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. [email protected]

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.