3 КУРС (БИОХИМИЯ ЭНЕРГИЯ) / Разобранные билеты на экзамен по биохимии

возникло в результате того, что впервые эти белки были обнаружены в клетках, которые подвергались воздействию высокой температуры.

Роль шаперонов в фолдинге белков

При синтезе белков N-концевая область полипептида синтезируется раньше, чем С-концевая область. Для формирования конформации белка нужна его полная аминокислотная последовательность. Поэтому в период синтеза белка на рибосоме защиту реакционноспособных радикалов (особенно гидрофобных) осуществляют Ш-70.

Ш-70 - В области карбоксильного конца единственной полипептидной цепи шаперонов есть участок, образованный радикалами аминокислот в форме бороздки. Он способен взаимодействовать с участками белковых молекул и развёрнутых полипептидных цепей длиной в 7-9 аминокислот, обогащённых гидрофобными радикалами. В синтезирующейся полипептидной цепи такие участки встречают примерно через каждые 16 аминокислот.

Фолдинг многих высокомолекулярных белков, имеющих сложную конформацию (например, доменное строение), осуществляется в специальном пространстве, сформированном Ш-60. Ш-60 функционируют в виде олигомернoго комплекса, состоящего из 14 субъединиц

Ш-60 образуют 2 кольца, каждое из которых состоит из 7 субъединиц, соединённых друг с другом. Субъединица Ш-60 состоит из 3 доменов: апикального (верхушечного), промежуточного и экваториального. Верхушечный домен имеет ряд гидрофобных остатков, обращённых в полость кольца, сформированного субъединицами. Экваториальный домен имеет участок связывания с АТФ и обладает АТФ-азной активностью. Шапероновый комплекс имеет высокое сродство к белкам, на поверхности которых есть элементы, характерные для несвёрнутых молекул (прежде всего участки, обогащённые гидрофобными радикалами). Попадая в полость шаперонового комплекса, белок связывается с гидрофобными радикалами апикальных участков Ш-60. В специфической среде этой полости, в изоляции от других молекул клетки происходит перебор возможных конформации белка, пока не будет найдена единственная, энергетически наиболее выгодная конформация.

Высвобождение белка со сформированной нативной конформацией сопровождается гидролизом АТФ в экваториальном домене. Если белок не приобрёл нативной конформации, то он вступает в повторную связь с шапероновым комплексом. Такой шаперонзависимый фолдинг белков требует затрат большого количества энергии.

37.Посттрансляционные модификации белков: фосфорилирование, аденилирование, ацетилирование, гликозилирование, АDP-рибозилирование.

Ковалентная модификация ферментов – тип регуляции ферментативной активности под действием других ферментов, осуществляющийся за счет присоединения к белковой молекуле небольших химических групп, что вызывает конформационные изменения в молекуле белка, приводящие к изменению определенной геометрии каталитического центра.

Фосфорилирование – наиболее распространенный тип ковалентной модификации, является АТФзависимым процессом и осуществляется с помощью ферментов протеинкиназ. В большинстве случаев фосфорилированная форма фермента более активна, чем нефосфорилированная. Фосфорилирование модифицирует белки добавлением отрицательно заряженных остатков фосфорной кислоты к гидроксильным группам остатков серина, треонина и, реже, тирозина.

Ковалентную модификацию аденилированием и уридилированием можно рассмотреть на примере регуляции активности фермента глутаминсинтетазы. Обычно глутаминсинтетаза находится в промежуточных состояниях аденилирования, в которых аденилированными являются лишь некоторые из 12 субъединиц. Активность глутамннсинтетазы изменяется путем аденилирования боковой группы строго определенного остатка тирозина (в этой реакции используется АТР). Обратная реакция катализируется деаденилирующим ферментом.

Уридилирование происходит в результате катализируемого специфичной уридилилтрансферазой ковалентного присоединения УМФ к одному или двум тирозильмым остаткам

каждой субъединицы аденилилтрансферазы.

Примером ковалентной модификации белков с помощью ацетилирования является модификация гистонов. Ацетилирование гистонов играет важную роль в модуляции структуры хроматина при активации транскрипции, увеличивая доступность хроматина для транскрипционного аппарата. Гистоны целенаправленно модифицируются на тех промоторах, которые требуется активировать. Ацетилированию и деацетилированию подвергаются определенные остатки лизина, что осуществляется с помощью ферментов ацетилтрансфераз и деацетилаз. Ацетилирование остатков лизина в N-концевых «хвостиках» гистонов H2A, H2B, H3 и H4 нейтрализует их положительный заряд и соответственно блокирует ассоциацию с витками нуклеосомной ДНК. Это, в свою очередь, декомпактизует структуру как самой нуклеосомы, так и хроматина в целом и освобождает внешнюю поверхность витков ДНК для взаимодействий с регуляторными факторами.

