Биологическая химия - часть 22

Следует отметить, однако, что до сих пор не раскрыты молекулярные

механизмы, при помощи которых интерфероны тормозят размножение

вирусов. Известно только, что интерфероны ингибируют биосинтез всех

белков (и хозяйских, и вирусных), вероятнее всего, на уровне процесса

трансляции. Возможно, что интерферон индуцирует синтез особого бел-

ка-ингибитора, который затем связывается с рибосомами и блокирует

трансляцию, или интерферон переводит один из активных эукариотических

белковых факторов инициации в неактивный фактор путем фосфорилиро-

вания.

Иммуноглобулины. Иммуноглобулины, или антитела, также относятся

к классу гликопротеинов, выполняют защитную функцию, обезвреживая

поступающие в организм чужеродные вещества – антигены любой хими-

ческой природы. Синтезируются иммуноглобулины плазматическими клет-

ками, образовавшимися из лимфоцитов. Учение об иммунитете оформи-

лось в самостоятельную науку – и м м у н о л о г и ю , изучающую структуру

и функции антител вообще и иммуноглобулинов в частности. Мы пред-

ставим современные сведения о некоторых физико-химических свойствах

и структуре иммуноглобулинов человека (табл. 2.4). Различают 5 классов

иммуноглобулинов: IgG, IgM, IgA, IgD и IgE. Детально изучены структура

и функция IgG.

Таблица 2.4. Свойства иммуноглобулинов человека

Свойство

Коэффициент седимента-

ции, S

Молекулярная масса
Углеводный состав, %
Концентрация в крови,

мг%

Период полужизни, дни

IgG

6,5–7

150000

2–3

1300

8–21

IgM

19

950000

10–12

140

5,1

IgA

7

180000

8–10

210

5,8

IgD

8

175000

12,7

3

2,8

IgE

8,2

200000

10–12

0,1

2–3

Разные классы иммуноглобулинов сильно различаются не только по

молекулярной массе, но и по концентрации в крови; имеются данные, что

различаются они и по биологическим свойствам.

Подробно изучена структура IgG. Он имеет Y-образную форму и тет-

рамерное строение; состоит из двух идентичных легких L-цепей (от англ.

light) и двух идентичных тяжелых Н-цепей (от англ. heavy) с мол. массой

23000–24000 и 50000–70000 соответственно. Известно также, что каждая

из этих цепей имеет 2 типа доменов – вариабельные (V) участки, состоящие

из 108 аминокислотных остатков, и константные (С) участки, состоящие из

110 и 350 аминокислотных остатков соответственно в L- и Н-цепях (рис.

2.5).

Из других гликопротеинов, выполняющих ряд важнейших биологи-

ческих функций, следует отметить все белки плазмы крови (за исключением

альбуминов), трансферрин, церулоплазмин, гонадотропный и фолликуло-

стимулирующие гормоны, некоторые ферменты, а также гликопротеины

в составе слюны (муцин), хрящевой и костной тканей и яичного белка

(овомукоид). Углеводные компоненты, помимо информативной функции,

93

Рис. 2.5. Структура IgG человека. Показаны легкие (L) и тяжелые (Н) цепи,

дисульфидные связи и вариабельные V (красные) и константные С (светлые) участки.

значительно повышают стабильность молекул, в состав которых они

входят, к различного рода химическим, физическим воздействиям и пре-

дохраняют их от действия протеиназ, определяя тем самым биологическую

роль гликопротеинов. Являясь составной частью клеточной мембраны,

гликопротеины участвуют, кроме того, в иммунологических реакциях,

ионном обмене, процессах межклеточной адгезии и т.д.

МЕТАЛЛОПРОТЕИНЫ

К металлопротеинам относятся биополимеры, содержащие, помимо белка,

ионы какого-либо одного металла или нескольких металлов (табл. 2.5).

К таким белкам принадлежат, например, белки, содержащие негемовое

железо, а также белки, координационно связанные с атомами металлов

в составе сложных белков-ферментов.

Типичными представителями первых являются железосодержащие бел-

ки ферритин, трансферрин и гемосидерин. Ферритин – высокомолекуляр-

ный водорастворимый белок с мол. массой 400000, в котором содержа-

ние железа составляет от 17 до 23% (в среднем 20%). Он сосредо-

точен главным образом в селезенке, печени, костном мозге, выполняя

роль депо железа в организме. Железо в ферритине находится в окис-

ленной форме, в составе неорганического железосодержащего соедине-

ния (FeO•OH)

8

•(FeO•O•PO

3

H

2

), причем цепи неорганического полимера

O=Fe—OH...O=Fe—ОН..., иногда содержащие фосфаты, находятся меж-

ду пептидными цепями белковой части (называемая апоферритином), а

атомы железа координационно связываются с атомами азота пептидных

групп.

