Липиды в клетке выполняют функцию каталитическую: ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ. 1. В клетке липиды выполняют функцию : а) каталитическую

Содержание

Химический состав клетки. Углеводы, липиды. | Материал для подготовки к ЕГЭ (ГИА) по биологии (11 класс):

Химический состав клетки.

Минеральные вещества. Углеводы. Липиды.

Вариант 2.

Задания на выбор одного верного ответа.

1. К ультрамикроэлементам клетки относят:

А. углерод, кислород, азот Б. натрий, магний, калий

В. фосфор, иод, кальций Г. марганец, молибден, медь

2. Рибоза является структурным элементом:

А. нуклеиновых кислот Б. белков

В. липидов Д. крахмала

3. Каково значение крахмала и гликогена в клетке?

А. Ускоряют биохимические реакции в живой клетке;

Б. Защищают организм от проникновения в него возбудителей

заболеваний;

В. Являются запасными веществами;

Г. Регулируют физиологические процессы.

4. Значительную часть содержимого клетки составляет вода, которая

А. образует веретено деления Б. образует глобулы белка

В. растворяет жиры Г. придает клетке упругость

5. Запасной полисахарид, который содержится в клетках печени и мышц

человека и ряда животных, называют:

А. крахмалом Б. клетчаткой В. сахарозой Г. гликогеном

6. В клетке липиды, в отличие от углеводов, выполняют функцию

А. энергетическую Б. структурную

В. запасающую Г. регуляторную

7. Вам дано 2 вещества: глюкоза и крахмал. Каким из способов вы

абсолютно точно сможете их различить?

А. по запаху Б. по растворимости в воде В. по цвету Г. по массе

8. В животных клетках в качестве основного резервного энергетического

вещества накапливается:

А. мальтоза Б. миоглобин В. глюкоза Г. гликоген

9. Мономером полисахаридов крахмала и целлюлозы являются

А. нуклеотид Б. аминокислота В. глицерин Г. глюкоза

10. К липидам не относится

А. гликоген Б. жир В. воск Г. стероиды

Задания с выбором трех верных ответов из шести предложенных.

11. Какова роль минеральных солей в жизни животных?

А. участвуют в обмене веществ

Б. обеспечивают прочность скелета

В. обеспечивают клетку энергией

Г. регулируют содержание сахара в крови

Д. обеспечивают терморегуляцию

Е. поддерживают кислотность среды

Задания на установление соответствия между содержанием первого и второго столбцов.

12. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов

и их видом.

ОСОБЕННОСТИ УГЛЕВОДОВ

1. содержится в оболочке грибов

2. запасающий углевод животных

3. содержится в оболочке клеток растений

4. является основой наружного скелета

членистоногих

5. запасающий углевод растений

6. запасающий углевод грибов

ВИД УГЛЕВОДА

А. целлюлоза

Б. крахмал

В. гликоген

Г. хитин

Дайте краткий свободный ответ.

13. Почему жиры наиболее энергетически ценные вещества?

липиды и углеводы.(10кл. Профильный уровень)

Тест по биологии

Класс: 10 профильный уровень

Тема: Химический состав клетки.

Липиды и углеводы

ЛИПИДЫ, УГЛЕВОДЫ 10 КЛАСС ПРОФИЛЬ

1 Какие функции выполняют липиды в организме животных?

1) ферментативную 2) запасающую 3) энергетическую

4) структурную 5) сократительную 6) рецепторную

2 Какие функции выполняют углеводы в организме животных?

1) каталитическую 2) структурную 3) запасающую

4) гормональную 5) сократительную 6) энергетическую

3 Какие функции выполняют в клетке молекулы углеводов и липидов?

1) информационную 2) каталитическую 3) строительную

4) энергетическую 5) запасающую 6) двигательную

4. Моносахариды в клетке выполняют функции:

1) энергетическую 2) составных компонентов полимеров 3) информационную

4) составных компонентов нуклеиновых кислот 5) защитную 6) транспортную

5.Все приведенные ниже признаки, кроме двух, являются функциями липидов. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1) запасающую 2) гормональную 3) ферментативную

4) переносчика наследственной информации 5) энергетическую

6.Все перечисленные ниже функции, кроме двух, присущи липидам в организме. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1) структурная 2) ферментативная 3) регуляторная

4) запасающая 5) иммунная

7.Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, можно использовать для описания крахмала. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1) представляет собой полимер альфа-глюкозы 2) содержится в амилопластах в форме зерен

3) образуется в митохондриях клеток растений 4) представляет собой смесь амилозы и амилопектина

5) накапливается в клетках печени и мышц

8. Все приведённые ниже признаки, кроме двух, можно использовать для определения функций липидов в клетке. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1) запасающая 2) регуляторная 3) транспортная 4) ферментативная 5) строительная

9. Установите соответствие между органическими соединениями и их группами: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

СОЕДИНЕНИЕ
А) фруктоза Б) гликоген В) целлюлоза Г) глюкоза Д) крахмал

ГРУППА
1) моносахариды 2) полисахариды

10. Установите соответствие между органическими веществами клетки и их функциями: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ФУНКЦИИ
А) запасные питательные вещества Б) двигательная функция
В) каталитическая функция Г) основной источник энергии Д) участие в иммунных реакциях

ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ
1) белки 2) углеводы

11Установите соответствие между приведёнными примерами липидов и их принадлежностью к группе.

ЛИПИДЫ
А) растительное масло Б) тестостерон В) лецитин Г) адреналин Д) рыбий жир

ГРУППЫ ЛИПИДОВ

1) триглицериды 2) стероиды

12. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами:

ОСОБЕННОСТИ

ВИДЫ

А) мономер

Б) полимер

В) растворимы в воде

Г) не растворимы в воде

Д) входят в состав клеточных стенок растений

Е) входят в состав клеточного сока растений

1) целлюлоза

2) глюкоза

13. Установите соответствие между особенностями строения и свойств вещества и веществом, имеющим эти особенности.

ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И СВОЙСТВ ВЕЩЕСТВА

ВЕЩЕСТВА

A) неполярны, нерастворимы в воде

Б) в состав входит остаток глицерина

B) мономером является глюкоза

Г) мономеры связаны пептидной связью

Д) обладают ферментативными функциями

Е) входят в состав клеточных стенок растительных клеток

1) белки

2) углеводы

3) липиды

14. Все приведённые ниже химические элементы, кроме двух, являются органогенами. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

1) водород 2) азот 3) магний 4) хлор 5) кислород

15. Все приведённые ниже химические элементы, кроме двух, являются макроэлементами. Определите два элемента, «выпадающих» из общего списка, и запишите в ответ цифры, под которыми они указаны.

1) цинк 2) селен 3) магний 4) азот 5) фосфор

Тестовые задания по теме «ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ»

Тестовые задания по теме

«ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ»

Выберите один правильный ответ из предложенных вариантов:

1. Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химические реакции в клетке

1) гормональную

2) сигнальную

3) ферментативную

4) информационную

2. Липиды в организме человека образуются из

1) глицерина и жирных кислот

2) аминокислот

3) глюкозы и фруктозы

4) углекислого газа и воды

3. Какую функцию выполняют белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов

1) регуляторную

2) сигнальную

3) защитную

4) ферментативную

4. Вторичная структура белка, имеющая форму спирали, удерживается связями

1) пептидными

2) ионными

3) водородными

4) ковалентными

5. Основным источником энергии в организме являются

1) витамины

2) ферменты

3) гормоны

4) углеводы

6. Клетчатка и гликоген относятся к

1) белкам

2) моносахаридам

3) липидам

4) полисахаридам

7. По своей природе ферменты относятся к

1) нуклеиновым кислотам

2) белкам

3) липидам

4) углеводам

8. Схема строения какой молекулы изображена на рисунке?

1) вторичная структура белка

2) вторичная структура ДНК

3) третичная структура белка

4) четвертичная структура ДНК

9. Гидрофобные и гидрофильные свойства фосфолипидов лежат в основе

1) их участия в образовании плазматической мембраны

2) выполнения ими энергетической функции

3) взаимодействия молекул липидов с углеводами

4) их регуляторной функции

10. Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи

1) водородные

2) пептидные

3) гидрофобные

4) дисульфидные

11. Хитин входит в состав клеток

1) растений и некоторых животных

2) грибов и некоторых животных

3) бактерий и грибов

4) растений и бактерий

12. Какие вещества синтезируются в клетках человека из аминокислот

1) фосфолипиды

2) углеводы

3) витамины

4) белки

13. Инородные белки, попавшие в организм человека, связываются, образуя комплексы с

1) антигенами

2) тромбоцитами

3) антителами

4) антибиотиками

14. За счёт каких связей обеспечивается первичная структура белковых молекул?

1) пептидных

2) водородных

3) гидрофобных

4) ионных

15. В клетке липиды выполняют функцию

1) каталитическую

2) транспортную

3) информационную

4) энергетическую

16. Белки, в отличие от углеводов и жиров, могут выполнять функцию

1) защитную

2) энергетическую

3) запасающую

4) каталитическую

17.Функция простых углеводов в клетке —

1) каталитическая

2) энергетическая

3) хранение наследственной информации

4) участие в биосинтезе белка

18. Жиры, как и глюкоза, выполняют в клетке функцию

1) строительную

2) информационную

3) каталитическую

4) энергетическую

19. Фосфолипиды — это

1) ферменты, отвечающие за расщепление жиров

2) нейромедиаторы, синтезируемые нервными клетками

3) структурный компонент клеточных мембран

4) запасное вещество клетки

20.Сигнальную, двигательную, транспортную и защитную функции в клетке выполняют

1) белки

2) углеводы

3) липиды

4) ДНК

21. Что изображено на рисунке?

1) молекула белка в первичной структуре

2) молекула ДНК во вторичной структуре

3) молекула белка во вторичной структуре

4) молекула белка в четвертичной структур

22. Выберите белок, выполняющий регуляторную функцию в клетке

1) гемоглобин

2) инсулин

3) пепсин

4) миозин

23. Основным источником энергии в организме являются

1) витамины

2) ферменты

3) гормоны

4) углеводы

24. Выберите белок, выполняющий транспортную функцию в клетке

1) гемоглобин

2) инсулин

3) пепсин

4) миозин

25. Верны ли следующие суждения о функциях белков?

А. Все белки — ферменты.

Б. Все ферменты — белки.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

26. Верны ли следующие суждения о свойствах химических соединений?

А. Белки – органические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

Б. Вторичная структура белков определяется последовательностью аминокислот и удерживается пептидными связями.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

Выберите три правильных ответа

27. Моносахариды в клетке выполняют функции:

1) энергетическую

2) составных компонентов полимеров

3) информационную

4) составных компонентов нуклеиновых кислот

5) защитную

6) транспортную

28. Липиды в клетке выполняют функции:

1) запасающую;

2) гормональную;

3) транспортную;

4) ферментативную;

5) переносчика наследственной информации;

6) энергетическую

29. Белки в организме человека и животных

1) служат основным строительным материалом

2) расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот

3) образуются из аминокислот

4) в печени превращаются в гликоген

5) откладываются в запас

6) в качестве ферментов ускоряют химические реакции

Эталоны ответов

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
3	1	3	3	4	4	2	3	1	2	2	4	3	1	1,4	4	2	4	3	1

21		22		23		24		25		26		27		28		29
3	2		4		1		2		1		1,2,4		1,2,6		1,3,6

Химический состав клетки. 10 класс

Тренировочные тесты ЕГЭ. Биология.

Тема: Химический состав клетки. 10 класс

Часть А

1. Живые организмы нуждаются в азоте, так как он служит

1.составным компонентом белков и нуклеиновых кислот 2.основным источником энергии 3.структурным компонентом жиров и углеводов 4.основным переносчиком кислорода

2. Вода играет большую роль в жизни клетки, так как она 1.участвует во многих химических реакциях 2. обеспечивает нормальную кислотность среды 3. ускоряет химические реакции 4.входит в состав мембран

3. Основным источником энергии в организме являются:

1)витамины 2.ферменты 3. гормоны 4.углеводы

4.Органические вещества в клетке перемещаются к органоидам по

1.системе вакуолей 2.лизосомам 3.митохондриям 4.эндоплазматической сети

4.В клетках каких организмов содержится в десятки раз больше углеводов, чем в клетках животных?

1. бактерий-сапротрофов 2.одноклеточных 3.простейших 4.растений

5.В клетке липиды выполняют функцию:

1) каталитическую 2)транспортную 3.информационную 4.энергетическую

6.В клетках человека и животных в качестве строительного материала и источника энергии используются 1.гормоны и витамины 2.вода и углекислый газ 3.неорганические вещества 4.белки, жиры и углеводы

7 Жиры, как и глюкоза, выполняют в клетке функции: 1)строительную 2.информационную 3.каталитическую 4. энергетическую

8. Укажите какую форму имеет вторичная структура молекулы белка

9.В состав ферментов входят :

1.нуклеиновые кислоты 2.белки 3.молекулы АТФ 4.углеводы

10.Четвертичная структура молекул белка формируется в результате взаимодействия :

1. аминокислот и образования пептидных связей 2.нескольких полипептидных нитей 3.участков одной белковой молекулы за счет водородных связей 4.белковой глобулы с мембраной клетки

11.Какую функцию выполняют белки, вырабатываемые в организме при проникновении в него бактерий или вирусов? 1)регуляторную 2.сигнальную 3.защитную 4.ферментативную

12.Разнообразные функции в клетке выполняют молекулы
1)ДНК 2) белков 3)иРНК 4) АТФ

13.Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химиче ские реакции в клетке?

1)гормональную 2)сигнальную 3.ферментативную 4.информационную

14.Программа о первичной структуре молекул белка зашифрована в молекулах

1)тРНК 2) ДНК 3)липидов 4) полисахаридов

15.В молекуле ДНК две полинуклеотидные нити связаны с помощью

1комплементарных азотистых оснований 2.остатков фосфорной кислоты 3.аминокислот 4.углеводов

16. Связь, возникающая между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей ДНК, —

1)ионная 2) пептидная 3)водородная 4) ковалентная полярная

17.Благодаря свойству молекул ДНК воспроизводить себе подобных,

1.формируется приспособленность организма к среде оби тания

2.у особей вида возникают модификации 3.появляются новые комбинации генов

4.наследственная информация передается от материнской клетки к дочерним

18.Молекулы ДНК представляют собой материальную основу наследственности, так как в них закодирована информация о структуре молекул 1.полисахаридов2.белков 3)липидов 4)аминокислот

19. В молекуле ДНК 100 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего количества. Сколько нуклеотидов с гуанином?

1.400 2. 2003 3. 10004 4. 1800

20. Наследственная информация о признаках организма сосредоточена в молекулах

1.тРНК 2. ДНК 3.белка 4.полисахаридов

21. Рибонуклеиновые кислоты в клетках участвуют в

1.хранении наследственной информации 2.биосинтезе белков

3.биосинтезе углеводов 4.регуляции обмена жиров

22.Молекулы и-РНК, в отличие от т-РНК,

1.служат матрицей для синтеза белка 2.служат матрицей для синтеза тРНК

3.доставляют аминокислоты к рибосоме 4.переносят ферменты к рибосоме

23.Молекула и-РНК осуществляет передачу наследственной информации

1.из ядра к митохондрии 2.из одной клетки в другую

3.из ядра к рибосоме 4.от родителей потомству

24.Молекулы РНК, в отличие от ДНК, содержат азоти стое основание

1)аденин 2)гуанин 3.урацил 4. цитозин

25.Рибоза, в отличие от дезоксирибозы, входит в состав 1)ДНК 2) иРНК 3)белков 4) полисахаридов

26.Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи

1)водородные 2.пептидные 3.гидрофобные 4.дисульфидные

27.АТФ образуется в процессе 1.синтеза белков на рибосомах 2.разложения крахмала с образованием глюкозы 3.окисления органических веществ в клетке 4.фагоцитоза

28.Мономером молекулы белка служит

1) азотистое основание 2) моносахарид 3) аминокислота 4) липиды

29.Большинство ферментов являются

1) углеводами 2) липидами 3) аминокислотами 4) белками

30.Строительная функция углеводов состоит в том, что они

1) образуют целлюлозную клеточную стенку у растений 2) являются биополимерами

3) способны растворяться в воде 4) служат запасным веществом животной клетки

31. Важную роль в жизни клетки играют липиды, так как они 1) являются ферментами

2)растворяются в воде 3)служат источником энергии 4)поддерживают постоянную среду в клетке

32.Синтез белков у эукариот происходит: 1. на рибосомах 2. на рибосомах в цитоплазме

3.на клеточной мембране 4. на микрофиламентах в цитоплазме.

33. Первичная, вторичная и третичная структуры молекулы характерны для:

1.гликогена 2.аденина 3.аминокислоты 4.ДНК.

Часть В

1.В состав молекулы РНК входит

А)рибоза Б)гуанин В) катион магния Г) дезоксирибоза Д) аминокислота Е) фосфорная кислота

Запишите ответ в виде последовательности букв в алфавитном порядке (без пробелов и других символов).

2.Установите соответствие между функцией соединения и биополимером, для которого она характерна. В нижеприведенной таблице под каждым номером, определяющим позиции первого столбца, запишите букву, соответствующей позиции второго столбца.

ФУНКЦИЯ

1) хранение наследственной информации БИОПОЛИМЕР А)белок Б) ДНК

2} образование новых молекул путем самоудвоения

3) ускорение химических реакции

4) является обязательным компо нентом мембраны клетки

5) обезвреживание антигенов

Запишите в таблицу получившуюся последовательность букв и перенесите в бланк ответов (без пробелов и других символов).

3.Установите соответствие между функцией соединения и биополимером, для которого она характерна. В нижеприведенной таблице под каждым номером, определяющим позиции первого столбца, запишите букву, соответствующей позиции второго столбца.

ФУНКЦИЯ

1) образование клеточных стенок БИОПОЛИМЕР А) полисахарид Б) нуклеиновая кислота

2) транспортировка аминокислот

3) хранение наследственной информации

4) служит запасным питатель ным веществом

5) обеспечивает клетку энергией

Часть С

1.В одной цепочке молекулы ДНК имеется 31% адениловых остатков, 25% тимидиловых остатков и 19% цитидиловых остатков. Рассчитайте, каково процентное соотношение нуклеотидов в двухцепочечной ДНК.

2.Найдите ошибки в приведенном тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они сделаны, запишите эти предложения без ошибок.

1. Белки — это биологические полимеры, 2. Мо номерами белков являются аминокислоты. 3. В состав белков входит 30 равных аминокислот. 4. Все аминокислоты могут синтезироваться в организме человека и животных. 5. Аминокислоты соединяются в молекуле белка нековалентными пептидными связями.

3.Содержение нуклеотидов в цепи иРНК следущее: А-35%, Г-27%,Ц-18%, У-20%. Определите процентный состав нуклеотидов участка 2-цепочечной молекулы ДНК, являющегося матрицей для этой иРНК.

4.Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках эукариот при полном окислении фрагмента молекулы крахмала, состоящего из 10 остатков глюкозы?5.Какова роль белков в организме?

6.Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны. Объясните их. 1. Все присутствующие в организме белки — ферменты.2. Каждый фермент ускоряет течение нескольких химических реак ций. 3. Активный центр фермента строго соответствует конфигурации субстрата, с которым он взаимодействует. 4. Активность ферментов не зависит от таких факторов, как температура, рН среды, и других факторов.

7. Найдите ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они допущены, объясните их.

1. Информационнная РНК синтезируется на молекуле ДНК. 2. Ее длина не зависит от объема копируемой информации. 3. Количество и-РНК в клетке составляет 85% от всего количества в клетке.

4. В клетке существует три вида тРНК. 5. Каждая тРНК присоединяет определенную аминокислоту и экспортирует ее к рибосомам. 6. У эукариот т-РНК намного длиннее, чем и-РНК.

8.Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки. Объясните их.

1. Углеводы представляют собой соединения углерода и водород

2. Различают три основных класса углеводов — моносахариды, сахариды и полисахариды.

3. Наиболее распространенные моносахариды — сахароза и лактоза.

4. Они растворимы в воде и обладают сладким вкусом.

5. При расщеплении 1 г глюкозы выделяется 35,2 кДж энергии

9. В чем сходство и различие РНК,ДНК,АТФ?

10 Почему глюкоза не выполняет в клетке запасающую роль?

Напишите на обратной стороне бланка или на отдельном листе краткий ответ, включающий не менее двух элементов.

11.Почему крахмал относят к биополимерам и какое свойство крахмала обуславливает его запасающую функцию в клетке?

Опубликованные материалы на сайте СМИ «Солнечный свет». Статья Тест по теме «Углеводы. Липиды». Автор: Горынина Елена Вячеславовна.

Автор: Горынина Елена Вячеславовна
Тест по биологии для 10 класса по теме «Углеводы.Липиды» для обощения знаний учащихся о строении, классификации, роли углеводов и липидов в клетке.

Тест по теме: «Углеводы. Липиды»

1. Жиры состоят из

а) глицерина и высших жирных кислот

б) глюкозы и высших жирных кислот

в) аминокислот и глицерина

г) глицерина и глюкозы

2. В клетке липиды выполняют следующие функции:

а) энергетическую и строительную

б) строительную и ферментативную

в) ферментативную и информационную

г) информационную и энергетическую

3. К углеводам относятся

а) крахмал и глюкоза

б) крахмал, глюкоза и сахароза

в) крахмал, глюкоза, сахароза, гликоген, целлюлоза (клетчатка)

г) крахмал, глюкоза, сахароза, гликоген, целлюлоза, гемоглобин

4. К полисахаридам относятся

а) глюкоза б) крахмал в) сахароза г) лактоза

5. Дезоксирибоза – это

а) нуклеотид б) липид в) углевод г) белок

6.Углеводами наиболее богаты ткани

а) растений б) животных в) грибов г) бактерий

7. Запасными питательными веществами клетки являются

а) аминокислоты и глюкоза

б) крахмал и гликоген

в) целлюлоза и крахмал

г) целлюлоза и гликоген

Часть (В)

В заданиях выберите три верных ответа из шести. Запишите выбранные цифры в порядке возрастания

1. Липиды в клетке выполняют функции:

1) запасающую

2) гормональную

3) транспортную

4) ферментативную

5) переносчика наследственной информации

6) энергетическую

2. Каковы свойства, строение и функции в клетке полисахаридов?

1) Выполняют структурную и запасающую функции

2) выполняют каталитическую и транспортную функции

3) состоят из остатков молекул моносахаридов

4) состоят из остатков молекул аминокислот

5) растворяются в воде

6) не растворяются в воде

При выполнении задания установите соответствие между содержанием первого и второго столбцов. Впишите в таблицу буквы выбранных ответов.

3. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами

ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛ ВИДЫ УГЛЕВОДОВ

1) мономер А) целлюлоза

2) полимер Б) глюкоза

3) растворимы в воде

4) не растворимы в воде

5) входят в состав клеточных стенок растений

6) входят в состав клеточного сока растений

Какое вещество в клетке выполняет функцию растворителя

1)ограничивает содержимое клетки от внешней среды
2)обеспечивает передвижение веществ в клетке
3)обеспечивает связь между органоидами
4)осуществляет синтез молекул белка

Мембраны гладкой эндоплазматической сети выполняет функцию
1)синтез липидов и углеводов
2)синтез белков
3)расщепление белков
4)расщепление углеводов и липидов

Одна из функций комплекса гольджи
1)образование лизосом
2)образование рибосом
3)синтез Атф
4)окисление органических веществ

Молекулы липидов входят в состав
1)плазматической мембраны
2)рибосомы
3)оболочки клетки грибов
4)центриолей
Заранее спасибо кто поможет

1. Цитоплазма выполняет функцию скелета клетки за счет наличия в ней

А) микротрубочек
Б) множества хлоропластов
В) множества митохондрий
Г) системы разветвленных канальцев
2. В состав цитоплазмы клетки входят
А) белковые нити
Б) реснички и жгутики
В) митохондрии
Г) клеточный центр и лизосомы
3. Какова роль цитоплазмы в растительной клетке
А) защищает содержимое клетки от неблагоприятных условий
Б) обеспечивает избирательную проницаемость веществ
В) осуществляет связь между ядром и органоидами
Г) обеспечивает поступление в клетку веществ из окружающей среды
4. В какой части клетки располагаются органоиды и ядро
А) в вакуолях
Б) в цитоплазме
В) в эндоплазматической сети
Г) в комплексе Гольджи
5. Все органоиды и ядро клетки связаны между собой с помощью
А) оболочки
Б) плазматической мембраны
В) цитоплазмы
Г) вакуолей
6. Цитоплазма в клетке НЕ принимает участия в
А) транспорте веществ
Б) размещении органоидов
В) биосинтезе ДНК
Г) осуществлении связи между органоидами
7. Все органоиды клетки расположены в
А) цитоплазме
Б) комплексе Гольджи
В) ядре
Г) эндоплазматической сети
8. Внутренняя полужидкая среда клетки, пронизанная мельчайшими нитями и трубочками, в которой расположены органоиды и ядро, – это
А) вакуоль
Б) цитоплазма
В) аппарат Гольджи
Г) митохондрии
9. С помощью какой части клетки устанавливаются связи между органоидами?
А) ядро
Б) цитоплазма
В) вакуоль
Г) оболочка

10. Строение и функции плазматической мембраны обусловлены входящими в её состав молекулами
А) гликогена и крахмала
Б) ДНК и АТФ
В) белков и липидов
Г) клетчатки и глюкозы
11. Клетки животных имеют менее стабильную форму, чем клетки растений, так как у них нет
А) хлоропластов
Б) вакуолей
В) клеточной стенки
Г) лизосом
12. Обмен веществ между клеткой и окружающей средой регулируется
А) плазматической мембраной
Б) эндоплазматической сетью
В) ядерной оболочкой
Г) цитоплазмой
13. Гликокаликс в клетке образован
А) липидами и нуклеотидами
Б) жирами и АТФ
В) углеводами и белками
Г) нуклеиновыми кислотами
14) Плазматическая мембрана животной клетки в отличие от клеточной стенки растений
А) состоит из клетчатки
Б) состоит из белков и липидов
В) прочная, неэластичная
Г) проницаема для всех веществ
15. Поступление питательных веществ путем фагоцитоза происходит в клетках
А) прокариот
Б) животных
В) грибов
Г) растений
16. Избирательное поступление в клетку веществ через плазматическую мембрану связано с
А) наличием целлюлозной оболочки
Б) постоянством концентрации веществ в цитоплазме
В) особенностями строения билипидного слоя
Г) наличием гликокаликса
17. К основным свойствам плазматической мембраны относят
А) непроницаемость
Б) сократимость
В) избирательную проницаемость
Г) возбудимость и проводимость
18. Оболочка грибной клетки, в отличие от растительной, состоит из
А) клетчатки
Б) хитиноподобного вещества
В) сократительных белков
Г) липидов
19. Производное плазматической мембраны – гликокаликс имеется на поверхности клеток
А) животных
Б) вирусов
В) грибов
Г) бактериофагов

Из предложенных ответов выберите одно из положений клеточной теории:

А) организмы всех царств живой природы состоят из клеток
Б) оболочка грибной клетки состоит из хитина, как и наружный скелет членистоногих
В) клетки животных организмов не содержат пластиды
Г) спора бактерий представляет собой одну специализированную клетку
Вода в клетке выполняет функцию: А) транспортную, растворителя
Б) энергетическую В) каталитическую Г) информационную
РНК представляет собой:
А) полинуклеотидную цепь в форме двойной спирали, цепи которой соединены водородными связями Б) нуклеотид, содержащий две богатых энергией связи
В) полинуклеотидную нить в форме одноцепочечной спирали
Г) полинуклеотидную цепь, состоящую из различных аминокислот
Синтез молекул АТФ происходит в:
А) рибосомах Б) митохондриях В) аппарате Гольджи Г) ЭПС
Клетки прокариот отличаются от клеток эукариот:
А) более крупными размерами Б) отсутствием ядра
В) наличием оболочки Г) наличием нуклеиновых кислот
Митохондрии считают силовыми станциями клетки, так как:
А) в них расщепляются органические вещества с освобождением энергии
Б) в них откладываются в запас питательные вещества
В) в них образуются органические вещества Г) они преобразуют энергию света
Значение обмена веществ в клетке состоит в:
А) обеспечение клетки строительным материалом и энергией
Б) осуществлении передачи наследственной информации от материнского организма к дочернему
В) равномерном распределении хромосом между дочерними клетками
Г) обеспечении взаимосвязей клеток в организме
Роль и-РНК в синтезе белка состоит в:
А) обеспечении хранения наследственной информации Б) обеспечении клетки энергией
В) обеспечении передачи генетической информации из ядра в цитоплазму
Восстановление диплоидного набора хромосом в зиготе – первой клетке нового организма – происходит в результате:
А) мейоза Б) митоза В) оплодотворения Г) обмена веществ
«Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются совместно» — это формулировка:
А) правила доминирования Г. Менделя Б) закона сцепленного наследования Т. Моргана
В) закона расщепления Г. Менделя Г) закона независимого наследования признаков Г. Менделя
Генетический код представляет собой:
А) отрезок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одного белка
Б) последовательноcть аминокислотных остатков в молекуле белка
В) последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющую первичную структуру всех молекул белка
Г) зашифрованную в т-РНК информацию о первичной структуре белка
Совокупность генов популяции, вида или иной систематической группы называют:
А) генотипом Б) фенотипом В) генетическим кодом Г) генофондом
Изменчивость, которая возникает под влиянием факторов внешней среды и не затрагивает хромосомы и гены, называют: А) наследственной Б) комбинативной
В) модификационной Г) мутационной
Образование новых видов в природе происходит в результате:
А) стремления особей к самоусовершенствованию
Б) преимущественного сохранения в результате борьбы за существование и естественного отбора особей с полезными наследственными изменениями:
В) отбора и сохранения человеком особей с полезными наследственными изменениями
Г) выживания особей с разнообразными наследственными изменениями
Процесс сохранения из поколения в поколение особей с полезными для человека наследственными изменениями называется: А) естественный отбор
Б) наследственная изменчивость В) борьба за существование Г) искусственный отбор
Определите среди названных эволюционных изменений ароморфоз:
А) формирование конечностей копательного типа у крота
Б) появление покровительственной окраски у гусеницы
В) появление легочного дыхания у земноводных Г) утрата конечностей у китов
Из перечисленных факторов эволюции человека к биологическим относится:
А) естественный отбор Б) речь В) общественный образ жизни Г) труд
Выпишите буквы в той последовательности, которая отражает этапы эволюции человека: А) кроманьонцы Б) питекантропы В) неандертальцы Г) австралопитеки
Все компоненты неживой природы (свет, температура, влажность, химический и физический состав среды), воздействующие на организмы, популяции, сообщества, называют факторами:
А) антропогенными Б) абиотическими В) ограничивающими Г) биотическими
Животных, грибы относят к группе гетеротрофов, так как:
А) сами создают органические вещества из неорганических Б) используют энергию солнечного света В) питаются готовыми органическими веществами Г) питаются минеральными веществами
Биогеоценоз – это:
А) искусственное сообщество, созданное в результате хозяйственной деятельности человека
Б) комплекс взаимосвязанных видов, обитающих на определенной территории с однородными природными условиями
В) совокупность всех живых организмов планеты
Г) геологическая оболочка, населенная живыми организмами
Форму существования вида, обеспечивающую его приспособленность к жизни в определенных условиях, представляет:
А) особь Б) стадо В) колония Г) популяция

1. Цитоплазма выполняет функцию скелета клетки за счет наличия в ней

Из предложенных ответов выберите одно из положений клеточной теории:

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ

1. Какую роль выполняет вода в жизни клетки?

1) растворителя

2) строительную

3) энергетическую

4) защитную

2. Вода, играющая большую роль в поступлении веществ в клетку, выполняет функцию

1) растворителя

2) строительную

3) каталитическую

4) защитную

3. Вода играет большую роль в жизни клетки, так как она

1) участвует во многих химических реакциях

2) обеспечивает нейтральную реакцию среды

3) ускоряет химические реакции

4) является источником энергии

4. Значительную часть содержимого клетки составляет вода, которая

1) образует веретено деления

2) образует глобулы белка

3) растворяет жиры

4) придает клетке упругость

5. Вода участвует в теплорегуляции благодаря

1) полярности молекул

2) низкой теплоёмкости

3) высокой теплоёмкости

4) небольшим размерам молекул

6. Какие из перечисленных химических связей разрушаются при транспирации воды?

