Биологическая химия - часть 21

Таблица 2.3. Классификация и основные свойства ЛП сыворотки крови человека

Электрофоре-

тическая

фракция

Хиломикроны

Пре-β-ЛП

α

2

-β

1

ЛП

β-ЛП

α

1

–ЛП

α

1

–ЛП

Альбумин

Фракция

при ультра-

центрифуги-

ровании

–

ЛПОНП

ЛППП

ЛПНП

ЛПВП

ЛПОВП

1

ЛПОВП

2

Плотность,

г/см

3

<

 0,96

0,96–1,006

1,006–1,019

1,019–1,063

1,063–1,200

>

 1,210

>

 1,210

Процент

белка

1–2

7

11

21–23

35–50

65

97

Содержание,

миллиграм-

мов на 100 мл

плазмы

10–50

150–250

50–100

315–385

270–380

?

?

Липидный ком-

понент (высокое

содержание)

Свободные

жирные кислоты

То же

Эфиры холесте-

рина

То же

Фосфолипиды

Свободные

жирные кислоты

То же

жирных кислот) и белковой молекулы. Чаще в липопротеинах действуют

комбинированно разные нековалентные силы, способствуя образованию

в высшей степени упорядоченной двойной белково-липидной структуры

биомембран.

ФОСФОПРОТЕИНЫ

К белкам этого класса относятся казеиноген молока, в котором содержание

фосфорной кислоты достигает 1%; вителлин, вителлинин и фосвитин,

выделенные из желтка куриного яйца; овальбумин, открытый в белке

куриного яйца; ихтулин, содержащийся в икре рыб, и др. Большое коли-

чество фосфопротеинов содержится в клетках ЦНС. Фосфопротеины зани-

мают особое положение в биохимии фосфорсодержащих соединений не

только в результате своеобразия структурной организации, но и вследствие

широкого диапазона функций в метаболизме. Характерной особенностью

структуры фосфопротеинов является то, что фосфорная кислота оказы-

вается связанной сложноэфирной связью с белковой молекулой через

Рис. 2.4. Ионный тип связи между белками и фосфолипидами.

89

α-Спираль

в белке

Фосфолипиды

гидроксильные группы β-оксиаминокислот, главным образом серина

и в меньшей степени треонина. На одну молекулу белка обычно приходится

2–4 остатка фосфата.

Новые данные свидетельствуют о том, что в клетках фосфопротеины

синтезируются в результате посттрансляционной модификации, подвер-

гаясь фосфорилированию при участии протеинкиназ. Этот процесс под-

робно рассматривается в главе 14. Здесь лишь укажем на существенную

роль специфической протеинкиназы, катализирующей фосфорилирование

ОН-группы тирозина, в биосинтезе онкобелков. Таким образом, уровень

фосфопротеинов в клетке зависит в значительной степени от регулирую-

щего действия ферментов, катализирующих фосфорилирование (протеин-

киназы) и дефосфорилирование (протеинфосфатазы). Следует отметить, что

фосфопротеины содержат органически связанный, лабильный фосфат, аб-

солютно необходимый для выполнения клеткой ряда биологических функ-

ций. Кроме того, они являются ценным источником энергетического и

пластического материала в процессе эмбриогенеза и дальнейшего постна-

тального роста и развития организма.

Особо следует отметить, что некоторые ключевые ферменты, регули-

рующие процессы внутриклеточного обмена веществ, также существуют

как в фосфорилированной, так и в дефосфорилированной форме. Этим

подчеркивается значение фосфорилирования–дефосфорилирования в про-

цессах химической модификации макромолекул, участвующих в интеграль-

ных процессах метаболизма.

ГЛИКОПРОТЕИНЫ

Гликопротеины – сложные белки, содержащие, помимо простого белка или

пептида, группу гетероолигосахаридов. В настоящее время их принято

называть  г л и к о к о н ъ ю г а т а м и . В состав гликоконъюгата входит угле-

водный компонент (гликановая фракция), ковалентно связанный с неугле-

водной частью (агликановая фракция), представленной белком, пептидом,

аминокислотой или липидом.

Повышенный интерес к науке об углеводах – г л и к о б и о л о г и и – в на-

стоящее время объясняется открытием существенной роли изменений струк-

туры гликоконъюгатов в развитии таких болезней, как рак, иммунодефицит

человека, ревматоидные артриты, астма и др. Оказалось, что нарушение

реакции гликозилирования (см. главу 14) двух главных классов глико-

конъюгатов (гликопротеинов и ганглиозидов) приводит или к накоплению

предшественников этих веществ, или к синтезу «укороченных» сахарных

цепей гликоконъюгатов. Более того, установлено, что во взаимодействии

между некоторыми вирусами и клетками-мишенями главную роль играют

углеводные компоненты. В частности, гликопротеин gp120 вируса иммуно-

дефицита человека (содержит большой процент углевода) имеет высокое

90

Серин

Фосфосерин

Н

2

О

сродство к гликопротеину CD

4

 Т-лимфоцита. В этом взаимодействии,

узнавании, являющемся высокоспецифичным, гликозилированные фрагмен-

ты, вероятнее всего, играют важную патогенетическую роль. Известно

также, что при ревматоидных артритах часто синтезируются аномальные

антитела (аномальные иммуноглобулины – все гликопротеины) с необы-

чайно короткими сахарными цепями, что вызывает стимуляцию иммунной

системы против самого организма. Из этих примеров видно, что, помимо

гликобиологии, наступило время признания и таких наук, как гликопа-

т о л о г и я и  г л и к о т е р а п и я .

