «правила Чаргафа» (1939 г.). Правила Э. Чаргафа включают несколько положений.

1. Количество остатков аденина равно количеству остатков тимина (А=Т). Количество остатков гуанина равно количеству остатков цитозина (Г=Ц).

2. Сумма пуриновых оснований (А + Г) равна сумме пиримидиновых оснований (Т + Ц).

3. В комплементарных позициях количество оснований с аминогруппой равно количеству оснований с кетогруппой (Г + Т = А + Ц).

4. Для всех видов ДНК существует коэффициент видовой специфичности – отношение Г + Ц/А + Т < 1.

На основании данных правил и результатов рентгеноструктурного анализа Д. Уотсон и Ф. Крик создали модель структуры ДНК, согласно которой в молекуле ДНК две полинуклеотидные цепи располагаются антипараллельно и соединяются водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями. В паре А-Т возникают 2 водородные связи, в паре Г - Ц формируются 3 водородные связи.

Вторичная структура наиболее распространённой В - формы ДНК представляет собой правозакрученную двойную спираль, в одном витке которой уложено 10 пар нуклеотидов. Шаг спирали равен 3,4 нм. В фагах присутствует Zформа (зигзагообразная) и кольцевая форма ДНК.

Для ДНК характерна более компактная укладка в виде суперспирали. ДНК формирует надмолекулярную структуру, объединяясь с ядерными белками и формируя полинуклеосомы.

ДНК образует вязкие водные растворы с двойным лучепреломлением, поглощающие УФЛ в интервале 260-280 нм. Под действием концентрированных растворов кислот, мочевины, физических факторов возможна денатурация ДНК, при которой происходит разрыв водородных связей и расхождение цепей молекулы ДНК. Денатурация может носить обратимый характер и переходить в ренативацию – восстановление водородных связей и структуры ДНК после удаления денатурирующего фактора. При ренативации возможно явление гибридизации – объединение комплементарных цепей ДНК из разных организмов. Возможна гибридизация нитей ДНК с РНК.