Еще одним способом химической модификации ферментов с помощью присоединения небольших химических групп является АДФ-рибозилирование. АДФ-рибоза может вызывать неэнзиматическое АДФ-рибозилирование ряда белков. К ним относятся белки регулирующие репарацию ДНК, белкирегуляторы трансляции и агрегации тромбоцитов. Моно-АДФ-рибозилирование – посттрансляционный процесс модификации белков, ответственный за токсический эффект некоторых бактериальных токсинов. Действие коклюшного или холерного токсинов вызывает моно-АДФ-рибозилирование белков плазмати­ческой мембраны и может изменять работу сигнальных систем или активность мембранного транспорта в результате нарушения функционирования G-белков.

Схематически действие холерного токсина можно описать следующим образом. В норме ГТФ, связанный с Gsα быстро гидролизуется (синяя стрелочка), так, что активация аденилатциклазы и увеличение цАМФ происходит столь долго, сколько гормон связан с рецептором. В присутствии холерного токсина Gsα необратимо модифицируется АДФрибозилированием, так, что она может

связывать ГТФ, но не может его гидролизовать (красные стрелочки). В результате постоянной активации происходит нерегулируемый рост уровня цАМФ.

38. Гормоны – классификация, биосинтез, секреция, транспорт.

Существует несколько вариантов классификации гормонов. По химической природе гормоны подразделяются на:

1.Производные аминокислот: производные тирозина: тироксин, трийодтиронин, дофамин, адреналин, норадреналин; производные триптофана: мелатонин, серотонин; производные гистидина: гистамин.

2.Белково-пептидные гормоны: полипептиды: глюкагон, кортикотропин, меланотропин, вазопрессин, окситоцин, пептидные гормоны желудка и кишечника; простые белки: инсулин, соматотропин, пролактин, паратгормон, кальцитонин; сложные белки (гликопротеины): тиреотропин, фоллитропин, лютропин.

3.Стероидные гормоны: кортикостероиды (альдостерон, кортизол, кортикостерон); половые гормоны: андрогены (тестостерон), эстрогены и прогестерон.

4.Производные жирных кислот: арахидоновая кислота и ее производные: простагландины, простациклины, тромбоксаны, лейкотриены.

По функциональному значению гормоны подразделяют на три группы: -эффекторные, действующие непосредственно на органы-мишени;

-тропные, которые вырабатываются в гипофизе и стимулируют синтез и выделение эффекторных гормонов; -регулирующие синтез тропных гормонов (либерины и статины), которые выделяются

нейросекреторными клетками гипоталамуса

Синтез

=Белково-пептидные гормоны. Эти гормоны образуются из белковых предшественников, называемых прогормонами. Как правило, сначала синтезируется препрогормон, из которого образуется прогормон, а затем гормон. Синтез прогормонов осуществляется на мембранах гранулярной эндоплазматической сети (шероховатый ретикулум) эндокринной клетки. Большое значение для этих процессов имеет способность препрогормонов проникать через мембрану эндоплазматической сети в ее внутренние полости за счет того, что первые 20-25 аминокислотных остатков с N-конца у многих белковых предшественников являются одинаковыми, а на наружной мембране эндоплазматической сети

имеются структуры, «узнающие» эту последовательность. В результате становится возможным внедрение молекулы препрогормона в липидный бислой мембраны и постепенное проникновение белкового предшественника во внутреннее пространство эндоплазматической сети.

Везикулы с образующимся прогормоном переносятся затем в пластинчатый комплекс (комплекс Гольджи), где под действием мембранной протеиназы от молекулы прогормона отщепляется определенная часть аминокислотной цепи. В результате образуется гормон, который поступает в везикулы, содержащиеся в комплексе Гольджи. В дальнейшем эти везикулы сливаются с плазматической мембраной и высвобождаются во внеклеточное пространство.

=Стероидные гормоны синтезируются из холестерина. Свободный холестерин поступает в митохондрии, где превращается в прегненолон, который затем попадает в эндоплазматическую сеть и после этого — в цитоплазму.

В корковом веществе надпочечников синтез стероидных гормонов стимулируется кортикотропином, а в половых железах — лютеинизирующим гормоном (ЛГ). Эти гормоны ускоряют транспорт эфиров

холестерина в эндокринные клетки и активируют митохондриальные ферменты, участвующие в образовании прегненолона.