1) полярные

2) гидрофобные

3) водородные

4) ковалентные

7. Какое свойство воды делает её хорошим растворителем в биологических системах?

1) хорошая теплопроводность

2) малые размеры

3) ионная связь

4) полярность молекул

8. В каком из перечисленных процессов участвуют ионы кальция?

1) транспорт газов

2) образование связей между аминокислотами

3) синтез белков

4) свёртывание крови

9. Одним из элементов, обуславливающих активный транспорт ионов через клеточные мембраны, является

10. На сокращение скелетных мышц влияют ионы

4) кальция

11. Минеральные вещества в организме НЕ участвуют в

1) построении скелета

2) освобождении энергии при биологическом окислении

3) регуляции сердечной деятельности

4) поддержании кислотно-щелочного равновесия

12. В клетках человека и животных в качестве строительного материала и источника энергии используются

1) гормоны и витамины

2) вода и углекислый газ

3) неорганические вещества

4) белки, жиры и углеводы

13. Функция углеводов в клетке

1) каталитическая

2) энергетическая

3) наследственная

4) регуляторная

14. Основным источником энергии в организме являются

1) витамины

2) ферменты

3) гормоны

4) углеводы

15. Простой углевод глюкоза является мономером

1) клетчатки

3) липидов

4) нуклеиновых кислот

16. Простые углеводы глюкоза, фруктоза, лактоза выполняют в клетке функцию

1) транспортную

2) энергетическую

3) информационную

4) сигнальную

17. Хорошо растворяются в воде

1) жирные кислоты

2) металлы

3) фосфолипиды

4) простые углеводы

18. Растворимость углеводов в воде понижается с возрастанием в молекуле числа атомов

1) водорода

2) кислорода

3) углерода

19. Сложные углеводы, в отличие от простых, являются

1) мономерами

2) биополимерами

3) ферментами

4) пигментами

20. Избыточное количество углеводов в организме приводит к

1) отравлению

2) их превращению в белки

3) их превращению в жиры

4) расщеплению на более простые вещества

21. Клетчатка в растительной клетке выполняет функцию

1) структурную

2) запасающую

3) транспортную

4) энергетическую

22. Клеточная стенка растений состоит из

1) полисахаридов

2) дисахаридов

4) фосфолипидов

23. Клетчатка и гликоген относятся к

2) моносахаридам

3) липидам

4) полисахаридам

24. Из каких веществ состоят витамины А и D?

1) из белков

2) из углеводов

3) из нуклеиновых кислот

4) из липидов

25. Гидрофобными соединениями являются

1) ферменты

3) олигосахариды

26. Липиды в организме человека образуются из

1) глицерина и жирных кислот

2) аминокислот

3) глюкозы и фруктозы

4) углекислого газа и воды

27. В отличие от углеводов, некоторые липиды содержат в своем составе атомы

1) водорода

2) фосфора

3) углерода

4) кислорода

28. Жиры, как и глюкоза, выполняют в клетке функцию

1) строительную

2) информационную

3) каталитическую

4) энергетическую

29. В клетке липиды выполняют функцию

1) каталитическую

2) транспортную

3) информационную

4) энергетическую

30. В клетке липиды выполняют функцию

1) каталитическую и сигнальную

2) транспортную и генетическую

3) информационную и двигательную

4) энергетическую и строительную

31. Какую функцию не выполняют в клетке липиды?

1) энергетическую

2) запасающую

3) структурную

4) сигнальную

32. Регуляторную функцию выполняют липиды, входящие в состав

1) плазматической мембраны

2) гормонов

3) витаминов

4) цитоплазмы

33. Гидрофильные и гидрофобные свойства фосфолипидов лежат в основе

1) их участия в образовании плазматической мембраны

2) выполнения ими энергетической функции

3) взаимодействия молекул липидов с углеводами

4) их регуляторной функции

34. Фосфолипиды – это

1) ферменты, отвечающие за расщепление жиров

2) нейромедиаторы, синтезируемые нервными клетками

3) структурный компонент клеточных мембран

4) запасное вещество клетки

35. Нерастворимость липидов в воде обусловливает полупроницаемость

1) оболочки ядра

2) клеточной стенки

3) плазматической мембраны

4) цитоплазмы

36. Молекулы липидов входят в состав

1) плазматической мембраны

2) рибосом

3) оболочки клетки гриба

4) центриолей

37. В каком из перечисленных веществ растворяются жиры?

2) аминокислота

4) раствор

38. Молекулы какого органического вещества считают многофункциональными?

1) липидов

3) углеводов

4) нуклеиновых кислот

39. Вещества, содержащие азот, образуются при биологическом окислении

3) углеводов

4) глицерина

40. Живые организмы нуждаются в азоте, так как он служит

1) составным компонентом белков и нуклеиновых кислот

2) основным источником энергии

3) структурным компонентом жиров и углеводов

4) основным переносчиком кислорода

41. Синтез каких простых органических веществ в лаборатории подтвердил возможность абиогенного возникновения белков?

1) аминокислот

2) сахаров

4) жирных кислот

42. Мономерами молекул каких органических веществ являются аминокислоты?

2) углеводов

4) липидов

43. Последовательность расположения аминокислот в молекуле белка определяется

1) последовательностью расположения рибосом на ЭПС

2) плазматической мембраной

3) эндоплазматической сетью

4) порядком расположения триплетов в ДНК

44. Первичная структура молекул белка определяется

1) гидрофобными связями между радикалами

2) водородными связями между аминокислотами

3) пептидными связями между аминокислотами

4) соединением нескольких полипептидных цепей

45. Пептидные связи возникают между

1) аминокислотами

2) остатками глюкозы

3) молекулами воды

4) нуклеотидами

46. Пептидные связи между аминокислотами в белке определяют его структуру

1) четвертичную

2) третичную

3) первичную

4) вторичную

47. Какие связи обуславливают первичную структуру белка?

1) гидрофобные между радикалами

2) ионные между полипептидами

3) пептидные между аминокислотами

4) водородные между –NН и –СО группами

48. Назовите молекулу, входящую в состав клетки и имеющую карбоксильную и аминогруппы

1) глюкоза

3) аминокислота

4) клетчатка

49. Из аминокислот состоят

1) витамины

2) полисахариды

4) ферменты

50. Водородные связи между СО- и NН- группами в молекуле белка придают ей форму спирали, характерной для структуры

1) первичной

2) вторичной

3) третичной

4) четвертичной

51. Связи, поддерживающие вторичную структуру белка

1) гидрофобные

2) водородные

4) ковалентные

52.Что изображено на рисунке?

1) молекула белка в первичной структуре

2) молекула ДНК во вторичной структуре

3) молекула белка во вторичной структуре

4) молекула белка в четвертичной структур

53.Какой буквой обозначена вторичная структура белковой молекулы?

54.Схема строения какой молекулы изображена на рисунке?

1) вторичная структура белка

2) вторичная структура ДНК

3) третичная структура белка

4) четвертичная структура ДНК

55. Полипептидная цепь, свернутая в клубок – это структура белка

1) первичная

2) вторичная

3) третичная

4) четвертичная

56. Третичная структура белка представляет собой свернутую в клубок спираль за счет образования

1) связей между полипептидными цепями

2) пептидных связей между аминокислотами

3) гидрофобных связей между радикалами аминокислот

4) водородных связей между СО- и NН- группами

57. Четвертичная структура белка образуется при взаимодействии

1) аминокислот с образованием пептидных связей

2) нескольких полипептидных цепей

3) участков одной белковой молекулы за счет водородных связей

4) белковой глобулы с мембраной клетки

58. О чем свидетельствует свойство развернутой полипептидной цепи свертываться в спираль, а затем укладываться в третичную структуру?

1) о необратимости процесса денатурации

2) об обратимости процесса денатурации

3) о многофункциональности белков

4) о видоспецифичности белков

59. Как называют процесс развертывания молекул белка вследствие нарушения их третичной и вторичной структур?

1) денатурацией

2) раздражимостью

3) возбудимостью

4) сократимостью

60. Процесс денатурации белковой молекулы обратим, если не разрушены связи

1) водородные

2) пептидные

3) гидрофобные

4) дисульфидные

61. В основе какой функции лежит способность молекул белка изменять свою структуру?

1) информационной

2) энергетической

3) сократительной

4) каталитической

62. Инородные белки, попавшие в организм человека, связываются, образуя комплексы с

1) антигенами

2) тромбоцитами

3) антителами

4) антибиотиками

63. Какую функцию выполняют белки, ускоряющие химические реакции в клетке?

1) гормональную

2) сигнальную

3) ферментативную

4) информационную

64. Свойство молекул белка образовывать соединения с другими веществами и перемещать их в клетке или организме лежит в основе их функции

1) каталитической

2) защитной

3) сигнальной

4) транспортной

65. Как называют белок, который в организме человека и животных переносит кислород из легких к клеткам тела?

1) гемоглобин

2) хлорофилл

3) альбумин

66. Какую функцию выполняют сократительные белки в организме человека?

1) защитную

2) движения

3) ферментативную

4) сигнальную

67. Только белки выполняют функцию

1) защитную

2) энергетическую

3) запасающую

4) двигательную

68. Ферментативную функцию в клетке выполняют

3) углеводы

4) нуклеиновые кислоты

69. Белки, в отличие от углеводов и жиров, могут выполнять функцию

1) защитную

2) энергетическую

3) запасающую

4) каталитическую

70. Отличие ферментов от других белков заключается в том, что они

1) не денатурируют

2) обладают только двумя пространственными конфигурациями

3) активны при любых условиях

4) ускоряют химические реакции

71. Чтобы выяснить влияние низкой температуры на активность ферментов желудочного сока, следует налить в две пробирки немного желудочного сока и добавить к нему тонкие хлопья белка полусваренного яйца. Затем

1) одну пробирку поставить в снег, а вторую – в тёплую воду

2) обе пробирки поставить в снег и добавить в одну раствор соляной кислоты

3) одну пробирку поставить в снег, а вторую – в кипящую воду

4) обе пробирки поставить в снег и добавить в одну раствор щелочи

72. Сигнальную, двигательную, транспортную и защитную функции в клетке выполняют

2) углеводы

73.Молекула какого вещества, входящего в состав многих структур клетки, изображена на рисунке?

1) углевода

2) липида

74. В состав хромосом входят органические вещества

1) АТФ и глюкоза

2) рРНК и протеины

3) ДНК и белки

4) иРНК и липиды

75. Закрученные в спираль две полинуклеотидные нити – это структура молекулы

4) клетчатки

76. Сходство нуклеотидного состава ДНК у особей одного вида свидетельствует о том, что молекулы ДНК

1) имеют форму двойной спирали

2) входят в состав всех клеток

3) способны к репликации

4) характеризуются видоспецифичностью

77. Главная роль в хранении и передаче наследственной информации принадлежит

1) хромосомам

2) рибосомам

3) клеточному центру

4) комплексу Гольджи

78. Программа о первичной структуре молекул белка зашифрована в молекулах

3) липидов

4) полисахаридов

79. Наследственная информация о признаках организма сосредоточена в молекулах

4) полисахаридов

80. По принципу комплементарности происходит соединение

1) двух цепей в молекуле ДНК

2) аминокислот в молекуле белка

3) нуклеотидов в полинуклеотидной цепи

4) тРНК с определённой аминокислотой

81. В молекуле ДНК две полинуклеотидные нити соединены с помощью

1) водородных связей между азотистыми основаниями

2) химических связей между остатками фосфорной кислоты

3) простых и сложных углеводов

4) заменимых и незаменимых аминокислот

82. Связь, возникающая между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей ДНК

2) пептидная

3) водородная

4) ковалентная полярная

83. Участок ДНК, содержащий информацию об одной полипептидной цепи, называется

1) хромосома

2) триплет

84. Для молекулы ДНК характерна функция

1) самоудвоения

2) денатурации

3) ферментативная

4) гормональная

85. Сколько водородных связей связывают аденин с тимином в молекуле ДНК?

86. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 10% от общего числа. Сколько нуклеотидов с аденином содержится в этой молекуле?

87. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с тимином составляет 20% от общего числа. Сколько нуклеотидов с цитозином содержится в этой молекуле?

88. В молекуле ДНК 100 нуклеотидов с тимином, что составляет 10% от общего количества. Сколько нуклеотидов с гуанином?

89. Благодаря свойству молекул ДНК воспроизводить себе подобных

1) формируется приспособленность организмов к среде обитания

2) у особей вида возникают модификации

3) появляются новые комбинации генов

4) наследственная информация передается от материнской клетки к дочерним

90. Рибоза входит в состав молекул

1) гемоглобина

4) хлорофилла

91. Не встречается в ДНК

3) цитозин

92. Рибонуклеиновые кислоты в клетках участвуют в

1) хранении наследственной информации

2) биосинтезе белков

3) биосинтезе углеводов

4) регуляции обмена жиров

93. Молекулы иРНК в отличие от тРНК

1) служат матрицей для синтеза белка

2) служат матрицей для синтеза тРНК

3) доставляют аминокислоты к рибосоме

4) переносят ферменты к рибосоме

94. Молекула иРНК осуществляет передачу наследственной информации

1) из ядра к митохондрии

2) из одной клетки в другую

3) из ядра к рибосоме

4) от родителей потомству

95.На каком рисунке представлена схема строения вещества, которое доставляет аминокислоты к рибосоме?

96. Структуру, напоминающую по форме лист клевера, имеет молекула

1) гемоглобина

3) хлорофилла

97. Аминокислоты к месту сборки белка доставляются молекулами

98. Все транспортные РНК синтезируются

1) на иРНК

2) на рибосомах

4) в цитоплазме

99. рРНК – это

1) переносчик генетической информации

2) переносчик аминокислот

3) компонент клеточного ядра

4) компонент рибосом

100. При расщеплении нуклеиновых кислот образуются молекулы

1) глюкозы

2) жирных кислот и глицерина

3) аминокислот

4) нуклеотидов

101.На рисунке показана химическая формула молекулы

1) нуклеотида рибонуклеотида

2) нуклеотида дезоксирибонуклеотида

3) аминокислоты

102. Азотистое основание аденин, рибоза и 3 остатка фосфорной кислоты входят в состав

103. АТФ в отличие от аденилового нуклеотида имеет

1) богатые энергией 3 остатка фосфорной кислоты

2) углевод рибозу

3) одно азотистое основание

4) 3 азотистых основания

104. Богатые энергией связи в молекуле АТФ называются

1) ковалентными

2) водородными

3) макроэргическими

4) гидрофобными

105. Молекулы АТФ выполняют в клетке функцию

1) защитную

2) каталитическую

3) аккумулятора энергии

4) транспортную

106. Почему молекулы АТФ считают универсальным источником энергии?

1) заключенная в них энергия используется во многих процессах жизнедеятельности

2) они участвуют в химических реакциях

3) они ускоряют химические реакции

4) их химические связи богаты энергией

107. Наибольшее количество энергии освобождается при расщеплении одной связи в молекуле

1) полисахарида

3) глюкозы

108. Наибольшее количество молекул АТФ содержится в клетках тканей человека

1) мышечной

2) нервной

3) соединительной

4) эпителиальной

109. Молекулы АТФ образуются в процессе

1) синтеза белков на рибосомах

2) разложения крахмала с образованием глюкозы

3) окисления органических веществ в клетке

4) фагоцитоза

110. Входят в состав ферментов и влияют на обмен веществ

1) гормоны

3) витамины

4) углеводы

111. Верны ли следующие суждения о функциях воды в клетке?

А. Вода определяет объём и упругость клетки растений и животных.

Б. Вода не участвует в терморегуляции организма.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

112. Верны ли следующие суждения о свойствах физиологического раствора?

А. Осмотическое давление в физиологическом растворе равно осмотическому давлению в клетке.

Б. Клетки в физиологическом растворе сохраняют свою форму.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

113. Верны ли следующие утверждения о вкусе веществ?

А. Моносахариды и дисахариды растворимы в воде, сладкие на вкус.

Б. Полисахариды нерастворимы и поэтому безвкусны.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

114. Верны ли следующие суждения о свойствах химических соединений?

А. Белки – органические полимеры, мономерами которых являются аминокислоты.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

115. Верны ли следующие утверждения о функциях белков в клетке?

А. Многие белки выполняют каталитическую функцию.

Б. Некоторые гормоны имеют белковую природу.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

116. Верны ли следующие утверждения о функциях белков в клетке?

А. Белки выполняют основную энергетическую функцию в организме.

Б. В белках реализуется наследственная информация организма.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

117. Верны ли следующие суждения о белках?

А. Все белки — ферменты.

Б. Все ферменты — белки.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

118. Верны ли следующие суждения об обмене веществ в организме человека?

А. При повышении температуры активность ферментов повышается прямо пропорционально значению температуры.

Б. Наибольшую активность в организме человека ферменты проявляют в диапазоне температур 36–39 градусов Цельсия.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

119. Верны ли следующие суждения о свойствах химических соединений?

А. Все нуклеиновые кислоты хранят и передают наследственную информацию.

Б. ДНК участвует в процессе трансляции, взаимодействуя с транспортной РНК на рибосомах.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

ЧАСТЬ В

1. Какие особенности строения и свойства молекул воды определяют её большую роль в клетке?

1) способность образовывать водородные связи

2) наличие в молекулах богатых энергией связей

3) полярность её молекул

4) способность к образованию ионных связей

5) способность образовывать пептидные связи

6) способность взаимодействовать с ионами

2. Моносахариды в клетке выполняют функции:

1) энергетическую

2) составных компонентов полимеров

3) информационную

4) составных компонентов нуклеиновых кислот

5) защитную

6) транспортную

3. Каковы свойства, строение и функции в клетке полисахаридов?

1) выполняют структурную и запасающую функции

2) выполняют каталитическую и транспортную функции

3) состоят из остатков молекул моносахаридов

4) состоят из остатков молекул аминокислот

5) растворяются в воде

6) не растворяются в воде

4.Какие функции выполняют углеводы в организме животных?

1) каталитическую

2) структурную

3) запасающую

4) гормональную

5) сократительную

6) энергетическую

5.Какие функции выполняют в клетке молекулы углеводов и липидов?

1) информационную

2) каталитическую

3) строительную

4) энергетическую

5) запасающую

6) двигательную

6.Какие функции выполняют липиды в организме животных?

1) ферментативную

2) запасающую

3) энергетическую

4) структурную

5) сократительную

6) рецепторную

7. Липиды в организме животных и человека

1) расщепляются в кишечнике до аминокислот

2) участвуют в построении мембран клеток

3) накапливаются в подкожной клетчатке, в области почек, сердца

4) превращаются в белки

5) расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот

6) синтезируются из аминокислот

8. Липиды в клетке выполняют функции

1) запасающую

2) гормональную

3) транспортную

4) ферментативную

5) переносчика наследственной информации

6) энергетическую

9. Белки и липиды участвуют в образовании

1) рибосом

2) мембран митохондрий и хлоропластов

3) плазматической мембраны

4) оболочки ядра

5) микротрубочек

6) центриолей

10.Выберите особенности строения молекул белков.

1) состоят из жирных кислот

2) состоят из аминокислот

3) мономеры молекулы удерживаются пептидными связями

4) состоят из одинаковых по строению мономеров

5) представляют собой многоатомные спирты

6) четвертичная структура молекул состоит из нескольких глобул

11.Выберите примеры функций белков, осуществляемых ими на клеточном уровне жизни.

1) обеспечивают транспорт ионов через мембрану

2) входят в состав волос, перьев

3) формируют кожные покровы

4) антитела связывают антигены

5) запасают кислород в мышцах

6) обеспечивают работу веретена деления

12.Выберите три функции, характерные только для белков.

1) энергетическая

2) каталитическая

3) двигательная

4) транспортная

5) структурная

6) запасающая

13. Белки в организме человека и животных

1) служат основным строительным материалом

2) расщепляются в кишечнике до глицерина и жирных кислот

3) образуются из аминокислот

4) в печени превращаются в гликоген

5) откладываются в запас

6) в качестве ферментов ускоряют химические реакции

14.Белки, в отличие от нуклеиновых кислот,

1) участвуют в образовании плазматической мембраны

2) входят в состав хромосом

3) участвуют в гуморальной регуляции

4) осуществляют транспортную функцию

5) выполняют защитную функцию

6) переносят наследственную информацию из ядра к рибосоме

15. Молекула ДНК

1) полимер, мономером которого является нуклеотид

2) полимер, мономером которого является аминокислота

3) двуцепочный полимер

4) одноцепочный полимер

5) содержит наследственную информацию

6) выполняет энергетическую функцию в клетке

16. Какие признаки характерны для молекулы ДНК?

1) состоит из одной полипептидной нити

2) состоит из двух полинуклеотидных нитей, закрученных в спираль

3) имеет нуклеотид, содержащий урацил

4) имеет нуклеотид, содержащий тимин

5) сохраняет наследственную информацию

6) переносит информацию о строении белка из ядра к рибосоме

17. Какие структурные компоненты входят в состав нуклеотидов ДНК?

1) азотистые основания: А, Т, Г, Ц

2) разнообразные аминокислоты

3) липопротеины

4) углевод дезоксирибоза

5) азотная кислота

6) фосфорная кислота

18. ДНК в клетке выполняет функции

1) матрицы для биосинтеза белка

2) хранения наследственной информации

3) передачи наследственной информации от клетки к клетке

4) матрицы для синтеза иРНК

5) регуляции обмена веществ

6) сборки рибосом

19.Выберите признаки РНК.

1) содержится в рибосомах и ядрышке

2) способна к репликации

3) состоит из одной цепи

4) содержится в хромосомах

5) набор нуклеотидов АТГЦ

6) набор нуклеотидов АГЦУ

20. Чем молекула иРНК отличается от ДНК?

1) переносит наследственную информацию из ядра к рибосоме

2) в состав нуклеотидов входят остатки азотистых оснований, углевода и фосфорной кислоты

3) состоит из одной полинуклеотидной нити

4) состоит из связанных между собой двух полинуклеотидных нитей

5) в ее состав входит углевод рибоза и азотистое основание урацил

6) в ее состав входит углевод дезоксирибоза и азотистое основание тимин

21. Каковы особенности строения и функций АТФ?

1) является полинуклеотидной цепью

2) содержит азотистое основание аденин

3) образуется на ДНК

4) содержит три остатка фосфорной кислоты

5) содержит сахар рибозу

6) содержит три макроэргические связи

22. Установите соответствие между характеристикой углевода и его группой.

23. Установите соответствие между особенностями молекул углеводов и их видами.

ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛ ВИДЫ УГЛЕВОДОВ

А) мономер 1) целлюлоза

Б) полимер 2) глюкоза

В) растворимы в воде

Г) не растворимы в воде

Д) входят в состав клеточных стенок растений

Е) входят в состав клеточного сока растений

24. Установите соответствие между функцией органического вещества и его видом.

ФУНКЦИИ ВЕЩЕСТВА

А) энергетическая 1) углеводы

Б) ферментативная 2) белки

В) запасающая

Г) регуляторная

Д) образуют клеточные стенки растений

25.Установите соответствие между строением и функцией вещества и его видом

26. Установите соответствие между классами органических веществ и выполняемыми ими функциями в клетке —

углеводы (1) и нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК (2)

A) запасание энергии

Б) сигнальная

B) хранение генетической информации

Г) перенос энергии

Д) входит в состав клеточных стенок и мембран

Е) реализация генетической информации (синтез белка)

27. Установите соответствие между классами органических веществ и их свойствами и функциями в клетке:

углеводы (1) и липиды (2)

A) гидрофильны

Б) имеют гидрофобные участки

B) могут выполнять сигнальные функции

Г) бывают жидкими и твёрдыми

Д) служат структурным элементом оболочек

Е) служат структурным элементом мембран

28. Установите соответствие между строением и функцией органического вещества и его видом.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ВЕЩЕСТВА

А) состоят из остатков молекул глицерина и жирных кислот 1) липиды

Б) состоят из остатков молекул аминокислот 2) белки

В) защищают организм от переохлаждения

Г) защищают организм от чужеродных веществ

Д) относятся к полимерам

Е) не являются полимерами

29. Установите соответствие между строением и функцией органического вещества и его видом.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ВЕЩЕСТВА

А) растворимы в воде 1) липиды

Б) гидрофобны 2) моносахариды

В) составляют основу клеточных мембран

Г) состоят из остатков глицерина и жирных кислот

Д) образуются в результате расщепления крахмала

Е) накапливаются в клетках животных

30. Установите соответствие между признаком строения молекулы белка и её структурой.

ПРИЗНАК СТРОЕНИЯ СТРУКТУРА

А) последовательность аминокислотных остатков в молекуле БЕЛКА

Б) молекула имеет форму клубка 1) первичная

В) число аминокислотных остатков в молекуле 2) третичная

Г) пространственная конфигурация полипептидной цепи

Д) образование гидрофобных связей между радикалами

Е) образование пептидных связей

31. Установите соответствие между особенностями строения и свойств вещества и веществом.

32. Установите соответствие между характеристиками органических веществ и их видами.

33. Установите соответствие между признаком нуклеиновой кислоты и её видом.

ПРИЗНАК ВИД

А) спираль состоит из двух полинуклеотидных цепей 1) ДНК

Б) состоит из одной полинуклеотидной цепи 2) иРНК

В) передает наследственную информацию из ядра к рибосоме

Д) состоит из нуклеотидов: АТГЦ

Е) состоит из нуклеотидов: АУГЦ

34. Установите соответствие между характеристикой молекулы нуклеиновой кислоты и её видом.

ХАРАКТЕРИСТИКА ВИД НУКЛЕИНОВОЙ

А) имеет фору клеверного листа КИСЛОТЫ

Б) состоит из 2-х спирально закрученных цепей 1) ДНК

В) доставляет аминокислоты к рибосоме 2) тРНК

Г) является хранителем наследственной информации

Д) в длину достигает нескольких сотен тысяч нанометров

Е) имеет самые маленькие размеры из нуклеиновых кислот

35. Установите соответствие между признаками и видами нуклеиновых кислот.

36. Установите соответствие между строением и функцией органического вещества и его видом.

СТРОЕНИЕ И ФУНКЦИИ ВЕЩЕСТВА

А) имеют более крупные размеры 1) иРНК

Б) имеют три петли и акцепторный участок 2) тРНК

В) имеют антикодон

Г) переносят аминокислоты к рибосомам

Д) составляют около 5% от всех видов РНК

Е) определяют порядок расположения аминокислот в белке

37. Установите, в какой последовательности образуются структуры молекулы белка.

1) полипептидная цепь

2) клубок или глобула

3) полипептидная спираль

4) структура из нескольких субъединиц

КЛЮЧ 2.3 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ КЛЕТКИ























	I.2.4 При ведении соединенного поезда с постановкой локомотива в голове и в составе или в хвосте поезда с объединенной тормозной магистралью II УПРАВЛЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИМИ ТОРМОЗАМИ МОТОР‑ВАГОННОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА II.3 У недействующих локомотивов и вагонов мотор-вагонного подвижного состава III УПРАВЛЕНИЕ ЭЛЕКТРОПНЕВМАТИЧЕСКИМИ ТОРМОЗАМИ МОТОР‑ВАГОННОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА III. Рассказ учителя об основных этапах творческого пути Рубцова и составление учащимися краткого конспекта 1. Дайте определение понятия. Диполь — совокупность двух точечных электрических зарядов, равных по величине и противоположных по знаку, находящихся на некотором расстоянии друг от друга . 2. Какая особенность строения молекулы воды определяет ее свойство универсального растворителя? Молекула воды представляет собой диполь, на одном конце молекула заряжена положительно, а на другом – отрицательно. Именно это и позволяет воде быть универсальным растворителем. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в ней. 3. Закончите заполнение таблицы. СВОЙСТВА ВОДЫ 4. Используя рисунок 8, опишите последовательность растворения кристалла хлорида натрия в воде. 5. Выпишите в таблицу соли, входящие в состав живых организмов. МИНЕРАЛЬНЫЕ СОЛИ 6. Пользуясь в § 2.3 содержанием раздела «Вода», докажите или опровергните утверждение: «Вода — колыбель жизни». Вода – единственное вещество на Земле, которое встречается в твердом, жидком и газообразном состоянии в естественных условиях. Покрывая около трех четвертей поверхности нашей планеты, вода является колыбелью жизни на Земле. Все биохимические процессы в клетках сводятся к химическим реакциям в водном растворе – обмену веществ в организме. Вода составляет основу нашего тела, и основу других живых организмов. В океане зародилась жизнь. Благодаря уникальным свойствам воды, жизнь существует и есть на нашей планете. Эти свойства таковы: вода – это универсальный растворитель, обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, интенсивностью испарения, вязкостью, несжимаемостью, высокой силой поверхностного натяжения. 7. Познавательная задача. Основа любого органического вещества — углерод, поэтому он встречается в любых организмах. Ближайший его сосед по группе в таблице Д. И. Менделеева — кремний — наиболее распространенный элемент земной коры, однако в живых организмах почти не встречается. Объясните этот факт, исходя из строения и свойств атомов этих элементов. Кремний более инертен, чем углерод, так как он тяжелее, имеет больше слоев, больший радиус. Окислительные свойства и химическая активность у кремния намного меньше выражена, чем у углерода. Соединения Si с водородом слабы и встречаются относительно редко из-за малой разности электроотрицательностей этих атомов. Хоть кремний и может путем обменного или электростатического взаимодействий образовывать ковалентные связи, но они не являются такими прочными, как аналогичные связи углерода. Он меньше вступает в реакции, соответственно, образует намного меньше химических соединений, особенно, биомолекул. 8. Выберите правильный ответ. Тест 1. Какую долю в среднем составляет в клетке вода? 1) 70%; Тест 2. Вода выполняет в клетке функцию растворителя благодаря: 4) полярности ее молекул. Тест 3. Все нижеперечисленные катионы, кроме одного, входят в состав солей и являются наиболее важными для жизнедеятельности клетки катионами. Укажите «лишний» среди них катион. 4) Fe3+. Тест 4. Все нижеперечисленные анионы, кроме одного, входят в состав солей и являются наиболее важными для жизнедеятельности клетки анионами. Укажите «лишний» среди них анион. 4) SO42-. Тест 5. Каково соотношение ионов натрия и калия в клетках животных и в окружающей их среде — межклеточной жидкости и крови? 3) натрия в клетке меньше, чем снаружи, а калия, наоборот, больше в клетке, чем снаружи; 9. Объясните происхождение и общее значение слова (термина), опираясь на значение корней, его составляющих. 10. Выберите термин и объясните, насколько его современное значение соответствует первоначальному значению его корней. Выбранный термин – гидрофобный. Соответствие: термин, в принципе, соответствует своему первоначальному значению. Вещества не боятся воды, а просто не растворяются в ней из-за того, что не имеют заряженных групп, так как вода – диполь. 11. Сформулируйте и запишите основные идеи § 2.3. В клетке есть неорганические вещества, это воды и минеральные соли. Вода – колыбель жизни, единственное вещество на Земле, которое встречается в твердом, жидком и газообразном состоянии. В воде зародилась жизнь, вода – основа жизни. Молекула воды представляет собой диполь, на одном конце молекула заряжена положительно, а на другом – отрицательно. Именно это и позволяет воде быть универсальным растворителем. Любые вещества, имеющие заряженные группы, растворяются в ней. Вода обладает уникальными свойствами: универсальный растворитель, обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью, интенсивностью испарения, вязкостью, несжимаемостью, высокой силой поверхностного натяжения. В клетке содержатся также соли. Они могут быть растворимые (анионы соляной, угольной, фосфорной и некоторых других кислот, катионы калия, натрия, кальция, магния) и нерастворимые (фосфаты кальция и магния, карбонаты кальция). И анионы, и катионы, и нерастворимые соли выполняют определенные функции и необходимы для нормальной жизнедеятельности клетки. Похожие статьи

Контрольная работа 10 класс — estestveno

ВАРИАНТ Ι

Часть 1. Выберите один правильный ответ из четырех предложенных.

1. Какую функцию в клетке выполняют липиды?

А) информационную Б) энергетическуюВ) каталитическую Г) транспортную

2. Какую группу химических элементов относят к макроэлементам?А) углерод, кислород, кобальт, марганец Б) углерод, кислород, железо, сера В) цинк, медь, фтор, йодГ) ртуть, селен, серебро, золото

3. Какое из перечисленных веществ является гидрофильным (растворимым в воде)?