Т р а н с ф е р р и н – растворимый в воде железопротеин (мол. масса

90000), гликопротеин, обнаруживаемый главным образом в сыворотке

94

Т а б л и ц а 2.5. Металлопротеины

Металл

Fe

2+

, Fe

3+

Cu

+

, Cu

2+

Co

2+

Mn

2+

Mo

2+

Zn

2+

 ,Mg

2+

Ca

2+

K

+

,

 Na

+

,

Mg

2+

,

Ca

2+

Тип биомолекулы

Гемоглобин, миоглобин,

каталаза, пероксидаза,

металлофлавопротеины,

цитохромы, железосер-

ные белки, трансферрин,

ферритин, нитрогеназа

Цитохромоксидаза, це-

рулоплазмин и др.
Витамин В

12

 и его ко-

ферментные формы
Аргиназа, декарбоксила-

зы аминокислот, фосфо-

трансферазы и др.
Нитрогеназа, нитрат-

редуктаза, ксантинокси-

даза

Карбоангидраза, пепти-

дазы, фосфатазы, НАД-

ферменты, инсулин
Фосфоенолпируваткар-

боксикиназы, АТФазы

Лиганд

Гемопорфирины,

сера, изоаллокса-

зин

Азотистые осно-

вания
Коррин, бензими-

дазол, СН

3

-группа

Фосфат, имидазол

Не идентифици-

рован

Имидазол, НАД

Биологическая

функция

Транспорт О

2

, СО

2

,

транспорт электронов

(окислительно-восстано-

вительные реакции),

транспорт и депониро-

вание железа, восстанов-

ление N

2

 в NH

3

Окисление, депонирова-

ние и транспорт меди
Перенос СН

3

-группы,

синтез метионина
Декарбоксилирование,

перенос фосфатных

групп
Связывание и активиро-

вание N

2

—>NH

3

, окисле-

ние пуринов
Связывание субстратов,

разрыв пептидной связи

Транспорт и осво-

бождение фосфатных

групп

крови в составе β-глобулинов. Содержание железа в нем составляет 0,13%.

Предполагают, что атом железа соединяется с белком координационными

связями с участием гидроксильных групп тирозина. Молекула трансфер-

рина содержит 2 атома железа; трансферрин служит физиологическим

переносчиком железа в организме.

Г е м о с и д е р и н в отличие от ферритина и трансферрина является

водонерастворимым железосодержащим белковым комплексом, состоя-

щим, кроме того, на 25% из нуклеотидов и углеводов. Он содержится

главным образом в ретикулоэндотелиоцитах печени и селезенки. Биоло-

гическая роль гемосидерина изучена недостаточно.

Ко второй группе металлопротеинов относится ряд ферментов: фер-

менты, содержащие связанные с молекулой белка ионы металлов, опре-

деляющих их функцию,–  м е т а л л о ф е р м е н т ы (в процессе очистки ме-

таллы остаются связанными с ферментами); ферменты, активируемые

ионами металлов, менее прочно связаны с металлами, но для проявления

своей активности нуждаются в добавлении в реакционную среду определен-

ного металла. Предполагают, что механизмы участия металла в акте

катализа в обоих случаях, вероятнее всего, сходны; ионы металла участ-

вуют в образовании тройного комплекса: активный центр фермента–ме-

талл–субстрат (Е—М—S), или М—Е—S, или Е—S—М. Есть доказа-

тельства, что в активном центре многих ферментов в связывании металла

участвует имидазольная группа гистидина.

Глава 3

ХИМИЯ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

В наше время трудно назвать область естествознания, которую не ин-

тересовала бы проблема структуры и функций нуклеиновых кислот. Не-

смотря на огромный прогресс, достигнутый в последние десятилетия при

изучении химического состава и строения нуклеиновых кислот, много

проблем предстоит еще решить для выяснения зависимости между струк-

турой и биологической ролью нуклеиновых кислот. Нет сомнения, что

именно на этом пути научного поиска исследования нуклеиновых кислот

будут сделаны открытия, имеющие огромное значение для биологии,

медицины и всей науки о живом. Эпохальное открытие принципа  к о м п -

л е м е н т а р н о с т и нуклеиновых кислот позволило проникнуть в тайны не

только тонкой структуры этих биополимеров, но и механизмов синтеза

и воспроизведения биологических макромолекул. Нуклеиновые кислоты

выполняют ряд важных биологических функций, не свойственных другим

полимерным веществам. В частности, они обеспечивают хранение и пере-

дачу наследственной информации и принимают непосредственное участие

в механизмах реализации этой информации путем программирования

синтеза всех клеточных белков. Структурные компоненты нуклеиновых

кислот выполняют, кроме того, функции кофакторов (коэнзим А, уридин-

дифосфатглюкоза и др.), аллостерических эффекторов, входят в состав

коферментов (никотинамидадениндинуклеотид, флавинадениндинуклеотид

и др.), принимая тем самым непосредственное участие в обмене веществ,

а также в аккумулировании (накоплении), переносе и трасформации энер-

гии. Они являются предшественниками вторичных посредников (мессенд-

жеров) – циклических мононуклеотидов (цАМФ и цГМФ), выполняющих

важную функцию в передаче внутриклеточных сигналов. Подробно ос-

новные функции нуклеиновых кислот рассмотрены в главе 14.

Методы выделения нуклеиновых кислот. При изучении химического

состава и строения нуклеиновых кислот перед исследователем всегда стоит

задача выделения их из биологических объектов. В главе 2 было указано,

что нуклеиновые кислоты являются составной частью сложных белков –

нуклеопротеинов, содержащихся во всех клетках животных, бактерий,

вирусов, растений. Нуклеиновые кислоты обладают сильно выраженными

кислыми свойствами (обусловлены остатками ортофосфорной кислоты в их

составе) и при физиологических значениях рН несут отрицательный заряд.

Этим объясняется одно из важных свойств нуклеиновых кислот – способ-

ность к взаимодействию по типу ионной связи с основными белками

(гистонами), ионами металлов (преимущественно с Mg

2+

), а также с по-

лиаминами (спермин, спермидин) и путресцином. Поэтому для выделения

нуклеиновых кислот из комплексов с белками необходимо прежде всего

разрушить эти сильные и многочисленные электростатические связи между

положительно заряженными молекулами белков и отрицательно заряжен-

ными молекулами нуклеиновых кислот. Для этого измельченный путем

96