=Катехоламины синтезируются из аминокислоты тирозина. Полупериод их жизни очень короткий и не превышает 1—3 мин. Синтез катехоламинов происходит в аксонах нервных клеток, запасание — в синаптических пузырьках. Катехоламины, образующиеся в мозговом веществе надпочечников, выделяются в кровь, а не в синаптическую щель, т. е. являются типичными гормонами.

Процессы секреции гормонов тесно сопряжены с процессами их биосинтеза. Степень их сопряженности зависит от химической природы гормона и особенностями механизмов его

секреции. Подразделяют:

1) Освобождение гормонов из клеточных секреторных гранул (секреция белково-пептидных гормонов и катехоламинов )

2) Освобождение гормонов из белковосвязанной формы ( секреция тиреоидных гормонов )

3) Относительно свободная диффузия гормонов через клеточные мембраны ( стероидные гормоны )

Транспорт

Гормоны, имеющие гидрофильную природу (катехоламины, серотонин, белково-пептидные и др.), синтезируются «впрок» и выделяются в кровь определенными порциями за счет опустошения секреторных везикул. Уровень этих гормонов в крови возрастает при увеличении частоты выброса гормона из клеток эндокринной железы.

В отличие от этого стероидные и тиреоидине гормоны, а также эйкозаноиды не накапливаются в специальных структурах клетки, а благодаря своей липофильности свободно проходят через плазматическую мембрану эндокринной клетки и попадают в кровь. Содержание этих гормонов в крови регулируется ускорением или замедлением их синтеза.

Поступая в кровь, гормоны связываются с белками плазмы. Обычно лишь 5—10% молекул гормонов находится в крови в свободном состоянии, и только они могут взаимодействовать с рецепторами. К числу специфических гормонсвязывающих белков относятся транскортин, связывающий кортикостероиды, тестостерон-эстрогенсвязывающий глобулин, тироксинсвязывающий глобулин и т. д. Альдостерон, по-видимому, не имеет специфических «транспортных» белков, поэтому находится преимущественно в связи с альбумином

39. Поверхностные (мембранные) и внутриклеточные рецепторы гормонов.

Рецепторы – это белковые молекулы, специфически связывающие данный гормон, в результате чего возникает какой-либо эффект.

Гормон начинает свое действие с соединения с рецептором, образуя гормон-рецепторный комплекс. Гормон и рецептор имеют одинаковое значение. Эффект зависит от каждого из них в равной степени. Рецепторы могут находиться внутри клетки, а также на клеточной мембране.

Рецепторы можно подразделить на:

Мембранные				Внутриклеточные
•	7-TMС			•	Класс I – ядерные и цитозольные рецепторы,
•	1-TMС				связанные с белками теплового шока (hsp)
•	Ионные	каналы:	лигандзависимые,	•	Класс II – ядерные рецепторы, не связанные с белками
	потенциалзависимые, щелевые контакты				теплового шока

Мембранные рецепторы располагаются в плазматической мембране клетки-мишени и взаимодействуют с белково-пептидными гормонами и катехоламинами. Как видно из их названия, внутриклеточные рецепторы находятся внутри клетки и взаимодействуют со стероидными и тиреоидными гормонами, которые представляют собой небольшие липофильные молекулы, с легкостью проникающие в клетку через плазматическую мембрану.

Передача внешнего сигнала, который поступает вместе с молекулой гормона, к внутриклеточной цепи передачи сигнала обеспечивается благодаря особому химическому строению мембранных рецепторов. Все они состоят из трех различных частей, несмотря на то, что сам по себе рецептор обычно представлен одной полипептидной цепью. Внеклеточный компонент располагается па N- терминальном конце аминокислотной последовательности и содержит гликозилированные участки. Углеводные остатки, расположенные в этих участках, могут принимать участие в связывании с гормоном, которое специфически происходит в цистеинбогатых карманах. Каждый из трансмсмбранных компонентов рецептора, а мембранные рецепторы обычно имеют несколько трансмембранных участков, состоит примерно из 25 липофильных аминокислот и формирует спиральную структуру. Внутриклеточный компонент располагается на С-концевом участке полипептидной цепи и отвечает за эффекторную функцию рецептора. Как правило, внутриклеточный регион, состоящий из липофобных аминокислот, содержит регуляторные участки, в частности участки фосфорилирования.

40. Механизм действия гидрофильных гормонов.

41. Механизм действия липофильных гормонов.

42. Биосинтез, секреция и биохимические эффекты тиреоидных гормонов.

43. Глюкагон – биосинтез, процессинг, секреция, бихимические эффекты.