А) гликоген Б) хитин В) крахмал Г) фибриноген

4. Молекулы ДНК находятся в хромосомах, митохондриях, хлоропластах клеток

А) бактерий Б) эукариот В) прокариотГ) бактериофагов

5. Процесс биологического окисления и дыхания осуществляется в

А) хлоропластах Б) комплексе Гольджи В) митохондриях Г) клеточном центре

6. Что из перечисленного является мономером и – РНК?

А) рибоза Б) азотистое основание В) нуклеотид Г) аминокислоты

7. какое из перечисленных соединений НЕ входит в состав АТФ?

А) аденин Б) урацил В) рибоза Г) остаток фосфорной кислоты

8. Какой процент нуклеотидов с аденином и тимином в сумме содержит молекула ДНК, если доля ее нуклеотидов с цитозином составляет 16 % от общего числа?

А) 16 % Б) 32 % В) 34 %Г) 68 %

9. Какому триплету в молекуле ДНК соответствует антикодон т – РНК ГУА?

А) ГУТ Б) ЦТУ В) ЦАУ Г) ГТА

Часть 2.

1. Выберите три верных ответа из шести предложенных.

Каковы особенности строения и функционирования рибосом?

1) немембранные органоиды

2) участвуют в процессе синтеза АТФ

3) участвуют в процессе формирования веретена деления

4) участвуют в процессе синтеза белка

5) состоят из белка и РНК

6) состоят из пучков микротрубочек

2. Установите соответствие между особенностями и молекулами, для которых эти особенности характерны.

ОСОБЕННОСТИ МОЛЕКУЛЫ

А) полимер, состоящий из аминокислот 1) ДНК

Б) в состав входит пентоза – рибоза 2) РНК

В) мономеры соединены ковалентными пептид – 3) белок

ными связями

Г) полимер, состоящий из нуклеотидов, которые содержат

азотистые основания – аденин, тимин, гуанин, цитозин

Д) полимер, состоящий из нуклеотидов, которые содержат

азотистые основания – аденин, урацил, гуанин, цитозин

Е) характеризуется первичной, вторичной, третичной структурами

Часть 3.

1. Найдите ошибки в приведенном ниже тексте, исправьте их, укажите номера предложений, в которых они допущены, запишите эти предложения без ошибок.

1. Молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных цепей. 2. При этом аденин образует три водородные связи с тимином, а гуанин – две водородные связи с цитозином. 3. Молекулы ДНК прокариот линейные, а эукариот – кольцевые. 4. Функции ДНК: хранение и передача наследственной информации. 5. Молекула ДНК, в отличие от молекулы РНК, не способна к репликации.

2. В состав белка входят 415 аминокислотных остатков. Сколько нуклеотидов молекулы ДНК кодирует данный белок, триплетов и – РНК переносят информацию о структуре этого белка к месту трансляции, молекул т – РНК необходимо для переноса этих аминокислот? Ответ поясните.

Часть 3

2. Биосинтез белка осуществляется в три этапа: гликолиз, транскрипция и трансляция. 2. Транскрипция – это синтез и – РНК, который осуществляется в ядре. 3. В процессе транскрипции ДНК подвергается сплайсингу. 4. В цитоплазме на рибосомах идет сборка белковой молекулы – трансляция. 5. При трансляции энергия АТФ не используется.

3. Сколько молекул АТФ будет синтезировано в клетках молочнокислых бактерий и клетках мышечной ткани при окислении 30 молекул глюкозы?

ВАРИАНТ ΙΙ

Часть 1. Выберите один правильный ответ из четырех предложенных.

Какую функцию в клетке выполняют углеводы?

А) транспортную Б) двигательную В) каталитическую Г) структурную

2. Какое из перечисленных веществ является биополимером?

А) АТФ Б) ДНК В) глюкоза Г) глицерин

3. Какая из перечисленных клеточных структур является двухмембранным органоидом растительных клеток? А) центриоли Б) рибосомы В) хлоропласты Г) вакуоли

4. Какое из перечисленных соединений способно к самоудвоению?

А) и – РНК Б) т – РНК В) р – РНК Г) ДНК

5. В результате подготовительного этапа диссимиляции образуется … молекул АТФ?

А) 0 Б) 2 В) 36 Г) 38

6. При фотосинтезе кислород образуется в результате

А) фотолиза воды Б) разложения углекислого газа В) восстановления углекислого газа до глюкозы Г) синтеза АТФ

7. В молекуле ДНК количество нуклеотидов с гуанином составляет 10 % от общего числа. Сколько нуклеотидов с аденином содержится в этой молекуле?

А) 10 % Б) 20 % В) 40 % Г) 90 %

8. Три рядом расположенных нуклеотида в молекуле ДНК, кодирующий одну аминокислоту, называют

А) триплетом Б) генетическим кодом В) геном Г) генотипом

9. В основе каких реакций обмена лежит матричный принцип?

А) синтеза молекул АТФ Б) сборки молекул белка из аминокислот

В) синтеза глюкозы из углекислого газа и воды Г) образования липидов

10. Какой кодон и – РНК соответствует триплету ААТ в молекуле ДНК?

А) УУА Б) ААУ В) УУТ Г) ТТА

Часть 2.

1. Выберите три верных ответа из шести предложенных

Каково строение и функции митохондрий?

1) расщепляют биополимеры до мономеров

2) характеризуются анаэробным способом получения энергии

3) содержат соединенные между собою граны

4) имеют ферментативные комплексы, расположенные на кристах

5) окисляют органические вещества с образованием АТФ

6) имеют наружную и внутреннюю мембраны

2. Установите соответствие между функциями и органоидами клетки.

ФУНКЦИИ ОРГАНОИДЫ КЛЕТКИ

А) синтез глюкозы 1) аппарат Гольджи

Б) сборка комплексных органических веществ 2) лизосома

В) разрушение временных органов у эмбрионов 3) хлоропласт

Г) поглощение и преобразование солнечной энергии

Д) химическая модификация органических веществ

Е) расщепление биополимеров

3.Установите последовательность реализации генетической информации.

А) и – РНК

Б) признак

В) белок

Г) ген Д) ДНК

Ответы

Ι Вариант

1 часть.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Б	Б	В	Б	В	В	Б	Г	Г	Г

2 часть.

1. 1, 4, 5

2. 3, 2, 3, 1, 2, 3

3. Б Г А Е Д В

3 часть.

1) 2 – между аденином и тимином образуется две водородные связи, а между гуанином и цитозином – три водородные связи;

2) 3 – у прокариот – кольцевая ДНК, у эукариот – линейная;

3) 5 – молекула ДНК способна к самоудвоению, т. е. к репликации.

2. 1) одну аминокислоту кодирует три нуклеотида, следовательно, число нуклеотидов 415 * 3 = 1245

2) три нуклеотида = 1 триплет, следовательно, число триплетов в молекуле и – РНК равно числу аминокислот = 415

3) одна т – РНК транспортирует одну аминокислоту, следовательно, для синтеза белка необходимо 415 т – РНК.

Ответы

ΙΙ Вариант

1 часть.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Г	Б	В	Г	А	А	В	А	Б	А

2 часть.

1. 4, 5, 6

2. 3, 1, 2 , 3, 1, 2

3. Д Г А В Б

3 часть.

1) 1 – биосинтез белка осуществляется в 2 этапа: транскрипция и трансляция

2) 3 – сплайсингу подвергается и – РНК

3) 5 – трансляция идет за счет энергии АТФ

1) в клетках молочнокислых бактерий происходит только гликолиз, а в клетках мышечной ткани – гликолиз и гидролиз.

2) при гликолизе из одной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы АТФ, следовательно, в клетках молочнокислых бактерий образуется

30 * 2 = 60 молекул АТФ.

3) при полном окислении одной молекулы глюкозы образуется 38 молекул АТФ, следовательно, в клетках мышечной ткани образуется 30 * 38 = 1140 молекул АТФ.

Литература:

1. ЕГЭ – 2009: Биология: реальные задания. – М.: АСТ: Астрель, 2009. – 126 с. – (Федеральный институт педагогических измерений)

2. Кириленко А. А., Колесников С. И. Биология. Подготовка к ЕГЭ – 2012: учебно – методическое пособие. – Ростов н/Д: Легион, 2011. – 443 с. – (Готовимся к ЕГЭ).

3. Кириленко А. А. молекулярная биология. Сборник заданий для подготовки к ЕГЭ: уровни А, В и С: учебно – методическое пособие – Ростов н/Д: Легион, 2011. – 144 с. – (Готовимся к ЕГЭ)

4. Калинова Г. С., Мягков А. Н. Учебно тренировочные материалы для подготовки к ЕГЭ. Биология. – М.: Интеллект – Центр, 2003 – 160 с.

2.3 Биологические молекулы — Концепции биологии — 1-е канадское издание

К концу этого раздела вы сможете:

Опишите, почему углерод имеет решающее значение для жизни
Объясните влияние незначительных изменений аминокислот на организмы
Опишите четыре основных типа биологических молекул
Понимать функции четырех основных типов молекул

Посмотрите видео о белках и белковых ферментах.

Большие молекулы, необходимые для жизни, которые состоят из более мелких органических молекул, называются биологическими макромолекулами . Существует четыре основных класса биологических макромолекул (углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты), каждый из которых является важным компонентом клетки и выполняет широкий спектр функций. Вместе эти молекулы составляют большую часть массы клетки. Биологические макромолекулы являются органическими, что означает, что они содержат углерод. Кроме того, они могут содержать водород, кислород, азот, фосфор, серу и дополнительные второстепенные элементы.

Часто говорят, что жизнь «основана на углероде». Это означает, что атомы углерода, связанные с другими атомами углерода или другими элементами, образуют фундаментальные компоненты многих, если не большинства, молекул, уникальных для живых существ. Другие элементы играют важную роль в биологических молекулах, но углерод определенно квалифицируется как элемент «фундамент» для молекул в живых существах. Это связывающие свойства атомов углерода, которые ответственны за его важную роль.

Углерод содержит четыре электрона во внешней оболочке.Следовательно, он может образовывать четыре ковалентные связи с другими атомами или молекулами. Простейшая молекула органического углерода — метан (CH ₄), в котором четыре атома водорода связаны с атомом углерода.

Рис. 2.12. Углерод может образовывать четыре ковалентные связи, образуя органическую молекулу. Самая простая молекула углерода — это метан (Ch5), изображенный здесь.

Однако более сложные конструкции изготавливаются с использованием углерода. Любой из атомов водорода можно заменить другим атомом углерода, ковалентно связанным с первым атомом углерода.Таким образом могут быть образованы длинные и разветвленные цепи углеродных соединений (рис. 2.13 a ). Атомы углерода могут связываться с атомами других элементов, таких как азот, кислород и фосфор (рис. 2.13 b ). Молекулы также могут образовывать кольца, которые сами могут связываться с другими кольцами (рис. 2.13 c ). Это разнообразие молекулярных форм объясняет разнообразие функций биологических макромолекул и в значительной степени основано на способности углерода образовывать множественные связи с самим собой и другими атомами.

Рис. 2.13. Эти примеры показывают три молекулы (обнаруженные в живых организмах), которые содержат атомы углерода, различным образом связанные с другими атомами углерода и атомами других элементов. (а) Эта молекула стеариновой кислоты имеет длинную цепочку атомов углерода. (б) Глицин, компонент белков, содержит атомы углерода, азота, кислорода и водорода. (c) Глюкоза, сахар, имеет кольцо из атомов углерода и один атом кислорода.

Углеводы — это макромолекулы, с которыми большинство потребителей в некоторой степени знакомо.Чтобы похудеть, некоторые люди придерживаются «низкоуглеводной» диеты. Спортсмены, напротив, часто «нагружаются углеводами» перед важными соревнованиями, чтобы убедиться, что у них достаточно энергии для соревнований на высоком уровне. Фактически, углеводы являются неотъемлемой частью нашего рациона; злаки, фрукты и овощи — все это естественные источники углеводов. Углеводы обеспечивают организм энергией, особенно через глюкозу, простой сахар. Углеводы также выполняют другие важные функции у людей, животных и растений.

Углеводы можно представить формулой (CH ₂ O) _n, где n — количество атомов углерода в молекуле. Другими словами, соотношение углерода, водорода и кислорода в молекулах углеводов составляет 1: 2: 1. Углеводы подразделяются на три подтипа: моносахариды, дисахариды и полисахариды.

Моносахариды (моно- = «один»; sacchar- = «сладкий») представляют собой простые сахара, наиболее распространенным из которых является глюкоза.В моносахаридах количество атомов углерода обычно составляет от трех до шести. Большинство названий моносахаридов оканчиваются суффиксом -ose. В зависимости от количества атомов углерода в сахаре они могут быть известны как триозы (три атома углерода), пентозы (пять атомов углерода) и гексозы (шесть атомов углерода).

Моносахариды могут существовать в виде линейной цепи или кольцевых молекул; в водных растворах они обычно находятся в кольцевой форме.

Химическая формула глюкозы: C ₆ H ₁₂ O ₆.У большинства живых существ глюкоза является важным источником энергии. Во время клеточного дыхания из глюкозы выделяется энергия, которая используется для выработки аденозинтрифосфата (АТФ). Растения синтезируют глюкозу, используя углекислый газ и воду в процессе фотосинтеза, а глюкоза, в свою очередь, используется для удовлетворения потребностей растений в энергии. Избыток синтезированной глюкозы часто хранится в виде крахмала, который расщепляется другими организмами, которые питаются растениями.

Галактоза (входит в состав лактозы или молочного сахара) и фруктоза (содержится во фруктах) — другие распространенные моносахариды.Хотя глюкоза, галактоза и фруктоза имеют одинаковую химическую формулу (C ₆ H ₁₂ O ₆), они различаются структурно и химически (и известны как изомеры) из-за разного расположения атомов в углеродной цепи. .

Рис. 2.14. Глюкоза, галактоза и фруктоза — изомерные моносахариды, что означает, что они имеют одинаковую химическую формулу, но немного разные структуры.

Дисахариды (ди- = «два») образуются, когда два моносахарида подвергаются реакции дегидратации (реакции, при которой происходит удаление молекулы воды).Во время этого процесса гидроксильная группа (–OH) одного моносахарида соединяется с атомом водорода другого моносахарида, высвобождая молекулу воды (H ₂ O) и образуя ковалентную связь между атомами в двух молекулах сахара.

Обычные дисахариды включают лактозу, мальтозу и сахарозу. Лактоза — это дисахарид, состоящий из мономеров глюкозы и галактозы. Он содержится в молоке. Мальтоза, или солодовый сахар, представляет собой дисахарид, образующийся в результате реакции дегидратации между двумя молекулами глюкозы.Наиболее распространенным дисахаридом является сахароза или столовый сахар, который состоит из мономеров глюкозы и фруктозы.

Длинная цепь моносахаридов, связанных ковалентными связями, известна как полисахарид (поли- = «много»). Цепь может быть разветвленной или неразветвленной, и она может содержать разные типы моносахаридов. Полисахариды могут быть очень большими молекулами. Крахмал, гликоген, целлюлоза и хитин являются примерами полисахаридов.

Крахмал — это хранимая в растениях форма сахаров, состоящая из амилозы и амилопектина (оба полимера глюкозы).Растения способны синтезировать глюкозу, а избыток глюкозы откладывается в виде крахмала в различных частях растений, включая корни и семена. Крахмал, который потребляется животными, расщепляется на более мелкие молекулы, такие как глюкоза. Затем клетки могут поглощать глюкозу.

Гликоген — это форма хранения глюкозы в организме человека и других позвоночных, состоящая из мономеров глюкозы. Гликоген является животным эквивалентом крахмала и представляет собой сильно разветвленную молекулу, обычно хранящуюся в клетках печени и мышц.Когда уровень глюкозы снижается, гликоген расщепляется с высвобождением глюкозы.

Целлюлоза — один из самых распространенных природных биополимеров. Клеточные стенки растений в основном состоят из целлюлозы, которая обеспечивает структурную поддержку клетки. Дерево и бумага в основном целлюлозные по своей природе. Целлюлоза состоит из мономеров глюкозы, которые связаны связями между определенными атомами углерода в молекуле глюкозы.

Каждый второй мономер глюкозы в целлюлозе переворачивается и плотно упаковывается в виде удлиненных длинных цепей.Это придает целлюлозе жесткость и высокую прочность на разрыв, что так важно для растительных клеток. Целлюлоза, проходящая через нашу пищеварительную систему, называется пищевыми волокнами. Хотя связи глюкозы и глюкозы в целлюлозе не могут быть разрушены пищеварительными ферментами человека, травоядные животные, такие как коровы, буйволы и лошади, способны переваривать траву, богатую целлюлозой, и использовать ее в качестве источника пищи. У этих животных определенные виды бактерий обитают в рубце (часть пищеварительной системы травоядных) и секретируют фермент целлюлазу.В аппендиксе также содержатся бактерии, которые расщепляют целлюлозу, что придает ей важную роль в пищеварительной системе жвачных животных. Целлюлазы могут расщеплять целлюлозу на мономеры глюкозы, которые могут использоваться животным в качестве источника энергии.

Углеводы выполняют другие функции у разных животных. У членистоногих, таких как насекомые, пауки и крабы, есть внешний скелет, называемый экзоскелетом, который защищает их внутренние части тела. Этот экзоскелет состоит из биологической макромолекулы , хитина , азотистого углевода.Он состоит из повторяющихся единиц модифицированного сахара, содержащего азот.

Таким образом, из-за различий в молекулярной структуре углеводы могут выполнять самые разные функции хранения энергии (крахмал и гликоген), а также структурной поддержки и защиты (целлюлоза и хитин).

Рис. 2.15. Хотя их структура и функции различаются, все полисахаридные углеводы состоят из моносахаридов и имеют химическую формулу (Ch3O) n.

Зарегистрированный диетолог: ожирение является проблемой для здоровья во всем мире, и многие болезни, такие как диабет и болезни сердца, становятся все более распространенными из-за ожирения.Это одна из причин, почему к зарегистрированным диетологам все чаще обращаются за советом. Зарегистрированные диетологи помогают планировать пищевые продукты и программы питания для людей в различных условиях. Они часто работают с пациентами в медицинских учреждениях, разрабатывая планы питания для профилактики и лечения заболеваний. Например, диетологи могут научить пациента с диабетом контролировать уровень сахара в крови, употребляя в пищу правильные типы и количества углеводов. Диетологи также могут работать в домах престарелых, школах и частных клиниках.

Чтобы стать дипломированным диетологом, нужно получить как минимум степень бакалавра в области диетологии, питания, пищевых технологий или в смежных областях. Кроме того, дипломированные диетологи должны пройти программу стажировки под руководством и сдать национальный экзамен. Те, кто занимается диетологией, проходят курсы по питанию, химии, биохимии, биологии, микробиологии и физиологии человека. Диетологи должны стать экспертами в химии и функциях пищи (белков, углеводов и жиров).

Через призму коренных народов (Сюзанна Вилкерсон и Чарльз Мольнар)

Я работаю в колледже Камосун, расположенном в красивой Виктории, Британская Колумбия, с кампусами на традиционных территориях народов леквунгенов и васаней. Подземная луковица для хранения цветка камас, показанная ниже, была важным источником пищи для многих коренных народов острова Ванкувер и всей западной части Северной Америки. Луковицы камас по-прежнему употребляются в пищу как традиционный источник пищи, и приготовление луковиц камас относится к этому текстовому разделу об углеводах.

Рис. 2.16 Изображение синего цветка камас и насекомого-опылителя. Подземная лампочка камаса запекается в костре. Тепло действует как фермент панкреатическая амилаза и расщепляет длинные цепи неперевариваемого инулина на усвояемые моно- и дисахариды.

Чаще всего растения создают крахмал как запасенную форму углеводов. Некоторые растения, например камас, создают инулин. Инулин используется в качестве пищевых волокон, однако он не переваривается людьми. Если бы вы откусили сырую луковицу камаса, она была бы горькой и имела липкую консистенцию.Метод, используемый коренными народами для приготовления удобоваримых и вкусных камас, заключается в медленном запекании луковиц в течение длительного периода в подземной чаше для костра, покрытой специфическими листьями и почвой. Тепло действует как фермент амилаза поджелудочной железы и расщепляет длинные цепи инулина на легкоусвояемые моно- и дисахариды.

Правильно запеченные луковицы камас по вкусу напоминают смесь печеной груши и вареного инжира. Важно отметить, что, хотя синие камы являются источником пищи, их не следует путать с белыми камасами смерти, которые особенно токсичны и смертоносны.Цветки выглядят по-разному, но луковицы очень похожи.

Липиды включают разнообразную группу соединений, которые объединены общим признаком. Липиды гидрофобны («водобоязненные») или нерастворимы в воде, потому что они неполярные молекулы. Это потому, что они являются углеводородами, которые включают только неполярные углерод-углеродные или углерод-водородные связи. Липиды выполняют в клетке множество различных функций. Клетки хранят энергию для длительного использования в виде липидов, называемых , жирами .Липиды также обеспечивают изоляцию растений и животных от окружающей среды. Например, они помогают водным птицам и млекопитающим оставаться сухими из-за их водоотталкивающих свойств. Липиды также являются строительными блоками многих гормонов и важной составляющей плазматической мембраны. Липиды включают жиры, масла, воски, фосфолипиды и стероиды.

Рис. 2.17. Гидрофобные липиды в мехе водных млекопитающих, таких как речная выдра, защищают их от непогоды.

Молекула жира, такая как триглицерид, состоит из двух основных компонентов — глицерина и жирных кислот.Глицерин — это органическое соединение с тремя атомами углерода, пятью атомами водорода и тремя гидроксильными (–OH) группами. Жирные кислоты имеют длинную цепь углеводородов, к которой присоединена кислая карбоксильная группа, отсюда и название «жирная кислота». Количество атомов углерода в жирной кислоте может составлять от 4 до 36; наиболее распространены те, которые содержат 12–18 атомов углерода. В молекуле жира жирная кислота присоединена к каждому из трех атомов кислорода в -ОН-группах молекулы глицерина ковалентной связью.

Фигура 2.18 Липиды включают жиры, такие как триглицериды, которые состоят из жирных кислот и глицерина, фосфолипидов и стероидов.

Во время образования этой ковалентной связи высвобождаются три молекулы воды. Три жирные кислоты в жире могут быть одинаковыми или разными. Эти жиры также называют триглицеридами , потому что они содержат три жирные кислоты. Некоторые жирные кислоты имеют общие названия, указывающие на их происхождение. Например, пальмитиновая кислота, насыщенная жирная кислота, получают из пальмы.Арахидовая кислота получена из Arachis hypogaea , научного названия арахиса.

Жирные кислоты могут быть насыщенными и ненасыщенными. В цепи жирной кислоты, если есть только одинарные связи между соседними атомами углерода в углеводородной цепи, жирная кислота является насыщенной. Насыщенные жирные кислоты насыщены водородом; другими словами, максимальное количество атомов водорода, прикрепленных к углеродному скелету.

Когда углеводородная цепь содержит двойную связь, жирная кислота представляет собой ненасыщенную жирную кислоту .

Большинство ненасыщенных жиров являются жидкими при комнатной температуре и называются маслами . Если в молекуле есть одна двойная связь, то он известен как мононенасыщенный жир (например, оливковое масло), а если имеется более одной двойной связи, то он известен как полиненасыщенный жир (например, масло канолы).

Насыщенные жиры плотно упаковываются и остаются твердыми при комнатной температуре. Животные жиры со стеариновой кислотой и пальмитиновой кислотой, содержащиеся в мясе, и жир с масляной кислотой, содержащиеся в масле, являются примерами насыщенных жиров.Млекопитающие хранят жиры в специализированных клетках, называемых адипоцитами, где жировые шарики занимают большую часть клетки. У растений жир или масло хранятся в семенах и используются в качестве источника энергии во время эмбрионального развития.

Ненасыщенные жиры или масла обычно растительного происхождения и содержат ненасыщенные жирные кислоты. Двойная связь вызывает изгиб или «перегиб», который препятствует плотной упаковке жирных кислот, сохраняя их жидкими при комнатной температуре. Оливковое масло, кукурузное масло, масло канолы и жир печени трески являются примерами ненасыщенных жиров.Ненасыщенные жиры помогают повысить уровень холестерина в крови, тогда как насыщенные жиры способствуют образованию бляшек в артериях, что увеличивает риск сердечного приступа.

В пищевой промышленности масла искусственно гидрогенизируются для придания им полутвердого состояния, что приводит к меньшей порче и увеличению срока хранения. Проще говоря, газообразный водород пропускают через масла, чтобы отвердеть. Во время этого процесса гидрирования двойные связи цис -конформации в углеводородной цепи могут быть преобразованы в двойные связи в транс -конформации.Это образует , транс, -жир, , из -цис, -жир. Ориентация двойных связей влияет на химические свойства жира.

Рис. 2.19. В процессе гидрогенизации ориентация двойных связей изменяется, в результате чего из цис-жира образуется трансжир. Это изменяет химические свойства молекулы.

Маргарин, некоторые виды арахисового масла и шортенинг являются примерами искусственно гидрогенизированных транс -жиров. Недавние исследования показали, что увеличение транс -жиров в рационе человека может привести к увеличению уровня липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) или «плохого» холестерина, что, в свою очередь, может привести к отложению бляшек в организме человека. артерии, что приводит к болезни сердца.Многие рестораны быстрого питания недавно отказались от использования жиров транс и , а на этикетках пищевых продуктов в США теперь требуется указывать содержание жира транс .

Незаменимые жирные кислоты — это жирные кислоты, которые необходимы, но не синтезируются человеческим организмом. Следовательно, их необходимо дополнять с помощью диеты. Жирные кислоты омега-3 относятся к этой категории и являются одной из двух известных незаменимых жирных кислот для человека (другая — жирные кислоты омега-6).Они представляют собой тип полиненасыщенных жиров и называются омега-3 жирными кислотами, потому что третий углерод на конце жирной кислоты участвует в двойной связи.

Лосось, форель и тунец являются хорошими источниками жирных кислот омега-3. Жирные кислоты омега-3 важны для работы мозга, нормального роста и развития. Они также могут предотвратить сердечные заболевания и снизить риск рака.

Как и углеводы, жиры получили широкую огласку. Это правда, что чрезмерное употребление жареной и другой «жирной» пищи приводит к увеличению веса.Однако жиры выполняют важные функции. Жиры служат долгосрочным накопителем энергии. Они также обеспечивают изоляцию тела. Поэтому «здоровые» ненасыщенные жиры в умеренных количествах следует употреблять регулярно.

Фосфолипиды являются основным компонентом плазматической мембраны. Как и жиры, они состоят из цепей жирных кислот, прикрепленных к глицерину или подобной основной цепи. Однако вместо трех жирных кислот есть две жирные кислоты, а третий углерод глицериновой цепи связан с фосфатной группой.Фосфатная группа модифицируется добавлением спирта.

Фосфолипид имеет как гидрофобные, так и гидрофильные участки. Цепи жирных кислот гидрофобны и исключают себя из воды, тогда как фосфат гидрофильный и взаимодействует с водой.

Клетки окружены мембраной, которая имеет бислой фосфолипидов. Жирные кислоты фосфолипидов обращены внутрь, от воды, тогда как фосфатная группа может быть обращена либо к внешней среде, либо к внутренней части клетки, которые оба являются водными.

Через призму коренных народов

Для первых народов Тихоокеанского Северо-Запада богатый жиром рыбный оолиган с 20% жира по весу тела был важной частью рациона нескольких коренных народов. Почему? Поскольку жир является наиболее калорийной пищей, и наличие компактного высококалорийного источника энергии, способного хранить, было бы важным для выживания. Характер жира также сделал его важным товаром. Как и лосось, оолиган возвращается в свое русло после долгих лет в море. Его прибытие ранней весной сделало его первым свежим продуктом в году.В цимшианских языках прибытие оолигана… традиционно объявлялось криком «Хлаа ат’иксши халимутхв!»… Что означало: «Наш Спаситель только что прибыл!»

Рис. 2.20 Изображение приготовленного оолигана. Эта жирная рыба с содержанием жира 20% от веса тела является важной частью диеты коренных народов.

Как вы уже узнали, все жиры гидрофобны (ненавидят воду). Чтобы отделить жир, рыбу отваривают, а плавающий жир снимают. Жировой состав улигана состоит из 30% насыщенных жиров (например, сливочного масла) и 55% мононенасыщенных жиров (например, растительных масел).Важно отметить, что это твердая смазка при комнатной температуре. Поскольку в нем мало полиненасыщенных жиров (которые быстро окисляются и портятся), его можно хранить для дальнейшего использования и использовать в качестве предмета торговли. Считается, что его состав делает его таким же полезным, как оливковое масло, или лучше, поскольку он содержит жирные кислоты омега-3, которые снижают риск диабета и инсульта. Он также богат тремя жирорастворимыми витаминами A, E и K.

Стероиды и воски

В отличие от фосфолипидов и жиров, обсуждавшихся ранее, стероиды и имеют кольцевую структуру.Хотя они не похожи на другие липиды, они сгруппированы с ними, потому что они также гидрофобны. Все стероиды имеют четыре связанных углеродных кольца, а некоторые из них, как и холестерин, имеют короткий хвост.

Холестерин — стероид. Холестерин в основном синтезируется в печени и является предшественником многих стероидных гормонов, таких как тестостерон и эстрадиол. Он также является предшественником витаминов Е и К. Холестерин является предшественником солей желчных кислот, которые помогают в расщеплении жиров и их последующем усвоении клетками.Хотя о холестерине часто говорят отрицательно, он необходим для правильного функционирования организма. Это ключевой компонент плазматических мембран клеток животных.

Воски состоят из углеводородной цепи со спиртовой (–OH) группой и жирной кислотой. Примеры восков животного происхождения включают пчелиный воск и ланолин. У растений также есть воск, например покрытие на листьях, которое помогает предотвратить их высыхание.

Концепция в действии

Чтобы получить дополнительную информацию о липидах, исследуйте «Биомолекулы: Липиды» с помощью этой интерактивной анимации.

Белки являются одними из наиболее распространенных органических молекул в живых системах и обладают самым разнообразным набором функций среди всех макромолекул. Белки могут быть структурными, регуляторными, сократительными или защитными; они могут служить для транспортировки, хранения или перепонки; или они могут быть токсинами или ферментами. Каждая клетка живой системы может содержать тысячи различных белков, каждый из которых выполняет уникальную функцию. Их структуры, как и их функции, сильно различаются. Однако все они представляют собой полимеры аминокислот, расположенных в линейной последовательности.

Функции белков очень разнообразны, потому что существует 20 различных химически различных аминокислот, которые образуют длинные цепи, и аминокислоты могут располагаться в любом порядке. Например, белки могут функционировать как ферменты или гормоны. Ферменты , которые вырабатываются живыми клетками, являются катализаторами биохимических реакций (например, пищеварения) и обычно являются белками. Каждый фермент специфичен для субстрата (реагента, который связывается с ферментом), на который он действует. Ферменты могут разрушать молекулярные связи, переупорядочивать связи или образовывать новые связи.Примером фермента является амилаза слюны, которая расщепляет амилозу, компонент крахмала.

Гормоны представляют собой химические сигнальные молекулы, обычно белки или стероиды, секретируемые эндокринной железой или группой эндокринных клеток, которые контролируют или регулируют определенные физиологические процессы, включая рост, развитие, метаболизм и размножение. Например, инсулин — это белковый гормон, который поддерживает уровень глюкозы в крови.

Белки имеют разную форму и молекулярную массу; некоторые белки имеют глобулярную форму, тогда как другие имеют волокнистую природу.Например, гемоглобин — это глобулярный белок, а коллаген, обнаруженный в нашей коже, — это волокнистый белок. Форма белка имеет решающее значение для его функции. Изменения температуры, pH и воздействие химикатов могут привести к необратимым изменениям формы белка, что приведет к потере функции или денатурации (более подробно это будет обсуждаться позже). Все белки состоят из 20 одних и тех же аминокислот по-разному.

Аминокислоты — это мономеры, из которых состоят белки.Каждая аминокислота имеет одинаковую фундаментальную структуру, которая состоит из центрального атома углерода, связанного с аминогруппой (–NH ₂), карбоксильной группы (–COOH) и атома водорода. Каждая аминокислота также имеет другой вариабельный атом или группу атомов, связанных с центральным атомом углерода, известную как группа R. Группа R — единственное различие в структуре между 20 аминокислотами; в остальном аминокислоты идентичны.

