Гидролитическое расщепление: 1.3 Гидролитическое расщепление белков

1.3 Гидролитическое расщепление белков

			СООН		малатдегидрогеназа		СООН
							С O+ НАДН + Н+
	HO		С Н + НАД+
				СН2	(цитоплазма)			Ch3
				СООН				СООН
		малат				оксалоацетат
								(ЩУК)

2) Превращение оксалоацетата в фосфоенолпируват происходит в цитоплазме клетки:

	СООН				Ch4
	С O + ГТФ		фосфоенолпируват-					Р + ГДФ + СО
					CH		O
	Ch3		карбоксикиназа		СООН			2
		СООН
			фосфоенолпируват
	оксалоацетат
					(ФЕП)
		(ЩУК)

3) Образовавшийся фосфоенолпируват (ФЕП) по пути гликолиза превращается в ПВК (рис.

3), а пируват в результате окислительного декарбоксилирования в ацетил-КоА, который поступая в цикл Кребса, полностью окисляется до СО2 и Н2О, с выделением энергии.

С учетом выше сказанного, видно, что образовавшийся пропионил, в конечном счете, должен превратиться в ацетил-КоА и окислиться в цикле Кребса. Таким образом, все жирные кислоты в результате β-окисления превращаются в аце- тил-КоА, который сгорает в цикле Кребса (этап IV), (рис 2, Приложение А).

Главный, но возможно не единственный путь распада белков в организме – гидролиз. Гидролитический распад белков протекает в любой клетке организма в основном в специальных субклеточных элементах – лизосомах, где сосредоточены гидролитические ферменты и где осуществляется деструкция высокомолекулярных веществ до низкомолекулярных метаболитов.

Вместе с тем, определенная часть ферментов, ускоряющих распад белков, есть в цитоплазме клетки, а некоторые из них секретируются в желудочно-кишеч- ном тракте, обеспечивая внеклеточное переваривание белков.

Гидролиз белков может быть частичным (до пептидов) и полным (до аминокислот). При частичном (неполном) гидролизе в белковой молекуле распадаются лишь некоторые пептидные связи, как правило, по соседству со строго определенными амнокислотными радикалами. Этот процесс ускоряется специфическими протеолитическими ферментами (протеиназы).

В свою очередь пептиды гидролизуются до аминокислот при участии ряда пептидаз.

Следовательно, ферментный аппарат пищеварительного тракта осуществляет поэтапное, строго избирательное расщепление пептидных связей белко-

22

вой молекулы вплоть до конечных продуктов гидролиза белков – свободных амнокислот.

R2	О	R	6	O	Rc	O
. .. НN СН	С НN	HC		C NH	CH	C …	n
Н2О
		Н2О
	h3N	СН		СООН
		Rx			3n

Свободные аминокислоты могут подвергаться дальнейшему распаду, включаясь в гликолиз или сразу же в цикл Кребса (рис. 2, Приложение А).

Первая реакция, которой подвергается аминокислота при катаболизме, это реакция освобождения от аминогруппы, которая может осуществляться либо путем переаминирования, либо дезаминирования. В реакции переаминирования участвуют все аминокислоты за исключением лизина. В результате этой реакции образуются α-кетокислоты.

Для животных тканей, растений и большинства микрорганизмов преобладающим типом реакций является окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гистидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию.

Окислительное дезаминирование аминокислот приводит к образованию аммиака и углеродного скелета в форме α-кетокислоты. Эта реакция идет в две ступени: в первой – аминокислота окисляется до иминокислоты:

	R СН СООН дегидрогеназа			R С СООН
	Nh3	НАД+	НАДН + Н+	НN
	α — аминокислота			иминокислота

во второй – иминокислота превращается в кетокислоту:

R

С

СООН + Н2О

R

С

СООН + NН

3

НN

О

иминокислота

α — кетокислота

В результате окислительного дезаминирования образуются α-аминокисло- ты, которые могут включаться в цикл Кребса через пируват, ацетил-КоА, оксалоацетат, α-кетоглутарат и т. д.

Например, при окислительном дезаминировании аланина образуется пиру-

ват:

23

СН3 СН СООН	аланиндегидрогеназа	СН3	С СООН + Н О
			2
Nh3	НАД+ НАДН + Н+		НN
α — аминокислота		иминокислота

СН3 С СООН + NН3

O

ПВК

Пируват, как было сказано ранее, является главным конечным продуктом процесса гликолиза при катаболизме углеводов. Далее ПВК в результате окислительного декарбоксилирования (этап III) превращается в ацетил-КоА, который окисляется в цикле Кребса (рис. 2, Приложение А).