Помимо гликопротеинов, различают также  п р о т е о г л и к а н ы , состоя-

щие из белка и  г л и к о з а м и н о г л и к а н о в (прежнее название мукополиса-

хариды); последние состоят из цепей сложных углеводов: аминосахаров,

уроновых кислот, серной кислоты и отдельных моносахаридов. Типичными

гликозаминогликанами являются гиалуроновая кислота, хондроитинсерная

кислота и гепарин, химический состав, структура и функция которых

подробно рассматриваются в главе 21.

К типичным гликопротеинам относят большинство белковых гормонов,

секретируемые в жидкие среды организма вещества, мембранные сложные

белки, все антитела (иммуноглобулины), белки плазмы крови, молока,

овальбумин, интерфероны, факторы комплемента, группы крови, рецеп-

торные белки и др. Из этого далеко не полного перечня гликопротеинов

видно, что все они выполняют специфические функции: обеспечивают

клеточную адгезию, молекулярное и клеточное узнавание, антигенную

активность опухолевых клеток, оказывают защитное и гормональное,

а также антивирусное действие.

Химический состав гликопротеинов более или менее установлен, струк-

тура определена только у ряда из них. К полипептиду присоединяются

гетероолигосахаридные цепи, содержащие от 2 до 10, реже 15 мономерных

остатков гексоз (галактоза и манноза, реже глюкоза), пентоз (ксилоза,

арабиноза) и конечный углевод, чаще всего представленный N-ацетилга-

лактозамином, L-фукозой или сиаловой кислотой; в отличие от про-

теогликанов гликопротеины не содержат уроновых кислот и серной

кислоты.

Типы связей между углеводными компонентами и белками определены

только у ряда гликопротеинов, аминокислотный состав и структура кото-

рых известны (иммуноглобулины, гормоны); они включают О-гликозидные

91

N-ацетилгалактозамин

L-фукоза

(6-дезоксигалактоза)

Сиаловая кислота

(N-ацетилнейраминовая

кислота)

связи (с ОН-группами серина, треонина и оксилизина), N-гликозидные связи

(с амидными группами аспарагина, реже глутамина или ω-NH

2

-группами

лизина и аргинина) и эфирные гликозидные связи со свободными

СООН-группами глутаминовой и аспарагиновой кислот.

Синтез гликопротеинов осуществляется в рибосомах эндоплазматиче-

ского ретикулума (в цистронах), затем присоединяются сахарные цепи

(постсинтетическое гликозилирование), и далее белок транспортируется до

биомембран клетки и включается в состав мембранных белков или секре-

тируется.

Углеводные компоненты соединены ковалентно с азотом аспарагина

молекулы белка. Однако предварительно олигосахаридная часть соединяет-

ся с липидным переносчиком –  д о л и х о л ф о с ф а т о м (липид, содержащий

от 15 до 20 изопреновых остатков) и переносится на полипептидную цепь

в эндоплазматическом ретикулуме, при этом транспортер освобождается:

Долихолфосфат (n = 15–30)

Синтезированные гликопротеины далее переносятся в аппарат Гольджи,

где осуществляются окончательное гликозилирование и сортировка по

назначению.

Структура одного из нескольких гетероолигосахаридных остатков в

молекуле гликопротеинов, в частности иммуноглобулинов, может быть

представлена в виде следующей схемы (использованы сокращения: Глю –

глюкоза, NАцГлюА – N-ацетилглюкозамин; Гал – галактоза; Ман – манно-

за; NАцНейр – N-ацетилнейраминовая кислота):

Рассмотрим известные к настоящему времени данные о синтезе, строе-

нии (структуре) и свойствах ряда гликопротеинов.

Интерфероны. Интерфероны – это ингибиторы размножения многих ти-

пов вирусов. Открыто несколько типов интерферонов (α, β и γ), некоторые

из них получены методами генетической инженерии. Это сравнительно

небольшие сложные белки с мол. массой у разных видов животных

и человека от 25000 до 38000–40000). Они образуются в клетке в ответ на

внедрение вирусной нуклеиновой кислоты, ограничивая вирусную агрессию

(инфекцию). Известно также, что группа видоспецифических α-интерфе-

ронов синтезируется макрофагами, в то время как γ-интерферон про-

дуцируется Т-клетками и стимулируется интерлейкином-2 (см. «Лимфо-

кины»). Показано также, что γ-интерферон в свою очередь повышает

цитотоксическую активность макрофагов, Т-клеток и естественных кле-

ток-киллеров. Интерфероны наделены антипролиферативной активностью

и считаются основными защитными белками не только против вирусной

инфекции, но и при опухолевых поражениях.

92