Рис. 2.21. Аминокислоты состоят из центрального углерода, связанного с аминогруппой (–Nh3), карбоксильной группой (–COOH) и атомом водорода.Четвертая связь центрального углерода варьируется среди различных аминокислот, как видно из этих примеров аланина, валина, лизина и аспарагиновой кислоты.

Химическая природа группы R определяет химическую природу аминокислоты в ее белке (то есть, является ли она кислотной, основной, полярной или неполярной).

Последовательность и количество аминокислот в конечном итоге определяют форму, размер и функцию белка. Каждая аминокислота присоединена к другой аминокислоте ковалентной связью, известной как пептидная связь, которая образуется в результате реакции дегидратации.Карбоксильная группа одной аминокислоты и аминогруппа второй аминокислоты объединяются, высвобождая молекулу воды. Полученная связь представляет собой пептидную связь.

Продукты, образованные такой связью, называются полипептидами . Хотя термины полипептид и белок иногда используются взаимозаменяемо, полипептид технически представляет собой полимер аминокислот, тогда как термин белок используется для полипептида или полипептидов, которые объединились вместе, имеют различную форму и имеют уникальную функцию.

Эволюция в действии

Эволюционное значение цитохрома c Цитохром c является важным компонентом молекулярного механизма, который собирает энергию из глюкозы. Поскольку роль этого белка в производстве клеточной энергии имеет решающее значение, за миллионы лет он очень мало изменился. Секвенирование белков показало, что существует значительное сходство последовательностей между молекулами цитохрома с разных видов; эволюционные отношения можно оценить путем измерения сходства или различий между белковыми последовательностями различных видов.

Например, ученые определили, что цитохром с человека содержит 104 аминокислоты. Для каждой молекулы цитохрома с, которая к настоящему времени была секвенирована у разных организмов, 37 из этих аминокислот находятся в одном и том же положении в каждом цитохроме с. Это указывает на то, что все эти организмы произошли от общего предка. При сравнении последовательностей белков человека и шимпанзе различий в последовательностях не обнаружено. При сравнении последовательностей человека и макаки-резуса было обнаружено единственное различие в одной аминокислоте.Напротив, сравнение человека с дрожжами показывает разницу в 44 аминокислотах, предполагая, что люди и шимпанзе имеют более недавнего общего предка, чем люди и макака-резус или люди и дрожжи.

Структура белка

Как обсуждалось ранее, форма белка имеет решающее значение для его функции. Чтобы понять, как белок приобретает свою окончательную форму или конформацию, нам необходимо понять четыре уровня структуры белка: первичный, вторичный, третичный и четвертичный .

Уникальная последовательность и количество аминокислот в полипептидной цепи — это ее первичная структура. Уникальная последовательность каждого белка в конечном итоге определяется геном, кодирующим этот белок. Любое изменение в последовательности гена может привести к добавлению другой аминокислоты к полипептидной цепи, вызывая изменение структуры и функции белка. При серповидно-клеточной анемии β-цепь гемоглобина имеет единственную аминокислотную замену, вызывающую изменение как структуры, так и функции белка.Примечательно, что молекула гемоглобина состоит из двух альфа-цепей и двух бета-цепей, каждая из которых состоит примерно из 150 аминокислот. Таким образом, молекула содержит около 600 аминокислот. Структурное различие между нормальной молекулой гемоглобина и молекулой серповидноклеточных клеток, которое резко снижает продолжительность жизни у пораженных людей, заключается в одной аминокислоте из 600.

Из-за этого изменения одной аминокислоты в цепи обычно двояковогнутые или дискообразные эритроциты принимают форму полумесяца или «серпа», что закупоривает артерии.Это может привести к множеству серьезных проблем со здоровьем, таких как одышка, головокружение, головные боли и боли в животе у людей, страдающих этим заболеванием.

Паттерны сворачивания, возникающие в результате взаимодействий между частями аминокислот, не относящихся к R-группам, приводят к вторичной структуре белка. Наиболее распространены альфа (α) -спиральные и бета (β) -пластинчатые листовые структуры. Обе структуры удерживаются в форме водородными связями. В альфа-спирали связи образуются между каждой четвертой аминокислотой и вызывают искривление аминокислотной цепи.

В β-складчатом листе «складки» образованы водородными связями между атомами в основной цепи полипептидной цепи. Группы R прикреплены к атомам углерода и проходят выше и ниже складок складки. Гофрированные сегменты выровнены параллельно друг другу, а водородные связи образуются между одинаковыми парами атомов на каждой из выровненных аминокислот. Структуры α-спирали и β-складчатых листов обнаруживаются во многих глобулярных и волокнистых белках.

Уникальная трехмерная структура полипептида известна как его третичная структура.Эта структура вызвана химическим взаимодействием между различными аминокислотами и участками полипептида. Прежде всего, взаимодействия между группами R создают сложную трехмерную третичную структуру белка. Могут быть ионные связи, образованные между группами R на разных аминокислотах, или водородные связи, помимо тех, которые участвуют во вторичной структуре. Когда происходит сворачивание белка, гидрофобные группы R неполярных аминокислот лежат внутри белка, тогда как гидрофильные группы R лежат снаружи.Первые типы взаимодействий также известны как гидрофобные взаимодействия.

В природе некоторые белки образованы из нескольких полипептидов, также известных как субъединицы, и взаимодействие этих субъединиц образует четвертичную структуру. Слабые взаимодействия между субъединицами помогают стабилизировать общую структуру. Например, гемоглобин представляет собой комбинацию четырех полипептидных субъединиц.

Рис. 2.22 На этих иллюстрациях можно увидеть четыре уровня белковой структуры.

Каждый белок имеет свою уникальную последовательность и форму, удерживаемую химическими взаимодействиями.Если белок подвержен изменениям температуры, pH или воздействию химикатов, структура белка может измениться, потеряв свою форму в результате так называемой денатурации , как обсуждалось ранее. Денатурация часто обратима, поскольку первичная структура сохраняется, если денатурирующий агент удаляется, позволяя белку возобновить свою функцию. Иногда денатурация необратима, что приводит к потере функции. Один из примеров денатурации белка можно увидеть, когда яйцо жарят или варят.Белок альбумина в жидком яичном белке денатурируется при помещении на горячую сковороду, превращаясь из прозрачного вещества в непрозрачное белое вещество. Не все белки денатурируются при высоких температурах; например, бактерии, которые выживают в горячих источниках, имеют белки, адаптированные для работы при этих температурах.

Концепция в действии

Чтобы получить дополнительную информацию о белках, исследуйте «Биомолекулы: Белки» с помощью этой интерактивной анимации.

Нуклеиновые кислоты являются ключевыми макромолекулами в непрерывности жизни.Они несут генетический план клетки и несут инструкции для функционирования клетки.

Двумя основными типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК) . ДНК — это генетический материал, содержащийся во всех живых организмах, от одноклеточных бактерий до многоклеточных млекопитающих.

Другой тип нуклеиновой кислоты, РНК, в основном участвует в синтезе белка. Молекулы ДНК никогда не покидают ядро, а вместо этого используют посредника РНК для связи с остальной частью клетки.Другие типы РНК также участвуют в синтезе белка и его регуляции.

ДНК и РНК состоят из мономеров, известных как нуклеотидов . Нуклеотиды объединяются друг с другом с образованием полинуклеотида, ДНК или РНК. Каждый нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного (пятиуглеродного) сахара и фосфатной группы. Каждое азотистое основание в нуклеотиде присоединено к молекуле сахара, которая присоединена к фосфатной группе.

Рис. 2.23. Нуклеотид состоит из трех компонентов: азотистого основания, пентозного сахара и фосфатной группы. ДНК

имеет двойную спиральную структуру. Он состоит из двух цепей или полимеров нуклеотидов. Нити образованы связями между фосфатными и сахарными группами соседних нуклеотидов. Нити связаны друг с другом в своих основаниях водородными связями, и нити наматываются друг на друга по своей длине, отсюда и описание «двойной спирали», что означает двойную спираль.

Рис. 2.24. Химическая структура ДНК с цветной меткой, обозначающей четыре основания, а также фосфатный и дезоксирибозный компоненты основной цепи.

Чередующиеся сахарные и фосфатные группы лежат на внешней стороне каждой цепи, образуя основу ДНК. Азотистые основания сложены внутри, как ступени лестницы, и эти основания соединяются в пару; пары связаны друг с другом водородными связями. Основания спариваются таким образом, чтобы расстояние между скелетами двух цепей было одинаковым по всей длине молекулы. Правило состоит в том, что нуклеотид A соединяется с нуклеотидом T, а G — с C, см. Раздел 9.1 для более подробной информации.

Живые существа основаны на углероде, потому что углерод играет такую важную роль в химии живых существ. Четыре позиции ковалентной связи атома углерода могут дать начало широкому разнообразию соединений с множеством функций, что объясняет важность углерода для живых существ. Углеводы — это группа макромолекул, которые являются жизненно важным источником энергии для клетки, обеспечивают структурную поддержку многих организмов и могут быть обнаружены на поверхности клетки в качестве рецепторов или для распознавания клеток.Углеводы классифицируются как моносахариды, дисахариды и полисахариды, в зависимости от количества мономеров в молекуле.

Липиды — это класс макромолекул, которые по своей природе неполярны и гидрофобны. Основные типы включают жиры и масла, воски, фосфолипиды и стероиды. Жиры и масла представляют собой запасенную форму энергии и могут включать триглицериды. Жиры и масла обычно состоят из жирных кислот и глицерина.

Белки — это класс макромолекул, которые могут выполнять широкий спектр функций для клетки.Они помогают метаболизму, обеспечивая структурную поддержку и действуя как ферменты, переносчики или гормоны. Строительными блоками белков являются аминокислоты. Белки организованы на четырех уровнях: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Форма и функция белка неразрывно связаны; любое изменение формы, вызванное изменениями температуры, pH или химического воздействия, может привести к денатурации белка и потере функции.

Нуклеиновые кислоты — это молекулы, состоящие из повторяющихся единиц нуклеотидов, которые направляют клеточную деятельность, такую как деление клеток и синтез белка.Каждый нуклеотид состоит из пентозного сахара, азотистого основания и фосфатной группы. Есть два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК.

аминокислота: мономер белка

углевод: биологическая макромолекула, в которой соотношение углерода, водорода и кислорода составляет 1: 2: 1; углеводы служат источниками энергии и структурной поддержкой в клетках

целлюлоза: полисахарид, который составляет клеточные стенки растений и обеспечивает структурную поддержку клетки

хитин: вид углеводов, образующих внешний скелет членистоногих, таких как насекомые и ракообразные, и клеточные стенки грибов

денатурация: потеря формы белка в результате изменений температуры, pH или воздействия химических веществ

дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК): двухцепочечный полимер нуклеотидов, несущий наследственную информацию клетки

дисахарид: два мономера сахара, которые связаны между собой пептидной связью

фермент : катализатор биохимической реакции, который обычно представляет собой сложный или конъюгированный белок

жир: липидная молекула, состоящая из трех жирных кислот и глицерина (триглицерида), которая обычно существует в твердой форме при комнатной температуре

гликоген: запасной углевод у животных

гормон: химическая сигнальная молекула, обычно белок или стероид, секретируемая эндокринной железой или группой эндокринных клеток; действия по контролю или регулированию определенных физиологических процессов

липиды: класс макромолекул, неполярных и нерастворимых в воде

макромолекула: большая молекула, часто образованная полимеризацией более мелких мономеров

моносахарид: отдельная единица или мономер углеводов

нуклеиновая кислота: биологическая макромолекула, несущая генетическую информацию клетки и инструкции для функционирования клетки

нуклеотид: мономер нуклеиновой кислоты; содержит пентозный сахар, фосфатную группу и азотистое основание

масло: ненасыщенный жир, являющийся жидкостью при комнатной температуре

фосфолипид: основной компонент мембран клеток; состоит из двух жирных кислот и фосфатной группы, присоединенной к основной цепи глицерина

полипептид: длинная цепь аминокислот, связанных пептидными связями

полисахарид: длинная цепь моносахаридов; могут быть разветвленными и неразветвленными

белок: биологическая макромолекула, состоящая из одной или нескольких цепочек аминокислот

рибонуклеиновая кислота (РНК): одноцепочечный полимер нуклеотидов, участвующий в синтезе белка

насыщенная жирная кислота: длинноцепочечный углеводород с одинарными ковалентными связями в углеродной цепи; количество атомов водорода, прикрепленных к углеродному скелету, максимально

крахмал: запасной углевод в растениях

стероид: тип липида, состоящего из четырех конденсированных углеводородных колец

транс-жиры: форма ненасыщенного жира с атомами водорода, соседствующими с двойной связью, напротив друг друга, а не на одной стороне двойной связи

триглицерид: молекула жира; состоит из трех жирных кислот, связанных с молекулой глицерина

ненасыщенная жирная кислота: длинноцепочечный углеводород, имеющий одну или несколько двойных связей в углеводородной цепи

Атрибуция в СМИ

Липиды в структурах мембранных белков

Abstract

В этом обзоре описываются недавние знания о прочно связанных липидах в структурах мембранных белков и выводятся общие принципы связывающих взаимодействий.Связанные липиды подразделяются на кольцевые, неканневые и интегральные белковые липиды. Указывается на важность связывания липидов для вертикального позиционирования и тесной интеграции белков в мембране, для сборки и стабилизации олигомерных и мультисубъединичных комплексов, для суперкомплексов, а также их функциональную роль. Связывание липидов стабилизируется множественными нековалентными взаимодействиями от белковых остатков до липидных головных групп и гидрофобных хвостов. На основе анализа липидов с уточненными головными группами в структурах мембранных белков были идентифицированы различные мотивы для стабилизации взаимодействий между фосфодиэфирными фрагментами и боковыми цепями аминокислотных остатков.Наблюдаются различия между связыванием на электроположительной и электроотрицательной стороне мембраны, а также преимущественное связывание с последней. Сделана первая попытка идентифицировать мотивы связывания, специфичные для головной липидной группы. Описан недавно идентифицированный сайт связывания кардиолипина в дрожжевом комплексе цитохрома bc ₁. Обсуждаются отнесение ненасыщенных липидных цепей и эволюционные аспекты связывания липидов.

Аббревиатуры

BC1

цитохром bc ₁ комплекс

B6F

цитохром b ₆ f комплекс

центр фотосинтетической реакции

FDH

формиатдегидрогеназ 3000 сукканолдегидрогеназа

SDH2000 сукцинатдегидрогеназа N

SDH

фосфатидилглицерофосфолипид

EPR

электронный парамагнитный резонанс

IMM

внутренняя митохондриальная мембрана

Ключевые слова

Липид

Мембранный белок

Взаимодействие липидов с белками

Структура

X-ray 0)

Ссылки на статьи

Биологические строительные блоки | CancerQuest

Клетка — основная единица жизни. Все организмы состоят из одной или нескольких клеток. Как будет показано ниже, люди состоят из многих миллионов клеток. Чтобы понять, что происходит при раке, важно понимать, как работают нормальные клетки. Первый шаг — обсудить структуру и основные функции клеток.

Сначала мы познакомимся с общими строительными блоками ячеек.Все клетки, независимо от их функции или расположения в организме, имеют общие черты и процессы. Удивительно, но клетки почти полностью состоят всего из четырех основных типов молекул. Выше показана клетка, окруженная примерами этих молекул строительных блоков.

Поскольку они присутствуют в живых существах, эти строительные блоки называются биомолекулами. В следующих разделах описываются структуры и функции каждого из этих основных строительных блоков. Дополнительную информацию по темам на этой странице также можно найти в большинстве вводных учебников по биологии, мы рекомендуем «Биология Кэмпбелла», 11-е издание.

Углеводы

Первый класс биомолекул, который мы обсудим, — это углеводы. Эти молекулы состоят из элементов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O). Обычно эти молекулы известны как сахара . Углеводы могут иметь размер от очень маленького до очень большого. Как и все другие биомолекулы, углеводы часто выстраиваются в длинные цепочки, связывая вместе более мелкие единицы. Это похоже на добавление бусинок к браслету, чтобы сделать его длиннее.Общий термин для отдельного элемента или шарика — это мономер . Термин для длинной цепочки мономеров — это полимер .

Примеры углеводов включают сахара, содержащиеся в молоке (лактоза) и столовый сахар (сахароза). Ниже представлена структура мономера сахара глюкозы, основного источника энергии для нашего тела.

Сфера Палка Поверхность Повернуть

Углеводы выполняют в клетках несколько функций.Они являются отличным источником энергии для множества различных процессов, происходящих в наших клетках. Некоторые углеводы могут иметь структурную функцию. Например, материал, который заставляет растения стоять высоко и придает дереву жесткие свойства, представляет собой полимерную форму глюкозы, известную как целлюлоза. Другие типы сахарных полимеров составляют запасенные формы энергии, известные как крахмал и гликоген. Крахмал содержится в растительных продуктах, таких как картофель, а гликоген — в животных. Ниже показана короткая молекула гликогена.Вы можете сами манипулировать молекулой, чтобы хорошо рассмотреть.

Палка Линия Заполнение пространства Повернуть

Углеводы необходимы клеткам для взаимодействия друг с другом. Они также помогают клеткам прилипать друг к другу и к материалу, окружающему клетки в организме. Способность организма защищаться от вторжения микробов и удаления инородных материалов из тела (например, улавливание пыли и пыльцы слизью в носу и горле) также зависит от свойств углеводов.

Узнайте больше о том, как доктор Майкл Пирс использует углеводы для исследования рака.

Белки

Как и углеводы, белки состоят из более мелких единиц. Мономеры, из которых состоят белки, называются аминокислотами . Существует около двадцати различных аминокислот. Структура простейшей аминокислоты, глицина, показана ниже.

Сфера Палка Повернуть

Белки выполняют многочисленные функции в живых организмах, включая следующие:

Они помогают формировать многие структурные элементы тела, включая волосы, ногти и мышцы.Белки являются основным структурным компонентом клеток и клеточных мембран.
Они помогают транспортировать материалы через клеточные мембраны. Примером может служить захват глюкозы клетками из кровотока. Мы вернемся к этой важной способности, когда обсудим устойчивость раковых клеток к химиотерапевтическим агентам.
Они действуют как биологические катализаторы. Большая группа белков, известных как ферменты, способна ускорять химические реакции, необходимые для правильной работы клеток.Например, существует множество ферментов, которые участвуют в расщеплении пищи, которую мы едим, и обеспечении доступности питательных веществ.
Взаимодействия между клетками очень важны для поддержания организации и функционирования клеток и органов. Белки часто отвечают за поддержание контакта между соседними клетками и между клетками и их локальной средой. Хорошим примером может служить взаимодействие клеток: клетки, которые удерживают клетки нашей кожи вместе. Эти взаимодействия зависят от белков соседних клеток, которые плотно связываются друг с другом.Как мы увидим, изменения в этих взаимодействиях необходимы для развития метастатического рака.
Белки контролируют активность клеток, включая решения относительно деления клеток. Раковые клетки неизменно имеют дефекты в этих типах белков. Мы вернемся к этим белкам более подробно, когда будем говорить о регуляции деления клеток.
Многие гормоны, сигналы, которые проходят по телу и изменяют поведение клеток и органов, состоят из белка.Ниже показан инсулин, небольшой белковый гормон, регулирующий усвоение глюкозы из кровотока.

Заполнение пространства Лента Проволочная рама Повернуть

Липиды

Термин липид относится к широкому спектру биомолекул, включая жиры, масла, воски и стероидные гормоны. Независимо от их структуры, местоположения или функции в клетке / теле, все липиды имеют общие черты, которые позволяют группировать их вместе.

Не растворяются в воде; они гидрофобны.
Как и углеводы, они состоят в основном из углерода, водорода и кислорода.

Гидрофобная природа липидов обуславливает многие их применения в биологических системах. Жиры являются хорошим источником накопленной энергии, а масла и воски используются для формирования на нашей коже защитных слоев, предотвращающих инфекцию. Некоторые липиды, стероидные гормоны, являются важными регуляторами клеточной активности. Мы вернемся к этому во время обсуждения информационного потока в ячейках.Активность стероидных гормонов, таких как эстроген, связана с раком женской репродуктивной системы. Процедуры, основанные на этих знаниях, будут подробно обсуждаться в разделе лечения на сайте.

Заполнение пространства Палка Проволочная рама Повернуть

Изображенный выше пример триацилглицерина или жира. Три длинные цепи состоят только из углерода и водорода, что придает молекуле гидрофобные свойства.Когда вы читаете о содержании насыщенных и ненасыщенных жиров на этикетке пищевых продуктов, они имеют в виду различия в этих длинных углеводородных цепях.

Основная функция липидов — образование биологических мембран. Клетки окружены тонким слоем липидов. Слой состоит из липидов особого типа, которые обладают как гидрофобными, так и гидрофильными свойствами. Гидрофильные концы этих молекул обращены к наполненной водой среде внутри клеток и водной среде вне клеток.Внутри двух слоев существует гидрофобная область. Мембрана, окружающая клетки, богата белками и другими липидами, такими как холестерин.

Большинство химических веществ не могут проникать через липидный бислой. Вода и некоторые другие небольшие молекулы могут свободно проходить через мембрану, в то время как другие молекулы должны активно транспортироваться через белковые каналы, встроенные в мембрану. Мембраны также содержат комбинацию биомолекул, которые были описаны до сих пор. Как показано выше, белки могут быть связаны с углеводами с образованием гликопротеинов.Гликопротеины играют важную роль в клетке: клеточные взаимодействия обсуждались ранее, и изменения количества или типов этих белков наблюдаются при раке. Точно так же сочетание липидов и углеводов приводит к образованию гликолипидов.

Нуклеиновые кислоты

Вся информация, необходимая для управления и построения клеток, хранится в этих молекулах.

Существует два основных типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК).Обе эти молекулы являются полимерами. Они состоят из мономерных субъединиц, подобных ранее описанным углеводам и белкам. Мономеры, используемые для создания нуклеиновых кислот, называются нуклеотидами. Нуклеотиды часто обозначаются однобуквенными аббревиатурами A, C, G, T и U. Как и все мономеры, описанные до сих пор, мономеры, используемые для построения ДНК, похожи друг на друга, но не совсем похожи. Одно из различий между ДНК и РНК — это подмножество нуклеотидов, используемых для создания полимеров.ДНК содержит A, C, G и T, в то время как РНК содержит A, C, G и U.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)

ДНК

состоит из двух длинных цепочек (полимеров) нуклеотидов, скрученных друг вокруг друга и образующих спиральную или спиральную структуру, показанную ниже. Скрученные молекулы расположены определенным образом, причем определенные нуклеотиды всегда находятся напротив друг друга. Нуклеотид, содержащий аденин (A), всегда соединяется с нуклеотидом, содержащим тимин (T).Точно так же гуанин (G) всегда соединяется с цитозином (C). Если вы внимательно посмотрите на график ниже, вы увидите, что пары нуклеотидов взаимодействуют в середине спирали. Полимеры, образующие ДНК, могут быть очень длинными, достигая миллионов нуклеотидов на каждую отдельную молекулу ДНК. На следующем рисунке изображена короткая цепь двухцепочечной ДНК.

Сфера Палка Поверхность Повернуть

ДНК

находится в ядре клетки, структура которой будет описана в следующем разделе сайта.Все ядерные клетки человеческого тела имеют одинаковое содержание ДНК независимо от их функции. Разница в том, какие части ДНК используются в той или иной клетке. Например, клетки печени содержат ту же ДНК, что и клетки, из которых состоят мышцы. Резко различающиеся активности этих двух типов клеток зависят от участков ДНК, которые активны в клетках. ДНК — это форма хранения генетической информации, которая действует как образец для клеток. Как мы увидим, изменения в последовательности ДНК могут приводить к изменениям в поведении клеток.Нерегулируемый рост, а также многие другие изменения, наблюдаемые при раке, в конечном итоге являются результатом мутаций, изменений в структуре ДНК.

Рибонуклеиновая кислота

Рибонуклеиновая кислота (РНК) во многом похожа на ДНК. Это полимер нуклеотидов, который несет информацию, содержащуюся в генах. Помимо некоторых химических различий между РНК и ДНК, существуют важные функциональные различия.

РНК копируется из ДНК в ядре, и большая часть ее отправляется в цитозоль.
РНК — это рабочая форма информации, хранящейся в ДНК.
РНК одноцепочечная, а не двухцепочечная

Информация, хранящаяся в ДНК, работает для клеток так же, как архитектор использует план. Конкретное производство РНК позволяет клетке использовать только те страницы «плана», которые требуются в любой конкретный момент. Очень важно производить правильные РНК в правильное время. При раке производство или регуляция определенных РНК не происходит должным образом.Точно так же, как неправильное прочтение чертежа приведет к возникновению дефектов в здании, неправильное производство РНК вызывает изменения в поведении клеток, которые могут привести к раку. Эта важная тема будет подробно рассмотрена в разделе, посвященном функции генов. Сначала мы исследуем более сложные формы биомолекул, а затем познакомимся с некоторыми ключевыми функциональными компонентами эукариотических клеток.

Комбинации

Теперь мы познакомились с основными классами биомолекул.

углеводы
липидов
белков
нуклеиновых кислот

Эти биомолекулы работают вместе, чтобы выполнять определенные функции и создавать важные структурные особенности клеток. Например, в разделе, посвященном липидам, мы впервые увидели схему мембраны ниже.

Помимо липидного бислоя, состоящего из липидов особого типа, мембрана содержит множество белков и сахаров. Как показано, белки и сахара можно комбинировать с образованием гликопротеинов.К липидам также можно добавлять сахара для образования гликолипидов.

Многие из белков, которые важны для развития и / или выявления рака, являются гликопротеинами. Например, диагностические тесты на рак простаты включают тестирование образцов крови на наличие гликопротеина, называемого специфическим антигеном простаты или ПСА. Рак яичников можно контролировать по выработке другого гликопротеина, называемого СА-125. CA означает связанный с раком.

Подробнее о тесте CA-125

Часто многие белки и другие биомолекулы объединяются, образуя функциональные структуры в клетках.Далее мы исследуем некоторые из этих более сложных структур, называемых органеллами.

Сводка

Все живые существа, включая клетки, составляющие человеческое тело, состоят из небольшого подмножества различных биомолекул. Существует четыре основных класса, как описано ниже:

Углеводы
- Углеводы состоят из элементов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).
- Сахар — это обычные углеводы.
- Углеводы внутри клеток выполняют несколько функций:
  - Основной источник энергии
  - Обеспечить структуру
  - Связь
  - Клеточная адгезия
  - Защита от посторонних предметов и удаление посторонних предметов
Белки
- Белки состоят из аминокислот.
- Белки выполняют в живых организмах несколько функций:
  - Структура волос, мышц, ногтей, компонентов клеток и клеточных мембран
  - Транспортировка клеток
  - Биологические катализаторы или ферменты
  - Поддержание сотового контакта
  - Контрольная активность клеток
  - Передача сигналов через гормоны
Липиды
- Широкий спектр биомолекул, включая жиры, масла, воски и стероидные гормоны.
- Липиды не растворяются в воде (они гидрофобны) и в основном состоят из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).
- Липиды выполняют несколько функций в живых организмах:
  - Формы биологических мембран
  - Жиры могут храниться в качестве источника энергии
  - Масла и воски обеспечивают защиту путем покрытия участков, которые могут быть заражены микробами (например, кожа или уши)
  - Стероидные гормоны регулируют активность клеток, изменяя экспрессию генов
Нуклеиновые кислоты
- Вся информация, необходимая для управления и построения клеток, хранится в этих молекулах.
- Нуклеиновые кислоты состоят из нуклеотидов, обозначенных аббревиатурой A, C, G, T и U.
- Существует два основных типа нуклеиновых кислот, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК):
  - ДНК
    - ДНК имеет структуру двойной спирали, состоящей из нуклеотидов A, C, G и T.
    - находится в ядре клетки.
    - ДНК — это форма хранения генетической информации.
  - РНК
    - РНК обычно одноцепочечная и состоит из нуклеотидов A, G, C и U.
    - РНК скопирована с ДНК и является рабочей формой информации.
    - РНК производится в ядре, а мРНК экспортируется в цитозоль.

Дополнительные биомолекулы могут быть получены путем объединения этих четырех типов. Например, многие белки модифицируются путем добавления углеводных цепей. Конечный продукт называется гликопротеином.

Если материал окажется для вас полезным, то разместите ссылку на наш веб-сайт.

2.8: Структура и функции — липиды и мембраны

Наиболее распространенными липидами в клетках являются жирные кислоты. Обнаруженные в жирах, глицерофосфолипидах, сфинголипидах и служащие в качестве мембранных якорей для белков и других биомолекул, жирные кислоты важны для хранения энергии, структуры мембраны и в качестве предшественников большинства классов липидов. Жирные кислоты, как видно из рисунка 2.190, характеризуются полярной головной группой и длинным углеводородным хвостом. Жирные кислоты с углеводородными хвостами, в которых отсутствуют какие-либо двойные связи, называются насыщенными, а кислоты с одной или несколькими двойными связями в хвостах известны как ненасыщенные жирные кислоты.Эффект двойных связей на хвосте жирной кислоты заключается в том, что он приводит к изгибу или изгибу хвоста, как показано для олеиновой кислоты.

Стеариновая кислота, насыщенная жирная кислота, напротив, имеет прямой углеводородный хвост. На рисунках 2.190-2.194 показаны наиболее распространенные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты. Жирные кислоты с ненасыщенными хвостами имеют более низкую температуру плавления, чем кислоты с насыщенными хвостами такой же длины. Более короткие хвосты также снижают температуру плавления. Эти свойства передаются содержащимся в них жирам / маслам.

Жирные кислоты с более чем одной двойной связью называются полиненасыщенными. Растения — отличный источник ненасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот. Положение двойной (ых) связи (ей) в жирных кислотах имеет важное значение как для их синтеза, так и для их действия в организме. Биохимически двойные связи, обнаруженные в жирных кислотах, имеют преимущественно цис-конфигурацию. Так называемые трансжиры возникают как химический побочный продукт частичной гидрогенизации растительного масла.

У людей потребление трансжиров повышает уровни липопротеинов низкой плотности (ЛПНП) и снижает уровни липопротеинов высокой плотности (ЛПВП).Считается, что каждый из них увеличивает риск развития ишемической болезни сердца. Самый рисунок 2.194 — Жирнокислотные модели. Конец карбоксила, отмеченный красным цветом Википедии, распространенные жирные кислоты в нашем организме включают пальмитат, стеарат, олеат, линоленат, линолеат и арахидонат. Две заметные более короткие жирные кислоты — это нонановая (9 атомов углерода) и декановая кислота (10 атомов углерода), обе из которых, по-видимому, обладают противосудорожным действием. Декановая кислота напрямую подавляет возбуждающую нейропередачу в головном мозге и может способствовать противосудорожному эффекту кетогенной диеты.

Жирные кислоты описываются как незаменимые жирные кислоты, если они должны присутствовать в рационе (не могут быть синтезированы организмом), и незаменимые жирные кислоты, если организм может их синтезировать. У людей и других животных отсутствуют ферменты десатуразы, необходимые для образования двойных связей в положениях больше, чем Δ-9, поэтому с пищей должны поступать жирные кислоты с двойными связями за пределами этого положения. Линолевая кислота и линоленовая кислота попадают в эту категорию. Родственные ненасыщенные жирные кислоты могут быть получены из этих жирных кислот, поэтому присутствие линолевой и линоленовой кислот в рационе устраняет необходимость наличия в рационе всех ненасыщенных жирных кислот.И линолевая, и линоленовая кислоты содержат 18 атомов углерода, но линолевая кислота является жирной кислотой ω-6, тогда как линоленовая кислота является жирной кислотой ω-3. Примечательно, что омега-6 жирные кислоты обладают провоспалительной активностью, тогда как омега-3 жирные кислоты обладают меньшей способностью.

Жиры и масла являются основными формами хранения энергии у животных и также известны как триацилглицерины и триглицериды, поскольку они состоят из молекулы глицерина, связанной сложноэфирными связями с тремя жирными кислотами (рис. 2.196). Жиры и масла имеют одинаковую базовую структуру.Мы даем название «жир» тем соединениям, которые являются твердыми при комнатной температуре, а название «масло» — тем, которые являются жидкими при комнатной температуре. Обратите внимание, что биологические масла — это не то же самое, что нефтяные масла.