Включение остальных аминокислот можно представить в виде общей сводной схемы:

	I
	Глюкоза	Жирные кислоты
	II
Ала, Гли,	III
	ПВК	Ацетил-КоА
Сер, Тре,
Цис
			IV		Лей, Фен, Трп,
Асп, Асн	ЩУК				Лиз, Тир,
			ЦТК
Арг, Гис,	α -кетоглу-
Про,	тарат		V
Глн, Глу
Иле, Вал,	Сукцинил
Мет, Тре	-КоА	СО2	+энергия	Н О
			(АТФ, НАДН )		2
				2

Рисунок 6 – Катаболизм аминокислот

Пять аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Трп, Тир) считаются «кетогенными», поскольку они являются предшественниками кетоновых тел, в частности ацетоуксусной кислоты, в то время как большинство других аминокислот, обозначаемых

24

Гидролитическое расщепление белков

Главный, но возможно не единственный путь распада белков в организме – гидролиз. Гидролитический распад белков протекает в любой клетке организма в основном в специальных субклеточных элементах – лизосомах, где сосредоточены гидролитические ферменты и где осуществляется деструкция высокомолекулярных веществ до низкомолекулярных метаболитов.

Вместе с тем, определенная часть ферментов, ускоряющих распад белков, есть в цитоплазме клетки, а некоторые из них секретируются в желудочно-кишечном тракте, обеспечивая внеклеточное переваривание белков.

Гидролиз белков может быть частичным (до пептидов) и полным (до аминокислот). При частичном (неполном) гидролизе в белковой молекуле распадаются лишь некоторые пептидные связи, как правило, по соседству со строго определенными аминокислотными радикалами. Этот процесс ускоряется специфическими протеолитическими ферментами (протеиназы).

В свою очередь пептиды гидролизуются до аминокислот при участии ряда пептидаз.

Следовательно, ферментный аппарат пищеварительного тракта осуществляет поэтапное, строго избирательное расщепление пептидных связей белковой молекулы вплоть до конечных продуктов гидролиза белков – свободных аминокислот.

Свободные аминокислоты могут подвергаться дальнейшему распаду, включаясь в гликолиз или сразу же в цикл Кребса (рис. 2).

Первая реакция, которой подвергается аминокислота при катаболизме, это реакция освобождения от аминогруппы, которая может осуществляться либо путем переаминирования, либо дезаминирования. В реакции переаминирования участвуют все аминокислоты за исключением лизина. В результате этой реакции образуются -кетокислоты.

Для животных тканей, растений и большинства микрорганизмов преобладающим типом реакций является окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гистидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию.

Окислительное дезаминирование аминокислот приводит к образованию аммиака и углеродного скелета в форме -кетокислоты. Эта реакция идет в две ступени: в первой – аминокислота окисляется до иминокислоты:

во второй – иминокислота превращается в кетокислоту:

В результате окислительного дезаминирования образуются -аминокислоты, которые могут включаться в цикл Кребса через пируват, ацетил-КоА, оксалоацетат,-кетоглутарат и т. д.

Например, при окислительном дезаминировании аланина образуется пируват:

Пируват, как было сказано ранее, является главным конечным продуктом процесса гликолиза при катаболизме углеводов. Далее ПВК в результате окислительного декарбоксилирования (этап III) превращается в ацетил-КоА, который окисляется в цикле Кребса (рис. 2, Приложение А).

Включение остальных аминокислот можно представить в виде общей сводной схемы:

Рисунок 6 – Катаболизм аминокислот

Пять аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Трп, Тир) считаются «кетогенными», поскольку они являются предшественниками кетоновых тел, в частности ацетоуксусной кислоты, в то время как большинство других аминокислот, обозначаемых как «гликогенные», служат в организме источником энергии, или углеводов, в частности глюкозы. Разделение аминокислот на «кетогенные» и «гликогенные» носит, однако, условный характер, поскольку отдельные участки углеродных атомов Лиз, Трп, Фен, Тир могут включаться и в молекулы предшественников глюкозы, например Фен и Тир – в фумарат. Истинно «кетогенной» аминокислотой является только Лейцин.