Увеличение количества ненасыщенных жирных кислот (и количества ненасыщенности в данной жирной кислоте) в жире снижает его температуру плавления. Такие организмы, как рыба, которые живут в прохладной окружающей среде, имеют жиры с большей ненасыщенностью, и поэтому рыбий жир содержит полиненасыщенные жирные кислоты.

Жиры хранятся в организме в специализированных клетках, известных как адипоциты. Ферменты, известные как липазы, выделяют жирные кислоты из жиров в результате реакций гидролиза (рис. 2.197). Триацилглицерковая липаза (панкреатическая — рис. 2.198) способна расщеплять первые две жирные кислоты из жира. Второй фермент, моноацилглицерин липаза, расщепляет последнюю жирную кислоту. Жиры можно синтезировать, заменив фосфат фосфатидной кислоты жирной кислотой.

Глицерофосфолипиды

Глицерофосфолипиды (фосфоглицериды) являются важными компонентами липидного бислоя клеточных мембран.Фосфоглицериды структурно связаны с жирами, поскольку оба являются производными фосфатидной кислоты (рис. 2.199). Фосфатидная кислота — это простой глицерофосфолипид, который обычно превращается в фосфатидильные соединения. Они образуются путем этерификации различных групп, таких как этаноламин, серин, холин, инозит и другие (рис. 2.200), до фосфата фосфатидной кислоты. Все эти соединения образуют липидные бислои в водном растворе из-за их амфифильной природы.

Рисунок 2.199 — Структура фосфатидной кислоты.R1 и R2 представляют собой алкильные группы жирных кислот.

Фосфатидилэтаноламины

Поскольку все глицеролипиды могут содержать различные жирные кислоты в положениях 1 и 2 глицерина, все они представляют собой семейства соединений. Фосфатидилэтаноламины содержатся во всех живых клетках и являются одними из наиболее распространенных фосфатидов, составляя около 25% из них. Они являются обычными составляющими ткани головного мозга и спинного мозга, составляя до 45% от общего количества фосфолипидов. Фосфатидилэтаноламины асимметрично распределены по мембранам, предпочтительно располагаясь на внутреннем листке (ближайшем к цитоплазме) плазматической мембраны.Метаболически фосфатидилэтанлоамины являются предшественниками фосфатидилхолинов. Фосфатидилсерины Фосфатидилсерины представляют собой другую группу фосфатидильных соединений, которые предпочтительно распределены по липидному бислою плазматической мембраны. Подобно фосфатидилэтаноламинам, фосфатидилсерины предпочтительно расположены на внутреннем листке плазматической мембраны. Когда происходит апоптоз (клеточное самоубийство), предпочтительное распределение теряется, и фосфатидилсерины появляются на наружной створке, где они служат сигналом макрофагам для связывания и разрушения клетки.

Рисунок 2.200 — Четыре общих компонента фосфатидов Википедия

Фосфатидилхолины

Фосфатидилхолины (рис. 2.201) — еще одна группа важных мембранных компонентов. Чаще они обнаруживаются на наружном листке плазматической мембраны. С точки зрения питания соединения легко получить из яиц и соевых бобов. Фосфатидилхолины перемещаются через мембраны с помощью белка-переноса фосфатидилхолина (PCTP). Этот белок, чувствительный к уровням фосфатидилхолинов, стимулирует активность тиоэстеразы (разрывает тиоэфирные связи, такие как ацил-КоА) и активирует факторы транскрипции PAX3.

Рисунок 2.201 — Фосфатидилхолин

Кардиолипины

Кардиолипины представляют собой необычный набор глицерофосфолипидов, содержащий два диацилглицериновых скелета, соединенных в середине дифосфоглицерином (рис. 2.202). Это важный мембранный липид, составляющий около 20% внутренней митохондриальной мембраны и обнаруженный в организмах от бактерий до человека. И у растений, и у животных он почти полностью находится во внутренней митохондриальной мембране.

Рисунок 2.202 — Кардиолипин

По-видимому, молекулы необходимы как Комплексу IV, так и Комплексу III цепи переноса электронов для поддержания своей структуры.Фермент АТФ-синтаза (Комплекс V) системы окислительного фосфорилирования также связывает четыре молекулы кардиолипина. Было высказано предположение, что кардиолипин действует как ловушка протонов в процессе перекачки протонов комплексом IV.

Рисунок 2.203 — Окисление кардиолипина и высвобождение цитохрома C при апоптозе

Кардиолипин также играет роль в апоптозе. Как показано на рисунке 2.203, окисление кардиолипина кардиолипин-специфической оксигеназой заставляет кардиолипин перемещаться с внутренней митохондриальной мембраны на внешнюю, помогая формировать проницаемую пору и облегчая транспорт цитохрома с из межмембранного пространства в межмембранное пространство. цитоплазма — ступень в процессе апоптоза.

Рисунок 2.204 — Диацилглицерин

Диацилглицерин

Диацилглицерин (также называемый диглицеридом и DAG — рис. 2.204) является важным промежуточным звеном в метаболических путях. Он вырабатывается, например, на первой стадии гидролиза жира, а также производится, когда мембранные липиды, такие как PIP2 (фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат), гидролизуются фосфолипазой C в сигнальном каскаде.

DAG сам по себе является сигнальным соединением, связывающимся с протеинкиназой C, чтобы активировать ее для фосфорилирования субстратов.Синтез DAG начинается с глицерин-3-фосфата, который получает две жирные кислоты из двух ацил-CoA с образованием фосфатидной кислоты. Дефосфорилирование фосфатидной кислоты производит DAG. DAG также может быть повторно фосфорилирован киназой DAG для повторного образования фосфатидной кислоты, или другая жирная кислота может быть добавлена для получения жира.

Инозитол

Рисунок 2.205 — Инозитол

Хотя технически это не липид, он содержится во многих липидах. Инозитол — это производное циклогексана, содержащее шесть гидроксильных групп — по одной на каждом атоме углерода (Рисунок 2.205. Он состоит из девяти различных стереоизомеров, наиболее распространенным из которых является цис-1,2,3,5-транс-4,6-циклогексангексол (называемый мио-инозитолом). Имеет сладкий вкус (вдвое меньше сахарозы).

Рисунок 2.206 — Фитиновая кислота

Существует множество фосфорилированных форм соединения, от одного фосфата до шести (по одной на каждом атоме углерода). Фитиновая кислота, например, содержащаяся в растениях, содержит шесть фосфатов (рис. 2.206), которые используются для хранения фосфатов. Инозит вырабатывается из глюкозы и когда-то считался витамином B8, но вырабатывается организмом в достаточных количествах, поэтому сейчас он не считается витамином.Фосфорилированные формы инозита обнаружены в фосфоинозитидах, таких как PIP2 и PIP3, оба из которых важны в процессах передачи сигналов. Некоторые из них включают передачу сигналов инсулина, катаболизм жиров, регуляцию кальция и сборку цитоскелета.

Фосфоинозитиды

Рисунок 2.207 — Структура PIP ₂

Соединения на основе фосфатидилинозита (PI) часто называют фосфоинозитидами. Эти соединения играют важную роль в передаче сигналов и мембранном переносе.Гидроксилы на атомах углерода 3, 4 и 5 инозитольного кольца являются мишенями для фосфорилирования различными киназами. Используются семь различных комбинаций. Стерические препятствия ингибируют фосфорилирование атомов углерода 2 или 6. Названия этих фосфорилированных соединений обычно следует как PI (#P) P, PI (#P, #P) P или PI (#P, #P, #P) P, где # P относится к числу углерода, на котором расположен фосфат. Например, PI (3) P относится к фосфатидильному соединению с фосфатом, добавленным к атомам углерода 3 в инозитоловом кольце, тогда как PI (3,4,5) P представляет собой фосфатидильное соединение с фосфатом, добавленным к атомам углерода 3,4, и 5.

Фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат

Рисунок 2.208 — Фосфатидилинозитол-4-фосфат

Фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP2 — Рисунок 2.207) представляет собой фосфолипид плазматических мембран, который функционирует в сигнальном каскаде фосфолипазы С. В этом сигнальном пути гидролиз, катализируемый фосфолипазой C, высвобождает инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) и диацилглицерин. Синтез PIP2 начинается с фосфатидилинозитола, который фосфорилируется в положении 4 с последующим фосфорилированием в положении 5 специфическими киназами.

PIP2 может фосфорилироваться с образованием сигнальной молекулы, известной как фосфатидилинозитол (3,4,5) -трисфосфат (PIP3). Наряду с PIP3, PIP2 служит стыковочным фосфолипидом для рекрутирования белков, которые играют роль в сигнальных каскадах. Связывание PIP2 также требуется направленными внутрь калиевыми каналами.

Фосфатидилинозитол (3,4,5) — трифосфат

Фосфатидилинозитол (3,4,5) -трисфосфат (PIP3) является важной молекулой для активации сигнальных белков, таких как AKT, которые активируют анаболические сигнальные пути, связанные с ростом и выживанием.PIP3 может быть дефосфорилирован фосфатазой PTEN с образованием PIP2 и может быть синтезирован из PIP2 под действием киназ PI 3-киназ I класса. Киназная активность по синтезу PIP3 приводит к перемещению PIP3-связывающих белков к плазматической мембране. Они включают Akt / PKB, PDK1, Btk1 и ARNO, и каждый активируется путем связывания с PIP3.

Плазмалогены

Рисунок 2.209 — Плазмалоген — липид винилового эфира Wikipedia

Особым классом глицерофосфолипидов являются плазмалогены (рисунок 2.209). Они отличаются тем, что содержат виниловую эфирную связь в положении 1 глицерина, в отличие от других глицерофопсолипидов, которые имеют сложноэфирную связь в этом положении. Позиция 2 каждого представляет собой сложный эфир. Предшественник простой эфирной связи обычно представляет собой насыщенный спирт с 16 или 18 атомами углерода или ненасыщенный спирт с 18 атомами углерода.

На фосфатном хвосте чаще всего присоединяются группы этаноламин или холин. Плазмалогены в большом количестве обнаруживаются в сердце человека (30-40% холинфосфолипидов).30% глицерофосфолипидов в головном мозге — плазмалогены, а 70% липидов этаноламина миелиновой оболочки нервных клеток — плазмалогены.

Хотя их функция не изучена, считается, что плазмалогены могут обеспечивать некоторую защиту от активных форм кислорода и играть роль в передаче сигналов.

Лецитин

Лецитин — это общий термин для комбинации липидных веществ, которая включает фосфорную кислоту, глицерин, гликолипиды, триглицериды и фосфолипиды.Лецитин является смачивающим агентом, способствующим эмульгированию и инкапсуляции, и даже используется в качестве присадки против образования отложений в моторных смазках. Лецитин используется в шоколадных батончиках, чтобы какао и масло какао не расслаивались. Лецитин считается безопасным в качестве пищевого ингредиента, но может превращаться кишечными бактериями в триметиламин-N-оксид, который может способствовать отложению холестерина и атеросклерозу.

Сфинголипиды

Рисунок 2.210 — Сфингозин и изготовленный из него церамид Wikipedia

Жирные кислоты также являются компонентами широкого класса молекул, называемых сфинголипидами.Сфинголипиды структурно подобны глицерофосфолипидам, хотя синтезируются полностью независимо от них, начиная с пальмитиновой кислоты и аминокислоты серина. Сфинголипиды названы в честь аминоспирта, известного как сфингозин (рис. 2.210), хотя напрямую из него не синтезируются. На рис. 2.211 показана обобщенная структура сфинголипидов.

Рис. 2.211. Схематическая структура сфинголипида

. Если R-группа представляет собой водород, молекула называется церамидом.Когда R-группа представляет собой фосфоэтаноламин, образующейся молекулой является сфингомиелин, важный компонент миелиновой оболочки и липидных мембран. Если вместо этого добавить один простой сахар, образуется цереброзид (рис. 2.212). Добавление сложного олигосахарида создает ганглиозид.

Сложные сфинголипиды могут играть роль в клеточном распознавании и передаче сигналов. Сфинголипиды наиболее широко обнаруживаются в плазматической мембране и почти полностью отсутствуют в мембранах митохондрий и эндоплазматического ретикулума.У животных диетические сфинголипиды были связаны с уменьшением рака толстой кишки, снижением уровня ЛПНП и повышением уровня ЛПВП. Как и глицерофосфолипиды, сфинголипиды являются амфифильными. Большинство сфинголипидов, за исключением сфингомиелина, не содержат фосфатов.

Рисунок 2.212 — Категории сфинголипидов Википедия

Эйкозаноидов

Рисунок 2.213 — Арахидоновая кислота в виде прямой (вверху) и изогнутой (внизу)

Жирные кислоты, полученные из жирных кислот омега-6 и омега-3, включают три важные жирные кислоты, содержащие 20 атомов углерода.К ним относятся арахидоновая кислота (ω-6 жирная кислота с четырьмя двойными связями (Δ-5,8,11,14) — рис. 2.213), эйкозапентаеновая кислота (ω-3 жирная кислота с пятью двойными связями и дигомо-γ- линоленовая кислота (ω-6 жирная кислота с тремя двойными связями). Класс соединений, известных как эйкозаноиды, образуется в результате окисления этих соединений. Подклассы включают простагландины, простациклины, тромбоксаны, липоксины, лейкотриены и эндоканнабиноиды (рисунки 2.214-2.219). Эйкозаноиды играют важную роль, влияя на воспаление, иммунитет, настроение и поведение.

Простагландины

Рисунок 2.214 — Простагландин PGH ₂

Набор молекул, действующих как гормоны, простагландины происходят из арахидоновой кислоты и обладают множеством различных (даже противоречивых) физиологических эффектов. К ним относятся, среди прочего, сокращение или расширение гладкомышечных клеток сосудов, стимуляция родов, регуляция воспаления и воздействие на терморегуляторный центр гипоталамуса, вызывающее лихорадку.

Простагландины сгруппированы с тромбоксанами (ниже) и простациклинами (ниже) как простаноиды.Простаноиды, которые все содержат 20 атомов углерода, являются подклассом эйкозаноидов. Простагландины содержатся в большинстве тканей высших организмов. Это аутокринные или паракринные соединения, производимые из незаменимых жирных кислот. Первичным предшественником простагландинов является жирная кислота, известная как арахидоновая кислота, а простагландин, полученный из нее, известен как PGh3 (рис. 2.214), который, в свою очередь, является предшественником других простагландинов, а также простациклинов и тромбоксанов.

Интересные простагландины

PGD ₂ — подавляет рост волосяных фолликулов, сосудорасширяющее средство, вызывает сужение бронхов, в легких у астматиков выше, чем у других.

Рисунок 2.215 Простагландин E

PGE ₂ (Рисунок 2.215) — оказывает влияние на роды (размягчение шейки матки, сокращение матки), стимулирует резорбцию кости остеокластами, вызывает лихорадку, подавляет передачу сигналов Т-клеточного рецептора, вазодилататор, ингибирует высвобождение норадреналина из симпатических нервов нервные окончания. Это мощный активатор сигнального пути Wnt.

Простагландин может иметь противоположные эффекты в зависимости от того, с каким рецептором он связывается. Связывание PGE2 с рецептором EP1 вызывает сужение бронхов и сокращение гладких мышц, тогда как связывание той же молекулы с рецептором EP2 вызывает расширение бронхов и расслабление гладких мышц.

Рисунок 2.216 — Простагландин F _2α

PGF _2α (рис. 2.216) — сокращение матки, стимуляция родов, сужение бронхов.

PGI ₂ — расширение сосудов, расширение бронхов, угнетение агрегации тромбоцитов.

Тромбоксаны

Рисунок 2.217 Тромбоксан A2 ₂

Тромбоксаны играют роль в образовании сгустков и названы в честь их роли в тромбозах. Они являются сильнодействующими вазоконстрикторами и способствуют агрегации тромбоцитов.Они также синтезируются в тромбоцитах. Противосвертывающие эффекты аспирина уходят корнями в ингибирование синтеза PGh3, который является предшественником тромбоксанов. Наиболее распространены тромбоксаны А2 (рис. 2.217) и В2.

Простациклин

Рисунок 2.218 — Простациклин

Простациклин (также известный как простагландин I2 или PGI2 — Рисунок 2.218) противодействует эффектам тромбоксанов, подавляя активацию тромбоцитов и действуя как вазодилататоры. Он вырабатывается из PGh3 под действием фермента простациклинсинтазы.

лейкотриены

Рисунок 2.219 — Лейкотриен A ₄ (LTA ₄)

Другой группой эйкозаноидных соединений являются лейкотриены (рисунок 2.219). Как и простагландины, лейкотриены производятся из арахидоновой кислоты. Фермент, катализирующий их образование, — это диоксигеназа, известная как арахидонат-5-липоксигеназа. Лейкотриены участвуют в регуляции иммунных ответов. Они обнаруживаются в лейкоцитах и других иммунокомпетентных клетках, таких как нейтрофилы, моноциты, тучные клетки, эозинофилы и базофилы.Лейкотриены связаны с производством гистаминов и простагландинов, которые действуют как медиаторы воспаления. Лейкотриены также вызывают сокращение гладкой мускулатуры бронхиол. В избыточном количестве они могут сыграть роль в астме и аллергических реакциях. Некоторые методы лечения астмы направлены на подавление выработки или действия лейкотриенов.

Холестерин

Рисунок 2.220 — Структура холестерина

Возможно, ни одна биомолекула не вызвала такого большого обсуждения и интереса, как холестерин (Рисунок 2.220). Конечно, с точки зрения комитета по Нобелевской премии, никакая малая молекула даже близко не подходит, 13 человек были удостоены призов за работу над ней. Доказательства важности холестерина получены из исследования ткани мозга, где он составляет 10-15% от сухой массы.

Гибкость мембраны

Рисунок 2.221 — Ситостерин — фитостерин A

В клетках животных холестерин обеспечивает гибкость мембран, что позволяет клеткам двигаться, в отличие от растительных и бактериальных клеток с фиксированными структурами.Холестерин вырабатывается во многих клетках организма, и больше всего в печени. Анаболический путь, ведущий к синтезу холестерина, известен как изопреноидный путь, а его ветви ведут к другим молекулам, включая другие жирорастворимые витамины.

Рисунок 2.222 — Маргарин — распространенный источник трансжиров Wikipedia

Холестерин редко встречается у прокариот (исключение составляет микоплазма, которая требует его для роста), а в растениях обнаруживается только в следовых количествах. Вместо этого растения синтезируют аналогичные соединения, называемые фитостеринами (Рисунок 2.221). В среднем, тело взрослого мужчины весом 150 фунтов вырабатывает около 1 грамма холестерина в день с общим содержанием около 35 граммов.

Упаковка

Рисунок 2.223 — Холестерин — модель шарика и палочек

Гидрофобность холестерина (и других липидов) требует специальной упаковки в липопротеиновые комплексы (так называемые хиломикроны, ЛПОНП, ЛПОНП, ЛПНП и ЛПВП) для движения в лимфатической системе и кровотоке. Хотя холестерин может вырабатываться клетками, они также забирают его из системы кровоснабжения, поглощая холестерин-содержащие ЛПНП непосредственно в процессе, называемом рецептор-опосредованным эндоцитозом.

Окислительное повреждение липопротеинов низкой плотности может привести к образованию атеросклеротических бляшек, и именно поэтому холестерин приобрел такую негативную репутацию в глазах общественности. Печень выводит холестерин с желчью для выведения в пищеварительную систему, но это соединение там рециркулируется.

Снижение уровня холестерина

Рисунок 2.224 — Эзетимиб — ингибитор абсорбции холестерина

Стратегии снижения холестерина в организме сосредоточены в первую очередь на трех областях — снижении потребления, снижении эндогенного синтеза и сокращении рециркуляции.В настоящее время обсуждаются диетические соображения, такие как потребление насыщенных жиров по сравнению с ненасыщенными. Однако диетические трансжиры коррелируют с частотой ишемической болезни сердца. Употребление овощей может оказать некоторую помощь в снижении уровня холестерина, рециркулируемого в пищеварительной системе, потому что фитостерины растений конкурируют с холестерином за реабсорбцию, и когда это происходит, больший процент холестерина выходит из организма с калом. Лекарства, относящиеся к пенициллину, также используются для подавления рециркуляции холестерина.Одним из них является эзетимиб, показанный на рис. 2.224.

Рис. 2.225 — All-trans retinol

Генетические дефекты в системе движения холестерина являются причиной редкого заболевания, известного как семейная гиперхолестеринемия, при которой в крови пораженных людей содержатся опасно высокие уровни ЛПНП. При отсутствии лечения заболевание часто приводит к летальному исходу в первые 10-20 лет жизни. Хотя ЛПНП получили (и заслуживают) плохую репутацию, другая группа липопротеиновых комплексов, известных как ЛПВП (комплексы липопротеинов высокой плотности), известны как «хороший холестерин», потому что их уровни коррелируют с удалением мусора (включая холестерин) из артерий и снижают воспаление.

Функция мембраны

В мембранах холестерин играет важную роль в качестве изолятора для передачи сигналов в нервной ткани и помогает управлять текучестью мембран в широком диапазоне температур. Накапливаясь в липидном бислое, холестерин снижает текучесть мембраны и ее проницаемость для нейтральных соединений, а также протонов и ионов натрия. Холестерин может играть роль в передаче сигналов, помогая строить липидные рафты внутри клеточной мембраны.

Витамин А

Рисунок 2.226 — 11-цис-ретиналь

Витамин А бывает трех основных химических форм: ретинол (запас в печени — рисунок 2.225), сетчатка (роль в зрении — рисунок 2.226) и ретиноевая кислота (роль в росте и развитии). Все формы витамина А являются дитерпеноидами и отличаются только химической формой терминальной группы. Ретинол в основном используется как форма хранения витамина.

Ретинол обычно эстерифицируется до жирной кислоты и хранится в печени.В больших количествах соединение токсично. Ретинол попадает в организм путем гидролиза сложного эфира или восстановления сетчатки. Важно отметить, что ни ретиналь, ни ретинол не могут быть изготовлены из ретиноевой кислоты. Ретиноевая кислота важна для здоровья кожи и зубов, а также для роста костей. Он участвует в дифференцировке стволовых клеток через специфический клеточный рецептор ретиноевой кислоты.

Источники

Рисунок 2.227 — β-каротин

Хорошими источниками витамина А являются печень и яйца, а также многие растения, включая морковь, которые имеют предшественник β-каротина (рис.227), из которого под действием диоксигеназы может быть получен ретинол.

Светочувствительность Система конъюгированных двойных связей в боковой цепи витамина А чувствительна к свету и может переключаться между цис- и транс-формами при воздействии на него. Именно эта реакция на свет позволяет сетчатке глаза играть роль в зрении палочек и колбочек глаз. Здесь альдегидная форма (сетчатка) связана с белком родопсином в мембранах палочек и колбочек.

Рисунок 2.228 — Цветовая чувствительность колбочек и палочек Изображение Алейи Ким

При воздействии света определенной длины волны «хвост» молекулы сетчатки будет переключаться назад и вперед с цис-на-транс в двойной связи в позиции 11 молекулы. .Когда это происходит, генерируется нервный сигнал, который сигнализирует мозгу о воздействии света. Несколько разные формы родопсина имеют разные максимумы максимального поглощения, позволяющие мозгу воспринимать красный, зеленый и синий цвета и объединять их в изображения, которые мы видим (рис. 2.228). Колбочки — это клетки, отвечающие за цветовое зрение, тогда как палочки в основном участвуют в обнаружении света в условиях низкой освещенности.

Дефицит и излишек

Дефицит витамина А распространен в развивающихся странах и послужил источником вдохновения для создания и синтеза генетически модифицированного золотого риса, который используется в качестве источника витамина А для предотвращения слепоты у детей.Передозировка витамина А, называемая гипервитаминозом А, опасна и может привести к летальному исходу. Также предполагается, что избыток витамина А связан с остеопорозом. У курильщиков избыток витамина А связан с повышенным уровнем заболеваемости раком легких, но у некурящих этот показатель снижается.

Витамин D

Рисунок 2.229 — Холекальциферол — витамин D3

Активная форма витамина D играет важную роль в кишечном всасывании кальция и фосфата и, следовательно, в здоровых костях.Технически витамин D даже не витамин, это соединение, вырабатываемое организмом. Скорее, он больше похож на гормон.

Витамин D, полученный в конечном итоге из холестерина, может быть получен в результате реакции, катализируемой ультрафиолетом. В реакции промежуточный 7-дегидрохолестерин превращается в холекальциферол (витамин D3) под действием ультрафиолетового излучения (рис. 2.229). Реакция наиболее быстро происходит в двух нижних слоях кожи, показанных на рис. 2.230.

Рисунок 2.230 — Слои кожи.Снаружи наверху.

Формы витамина D

Пять различных соединений называются витамином D. Их

Витамин D1 — смесь эргокальциферола и люмистерола

Витамин D2 — эргокальциферол

Витамин D3 — Витамин холекальциферол

D4 — Витамин 22-дигидроэргокальциферол

D5 — Ситокальциферол

Витамин D3 является наиболее распространенной формой, используемой в витаминных добавках, и он, как и витамин D2, также обычно поступают с пищей.Активная форма витамина D, кальцитриол (рис. 2.231), вырабатывается в организме в контролируемых количествах. Это происходит в два этапа от холекальциферола. Во-первых, гидроксилирование в печени дает кальцидиол, а второе гидроксилирование в почках дает кальцитриол. Макрофаги моноцитов также могут синтезировать витамин D и используют его в качестве цитокина для стимуляции врожденной иммунной системы.

Механизм действия

Кальцитриол перемещается в организме в связке с белком, связывающим витамин D, который доставляет его к органам-мишеням.Кальцитриол внутри клеток действует путем связывания рецептора витамина D (VDR), что приводит к большинству физиологических эффектов витамина. После связывания кальцитриола VDR мигрирует в ядро, где он действует как фактор транскрипции, чтобы контролировать уровни экспрессии белков транспорта кальция (например) в кишечнике. Большинство тканей реагируют на VDR, связанный с кальцитриолом, и в результате уровень кальция и фосфата в клетках снижается.

Дефицит / избыток

Фигура 2.231 — Кальцитриол — активная форма витамина D

Дефицит витамина D является причиной болезни, известной как рахит, которая характеризуется мягкими и слабыми костями и чаще всего встречается у детей. Это не распространено в развитом мире, но в других странах вызывает растущее беспокойство.

Избыток витамина D встречается редко, но имеет токсические эффекты, включая гиперкальциемию, которая приводит к болезненным отложениям кальция в основных органах. Признаки токсичности витамина D — учащенное мочеиспускание и жажда.Токсичность витамина D может привести к умственной отсталости и многим другим серьезным проблемам со здоровьем.

Витамин E

Рисунок 2.232 α-токоферол — наиболее биологически активная форма витамина E Рисунок

Витамин E состоит из двух групп (токоферолов и токотриенолов — рисунок 2.232) и стереоизомеров каждого из них. Обычно он содержится в растительных маслах. Соединения действуют в клетках как жирорастворимые антиоксиданты. α-токоферол (рис. 2.233), наиболее активная форма витамина, действует 1) через защитную систему глутатионпероксидазы и 2) через мембраны, прерывая цепные реакции перекисного окисления липидов.В обоих случаях витамин E снижает уровень активных форм кислорода в клетках.

Рисунок 2.233 — Структура токотриенолов

Action

Рисунок 2.234 — Реакции перекисного окисления липидов

Витамин E поглощает кислородные радикалы (обладающие неспаренными электронами), реагируя с ними с образованием токоферильного радикала. Этот радикал витамина Е может быть преобразован обратно в исходную форму с помощью донора водорода. Витамин С — один из таких доноров. Действуя таким образом, витамин E помогает уменьшить окисление легко окисляемых соединений в реакциях перекисного окисления липидов (Рисунок 2.234).

Витамин Е также может влиять на активность ферментов. Соединение может ингибировать действие протеинкиназы C в гладких мышцах и одновременно активировать катализ протеинфосфатазы 2A для удаления фосфатов, останавливая рост гладких мышц.

Дефицит / избыток

Дефицит витамина E может привести к плохой проводимости нервных сигналов и другим проблемам, возникающим из-за нервных проблем. Низкий уровень витамина может быть фактором низкой массы тела при рождении и преждевременных родов.Однако дефицит встречается редко и обычно не связан с диетой.

Избыток витамина Е снижает уровень витамина К, тем самым снижая способность к свертыванию крови. Гипервитаминоз витамина Е в сочетании с аспирином может быть опасен для жизни. При более низких уровнях витамин E может выполнять профилактическую роль в отношении атеросклероза за счет снижения окисления ЛПНП, стадии образования бляшек.

Витамин К

Рисунок 2.235 — Формы витамина K Изображение Pehr Jacobson

Как и другие жирорастворимые витамины, витамин K существует в нескольких формах (Рисунок 2.235) и накапливается в жировой ткани организма. Есть две основные формы витамина — K1 и K2, а у последнего есть несколько подформ. Витамины K3, K4 и K5 производятся синтетически, а не биологически.

Рисунок 2.236 — Переработка витамина К Википедия

Действие

Витамин К используется в качестве кофактора для ферментов, которые добавляют карбоксильные группы к глутаматным боковым цепям белков для увеличения их сродства к кальцию. У человека известно шестнадцать таких белков. Они включают белки, участвующие в свертывании крови (протромбин (так называемый фактор II), факторы VII, IX и X), метаболизм костной ткани (остеокальцин, также называемый костным белком Gla (BGP), матричный белок Gla (MGP) и периостин) и другие. .

Модификация протромбина — важный шаг в процессе свертывания крови (см. ЗДЕСЬ). Снижение уровня витамина К приводит к меньшему свертыванию крови, что иногда называют разжижением крови. Лекарства, которые блокируют рециркуляцию витамина К (рис. 2.236) путем ингибирования эпоксидредуктазы витамина К, производят более низкий уровень витамина и используются для лечения людей, склонных к чрезмерному свертыванию крови. Варфарин (кумадин) — одно из таких соединений, которое действует таким образом и используется в терапевтических целях.Люди по-разному реагируют на лекарство, требуя от них периодического тестирования на уровень свертывания крови, которым они обладают, чтобы не произошло слишком много или слишком мало.

Источники

Рисунок 2.237 — Схема нумерации стероидов Изображение Pehr Jacobson

Витамин K1 представляет собой стереоизомер электронного рецептора фотосистемы I растений, известного как филлохинон, и в изобилии содержится в зеленых листовых овощах. Филлохинон является одним из источников витамина К, но это соединение прочно связывается с мембранами тилакоидов и, как правило, имеет низкую биодоступность.Витамин K2 вырабатывается микробами в кишечнике и является основным источником витамина. В результате у младенцев в первые несколько дней до того, как у них сформировалась кишечная флора, и у людей, принимающих антибиотики широкого спектра действия, могут быть снижены уровни. Дефицит диеты встречается редко при отсутствии повреждения тонкой кишки. Другие группы риска дефицита включают людей с хроническим заболеванием почек и всех, кто страдает дефицитом витамина D. Недостаток вызывает симптомы легкого образования синяков, обильных менструальных кровотечений, анемии и носовых кровотечений.

Стероиды

Стероиды, такие как холестерин, находятся в мембранах и действуют как сигнальные гормоны при перемещении по телу.

Стероидные гормоны состоят из холестерина и разделены на пять категорий: минералокортикоиды (21 атом углерода), глюкокортикоиды (21 атом углерода), прогестагены (21 атом углерода), андрогены (19 атомов углерода) и эстрогены (18 атомов углерода).

Минералокортикоиды

Минералокортикоиды — это стероидные гормоны, влияющие на водный и электролитный баланс.Альдостерон (рис. 2.238) является основным минералокортикоидным гормоном, хотя другие стероидные гормоны (включая прогестерон) выполняют некоторые функции, подобные ему. Альдостерон стимулирует почки реабсорбировать натрий, секретировать калий и пассивно реабсорбировать воду. Эти действия увеличивают кровяное давление и объем крови. Минералокортикоиды вырабатываются клубочковой зоной коры надпочечников.

Глюкокортикоиды

Рисунок 2.238 — Альдостерон — минералокортикоид

Глюкокортикоиды (ГК) связываются с рецепторами глюкокортикоидов, обнаруженными почти в каждой клетке позвоночных животных, и действуют по механизму обратной связи в иммунной системе, снижая ее активность.ГК используются для лечения заболеваний, связанных с гиперактивной иммунной системой. К ним относятся аллергия, астма и аутоиммунные заболевания. Рисунок 2.237 — Схема нумерации стероидов Изображение Пера Якобсона облегчает. Кортизол (рис. 2.239) — важный глюкокортикоид, выполняющий сердечно-сосудистые, метаболические и иммунологические функции. Синтетический глюкокортикоид, известный как дексаметазон, имеет медицинское применение для лечения ревматоидного артрита, бронхоспазмов (при астме) и воспалений из-за его повышенной активности (в 25 раз) по сравнению с кортизолом.Глюкокортикоиды продуцируются главным образом в фасцикулярной зоне коры надпочечников.

Прогестагены

Рисунок 2.239 — Кортизол — глюкокортикоид

Прогестагены (также называемые гестагенами) — это стероидные гормоны, которые активируют рецептор прогестерона после связывания с ним. Синтетические прогестагены называют прогестинами. Наиболее распространенным прогестагеном является прогестерон (также называемый P4 — рис. 2.240), и он выполняет функции по поддержанию беременности. Прогестерон вырабатывается в основном в фазе диэструса эстрального цикла желтым телом яичников млекопитающих.Во время беременности большую часть выработки прогестерона берет на себя плацента.

Андрогены

Рисунок 2.240. Прогестерон — прогестаген

Андрогены — это стероидные гормоны, которые действуют путем связывания рецепторов андрогенов и стимулируют развитие и поддержание мужских качеств позвоночных. Андрогены являются предшественниками эстрогенов (см. Ниже). Первичный андроген — это тестостерон (рис. 2.241). Другие важные андрогены включают дигидротестостерон (стимулирует дифференциацию полового члена, мошонки и простаты у эмбриона) и андростендион (общий предшественник мужских и женских гормонов).

Эстрогены

Рисунок 2.241 — Тестостерон — андроген

Стероидные гормоны эстрогена — это класс соединений, играющих важную роль в менструальном и эстральном циклах. Это самые важные женские половые гормоны. Эстрогены действуют, активируя рецепторы эстрогена внутри клеток. Эти рецепторы, в свою очередь, влияют на экспрессию многих генов. Основные эстрогены у женщин включают эстрон (E1), эстрадиол (E2 — рис. 2.242) и эстриол (E3). В репродуктивном возрасте преобладает эстрадиол.Во время беременности преобладает эстриол, а во время менопаузы эстрон является основным эстрогеном.

Рисунок 2.242 — Эстрадиол — эстроген

Эстрогены производятся из андрогенных гормонов тестостерона и андростендиона в реакции, катализируемой ферментом, известным как ароматаза. Ингибирование этого фермента ингибиторами ароматазы, такими как экземестан, является стратегией остановки производства эстрогена. Это может быть частью химиотерапевтического лечения при наличии эстроген-чувствительных опухолей.

каннабиноидов

Каннабиноиды — это группа химических веществ, которые связываются с рецепторами мозга (каннабиноидными рецепторами) и влияют на них, подавляя высвобождение нейромедиаторов.Классы этих соединений включают эндоканнабиноиды (производимые в организме), фитоканнабиноиды (производимые из растений, таких как марихуана) и синтетические каннабиноиды (созданные человеком).

Эндоканнабиноиды — это природные молекулы, полученные из арахидоновой кислоты. Рецепторов каннабиноидов очень много, они содержат наибольшее количество G-белка. 247 Рисунок 2.243 — Тетрагидроканнабинол — Активный ингредиент в рецепторах, связанных с марихуаной, обнаруженных в головном мозге. Самый известный фитоканнабиноид — Δ-9-тетрагидроканнабинол (ТГК), основной психоактивный ингредиент (из 85 каннабиноидов) марихуаны (рис.2.243).

Рисунок 2.243 — Тетрагидроканнабинол — активный ингредиент марихуаны

Анандамид

Рисунок 2.244 — Анандамид — эндоканнабиноид

Анандамид (N-арахидоноилэтаноламин — Рисунок 2.244) представляет собой эндоканнабиноидный нейромедиатор, полученный из арахидоновой кислоты. Он проявляет свое действие в первую очередь через каннабиноидные рецепторы CB1 и CB2, те же самые, которые связаны с активным ингредиентом марихуаны, Δ9-тетрагидроканнабинолом. Анандамид играет роль в стимулировании еды / аппетита и влияет на мотивацию и удовольствие.Было предложено сыграть роль в «кайфе бегунов», болеутоляющем эффекте, испытываемом при физической нагрузке, особенно среди бегунов. Анандамид, по-видимому, ухудшает функцию памяти у крыс.

Анандамид был обнаружен в шоколаде, а также присутствуют два соединения, имитирующих его действие (N-олеоилэтаноламин и N-линолеоилэтаноламин). Фермент амидгидролаза жирных кислот (FAAH) расщепляет анандамид на свободную арахидоновую кислоту и этаноламин.

Липоксины

Липоксины (Рисунок 2.245) представляют собой эйкозаноидные соединения, участвующие в модуляции иммунных ответов, и они обладают противовоспалительным действием. Когда липоксины появляются в воспалении, это означает конец процесса. Липоксины привлекают макрофаги к апоптотическим клеткам в месте воспаления, и они поглощаются ими. Липоксины также начинают фазу разрешения воспалительного процесса.

Рисунок 2.245 — Липоксин A4

Синтез по крайней мере одного липоксина (LX4, запускаемый аспирином) стимулируется аспирином. Это происходит как побочный продукт ацетилирования СОХ-2 аспирином.Когда это происходит, каталитическая активность фермента перенаправляется на синтез 15R-гидроксиэйкозатетраеновой кислоты (HETE) вместо простагландинов. 15R-HETE является поставщиком 15-эпимерных липоксинов, включая LX4, запускаемый аспирином.

Рисунок 2.246 — Структура гема В

Гема

Гемовые группы представляют собой совокупность кофакторов белков / ферментов, содержащих большое гетероциклическое ароматическое кольцо, известное как порфириновое кольцо, с ионом двухвалентного железа (Fe ++) в середине. Пример порфиринового кольца с железом (содержится в геме B гемоглобина) показан на рисунке 2.246. Когда они содержатся в белке, они вместе известны как гемопротеины (рис. 2.247).

Гем, конечно, является основным компонентом гемоглобина, но он также содержится в других белках, таких как миоглобин, цитохромы и ферменты каталаза и сукцинатдегидрогеназа. Гемопротеины участвуют в транспорте кислорода, катализе и транспорте электронов. Гем синтезируется в печени и костном мозге путем, который сохраняется в широком диапазоне биологических процессов.

Рисунок 2.247 — Гем, внедренный в гемопротеин сукцинатдегидрогеназы Wikipedia

Porphobilinogen

Порфобилиноген (Рисунок 2.248) представляет собой молекулу пиррола, участвующую в метаболизме порфирина. Он производится из аминолевулината под действием фермента, известного как дегидратаза ALA. На порфобилиноген действует фермент порфобилиноген-дезаминаза. Дефицит последнего фермента (и других ферментов, участвующих в метаболизме порфирина) может привести к состоянию, известному как порфирия, которое приводит к накоплению порфобилиногена в цитоплазме клеток.

Рисунок 2.248 — Порфобилиноген

Заболевание может проявляться острой болью в животе и многочисленными психическими расстройствами.Предполагается, что Винсент Ван Гог и король Георг III страдали порфирией, возможно, вызвавшей «безумие короля Георга III». Некоторые также считают, что порфирия является толчком к легенде о вампирах, ищущих кровь у жертв, поскольку цвет кожи при неострых формах болезни может быть искажен, что заставляет некоторых воспринимать это как дефицит гемоглобина и, следовательно, «жажда» крови, воображаемая вампирам.

долихолов

Фигура 2.249 — Структура пирофосфата долихола

Долихол — это название группы неполярных молекул, образованных путем объединения изопреновых звеньев. Фосфорилированные формы долихолов играют центральную роль в N-гликозилировании белков. Этот процесс, который происходит в эндоплазматическом ретикулуме эукариотических клеток, начинается с включенного в мембрану пирофосфата долихола (рис. 2.249), к которому присоединен олигосахарид (см. Также ЗДЕСЬ). Этот олигосахарид содержит три молекулы глюкозы, девять молекул маннозы и две молекулы N-ацетилглюкозамина.

Интересно, что сахара прикреплены к пирофосфату долихола, причем пирофосфат направлен наружу (от) эндоплазматической сети, но после присоединения комплекс долихола переворачивается, так что часть сахара располагается внутри эндоплазматической сети. Там весь сахарный комплекс переносится на амид боковой цепи аспарагина целевого белка.

Единственные боковые цепи аспарагина, к которым может быть выполнено присоединение, находятся в белках, в которых встречаются последовательности Asn-X-Ser или Asn-X-Thr.Сахар можно удалить / добавить после переноса в белок. Уровень долихола в головном мозге человека увеличивается с возрастом, но при нейродегенеративных заболеваниях он снижается.

терпенов

Рисунок 2.250 — Сосновая смола — источник терпенов Wikipedia

Терпены относятся к классу неполярных молекул, состоящих из звеньев изопрена. Терпены производятся в основном растениями и некоторыми насекомыми. Терпеноиды — это родственная группа молекул, которые содержат функциональные группы, в которых отсутствуют терпены.

Терпены выполняют множество функций. У растений они часто играют защитную роль от насекомых. Название терпен происходит от скипидара, который имеет запах, как некоторые из терпенов. Терпены являются обычными компонентами смол растений (например, сосны), и они широко используются в лекарствах и в качестве ароматизаторов. Хмель, например, приобретает характерный аромат и вкус терпенов. Однако не все терпены имеют сильный запах.

Синтез

Фигура 2.251 — Три монотерпена

Терпены, как и стероиды, синтезируются, начиная с простых строительных блоков, известных как изопрены. Их два — диметилаллилпирофосфат и родственный изопентенилпирофосфат (рисунки 2.252 и 2.253), которые объединяют 1-2 единицы за раз, чтобы образовать структуры более высокого порядка. Синтез терпена перекрывается и включает синтез стероидов.

Рисунок 2.252 — Диметилаллилпирофосфат

Терпены и терпеноиды классифицируются в зависимости от того, сколько изопреновых звеньев они содержат.К ним относятся гемитерпены (одна единица), монотерпены (две единицы), сесквитерпены (три единицы), дитерпены (четыре единицы), сестертерпены (пять единиц), тритерпены (шесть единиц), сесквартерпены (семь единиц), тетратерпены (восемь единиц), политерпены (много единиц). Другой класс терпеносодержащих молекул, норизотерпеноиды, возникают в результате катализируемых пероксидазой реакций на молекулах терпенов.

Рисунок 2.253 — Изопентенилпирофосфат

Примеры

Обычные терпены включают монотерпены терпинеола (сирень), лимонен (цитрусовые), мирцен (хмель), линалоол (лаванда) и пинен (сосна).Терпены высшего порядка включают таксадиен (дитерпеновый предшественник таксола), ликопен (тетратерпены), каротины (тетратерпены) и натуральный каучук (политерпены).

Предшественники стероидов: геранилпирофосфат (производное монотерпена), фарнезилпирофосфат (производное сесквитерпена) и сквален (тритерпен) — все это терпены или их производные. Витамин А и фитол получают из дитерпенов.

Кофеин

Рисунок 2.254 — Ликопин — тетратерпен

Кофеин — наиболее активно потребляемый психоактивный наркотик в мире (Рисунок 2.255). Алкалоид метилксантина, кофеин тесно связан с аденином и гуанином, и он отвечает за многие воздействия на организм. Кофеин блокирует связывание аденозина с его рецептором и, следовательно, предотвращает появление сонливости, вызванной аденозином. Кофеин легко проникает через гематоэнцефалический барьер и стимулирует высвобождение нейромедиаторов. Кофеин стимулирует части вегетативной нервной системы и подавляет активность фосфодиэстеразы. Последнее приводит к повышению уровня цАМФ в клетках, который активирует протеинкиназу А и активирует расщепление гликогена, ингибирует синтез TNF-α и лейкотриена, что приводит к снижению воспаления и врожденного иммунитета.

Рисунок 2.255 — Кофеин

Кофеин также влияет на холинергическую систему (ингибитор ацетилхолинэстеразы), является антагонистом инозитолтрифосфатного рецептора 1 и является независимым от напряжения активатором рецепторов рианодина (группа кальциевых каналов, обнаруженных в скелетных мышцах, гладких мышцах и клетки сердечной мышцы).

Период полураспада кофеина в организме значительно варьируется. У здоровых взрослых он имеет период полураспада около 3-7 часов. Никотин уменьшает период полувыведения, а противозачаточные средства и беременность могут его удвоить.Печень усваивает кофеин, поэтому здоровье печени является важным фактором периода полураспада. Основной причиной этого является CYP1A2 фермента оксидазы цитохрома P450. Кофеин — это естественный пестицид для растений, парализующий хищных насекомых.

Липопротеиновые комплексы и движение липидов в организме

Липопротеиновые комплексы представляют собой комбинации аполипопротеинов и связанных с ними липидов, которые солюбилизируют жиры и другие неполярные молекулы, такие как холестерин, поэтому они могут перемещаться в кровотоке между различными тканями тела.Аполипопротеины обеспечивают необходимое для этого эмульгирование. Липопротеиновые комплексы образуются в виде крошечных «шариков» с водорастворимыми аполипопротеинами снаружи и неполярными липидами, такими как жиры, сложные эфиры холестерина и жирорастворимые витамины внутри.

Они классифицируются по плотности. К ним относятся (от самой высокой плотности до самой низкой) липопротеины высокой плотности (ЛПВП), липопротеины низкой плотности (ЛПНП), липопротеины средней плотности (ЛПОНП), липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП) и хиломикроны.Эти частицы синтезируются в печени и тонком кишечнике.

Аполипопротеины

Рисунок 2.256 — Аполипопротеины

Каждый липопротеиновый комплекс содержит характерный набор аполипопротеинов, как показано на рисунке 2.256. ApoC-II и ApoC-III примечательны своим присутствием во всех липопротеиновых комплексах и ролью, которую они играют в активации (ApoC-II) или инактивации (ApoC-III) липопротеинлипазы. Липопротеинлипаза — клеточный фермент, катализирующий расщепление жиров из комплексов.ApoE (см. Ниже) полезен для предсказания вероятности возникновения болезни Альцгеймера у пациента.

Редактирование генов

Рисунок 2.257 — ApoA-I

ApoB-48 и ApoB-100 интересны тем, что кодируются одним и тем же геном, но происходит уникальное событие редактирования последовательности мРНК, которое преобразует одно в другое. АпоВ-100 вырабатывается в печени, но АпоВ-48 вырабатывается в тонком кишечнике. В тонком кишечнике содержится фермент, который дезаминирует цитидин по нуклеотиду № 2153 общей мРНК.Это изменяет его на уридин и изменяет кодон, в котором он находится, с CAA (коды глутамина) на UAA (стоп-кодон). Печень не содержит этого фермента и не изменяет мРНК. Следовательно, более короткий белок синтезируется в кишечнике (ApoB-48), чем тот, который вырабатывается в печени (ApoB-100), с использованием той же последовательности гена в ДНК.

Механизм

Движение жиров в организме важно, потому что они хранятся не во всех клетках. Только специализированные клетки, называемые адипоцитами, хранят жир.В организме есть три важных пути перемещения липидов. Как описано ниже, это 1) экзогенный путь; 2) эндогенный путь и 3) обратный транспортный путь.

Экзогенный путь

Рисунок 2.258 — Схематическая диаграмма хиломикрона Изображение Алейи Ким

Диетический жир, поступающий в организм из кишечной системы, должен транспортироваться, в зависимости от ситуации, в места, где он нужен или где он хранится. Это функция экзогенного пути движения липидов в организме.Все пищевые липиды (жиры, холестерин, жирорастворимые витамины и другие липиды) перемещаются им. В случае диетического жира он начинает свой путь после приема внутрь, сначала растворяясь желчными кислотами в кишечном тракте. Пройдя через желудок, липазы поджелудочной железы отрезают две жирные кислоты от жира, оставляя моноацилглицерин. Жирные кислоты и моноацилглицерин абсорбируются клетками кишечника (энтероцитами) и снова собираются в жир, а затем он смешивается с фосфолипидами, сложными эфирами холестерина и аполипопротеином B-48 и обрабатывается с образованием хиломикронов (Рисунки 2.258 и 2.259) в аппарате Гольджи и гладкой эндоплазматической сети.

Экзоцитоз

Рисунок 2.259 — Другой вид хиломикрона WIKipedia

Они экзоцитозируются из клетки в лимфатические капилляры, называемые млечными сосудами. Хиломикроны проходят через млечные железы и попадают в кровоток через левую подключичную вену. В кровотоке липопротеинлипаза расщепляет жиры, в результате чего хиломикрон сокращается и становится так называемым остатком хиломикрона.Он сохраняет холестерин и другие липидные молекулы.

Остатки хиломикронов попадают в печень, где абсорбируются (рис. 2.260). Это достигается рецепторами в печени, которые распознают и связываются с ApoE хиломикронов. Связанные комплексы затем интернализуются в результате эндоцитоза, разлагаются в лизосомах, и холестерин выделяется в клетках печени.

Эндогенный путь

Печень играет центральную роль в обеспечении потребностей организма в липидах.Когда липиды необходимы организму или когда способность печени содержать больше липидов, чем доставляется с пищей, печень упаковывает жиры и сложные эфиры холестерина в комплексы липопротеинов очень низкой плотности (ЛПОНП) и экспортирует их через эндогенный путь. Комплексы VLDL содержат аполипопротеины ApoB-100, ApoC-I, ApoC-II, ApoC-III и ApoE. ЛПОНП попадают в кровь и перемещаются в мышцы и жировую ткань, где липопротеинлипаза активируется ApoC-II. В мышечных клетках высвободившиеся жирные кислоты поглощаются и окисляются.Напротив, в жировых тканях жирные кислоты поглощаются и снова собираются в триацилглицериды (жиры) и сохраняются в жировых каплях. Удаление жира из ЛПОНП заставляет их сокращаться, сначала до комплексов липопротеинов средней плотности (ЛПОНП) (также называемых остатками ЛПОНП), а затем до комплексов липопротеинов низкой плотности (ЛПНП).

Рисунок 2.260 — Движение липидов в организме — зеленый цвет = экзогенный путь; Синий = эндогенный путь; Пурпурный = обратный транспортный путь Изображение Aleia Kim

Сокращение ЛПОНП сопровождается потерей аполипопротеинов, поэтому ЛПНП в основном состоят из АпоВ-100.Этот липопротеиновый комплекс важен, потому что у клеток есть рецепторы для связывания и интернализации его посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза (рис. 2.261). До этого момента холестерин и сложные эфиры холестерина перемещались в хиломикронах, ЛПОНП и ЛПОНП, поскольку жир был удален. Чтобы холестериновые соединения попали в клетку из липопротеиновых комплексов, они должны быть интернализованы клетками, и это работа рецепторно-обусловленного эндоцитоза.

Обратный транспортный путь

Еще одним важным аспектом движения липидов в организме является обратный транспортный путь (Рисунок 2.260). Его также называют обратным путем транспорта холестерина, поскольку холестерин является первичной молекулой. Этот путь включает последний класс липопротеидных комплексов, известный как липопротеины высокой плотности (ЛПВП). В отличие от ЛПНП, которые обычно называют «плохим холестерином» (см. Также ниже), ЛПВП известны как «хороший холестерин».

Рисунок 2.261 — Процесс рецептор-опосредованного эндоцитоза Изображение Aleia Kim

ЛПВП синтезируются в печени и тонком кишечнике.Они содержат мало липидов или вообще не содержат их (так называемые обедненные ЛПВП), но выполняют роль «поглотителей» холестерина в крови и остатков других (поврежденных) липопротеидных комплексов в крови. Для выполнения своей задачи ЛПВП несут фермент, известный как лецитинхолестерин ацилтрансфераза (ЛХАТ), который они используют для образования эфиров холестерина с использованием жирных кислот из лецитина (фосфатидилхолина), а затем усваивают их.

Холестерин, используемый для этой цели, поступает из кровотока, из макрофагов и из пенистых клеток (комплексы макрофаг-ЛПНП — рис.262). Добавление эфиров холестерина вызывает набухание ЛПВП, и Рисунок 2.261 — Процесс рецептор-опосредованного эндоцитоза Изображение Алейи Ким, когда он созревает, он возвращает свою нагрузку холестерина обратно в печень или, альтернативно, в молекулы ЛПНП для эндоцитоза. ЛПВП снижают уровень холестерина, поэтому их называют «хорошим холестерином».

Регулирование переноса липидов

Рисунок 2.262 — Агрегат пенистых клеток Wikipedia

Важно, чтобы клетки получали пищу, когда они в ней нуждаются, поэтому некоторый контроль движения питательных веществ имеет решающее значение.Печень, которая играет центральную роль в регулировании уровня глюкозы в крови, также важна для выполнения той же роли для липидов. Он выполняет эту задачу за счет использования на своей поверхности специализированных рецепторов ЛПНП. Рецепторы ЛПНП в печени связывают ЛПНП, которые не были поглощены другими клетками на своем пути через кровоток. Высокий уровень липопротеинов низкой плотности является сигналом печени к снижению образования липопротеинов низкой плотности для высвобождения.

Люди с генетическим заболеванием, известным как семейная гиперхолестеринемия, которая проявляется опасно высоким уровнем ЛПНП, не имеют должным образом функционирующих рецепторов ЛПНП на клетках печени.Рисунок 2.263 — Прогрессирование атеросклероза Википедия Рисунок 2.263 — Прогрессирование атеросклероза Википедия Рисунок 2.263 — Прогрессирование атеросклероза Википедия

Рисунок 2.263 — Развитие атеросклероза Wikipedia

У людей, страдающих этим заболеванием, печень никогда не получает сигнал о высоком уровне ЛПНП. Фактически, для печени кажется, что все ЛПОНП и ЛПНП поглощаются периферическими тканями, поэтому она создает больше ЛПОНП, чтобы попытаться повысить их уровень. Без лечения болезнь раньше заканчивалась смертельным исходом, но новые лекарства, такие как статины, значительно увеличили продолжительность жизни пациентов.Потребности клеток в содержании ЛПНП напрямую связаны с уровнями синтеза рецепторов ЛПНП на их мембранах. Поскольку клеткам требуется больше холестерина, их синтез компонентов рецепторов увеличивается и уменьшается по мере уменьшения потребности.

Хороший холестерин / плохой холестерин

Принято считать, что «высокий уровень холестерина» вреден для здоровья. Это связано, по крайней мере косвенно, с основными переносчиками холестерина — ЛПНП. Основная функция ЛПНП заключается в доставке холестерина и других липидов непосредственно в клетки посредством рецепторно-опосредованного эндоцитоза (Рисунок 2.237). Однако высокие уровни ЛПНП коррелируют с образованием атеросклеротических бляшек (рис. 2.263 и 2.264) и частотой атеросклероза, что приводит к их описанию как «плохой холестерин». Это связано с тем, что при очень высоком уровне ЛПНП начинается образование бляшек. Считается, что активные формы кислорода (их больше в крови курильщиков) вызывают частичное окисление групп жирных кислот в ЛПНП. Когда уровни высоки, они имеют тенденцию накапливаться во внеклеточном матриксе эпителиальных клеток внутри артерий.Макрофаги иммунной системы поглощают поврежденные ЛПНП (включая холестерин).

Поскольку макрофаги не могут контролировать количество поглощаемого ими холестерина, в них начинает накапливаться холестерин, и они приобретают внешний вид, который приводит к тому, что их называют «пенистыми клетками». Однако при слишком высоком уровне холестерина пенистые клетки обречены на гибель в результате процесса запрограммированной гибели клеток (апоптоза). Их скопление вместе с рубцовой тканью от воспаления приводит к образованию налета.Бляшки могут расти и блокировать кровоток, или их части могут отрываться и закупоривать более мелкие отверстия в кровотоке, что в конечном итоге приводит к сердечному приступу или инсульту.

Хороший холестерин

С другой стороны, высокий уровень ЛПВП обратно коррелирует с атеросклерозом и заболеванием артерий. Истощенные ЛПВП способны удалять холестерин из пенистых клеток. Это происходит в результате контакта между белком ApoA-I HDL и транспортным белком на ячейке пены (ABC-G1).Другой транспортный белок в пенистой ячейке, ABCA-1, переносит дополнительный холестерин изнутри клетки к плазматической мембране, где он поглощается ЛПВП и возвращается в печень или ЛПНП по пути обратного транспорта холестерина.

Рисунок 2.264 — Фактическая бляшка сонной артерии Wikipedia

Дефицит гена ABCA-1 приводит к болезни Танжера. В этом состоянии ЛПВП почти полностью отсутствуют, потому что они остаются пустыми в результате неспособности поглощать холестерин из пенистых клеток, поэтому они разрушаются организмом.

АпоЕ и болезнь Альцгеймера

ApoE является компонентом хиломикронов и также обнаруживается в головном мозге, макрофагах, почках и селезенке. У людей он обнаружен в трех разных аллелях: E2, E3 и E4. Аллель E4 (присутствует примерно у 14% населения) связан с повышенной вероятностью заражения болезнью Альцгеймера. Люди, гетерозиготные по аллелю, в 3 раза чаще заражаются этим заболеванием, а гомозиготные по нему — в 15 раз чаще.Неизвестно, почему этот ген или аллель связаны с заболеванием. Эти три аллеля лишь незначительно различаются по аминокислотной последовательности, но изменения вызывают заметные структурные различия. Аллель E4 связан с повышенным уровнем ионов кальция и апоптозом после травмы. Болезнь Альцгеймера связана с накоплением агрегатов β-амилоидного пептида. ApoE действительно усиливает его протеолитическое расщепление, и изоформа E4 не так эффективна в этих реакциях, как другие изоформы.

Клеточная мембрана — Структура — Фосфолипиды

Клеточные мембраны являются важным компонентом клетки, обеспечивая разделение внутриклеточной и внеклеточной среды.Они состоят из липидов, белков и углеводов.

В этой статье мы рассмотрим основные функции клеточной мембраны, состав мембран и клинические состояния, при которых часть клеточной мембраны является аномальной.

Рис. 1. Структура клеточной мембраны [/ caption]

Структура

Упрощенная приблизительная шкала сухого веса приведена в Таблице 1.

Сухой вес

40% липидов

— Э.г. молекулы фосфолипидов и холестерин

60% белка

— Например, канальные белки и белки-носители

1-10% углеводов

— Часто обнаруживается прикрепленным к белкам / липидам за пределами клеточной мембраны — углеводный слой, окружающий клетку, часто называют гликокаликсом

Фосфолипиды

Мембрана , бислой содержит много видов молекул фосфолипидов с молекулами головы и хвоста разного размера.

Они состоят из головной молекулы, молекулы фосфата, глицерина и двух цепей жирных кислот.

Головная группа — это полярная группа , например сахар или холин — это означает, что головной конец фосфолипида является гидрофильным.
Хвост из 2 цепей жирных кислот — обычно состоит из 14-24 атомов углерода (но наиболее распространенные длины атомов углерода — 16 и 18). Если цепь содержит цис-двойную связь, тогда цепь изгибается, что снижает плотную упаковку мембраны и, таким образом, увеличивает ее движение.Поскольку хвост состоит из жирных кислот, он не образует водородных связей с водой и, следовательно, является гидрофобным и неполярным.

Молекулы фосфолипидов, следовательно, амфипатичны, являются как гидрофильными, так и гидрофобными. Они спонтанно образуют в воде бислои, при этом группы головок обращены наружу, а группы хвостов — внутрь.

В бислое существуют силы Ван-дер-Вааля между жирнокислотными хвостами фосфолипида, с электростатическими и водородными связями между гидрофильными группами и водой.

Рис. 2. Диаграмма, показывающая структуру как фосфолипидного бислоя, так и отдельного фосфолипида. [/ caption]

Холестерин

Холестерин жизненно важен для многих функций клетки, в том числе, что очень важно, для основной составляющей клеточной мембраны.

Сам холестерин состоит из полярной головки, плоского стероидного кольца и неполярного углеводородного хвоста. Холестерин важен для мембраны, поскольку он помогает поддерживать стабильность и текучесть клеточной мембраны при различных температурах.

Холестерин связывается с соседними молекулами фосфолипидов посредством водородных связей и поэтому при низких температурах снижает их упаковку. В целом это означает, что при низких температурах, когда скорость движения самая низкая, поддерживается жидкая фаза , .

При высоких температурах холестерин помогает остановить образование кристаллических структур , а жесткое плоское стероидное кольцо предотвращает внутрицепочечную вибрацию и, следовательно, делает мембрану менее текучей.

Мембранные белки

Как показано в таблице выше, типичная клеточная мембрана состоит из примерно 60% белка. Белок так велик, потому что он жизненно важен почти для каждого процесса в клетке. Список всего нескольких функций мембранных белков может включать:

Катализаторы — ферменты.
Транспортеры, насосы и ионные каналы.
Рецепторы гормонов, местных медиаторов и нейромедиаторов.
Преобразователи энергии.

Более активные клетки или органеллы, например митохондрии, как правило, содержат больше белков, что еще раз показывает, что специализация функций определяет структуру.

Как часть клеточной мембраны, белки могут быть глубоко встроены в бислой ( интегральный ) или быть связаны с поверхностью клетки ( периферический ).

Функции клеточной мембраны

Клеточные мембраны жизненно важны для нормального функционирования всех клеток нашего тела. В их основные функции входят:

Образует непрерывный, высокоселективно проницаемый барьер — как вокруг клеток, так и внутриклеточных компартментов.
Обеспечение контроля замкнутой химической среды — важно для поддержания ионных градиентов.
Связь — как с внеклеточным, так и с внеклеточным пространством.
Распознавание — включая распознавание сигнальных молекул, белков адгезии и других клеток-хозяев (очень важно для иммунной системы).
Генерация сигнала — в ответ на стимул, вызывающий изменение мембранного потенциала.

В клетке разные части мембраны выполняют разные функции, и поэтому их структура предназначена для этого.Пример этой специализации можно увидеть в разных частях нерва; клеточная мембрана в аксоне специализирована для электропроводности, тогда как конец нерва специализирован для синапсов, то есть состав мембраны отличается.

[старт-клиника]

Клиническая значимость — Наследственный сфероцитоз

Наследственный сфероцитоз — это состояние, при котором спектрин, периферический цитоскелетный белок, истощается на 40-80%.Существуют как аутосомно-доминантные, так и рецессивные формы заболевания разной степени тяжести. В результате отсутствия спектрина эритроциты не могут эффективно поддерживать свою двояковогнутую структуру и принимают сферическую форму. Это снижает их способность проходить через микрососуды тела и приводит к усилению лизиса эритроцитов. Есть 3 других типа сфероцитоза, которые возникают в результате дефектов анкирина, полосы 3 и белка 4.2, однако спектрин является наиболее значимым.

Признаки и симптомы этого состояния включают:

От легкой до умеренной анемия
Возможна желтуха
Возможна спленомегалия Рис. 3. Диаграмма мазка периферической крови пациента с наследственным сфероцитозом. [/ caption]

[конец клинической]

Фосфолипаз

I. Введение

Фофолипазы, как следует из этого термина, представляют собой группу ферментов, которые катализируют расщепление фосфолипидов.Хотя некоторые фосфолипазы обладают субстратной специфичностью для определенных видов фосфолипидов, некоторые могут катализировать расщепление других липофильных молекул (таких как триацилглицерины) в дополнение к фосфолипидам. В этом обзоре подчеркивается структурное и функциональное разнообразие фосфолипаз в их тканевом распределении, субклеточной локализации и субстратной специфичности, а также функциональное значение метаболитов фосфолипидов. Фосфолипиды — это не просто структурные компоненты клеточных мембран.Ферментативный процессинг фосфолипидов фосфолипазами превращает эти молекулы в липидные медиаторы или вторичные мессенджеры (такие как арахидоновая кислота, фосфатидат и диацилглицерин), которые играют ключевую роль в переносе мембран, передаче сигналов, пролиферации клеток и апоптозе. Таким образом, фосфолипазы участвуют в метаболизме липидов и прогрессировании заболевания. Фармацевтическая промышленность проявляет огромный интерес к разработке селективных и сильнодействующих ингибиторов этих ферментов.