Гидролитическое расщепление ДНК, катализируемое синтетическими многоядерными металлонуклеазами

Чанлинь Лю* ^и и Ли Ван ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Ключевая лаборатория пестицидов и химической биологии, Министерство образования, Центрально-китайский педагогический университет, Ухань, Китай
Электронная почта: liuchl@mail. ccnu.edu.cn

Аннотация

Много усилий было направлено на понимание роли ионов металлов в катализе гидролиза фосфодиэфирных связей нуклеиновых кислот. Нуклеазы представляют собой металлоферменты, которые имеют большое разнообразие мотивов активного центра и содержат множество различных ионов металлов. Это свойство затруднило предложение простого механизма для этих ферментов. Следовательно, дизайн и синтез комплексов металлов, которые могут опосредовать расщепление фосфодиэфирной связи через гидролитические пути , имеют важное значение для выяснения каталитических механизмов природных нуклеаз и для разработки препаратов, нацеленных на биомакромолекулы. Недавний прогресс распространился на дизайн синтетических многоядерных металлонуклеаз, содержащих два или более Fe( III ), Zn( II ), Cu( II ), Co( II / III ) или Ln( III / IV ) ионы. Лиганды в этих комплексах включают природные и неприродные органические молекулы, , т.е. , в основном органические молекулы на основе бензимидазолила и пиридила, азамакроциклические и аминокарбоновые производные и их конъюгаты с полипептидами или олигонуклеотидами. Цель этой точки зрения состоит в том, чтобы выделить: (1) различия в структуре и составе между природными и синтетическими многоядерными металлонуклеазами; (2) стратегии дизайна синтетических многоядерных металлонуклеаз; (3) связь между структурой и нуклеолитической активностью синтетических многоядерных металлонуклеаз; и (4) взаимодействия между металлическими сайтами и между металлическими сайтами и лигандами в ходе гидролиза фосфодиэфирной связи. Сравнение иллюстрирует объединяющие темы в катализе гидролиза фосфодиэфирной связи природными и синтетическими многоядерными металлонуклеазами. Действительно, есть сходные черты в химии, которые дают представление о том, как изменения ионов металлов и лигандов как природных, так и синтетических металлонуклеаз могут приводить к одному и тому же общему результату расщепления фосфодиэфирного остова. Кроме того, мы также обсудим эффект сольватации синтетических многоядерных металлонуклеаз и проблемы, с которыми необходимо столкнуться при разработке синтетических многоядерных металлонуклеаз с избирательностью последовательности или структуры ДНК, применяя принципы координации и ферментативной химии.

Гидролитическое расщепление субстратов ДНК-моделей, стимулированное полиоксованадатами

Неле Стенс, ^и Ахмед М. Рамадан, ^и Грегори Абсиллис ^и и Татьяна Н. Парак-Фогт* ^и

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Katholieke Universiteit Leuven, Химический факультет, Celestijnenlaan 200F, Лёвен, Бельгия
Электронная почта: Tatjana. Vogt@chem.kuleuven.be

Аннотация

Гидролиз 4-нитрофенилфосфата (NPP) и бис-4-нитрофенилфосфата (BNPP), двух широко используемых субстратов для моделей ДНК, исследовали в растворах ванадата с помощью ¹ H, ³¹ P и . ⁵¹ В-ЯМР спектроскопия. Гидролиз фосфоэфирной связи в NPP при 50 °С и рН 5,0 протекает с константой скорости 1,74 × 10 ^–5 с ^–1 . Расщепление фосфоэфирной связи в BNPP при 70 °C и pH 5,0 протекает с константой скорости 3,32 × 10 ⁻⁶ с ⁻¹ , что представляет собой ускорение на четыре порядка по сравнению с некатализируемым расщепление. Единственными продуктами гидролиза были неорганический фосфат и нитрофенол (НФ). Спектры ЯМР не показали признаков каких-либо парамагнитных частиц, за исключением возможности восстановления V(V) до V(IV), что указывает на то, что расщепление фосфоэфирной связи является чисто гидролитическим. Зависимость от pH k _obs выявлено, что быстрее всего гидролиз протекает в растворах с рН 5,5. Сравнение профиля скорости с профилем концентрации полиоксованадатов показывает поразительное перекрытие профиля k _obs с профилем концентрации декаванадата (V ₁₀ ). Кинетические эксперименты при 37 °C с использованием фиксированного количества NPP и возрастающего количества V ₁₀ позволили рассчитать каталитическую ( k _c = 5.67 × 10 ⁻⁶ s ⁻¹ ) and formation constants for the NPP-V ₁₀ complex ( K _f = 71,53 М ^-1 ). Переменная температура ³¹ P ЯМР-спектры реакционной смеси выявили уширение и смещение резонанса ³¹ P при добавлении возрастающих количеств декаванадата и повышении температуры, что указывает на процесс динамического обмена между свободным и связанным NPP при более высокие температуры.