Фосфолипиды (или глицерофосфолипиды) состоят из молекулы глицерин-3-фосфата, этерифицированной в положениях углерода 1 ( sn -1) и углерода 2 ( sn -2) до неполярных жирных кислот, а по его фосфорильной группе — до полярных. головная группа (азотистое основание, глицерин или единица инозита), X ( рис. 1, ). Фосфолипиды структурно сложны в результате различных комбинаций полярных головных групп и жирных ацильных цепей. Обычно положение sn -1 фосфолипидов занято насыщенными жирными кислотами, тогда как положение sn -2 занято ненасыщенными жирными кислотами.Недавно был опубликован всесторонний обзор классификации, структуры и клеточных функций липидов (Bou Khalil, M., et al ., 2010).

Рисунок 1. Структура фосфолипидов и сайт действия фосфолипаз . Молекула фосфолипида состоит из глицерин-3-фосфата (синий цвет), этерифицированного в положениях sn -1 и sn -2 до неполярных жирных кислот (R ₁ и R ₂ соответственно) и в его положениях. фосфорильную группу к полярной головной группе X.Фосфолипаза A ₁ и фосфолипаза A ₂ расщепляют ациловые сложноэфирные связи при sn -1 и sn -2, соответственно. Фосфолипаза C расщепляет глицерофосфатную связь, тогда как фосфолипаза D удаляет головную группу X. PLA, фосфолипаза A; PLC, фосфолипаза C; PLD, фосфолипаза D.

На основе сложноэфирной связи, которая расщепляется внутри молекулы фосфолипида, фосфолипазы подразделяются на четыре семейства, а именно A, B, C и D. Ферменты фосфолипазы A расщепляют ациловую сложноэфирную связь либо по sn -1 (фосфолипаза A ₁) или sn -2 (фосфолипаза A ₂) положение (рис.1). Термин «фосфолипаза B» относится к фосфолипазам, которые гидролизуют ациловые сложноэфирные связи как в положениях sn -1, так и sn -2. Ферменты, сгруппированные под фосфолипазой C, расщепляют глицерофосфатную связь, в то время как ферменты фосфолипазы D удаляют полярную головную группу (рис. 1). Семейства ферментов фосфолипазы A, фосфолипазы C и фосфолипазы D далее классифицируются на подгруппы, и характеристики этих ферментов описаны ниже.

II. Фосфолипаза А

Фосфолипаза А ₁

Фосфолипаза A _{1 ферменты} гидролизуют жирную кислоту в положении sn -1 фосфолипидов.Изоферменты фосфолипазы A ₁ можно разделить на две группы в зависимости от их клеточной локализации: группа 1 состоит из внутриклеточных ферментов, а группа 2 — из внеклеточных ферментов. В подсемействе млекопитающих внутриклеточная фосфолипаза A ₁ состоит из трех членов, а именно, фосфолипаза A, предпочитающая фосфатидную кислоту, ₁, p125 и KIAA0725p ( Таблица 1 ). Предпочитающая фосфатидные кислоты фосфолипаза A ₁ высоко экспрессируется в зрелых семенниках и, как полагают, участвует в спермиогенезе.P125 связывается с компонентом COP-II Sec23 и участвует в организации везикул COP-II (которые обеспечивают везикулярный транспорт от эндоплазматического ретикулума к Гольджи). KIAA0725p локализуется в аппарате Гольджи и необходим для антероградного переноса (везикулярный транспорт от Гольджи к плазматической мембране). Общей структурной особенностью этих ферментов является консенсусная последовательность липазы, Gly-x-Ser-x-Gly, содержащая серин активного сайта, а x обозначает любую аминокислоту.

Ферменты внеклеточной фосфолипазы A млекопитающих ₁ включают фосфатидилсерин-селективную фосфолипазу A ₁, мембранно-ассоциированную фосфолипазу A, селективную к фосфатидным кислотам, _1α, мембранно-ассоциированную фосфатидную кислоту, селективную фосфолипазу A _1β, липопротеин липопротеина A _1β, липопротеин липопротеина. липаза, эндотелиальная липаза и связанные с липазой поджелудочной железы белки-1, -2 и -3 (таблица 1).Все секретируемые ферменты фосфолипазы A ₁ принадлежат к семейству генов, называемому семейством генов панкреатической липазы (см. Раздел V). Классически члены этого семейства генов участвуют в гидролизе диетического или эндогенного триацилглицерина. Фосфатидилсерин-селективная фосфолипаза A ₁, мембранно-ассоциированная фосфатидная селективная фосфолипаза A _1α и мембранно-ассоциированная фосфолипаза A _1β, таким образом, образуют подсемейство, поскольку они не гидролизуют триацилглицерин.Гидролитическая активность белков-1 и -3, связанных с липазой поджелудочной железы, в значительной степени неизвестна.

Предлагаемая трехмерная структура для членов семейства генов панкреатической липазы смоделирована на основе кристаллической структуры одного из его членов, панкреатической липазы. Члены семейства генов имеют несколько консервативных мотивов, включая консенсусную последовательность липазы Gly-x-Ser-x-Gly, каталитическую триаду Ser-Asp-His, остатки цистеина, ответственные за образование внутримолекулярных дисульфидных связей, и поверхностные петли связывания липидов, включая lid и петля β9 ( рис.2 ). Анализ структуры-функции среди членов семейства показал, что петли поверхности связывания липидов (домен крышки и петля β9) влияют на специфичность ферментов к липидному субстрату, ограничивая доступ к каталитическому сайту. Примечательно, что члены внеклеточной фосфолипазы A ₁, которые проявляют активность триацилглицерингидролазы, имеют длинные веки (22-23 аминокислоты) и длинные петли β9 (18-19 аминокислот), тогда как крышки (7-12 аминокислот) и петли β9 ( 12-13 аминокислот) короче в фосфатидилсерин-селективной фосфолипазе A ₁, мембраносвязанной фосфолипазе A _1α и мембранно-связанной фосфолипазе A _1β (рис.2), не обладающих активностью гидролиза триацилглицерина (таблица 1).

Рисунок 2. Схематическая структура внеклеточной фосфолипазы А ₁ ферментов . Красный прямоугольник обозначает консенсусную последовательность липазы (Gly-x-Ser-x-Gly) с выделенным серином активного сайта (Serxxx). Три звездочки обозначают каталитическую триаду Ser-Asp-His. Синяя рамка обозначает петлю β9, а зеленая рамка обозначает область крышки. Справа указано количество аминокислотных остатков для каждого фермента.PS-PLA ₁, фосфатидилсерин-селективная фосфолипаза A _1; mPA-PLA ₁, мембраносвязанная селективная фосфатидная кислота фосфолипаза A ₁.

Ферменты внеклеточной фосфолипазы A ₁ имеют общее внеклеточное расположение и гомологию последовательностей, но их физиологические роли сильно различаются. Фосфатидилсерин-селективная фосфолипаза A ₁ гидролизует фосфатидилсерин и производит лизофосфатидилсерин и жирную кислоту.Обычно фосфатидилсерин находится на цитозольной стороне плазматической мембраны, но через различные стимулы фосфатидилсерин может подвергаться воздействию внешнего листка плазматической мембраны. Например, во время каскада свертывания крови фосфатидилсерин выносится на поверхность клетки и регулирует тромбин, который является центральной молекулой в этом пути. Экстернализация фосфатидилсерина увеличивается на ранних стадиях апоптоза и является сигналом, с помощью которого апоптотические клетки распознаются и удаляются фагоцитами.Фосфатидилсерин также является кофактором фермента для изоформ протеинкиназы C (участвует в различных путях передачи сигнала). Поскольку фосфатидилсерин-селективная фосфолипаза A ₁ действует на и, таким образом, регулирует уровни фосфатидилсерина, она также участвует в свертывании крови, апоптозе и активации протеинкиназы C среди других функций. Интересно, что лечение крыс липополисахаридом для индукции эндотоксинового шока резко увеличивало экспрессию фосфатидилсерин-селективной фосфолипазы A ₁, что позволяет предположить, что фосфатидилсерин-селективная фосфолипаза A ₁ играет роль в патологических состояниях.

Мембранно-ассоциированная фосфатидная кислота, предпочитающая фосфолипазу A. _{1 Изоферменты α и β} действуют на фосфатидную кислоту и продуцируют лизофосфатидную кислоту, которая также выполняет множество биологических функций, от агрегации тромбоцитов и сокращения гладких мышц до стимуляции пролиферации и подвижности клеток. Таким образом, поскольку фосфолипидные субстраты и / или метаболиты этих гидролитических реакций фосфолипазы A ₁ играют неотъемлемую роль в различных путях и сигнальных каскадах, эти ферменты участвуют в различных биологических функциях.

Фосфолипаза А ₂

Фосфолипаза A _{2 фермента} гидролизуют фосфолипиды в положении sn -2 (рис. 1). Как уже упоминалось, положение sn -2 фосфолипидов содержит ненасыщенные жирные кислоты, такие как арахидоновая кислота. Эйкозаноиды — это семейство соединений (включая простагландины и лейкотриены), которые продуцируются многими типами клеток (такими как макрофаги) из арахидоновой кислоты. Характеристика ферментов фосфолипазы A ₂ вызывает значительный фармацевтический интерес из-за их роли в производстве липидных медиаторов воспаления, таких как арахидоновая кислота и ее эйкозаноидные производные, простагландин и лейкотриен.На сегодняшний день идентифицировано 15 групп (I — XV) фосфолипазы A ₂ и разделено на пять основных категорий, а именно: секретируемая фосфолипаза A ₂, Ca ²⁺-зависимая цитозольная фосфолипаза A ₂, Ca ²⁺-независимая фосфолипаза A ₂, фактор активации тромбоцитов ацетилгидролаза, фосфолипаза A ₂ и лизосомальная фосфолипаза A ₂ ( Таблица 2 ). Первая фосфолипаза A ₂ была первоначально обнаружена в яде змеи, а позже ферменты фосфолипазы A ₂ были обнаружены в других организмах, включая млекопитающих (Таблица 2).

Имя (Группа)	Тип	Альтернативное имя	Элемент
Таблица 2: Пятнадцать групп фосфолипазы A ₂

IA	секретируемая PLA ₂	НЕТ	7 дисульфидных связей
IB		НЕТ	7 дисульфидных связей
IIA		НЕТ	7 дисульфидных связей
IIB		НЕТ	6 дисульфидных связей
ИИК		НЕТ	8 дисульфидных связей
IID		НЕТ	7 дисульфидных связей
IIE		НЕТ	7 дисульфидных связей
IF		НЕТ	6 дисульфидных связей
III		НЕТ	8 дисульфидных связей
IVA	Ca ²⁺-зависимая цитозольная PLA ₂	cPLA _2α	Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен
IVB		cPLA _2β	Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен
IVC		cPLA _2γ	ацилированный
IVD		cPLA _2δ	Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен
IVE		cPLA _2ε	Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен
ЭКО		cPLAyζ	Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен
В	секретируемая PLA ₂	НЕТ	6 дисульфидных связей
VIA-1	Ca ²⁺ независимый PLA ₂	iPLA ₂	8 анкрыин повторов
VIA-2		iPLA _2β	7 анкрыин повторов
VIB		iPLA _2γ	мембраносвязанная, активность лизофосфолипазы
ВИК		iPLA _2δ	интегральный мембранный белок, активность лизофосфолипазы
VID		iPLA _2ε	ацилглицерин трансацилаза; триацилглицерин гидролаза
VIE		iPLA _2ζ	ацилглицеринтрансацилаза; триацилглицерин гидролаза
VIF		iPLA _2η	ацилглицерин трансацилаза; триацилглицерин липаза
VIIA	Фактор активации тромбоцитов ацетилгидролаза (PAF-AH)	липопротеин-ассоциированная PLA ₂	секретируется, α / β гидролаза
VIIB		PAF-AH II	внутриклеточная, миристоилированная, α / β гидролаза
VIIIA		PAF-AH Ib (субъединица α1)	внутриклеточный, триада Ser-His-Asp
VIIIB		PAF-AH Ib (субъединица α2)	внутриклеточный, триада Ser-His-Asp
IX	секретируемая PLA ₂	НЕТ	6 дисульфидных связей
х		НЕТ	8 дисульфидных связей
XIA		НЕТ	6 дисульфидных связей
XIB		НЕТ	6 дисульфидных связей
XII		НЕТ	7 дисульфидных связей
XIII		НЕТ	0 дисульфидных связей
XIV		НЕТ	2 дисульфидные связи
XV	Лизосомальная PLA ₂	НЕТ	Триада Сер-Гис-Асп

PLA ₂, фосфолипаза A ₂; PAF-AH, фактор активации тромбоцитов, ацетилгидролаза.

Секретируемые ферменты фосфолипазы A ₂ включают фосфолипазу A групп с I по III, V и с IX по XIV (таблица 2), и они имеют общие черты, такие как низкая молекулярная масса (13-15 кДа), каталитический His -Asp диада, Ca ²⁺, связанный в активном сайте, и консервативные дисульфидные связи ( фиг. 3A, ). Молекулярные механизмы действия секретируемой фосфолипазы A ₂ изучены недостаточно. Многие исследования изучали роль, которую секретируемая фосфолипаза A ₂ играет в высвобождении эйкозаноидов, но результаты неубедительны.Повышающая регуляция фосфолипазы A групп IIA, V и X ₂ была связана с увеличением эйкозаноидов в зависимости от цитозольной фосфолипазы A ₂ (группа IVA). Однако специфический ингибитор фосфолипазы A группы IIA ₂ не показал терапевтических эффектов в клинических испытаниях фазы II на людях.

Рисунок 3. Схематическая структура фосфолипазы A ₂ ферментов . (A) Типичный изофермент секретируемой фосфолипазы A ₂, группа IB.Красные столбцы указывают на незаменимые аминокислотные остатки в активном центре (включая каталитическую диаду Hisxx-Asp, обозначенную звездочками), зеленая полоса обозначает сайт связывания Ca ²⁺, а синие столбцы указывают на межфазные поверхностные связывающие остатки, которые находятся в контакте с фосфолипидным субстратом. (B) Типичный изофермент цитозольной фосфолипазы A ₂, группа IVA. Ca ²⁺-зависимый фосфолипид-связывающий домен (C2) показан синим, каталитическая складка α / β гидролазы показана красным, область крышки окрашена в серый цвет, а область крышки окрашена в зеленый цвет.Аминокислотные остатки в активном центре обозначены звездочками, а сайт связывания фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата показан стрелкой. (C) Наиболее изученная Ca ²⁺-независимая фосфолипаза A ₂ относится к группе VIA-2. Оранжевые прямоугольники обозначают анкириновые повторы, а Serxxx обозначает серин активного сайта. (D) Структура фактора активации тромбоцитов плазмы — ацетилгидролазы. Красный прямоугольник обозначает мотив липазы (Gly-x-Ser-x-Gly), звездочки обозначают каталитическую триаду Ser-Asp-His, а серин активного центра (Serxxx) выделен.(E) Структура лизосомальной фосфолипазы A ₂. Синий прямоугольник указывает предполагаемую N-концевую сигнальную последовательность, зеленые прямоугольники обозначают предполагаемые сайты N-гликозилирования, красный прямоугольник обозначает мотив липазы (Gly-x-Ser-x-Gly), а звездочки обозначают каталитический Ser-Asp. -Его триада, содержащая Sxxx. Справа указано количество аминокислотных остатков для каждого фермента. C2 домен, Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен; PLA ₂, фосфолипаза A ₂.

Ca ²⁺-зависимая цитозольная фосфолипаза A ₂ ферментов, также известных как фосфолипаза A группы IV ₂ (таблица 2), содержат Ca ²⁺-зависимый фосфолипид-связывающий домен и каталитический α / β гидролазный домен (рис. 3Б). Оба эти домена необходимы для активности цитозольной фосфолипазы A ₂. Наиболее охарактеризованная фосфолипаза A ₂ группы IVA также содержит кэп-область, внутри которой домен крышки предположительно регулирует вход субстрата в активный сайт (рис.3Б). Фосфолипаза A группы IVA ₂ является единственной известной фосфолипазой A ₂ с предпочтением арахидоновой кислоты в положении sn -2, таким образом, она представляет собой центральный фермент, который опосредует образование эйкозаноидов ( Рис. 4 ) . Предположительно, он регулируется внутриклеточными концентрациями Ca ²⁺, состоянием его фосфорилирования и связыванием различных активаторов. Доступная структурная информация о фосфолипазе A группы IVA ₂ позволила разработать ингибиторы.Два из наиболее многообещающих лекарств-кандидатов, ингибиторы производных индола, такие как эфипладиб (разработанный Wyeth Research) и ингибиторы 2-оксоамида (разработанный Yaksh et al ., 2006), показали успех в снижении воспалительных эффектов на животных моделях.

Рисунок 4. Производство эйкозаноидов фосфолипазой А ₂ ферментов . Основная функция некоторых ферментов фосфолипазы A ₂ (таких как цитозольная фосфолипаза A ₂ группы IV) заключается в производстве эйкозаноидов (простагландинов и лейкотриенов).Фосфолипаза A ₂ гидролизует фосфолипиды мембран с высвобождением арахидоновой кислоты. Циклооксигеназа или 5-липоксигеназа затем превращает арахидоновую кислоту в простагландины или лейкотриены соответственно. Эти короткоживущие молекулы могут выделяться, связываться и активировать специфические рецепторы на соседних клетках, чтобы оказывать свое биологическое действие, такое как боль и воспаление. PLA ₂, фосфолипаза A ₂.

Са ²⁺-независимая фосфолипаза А ферменты ₂ (также называемые ферментами группы VI (таблица 2)) являются цитозольными и не требуют для активности Ca ²⁺.Наиболее изученной Ca ²⁺-независимой фосфолипазой A ₂ является группа VIA-2 (также известная как iPLA _2β, PLA2G6 и PNPLA9). Он участвует во многих биологических путях; от поддержания гомеостаза базальной клеточной мембраны за счет ремоделирования фосфолипидов до передачи сигнала в β-клетках поджелудочной железы, ведущего к высвобождению инсулина. Поразительной особенностью фосфолипазы A ₂ группы VIA-2 является отсутствие специфичности в отношении жирной кислоты, присутствующей в положении фосфолипидов sn -2, причем фермент способен гидролизовать практически любую жирную кислоту.Структурной особенностью, специфичной для фосфолипазы A ₂ группы VIA-2, являются анкириновые повторы, расположенные в аминоконцевой половине белка (фиг. 3C), которые опосредуют межбелковые взаимодействия. Последовательность фосфолипазы A ₂ группы VIA-2 также содержит несколько предполагаемых консенсусных последовательностей для расщепления каспазы, приводящего к генерации фрагментов фосфолипазы A ₂ группы VIA-2 с повышенной биологической активностью. Например, Ацуми и др. . (2000) показали, что 2 с помощью каспазы-3.Потеря аминоконцевой области фосфолипазы A группы VIA-2 ₂ привела к более активному ферменту, который ускорял разрушение мембранных фосфолипидов.

До сих пор мало что известно о фосфолипазе A ₂ группы VIA-1 и ее клеточном функционировании. Другой член Ca ²⁺-независимой фосфолипазы A ₂, фосфолипаза A группы VIB ₂, проявляет активность фосфолипазы A ₂ и лизофосфолипазы, но также обладает активностью фосфолипазы A ₁, специфичной для пальмитоилсодержащего фосфатидилхолина.Предположительно, он связан с мембраной, но его клеточная функция неясна. Фосфолипаза A ₂ группы VIC (таблица 2) представляет собой интегральный мембранный белок, экспрессируемый в нейронах человека, и он обладает активностью фосфолипазы A ₂ и лизофосфолипазы. Ингибирование фосфолипазы A группы VIC ₂ привело к дегенерации аксонов; однако его физиологическая функция была неуловимой. Три фермента фосфолипазы A ₂ группы VI (а именно группы VID, VIE и фосфолипаза A ₂ группы VIF) (таблица 2) были недавно идентифицированы и обладают активностями триацилглицерин гидролазы и ацилглицеринтрансацилазы.Физиологическая роль этих ферментов еще предстоит определить.

Фактор активации тромбоцитов ацилгидролаза фосфолипаза A ₂ (группа VII и VIII фосфолипаза A ₂) (таблица 2) катализирует гидролиз сложноэфирной связи sn -2 фактора активации тромбоцитов (ацетил-глицерил-эфир-фосфорилхолин ) и родственные провоспалительные фосфолипиды. Один фактор активации тромбоцитов ацилгидролаза (группа VIIA) секретируется и, таким образом, также называется ацилгидролазой фактора активации тромбоцитов плазмы или липопротеин-ассоциированной фосфолипазой A ₂ (таблица 2).Два других фермента PAF-AH, а именно группы VIIB и VIII, являются внутриклеточными (таблица 2). Секретируемая фосфолипаза A ₂ группы VIIA имеет каталитическую триаду Ser-His-Asp, мотив липазы (фиг. 3D), и демонстрирует широкую субстратную специфичность, включая активность диацилглицерина и триацилглицерингидролазы, а также активность фосфолипазы A ₁. Он гидролизует окисленные фосфолипиды, связанные с липопротеинами низкой плотности, и, таким образом, может ингибировать прогрессирование атеросклероза.Однако другие исследования показали, что фосфолипаза A ₂ группы VIIA является фактором риска ишемической болезни сердца. Таким образом, роль фосфолипазы A ₂ группы VIIA в атеросклерозе и сердечно-сосудистых заболеваниях остается неясной. Фосфолипаза группы VIIB A ₂ представляет собой внутриклеточный белок с аминоконцевым сайтом миристоилирования. Исследования клеточных культур показали, что фосфолипаза A ₂ группы VIIB перемещается из цитозоля на мембраны в присутствии оксидантов, и что ее сверхэкспрессия защищает клетки от апоптоза при воздействии окислительного стресса.Таким образом, было высказано предположение, что фосфолипаза A ₂ группы VIIB может защищать клетки от окислительного стресса. Другой внутриклеточный фактор активации тромбоцитов, ацилгидролаза, фосфолипаза A ₂ (фосфолипаза A группы VIII, ₂) представляет собой холофермент, состоящий из субъединиц группы VIIIA и VIIIB (таблица 2) и β-регуляторной субъединицы (кодируемой геном L1S). Субъединицы группы VIIIA (α1) и группы VIIIB (α2) являются каталитическими субъединицами и могут образовывать гомо- или гетеродимеры. В зависимости от комбинации субъединиц в составе холофермента изоферменты фосфолипазы A ₂ внутриклеточной группы VIII принимают различные субстратные специфичности.Нулевые мыши группы VIIIB показывают уменьшенный размер семенников, мыши группы VIIIA-нулевые выглядят нормальными, в то время как двойные нокауты являются стерильными и демонстрируют значительное уменьшение половых клеток. Эти данные показывают, что фосфолипаза A ₂ группы VIII участвует в сперматогенезе.

Лизосомный фермент фосфолипаза A ₂ (группа XV фосфолипаза A ₂) (таблица 2) представляет собой Ca ²⁺-независимый фермент с активностью ацилцерамидсинтазы, трансацилазы и лизофосфолипазы.Оптимальная активность лизосомальной фосфолипазы A ₂ наблюдается при pH 4,5, что позволяет предположить, что фермент локализуется в лизосомах. Лизосомная фосфолипаза A ₂ обладает липазным мотивом (Gly-x-Ser-x-Gly), каталитической триадой Ser-Asp-His, предполагаемой аминоконцевой сигнальной последовательностью и сайтами N-связанного гликозилирования (фиг. 3E). Лизосомная фосфолипаза A ₂-нулевые мыши показали накопление фосфатидилхолина и фосфатидилэтаноламина в альвеолярных макрофагах, что позволяет предположить, что фосфолипаза A ₂ -XV может быть основным ферментом деградации фосфолипидов легочного сурфактанта альвеолярными макрофагами.Нарушения обмена сурфактантов проявляются респираторной недостаточностью.

III. Фосфолипаза C

Ферменты фосфолипазы С расщепляют глицерофосфатную связь фосфолипидов (рис. 2). Семейство фосфоинозитид-специфической фосфолипазы C состоит из 13 изоферментов, которые разделены на шесть подсемейств — фосфолипаза C-β, -γ, -δ, -ε, -ζ и –η, и каждый изофермент имеет более одного альтернативного варианта сплайсинга ( Таблица 3 ). Активированные ферменты фосфолипазы C катализируют гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата внутри мембраны с образованием вторичных мессенджеров диацилглицерина и 1,4,5-трифосфата ( рис.5 ). Диацилглицерин (который остается в мембране) и 1,4,5-трифосфат (который высвобождается в цитозоль) инициируют дальнейшие пути передачи сигнала за счет активации протеинкиназы C и высвобождения внутриклеточного Ca ²⁺ (рис. 5). . Исследования показали, что фосфолипаза C-β активируется рецепторами, связанными с G-белком, фосфолипаза C-γ активируется рецепторными тирозинкиназами, а фосфолипаза C-ε активируется любым путем. Механизмы активации фосфолипазы C-δ, -η и -ζ неизвестны.

Название	Варианты сращивания	Распределение тканей	Активировано
Таблица 3. Семейство фосфолипаз C

ПЛК-β1	β1a, β1b	Мозг	Рецепторы, сопряженные с G-белком
ПЛК-β2	β2a, β2b	Мозг и кровь
ПЛК-β3	β3a, β3b	Мозг, печень и яичники
ПЛК-β4	β4a, β4b	Мозг и глаза
PLC-γ1	γ1a, γ1b	Ткани мозга и эмбриона	рецептор-тирозинкиназы
PLC-γ2	НЕТ	Лимфатический узел	рецептор-тирозинкиназы
ПЛК-δ1	δ1a, δ1b	Мозг и яички	?
ПЛК-δ3	δ3a, δ3b	Мозг
ПЛК-δ4	δ4a, δ4b, δ4c	Мозг
ПЛК-ε	ε1a, ε1b, ε1c	Мозг и соединительная ткань	Рецепторы, сопряженные с G-белком или рецептор-тирозинкиназы
PLC-ζ	ζ1a, ζ1b, ζ1c	Яичко	?
ПЛК-η1	η1a, η1b, η1c, η1d	Мозг и яички	?
ПЛК-η2	η2a, η2b, η2c	Мозг, глаза и поджелудочная железа	?

PLC, фосфолипаза C

Рисунок 5.Действие фосфолипазы C . Активированная фосфолипаза C гидролизует фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (PIP ₂) с образованием 1,4,5-трифосфата (IP ₃, который высвобождается в цитозоль) и диацилглицерина (DAG, который остается в плазматической мембране) ( 1). Этот изофермент фосфолипазы C-γ активируется путем связывания со специфическим фосфорилированным тирозином на цитоплазматической стороне рецептора после связывания лиганда (2). 1,4,5-Трифосфат (IP ₃) диффундирует в ER, где он открывает 1,4,5-трифосфат (IP ₃) -зависимые каналы Ca ²⁺ (3).Ca ²⁺ в цитозоле действует как вторичный мессенджер, активируя другие сигнальные молекулы, такие как кальмодулин и протеинкиназа C. Первоначальное повышение цитозольного Ca ²⁺, индуцированное 1,4,5-трифосфатом, изменяет протеинкиназу C ( PKC), так что он перемещается из цитозоля на цитоплазматическую поверхность плазматической мембраны (4). Диацилглицерин (DAG) активирует Ca ²⁺-зависимую серин / треониновую протеинкиназу C (PKC), которая затем фосфорилирует целевые белки. Ca ²⁺, ионы кальция; ДАГ, диацилглицерин; ER, эндоплазматический ретикулум; IP ₃, 1,4,5-трифосфат; P, фосфорилированный тирозин; PIP ₂, фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат; PKC, протеинкиназа C; PLC, фосфолипаза C; ПМ, плазматическая мембрана.

Члены семейства фосфолипазы C разделяют несколько консервативных структурных доменов ( Fig. 6 ). Домен гомологии плекстрина опосредует связывание фосфолипазы С с фосфолипидом; фосфолипаза C-δ связывается с фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом, а фосфолипаза C-β2 и -β3 связывается с фосфатидилинозитол-3,4,5-бисфосфатом. Структурные домены X и Y отвечают за каталитическую активность и состоят из чередующихся α-спиралей и β-цепей, тогда как мотив EF-hand представляет собой структурный домен спираль-поворот-спираль, который связывает ионы Ca ²⁺ (рис.6). Ca ²⁺-зависимый фосфолипид-связывающий домен (C2-домен) фосфолипазы C-δ1 имеет от трех до четырех сайтов связывания Ca ²⁺. Гомология Src 2, гомология Src 3 и расщепленный домен PH фосфолипазы C-γ1a (фиг. 6) все участвуют в различных взаимодействиях белок / белок. Исследования на мышах, не содержащих фосфолипазу С, пролили свет на функции этих изоферментов фосфолипазы С. У мышей с нулевым фосфолипазой C-β1 наблюдались эпилептические припадки и внезапная смерть, что свидетельствует о том, что фосфолипаза C-β1 необходима для нормального функционирования тормозных нейронных цепей, мыши с нулевым фосфолипазой C-γ1 умирают к девятому дню эмбриона, что подчеркивает широко распространенное значение этого фермента, и фосфолипаза C-ε играет роль в развитии сердца.Таким образом, изоферменты фосфолипазы C участвуют во множестве различных физиологических ролей в различных тканях, включая рост клеток, дифференцировку клеток и пути экспрессии генов. Конкретные роли и сети передачи сигналов некоторых изоферментов фосфолипазы C еще предстоит определить.

Рисунок 6. Схематическая структура изофермента фосфолипазы C мыши . Показаны репрезентативные изоформы каждого класса мышиной фосфолипазы C с положениями домена гомологии плекстрина (PH), EF-ручного мотива (EF), каталитического X- и Y-домена и Ca ²⁺ -зависимого фосфолипид-связывающего домена (C2). .В фосфолипазе C-γ1a два домена Sh3, один Sh4 и расщепленный домен PH обозначены голубым, голубым и зеленым цветом соответственно. В фосфолипазе C-ε1a, RasGEF, RA1 и 2 обозначены розовым и оранжевым цветом соответственно. Справа указано количество аминокислотных остатков для каждого изофермента. C2, Ca ²⁺-зависимый фосфолипидсвязывающий домен; EF, мотив руки EF; PH, домен гомологии плекстрина; Ras GEF, фактор обмена рас-гуаниновых нуклеотидов; SH, Src гомологии.

IV.Фосфолипаза D

Активность фосфолипазы D (удаление головной группы фосфолипидов (рис. 2)) была обнаружена у вирусов, растений и животных. Существуют две изоформы ферментов фосфолипазы D млекопитающих, а именно фосфолипаза D1 (120 кДа) и фосфолипаза D2 (105 кДа). Эти изоферменты фосфолипазы D регулируются множеством молекул, включая протеинкиназы, полифосфоинозитиды и миристоилированный белок богатого аланином субстрата С-киназы (MARKS) (см. Ниже). Фосфолипаза D и продукт ее каталитической реакции фосфатидная кислота участвуют в регуляции разнообразных клеточных процессов, включая воспаление, контроль внутриклеточного мембранного транспорта, нейрональную и сердечную стимуляцию, миграцию клеток и устойчивость к химиотерапии.И фосфолипаза D1, и фосфолипаза D2 требуют кофактора для активности. Базальная активность фосфолипазы D1 низкая и может стимулироваться фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом, фосфатидилинозитол-3,4,5-бисфосфатом, протеинкиназой Cα и GTP-связывающими белками (Rho, Rac Arf, CDC42). Активность фосфолипазы D2 положительно регулируется фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом и Ral и отрицательно регулируется белками цитоскелета. Регуляторные домены ферментов фосфолипазы D включают домены гомологии phox и гомологии плекстрина, которые участвуют в связывании липидов ( рис.7 ). Каталитическое ядро ферментов эукариотической фосфолипазы D состоит из четырех консервативных доменов, из которых домены I и III являются каталитическими доменами, тогда как II и IV содержат заряженный мотив, HxK (x) 4D (x) 6GSxN, который играет роль в катализе как колодец (рис.7). Мутационные исследования показали, что область петли фосфолипазы D1 (рис. 7) содержит регуляторный элемент, так что удаление петли приводит к увеличению активности фосфолипазы D.

Рисунок 7.Схематическая структура ферментов фосфолипазы D млекопитающих . Положения домена PX, домена PH, специфичных для фосфолипазы каталитических доменов, домена HKD и петли обозначены желтым, зеленым, темно-синим, красным и светло-синим цветом соответственно. Справа указано количество аминокислотных остатков для каждого фермента. PH — гомология плекстрина; PX, домен гомологии phox.

MARCKS и родственный ему белок MARCKS регулируют доступность фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата в самых разных типах клеток и, таким образом, регулируют активность ферментов фосфолипазы C и фосфолипазы D, среди других функций.Все функции белков, связанных с MARCKS и MARCKS, связаны со свойствами этих белков связывать фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат. MARCKS совместно локализуется с фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом в микродоменах мембран. Ассоциация MARCKS с фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфатом ингибирует катализируемый фосфолипазой C гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата, регулируя, таким образом, активность фосфолипазы C (, рис. 8, ). Фосфорилирование MARCKS протеинкиназой C приводит к перемещению белка с мембран в цитозоль, снимая ингибирование и позволяя фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат-опосредованной активности фосфолипазы D или расщеплению фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата через фосфолипазу C (рис.8).

Фигура 8. Регулирование фосфолипазы C и фосфолипазы D с помощью MARKS . MARKS совмещается с PIP ₂ на мембране. Связывание MARKS с PIP ₂ предотвращает связывание фосфолипида и активацию фосфолипазы D (1). При фосфорилировании белка MARKS он отделяется от мембраны в цитозоль (2). PIP ₂ затем доступен в качестве кофактора для активности фосфолипазы D (3) или в качестве субстрата для катализируемого фосфолипазой C расщепления (4).MARKS, миристоилированный богатый аланином субстрат С-киназы; PLC, фосфолипаза C; PLD, фосфолипаза D.

V. Специальные фосфолипазы — семейство генов липаз

Секретируемые изоферменты фосфолипазы A ₁ являются частью широкого семейства генов липаз, которое простирается от насекомых до млекопитающих (см. Раздел II). Классические представители этого семейства генов включают липопротеинлипазу, печеночную липазу, эндотелиальную липазу, панкреатическую липазу и липазу поджелудочной железы протеин-2, которые разделяют аналогичную физиологическую роль в клиренсе диетического триацилглицерина.Липаза поджелудочной железы и связанный с липазой поджелудочной железы белок-2 синтезируются в ацинарных клетках, секретируются в кишечник и играют роль в абсорбции жирных кислот путем гидролиза триацилглицерина (таблица 1). Липопротеинлипаза синтезируется в основном адипоцитами и мышечными клетками и гидролизует триацилглицерин из циркулирующих липопротеинов, богатых триацилглицерином (таблица 1). Печеночная липаза и эндотелиальная липаза синтезируются гепатоцитами и эндотелиальными клетками соответственно и гидролизуют триацилглицерин и фосфолипиды, связанные с липопротеинами, богатыми триацилглицерином, а также липопротеинами высокой плотности в плазме (таблица 1).

Большая часть липопротеинлипазы, печеночной липазы и эндотелиальной липазы прикрепляется к эндотелию через протеогликаны гепарансульфата. В дополнение к своей каталитической роли в гидролизе липидов плазмы липаза печени, липопротеинлипаза и эндотелиальная липаза также обладают некаталитической ролью в клиренсе липидов и липопротеиновых частиц посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза или процесса, называемого селективным поглощением липидов. Более того, недавнее исследование показало, что печеночная липаза может играть внутриклеточную роль в нарушении секреции печенью частиц, богатых триацилглицерином.Уровни в плазме и активность липопротеинлипазы, печеночной липазы и эндотелиальной липазы модулируются несколькими внеклеточными факторами, включая ангиопоэтин-подобный белок 3.

VI. Другие фосфолипазы — Пататин

Структурный анализ растительной липид-ацилгидролазы, пататина, выявил присутствие каталитической диады Ser-Asp и активного центра, который структурно подобен цитозольной фосфолипазе A _2α. Важно, однако, что пататин не проявляет межфазной активации, предположительно из-за отсутствия гибкой крышки, покрывающей активный сайт.Пататин-подобные ферменты, содержащие фосфолипазный домен (PNPLA), также были обнаружены у животных. PNPLA также содержит консервативный мотив сериновой липазы (Gly-x-Ser-x-Gly) (, фиг. 9, ) и проявляет неспецифическую ацилгидролазную активность. Помимо каталитической диады Ser-Asp, PNPLA характеризуются трехслойной архитектурой α / β / α, которая отличается от основных липазных α / β гидролазных складок цитозольной фосфолипазы A _2α. Девять членов семейства PNPLA (PNPLA1-9) (, таблица 4, ) присутствуют в различных тканях человека и играют роль во множестве клеточных процессов.Хотя физиологические функции некоторых членов еще предстоит выяснить, PNPLA2 и PNPLA3, которые высоко экспрессируются в жировой ткани, по-видимому, играют роль в регулировании концентраций накопленных липидов при различных условиях питания. PNPLA6 связан с эндоплазматическим ретикулумом и аппаратом Гольджи в нейронах и, как предполагается, играет роль в поддержании целостности аксонов, в то время как PNPLA8 представляет собой фосфолипазу миокарда, которая поддерживает целостность митохондрий.

Рисунок 9.Схематическое изображение членов семейства PNPLA . Домен фосфолипазы пататина показан синим прямоугольником. Звездочкой обозначен остаток Ser в предполагаемом активном сайте. Справа указано количество аминокислотных остатков для каждого фермента. PNPLA, ферменты, содержащие пататин-подобный домен фосфолипазы.

Имя	Ферментативная функция	Тканевая и клеточная экспрессия	Физиологическая функция
Таблица 4. Пататин-подобный домен фосфолипазы, содержащий члены семейства

PNPLA1	неизвестно	?	?
PNPLA2	триацилглицерин гидролаза; трансацилаза; PLA ₂	белая и коричневая жировая ткань; цитозольные липидные капли	ключевой фермент гидролиза хранимого триацилглицерина
PNPLA3	триацилглицерин гидролаза, трансацилаза; PLA ₂	белая жировая ткань; клеточные мембраны	отвечает на статус питания; биохимическая функция неясна
PNPLA4	гидролаза ретиноевой кислоты; ацилглицерин и ретинолтрансацилаза; триацилглицерин гидролаза; PLA ₂	кератиноцитов	физиологическое значение неясно
PNPLA5		низкие уровни	отвечает на статус питания; функция безрезультатная
PNPLA6	in vitro : эстераза, гидролаза	нервная система; эндоплазматический ретикулум и аппарат Гольджи	критическая функция в поддержании целостности аксонов у разных видов
PNPLA7	лизофосфолипидгидролаза	простата, поджелудочная железа, белая жировая ткань; эндоплазматический ретикулум и маленькие липидные капли	отвечает на статус питания; энергетический обмен; требуются дополнительные разъяснения
PNPLA8	PLA ₁ и PLA ₂	сердце; митохондрии и пероксисомы	важен для гомеостаза сердечных фосфолипидов и функции митохондрий
PNPLA9	PLA ₂; ацетилгидролаза (против фактора активации тромбоцитов)	экспрессируется повсеместно; цитоплазма и плазматические мембраны	ремоделирование фосфолипидов; сигнальная трансдукция; пролиферация клеток; апоптотическая смерть

PLA, фосфолипаза; PNPLA, пататин-подобный домен фосфолипазы, содержащий ферменты

Таким образом, фосфолипазы представляют собой сложный клеточный механизм в регуляции обмена и ремоделирования фосфолипидов, который имеет широкое значение для широкого диапазона внутриклеточных и внеклеточных функций.Продукты фосфолипазных реакций являются неотъемлемым компонентом большого числа сигнальных и регуляторных путей. Наше понимание большого количества членов семейства фосфолипаз и их регуляции значительно улучшилось за последние десятилетия. Как следствие, некоторые фосфолипазы были идентифицированы как терапевтические мишени для профилактики и лечения заболеваний. Что ждет впереди, так это полное понимание клеточных и молекулярных механизмов, с помощью которых это большое семейство фосфолипаз оказывает свое влияние в различных физиологических условиях.

Благодарность. Авторы благодарят доктора Маруна Боу Халиля за критическое прочтение рукописи.

Таким образом, фосфолипазы представляют собой сложный клеточный механизм в регуляции обмена и ремоделирования фосфолипидов, который имеет широкое значение для широкого диапазона внутриклеточных и внеклеточных функций. Продукты фосфолипазных реакций являются неотъемлемым компонентом большого числа сигнальных и регуляторных путей. Наше понимание большого количества членов семейства фосфолипаз и их регуляции значительно улучшилось за последние десятилетия.Как следствие, некоторые фосфолипазы были идентифицированы как терапевтические мишени для профилактики и лечения заболеваний. Что ждет впереди, так это полное понимание клеточных и молекулярных механизмов, с помощью которых это большое семейство фосфолипаз оказывает свое влияние в различных физиологических условиях.

Благодарность. Авторы благодарят доктора Маруна Боу Халиля за критическое прочтение рукописи.

Список для чтения

Боу Халил, М., Hou, W., Zhou, H., Elisma, F., Swayne, L.A., Blanchard, A.P., Yao, Z., Bennett, S.A. и Figeys, D. Эпоха липидомики: достижения и проблемы. Масс-спектрометр. Ред. , 29 , 877-929 (2010) (DOI: 10.1002 / mas.20294).
Джей, М., Линч, К.Дж., Кравец, Дж., Маршадье, Д., Моде, К., Доан, К., Саут, В., Амин, Д., Перрон, М. и Рейдер, Д.Дж. Новая липаза эндотелиального происхождения, которая модулирует метаболизм ЛПВП. Nat. Genet. , 21, , 424-428 (1999) (DOI: 10.1038/7766).
Aoki, J., Inoue, A., Makide, K., Saiki, N. и Arai, H. Структура и функция внеклеточной фосфолипазы A ₁, принадлежащих к семейству генов панкреатической липазы. Biochimie , 89 ,, 197-204 (2007) (DOI: 10.1016 / j.biochi.2006.09.021).
Шалоске, Р.Х. и Деннис, Э.А. Суперсемейство фосфолипазы A ₂ и его система нумерации групп. Biochim. Биофиз. Acta , 1761 , 1246-1259 (2006) (DOI: 10.1016 / j.bbalip.2006.07.011).
Берк, Дж. Э. и Деннис, Э. А. Фосфолипаза A ₂ структура / функция, механизм и передача сигналов. J. Lipid Res. , 50 Доп. , S237-S242 (2009) (DOI: 10.1194 / мл. R800033-JLR200).
МакКью, Дж. К., Ли, К. Л., Шен, М. В., Таккер, П., Фоли, М. А., Бенке, М. Л., Ху, Б., Сум, Ф. В., Там, С., Ху, Ю., Чен, Л., Киринчич, С.Дж., Михалак, Р., Томасон, Дж., Ипек, М., Ву, К., Вудер, Л., Рамарао, М.К., Мерфи, Э.А., Гудвин, Д.Г., Альберт, Л., Сюй, X., Донахью, Ф., Ку, М.С., Кейт, Дж., Никерсон-Наттер, К.Л., Абрахам, В.М., Уильямс, К., Хеген, М. и Кларк , JD Ингибиторы цитозольной фосфолипазы A _2α: открытие и in vitro и in vivo характеристика 4-этил) -1- (дифенилметил) -1H-индол-3-ил] пропил} бензойной кислоты, 4- {3- [5-хлор-2- (2 — {[3,4-дихлорбензил) сульфонил] амино} этил) -1- (дифенилметил) -1 H -индол-3-ил] пропил} бензойная кислота, эфипладиб. Дж.Med. Chem. , 51, , 3388-3413 (2008) (DOI: 10.1021 / jm701467e).
Якш, Т.Л., Кокотос, Г., Свенссон, К.И., Стивенс, Д., Кокотос, К.Г., Фитцсиммонс, Б., Хаджипавлоу-Литина, Д., Хуа, X.Y. и Деннис, Э.А. Системные и интратекальные эффекты новой серии ингибиторов фосфолипазы A ₂ на гипералгезию и высвобождение простагландина E ₂ спинного мозга. J. Pharmacol. Exp. Ther. , , 316, , 466-475 (2006) (DOI: 10.1124 / jpet.105.0).
Balsinde, J. и Balboa, M.A. Клеточная регуляция и предполагаемые биологические функции кальций-независимой фосфолипазы A группы VIA. ₂ в активированных клетках. Cell Signal. , 17, , 1052-1062 (2005) (DOI: 10.1016 / j.cellsig.2005.03.002).
Ацуми, Г., Мураками, М., Кодзима, К., Хадано, А., Таджима, М. и Кудо, И. Различная роль двух внутриклеточных фосфолипаз А ₂ с в высвобождении жирных кислот в пути клеточной смерти . Протеолитический фрагмент цитозольной фосфолипазы A типа IVA A _2α ингибирует индуцированное стимулом высвобождение арахидоната, в то время как фрагмент Ca ²⁺-независимой фосфолипазы типа VI типа A ₂ увеличивает спонтанное высвобождение жирных кислот. J. Biol. Chem. , 275 , 18248-18258 (2000) (DOI: 10.1074 / jbc.M000271200).
Хираока, М., Абэ, А. и Шайман, Дж. А. Структура и функция лизосомальной фосфолипазы A ₂: идентификация каталитической триады и роль остатков цистеина. J. Lipid Res. , 46, , 2441-2447 (2005) (DOI: 10.1194 / мл. M500248-JLR200).
Сух, П.Г., Пак, Дж. И., Манзоли, Л., Кокко, Л., Пик, Дж. К., Катан, М., Фуками, К., Катаока, Т., Юн, С. и Рю, С.Х. Множественные роли фосфоинозитид-специфичных изоферментов фосфолипазы С. BMB. Отчет , 41 , 415-434 (2008).
Голебевска, У. и Скарлата, С. Влияние мембранных доменов на сигнальный путь G-протеин-фосфолипаза Cβ. Crit. Rev. Biochem. Мол. Биол. , 45 , 97-105 (2010) (DOI: 10.3109 / 104003598812).
Макдермотт М., Вакелам М.Дж. и Моррис. А.Дж. Фосфолипаза D. Biochem. Cell Biol., 82, , 225-253 (2004) (DOI: 10.1139 / o03-079).
Радж С.А. и Вакелам М.Дж. Межрегуляторная динамика фосфолипазы D и актинового цитоскелета. Biochim. Биофиз. Acta , 1791 , 856-861 (2009) (DOI: 10.1016 / j.bbalip.2009.04.008).
Сундарам, М., Кук, Х.В. и Байерс, Д. Семейство фосфолипидсвязывающих белков MARCKS: регуляция фосфолипазы D и других клеточных компонентов. Biochem. Cell Biol. , 82 , 191-200 (2004) (DOI: 10.1139 / o03-087).
Маккой, М.Г., Сан, Г.С., Маршадье, Д., Модж, К., Глик, Дж. М. и Рейдер, Д. Дж. Характеристика липолитической активности эндотелиальной липазы. J. Lipid Res. , 43, , 921-929 (2002).
Бамджи-Мирза, М., Сундарам, М., Чжун, С., Яо, Э.Ф., Паркс, Р.Дж. и Yao, Z. Секреция бедных триацилглицерином ЛПОНП из клеток McA-RH7777, экспрессирующих липазу печени человека. J. Lipid Res. , 52 , 540-548 (2011) (DOI: 10.1194 / мл. M012476).
Эндрюс, Д.Л., Бимс, Б., Саммерс, М.Д. и Парк, В.Д. Характеристика липид-ацилгидролазной активности основного белка клубней картофеля ( Solanum tuberosum ), пататина, путем клонирования и обильной экспрессии в бакуловирусном векторе. Biochem. J. , 252 , 199-206 (1988).
Kienesberger, P.C., Oberer, M., Lass, A. и Zechner, R. Белки, содержащие домен пататина млекопитающих: семейство с различными липолитическими активностями, участвующими во многих биологических функциях. J. Lipid Res. , 50 Доп. , S63-S68 (2009) (DOI: 10.1194 / мл. R800082-JLR200).

Каталитическая функция цитохрома P450 …

Abstract

Цитохром P450, семейство ферментов монооксигеназы, организован как каталитический метаболон, которому требуются партнеры ферментов, а также факторы окружающей среды, которые настраивают его сложную динамику. P450 и его восстанавливающие аналоги — цитохром P450-редуктаза и цитохром b ₅ — являются мембраносвязанными белками, расположенными на цитозольной стороне эндоплазматического ретикулума.Считается, что они динамически связываются с образованием функциональных комплексов. Все больше экспериментальных данных указывает на роль, которую играют белок-белковые и белок-липидные взаимодействия в каталитической функции и эффективности P450. Однако биофизические проблемы, связанные с их мембраносвязанной природой, сильно ограничивают понимание с высоким разрешением молекулярных границ этих взаимодействий. В этой статье мы представляем обзор современных знаний о цитохроме P450, выделяя факторы окружающей среды, которые связаны с его метаболической функцией.Также обсуждаются недавние достижения в структурной биофизике, закладывающие основы новой парадигмы в изучении этого важного класса мембраносвязанных ферментов.

Ключевые слова

цитохром P450, NADPH-P450 редуктаза, цитохром b5, мембрана, структура, ЯМР в готовом состоянии

Введение

Цитохром P450 (CYP) представляет собой суперсемейство гемсодержащих ферментов, ответственных за внедрение молекулярного кислорода в инактивированный Облигации CH и CC. CYP повсеместно встречаются в тканях человека и отвечают за метаболизм лекарств и ксенобиотических соединений ¹; несколько CYP также участвуют в биосинтезе стероидов ^2,3.У людей было идентифицировано 57 генов, кодирующих различные ферменты CYP; около 13 изоформ ответственны за метаболизм более чем 80% клинически используемых препаратов ¹. CYP человека, которые обычно опосредуют метаболический клиренс лекарств, направляются в эндоплазматический ретикулум (ER) с помощью N-концевого домена, который охватывает бислой мембраны с каталитическим доменом, находящимся в цитозоле и частично встроенным в мембрану ^1,4.

Для выполнения каталитической функции CYP необходимо два электрона, обеспечиваемые его редокс-партнерами, цитохромом P450-редуктазой (CPR) и цитохромом b ₅ ( b ₅ ) (рис.CPR и b ₅ также обнаруживаются на цитоплазматической стороне ER эукариотических клеток и также обладают гидрофобным трансмембранным связывающим доменом (TM) ^5,6. CPR — это большой флавопротеин (приблизительно 77 кДа), содержащий домены FAD и FMN, связанные «шарнирной» областью, которая обеспечивает конформационную пластичность. С другой стороны, b ₅ представляет собой небольшой гемопротеин (15 кДа), который способствует катализу не только посредством переноса электронов, но также посредством аллостерической регуляции ⁷.Схема P450, CPR и b ₅ , включенных в липидный бислой, изображена на рисунке 2.

Рисунок 1. Каталитический цикл цитохрома P450.

Связывание субстрата R-H (1) вызывает снижение окислительно-восстановительного потенциала примерно на 100 мВ, что делает возможным перенос первого электрона от цитохром P450-редуктазы (CPR) (2). Восстановление Fe ³⁺ до Fe ²⁺ делает подходящим связывание O ₂ (3), которое теперь может принимать второй электрон либо от CPR, либо от цитохрома b ₅ (cyt b ₅ ) (4) с образованием промежуточного гидропероксила, известного как соединение 0.Комплекс O ₂ ^-2 реагирует с окружающими протонами с образованием высокореакционноспособного промежуточного оксиферила, также известного как соединение I (5). Связанный Fe атом кислорода (6) переносится на субстрат, образуя гидроксилированную форму субстрата (7). Окончательно высвобождается продукт (8), заменяемый молекулой воды. Пунктирными линиями показаны три реакции разобщения с соответствующими продуктами: шунт автоокисления O ₂ ⁻², пероксидный шунт (H ₂ O ₂) и шунт оксидазы (H ₂ O ).

Рис. 2. Модельные структуры цитохрома P450 с цитохромом

b ₅ (слева) и цитохрома P450 с цитохромом P450 NADPH-редуктазой (справа) в липидном бислое.
Модели были построены на основе кристаллографических структур или структур ядерного магнитного резонанса (ЯМР) растворимых доменов белков. Структура, динамика и топология невидимых трансмембранных доменов полноразмерных белков цитохрома были впервые определены статическими твердотельными ЯМР-экспериментами на магнитно ориентированных бицеллах.Эти исследования показали, что спиральные структуры трансмембранных доменов значительно отклонены от нормального липидного бислоя и претерпевают движение в миллисекундном (или более медленном) масштабе времени, что намного медленнее, чем у остатков в растворимом домене ^17,18,45.
Взаимодействия между CYP и их редокс-аналогами, а также их каталитическая активность, включая связывание субстрата и высвобождение метаболитов, происходят в мембранном ландшафте. Двухфазная амфифильная среда устанавливает молекулярные потребности для метаболона цитохрома P450, как это наблюдалось с самого начала исследования P450 ^8,9.С тех пор были предприняты попытки воссоздать каталитическую активность CYP в мембранно-имитирующих системах, от простых бинарных липидных смесей ⁹ или тройных ¹⁰ до более сложных нанодисков ^11,12, которые состоят из липидного пятна, окруженного слоем липидов. полипептидная или полимерная цепь. Совсем недавно активность P450 была воссоздана в биомиметике ER для изучения белок-липидного взаимодействия на уровне одной молекулы ¹³.
Парадоксально, но если о влиянии белков и липидов на функцию CYP с точки зрения ансамбля известно много, то молекулярные детали этих взаимодействий белок-белок и белок-липид в основном не исследованы. ¹⁴.Внутренние свойства клеточной мембраны и бесчисленные взаимодействия между молекулами — амфипатическими липидами, полисахаридами, холестерином, белками и водой — представляют собой важнейшие задачи для биофизики ¹⁵. Традиционно несколько структур усеченных версий CYPs были выявлены с высоким разрешением с помощью рентгеновской кристаллографии; CPR и b ₅ также были разрешены ^5,16. Во всех этих структурах домен связывания с мембраной был расщеплен, чтобы обеспечить полную растворимость и последующую кристаллизацию; липиды не присутствовали в этих структурах.В результате опубликованные структуры лишены какой-либо информации, относящейся к молекулярной организации этих ферментов в мембране. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР) играет ключевую роль в определении структуры биомакромолекул, предоставляя ученым подробную структурную и динамическую информацию, недоступную с помощью других биофизических средств ¹⁵. В этом отношении ЯМР-спектроскопия является альтернативой и дополнением к рентгеновской кристаллографии.В последнее десятилетие спектроскопия ЯМР в растворе и в твердом состоянии позволила получить новое и подробное представление о структуре, динамике и топологии цитохрома b ₅ в липидных бислоях и его интерфейсе с P450 (рис. 3) ^{6 , 17–19}.
Рис. 3. Первая структура с высоким разрешением мембраносвязанного комплекса цитохромов-b5-P450, раскрывающая путь переноса электронов.
( A ) Трехмерная структура мембраносвязанного комплекса цитохром P4502B4 кролика с цитохромом b ₅ , воспроизведенная из Ahuja et al .¹⁹. Он был получен с использованием структуры ядерного магнитного резонанса (ЯМР) высокого разрешения (в растворе и твердом состоянии) мембраносвязанного цитохрома кролика b ₅ (код PDB 2M33), кристаллической структуры растворимого домена цитохром P4502B4 (код PDB — 1SUO), а также ЯМР и мутационные ограничения для получения структуры мембраносвязанного комплекса. ( B ) Путь переноса электронов, обнаруженный HARLEM ⁶³ в сложной структуре. PDB, Банк данных белков.
В этом кратком обзоре обсуждаются несколько каталитических аспектов механизма цитохрома P450, которые неразрывно связаны с их мембраносвязанной природой. Мы подчеркнем новые механистические идеи, которые предоставили структурный ЯМР и другие биофизические инструменты, подчеркнув необходимость новой парадигмы в структурных исследованиях этого важного класса мембраносвязанных ферментов.
Мембранные и мембранно-якорные домены модулируют метаболизм P450 и его каталитическую эффективность
CYP-опосредованное окисление лекарств и ксенобиотиков в ER стало возможным благодаря последовательному пожертвованию двух электронов посредством CPR и b ₅ ²⁰ .Считается, что перенос электронов происходит за счет динамических взаимодействий между этими белками. Чтобы электрон был перемещен, он должен преодолеть градиент окислительно-восстановительного потенциала. Как показано на рисунке 1, b ₅ не может отдать первый электрон, поскольку не может преодолеть окислительно-восстановительный потенциал. Состав фосфолипидов может модулировать потенциалы средней точки как для CYP, так и для CPR, как продемонстрировали Das и Sligar с использованием нанодисков ²¹. Когда CPR был включен в нанодиски, окислительно-восстановительные потенциалы доменов FAD и FMN были сдвинуты в сторону более положительных значений по сравнению с CPR без домена TM.Кроме того, присутствие анионных фосфолипидов сделало окислительно-восстановительный потенциал подходящим для переноса электронов от CPR к P450 ²¹, результат, который подтвердил кинетические наблюдения, сделанные другими группами ²². Каталитическая активность и встраивание в мембрану CYP3A4, который метаболизирует более 50% коммерческих лекарств ²³, увеличивается в зависимости от концентрации анионных фосфолипидов ²². Известно, что состав и полярность мембраны могут изменять как V _max, так и K _M ^22,24, которые, соответственно, являются мерой каталитической скорости и аффинности связывания согласно предположению Михаэлиса-Ментен о стационарном состоянии. уравнение.Состав фосфолипидов также связан с укладкой и стабильностью белка, как сообщается Jang et al . для полноразмерных и TM-усеченных CYP1B1 ²⁴, а также CYP3A4 ²⁵. Что касается предполагаемой роли b ₅ в качестве донора электронов и аллостерического эффектора для CYP-опосредованного клиренса лекарственного средства, хорошо известно, что это зависит от изоформы. Аллостерические модуляции наблюдались для CYP3A4 гидроксилирования тестостерона и нифедипина ²⁶, но не для CYP1A1 и CYP2D6 1′-гидроксилирования буфуралола ²⁷.Делеция аминокислот TM α-спирали кролика b ₅ снижает сродство связывания с CYP2B4 в несколько раз, а также каталитический оборот ²⁸.
Эффективность катализа цитохромом P450 измеряется в терминах «сцепления», что означает количество перенесенного электрона, связанного с активностью монооксигеназы, по сравнению с протяженностью «несвязанных» (или непродуктивных) путей. Существуют три непродуктивных пути (рис. 1): (а) высвобождение супероксида из двуокиси железа, (б) высвобождение перекиси водорода и (в) восстановление гема 4e ^— с образованием воды ²⁰.Недавние исследования постулировали, что оба TM домена и — природа мембраны может иметь роль в эффективности связывания. Макдугл и др. . ²⁹ обнаружили корреляцию между эффективностями связывания CYP2J2 с длиной TM-домена CPR: чем больше делеция TM-спирали, тем меньше эффективность связывания. Сходные результаты были получены для связывания CYP2C19 с несколькими субстратами: полноразмерная CPR по сравнению с усеченной, а также наличие или отсутствие (или оба) липидов были связаны с общей каталитической эффективностью ³⁰.Гринькова и др. . ³¹ наблюдали увеличение связывания, когда CYP3A4 был включен в нанодиски, содержащие большее количество анионных фосфолипидов, что авторы связывали с изменениями окислительно-восстановительного потенциала CYP3A4 и редуктазы. Что касается P450, считается, что TM-домен CYPs служит «якорем» к мембране, играя ключевую роль в ориентации белка. У CYP1A2 и CYP2D6 гидрофобность TM домена, как было показано, регулирует эффективность взаимодействия CYP с CPR или фосфолипидами или обоими и, следовательно, их каталитическую активность ^32–35.Аналогичные результаты были получены для CYP1B1, и снижение каталитической активности наблюдалось, когда домен TM был частично расщеплен ²⁴.
Считается, что специфические взаимодействия между метаболом P450 и мембраной играют основную роль в этой каталитической модуляции. Традиционные рентгеновские кристаллографические исследования комплексов P450-CPR и P450- b ₅ предоставили моментальные снимки их четвертичной организации и сопровождались специфическими аминокислотными мутациями, способными нарушить / усилить функциональность ^4,36–38.Недавно эксперименты с ЯМР в растворе дополнили эти начальные усилия, предоставив реалистичное понимание сложной поверхности раздела, а также индуцированных лигандом модификаций ³⁹. В других исследованиях изучали потенциал этого метода для изучения белковых комплексов между стероидогенным CYP17A1 и b ₅ и FMN-доменом CPR в отсутствие мембраны ^3,14. Однако полная солюбилизация и последующая кристаллизация комплексов белок-белок были достигнуты только путем удаления сегмента из 60 остатков, содержащего гидрофобный трансмембранный домен белков.Поскольку мембрана не присутствовала в этих исследованиях структуры белок-белковых комплексов, представленные результаты не содержат никакой информации о структуре и топологии трансмембранных доменов этих белков.
Наша лаборатория является первой в этой области, которая применила методы ЯМР в растворе и в твердом состоянии (ssNMR) для изучения P450 и родственных белков ⁶ в функциональном амфифильном бислое, полагаясь на емкость обеих бицелл ^{15, 40} и нанодиски ⁴¹ для включения и сохранения функциональности этих белков.Структура с высоким разрешением мембраносвязанного комплекса цитохром-P450- b ₅ показана на Фигуре 3 ¹⁹. Твердотельные ЯМР эксперименты на магнитно ориентированных бицеллах выявили присутствие трансмембранной спирали и ее топологию в CYP2B4, CPR и b ₅ , а также выявили значительную разницу во временных масштабах движения остатков в растворимом линкере и доменах TM из b ₅ , который имеет решающее значение в образовании продуктивного белок-белкового комплекса ^17,42.Изучение меченного изотопом b ₅ в бицеллах с помощью ssNMR показало, как подвижность TM-домена b ₅ значительно снижается присутствием CYP2B4 без изменения его геометрии и спиральной структуры ¹⁷. Кроме того, эксперименты с ssNMR на выровненных бицеллах выявили прямые взаимодействия между TM доменами CYP2B4 и b ₅ , в которых очень важную роль играет «лейциновая молния» в TM-домене b ₅ .Что еще более важно, ЯМР подтвердил электростатическую природу взаимодействий b ₅ -CYP2B4 и что присутствие субстрата способствует специфическим взаимодействиям между двумя белками ⁴³. Комплекс CYP2B4- b ₅ был недавно изучен на нанодисках в среде без детергентов, которая лучше имитирует нативную мембрану ⁴¹, обеспечивая структурные взаимодействия с высоким разрешением между белками. Кроме того, взаимодействия между мембраносвязанным CYP2B4, b ₅ и CPR были измерены с и без присутствия лигандов с помощью экспериментов ЯМР высокого разрешения ⁴⁴.FMN-связывающий домен (FBD) CPR также был изучен на бицеллах в твердотельных ЯМР-экспериментах ⁴⁵. Наша группа также смогла впервые охарактеризовать взаимодействие между белками в третичном комплексе FBD-P450- b ₅ с помощью ЯМР-спектроскопии в липидных бислоях ⁴⁴. Примечательно, что мы показали, что связывание субстрата с P450 может нарушить комплекс P450-CPR, облегчая ассоциацию b ₅ , и что степень этого сдвига равновесия сильно зависит от субстрата.Этот результат потенциально может объяснить наблюдаемую разницу в каталитической модуляции, обеспечиваемой b ₅ .
Кроме того, сообщалось о структурном взаимодействии FBD с цитохромом c — небольшим гемопротеином, важным для цепи переноса электронов в митохондриях — при использовании цитохрома c в качестве эффективной модельной системы для тестирования процесса переноса электронов ⁴⁶. Эксперименты по титрованию ЯМР в растворе показали образование динамического комплекса между двумя белками с быстрым обменом во времени.Ограничения ЯМР были реализованы в молекулярном стыковке для создания структурных моделей и картирования интерфейса связывания на FBD. Предложенная структурная модель комплекса FBD – цитохром c предполагает потенциальные пути электронов, которые обеспечивают сильную электронную связь между окислительно-восстановительными центрами ⁴⁶. В нашей лаборатории продолжаются более высокие функциональные и динамические исследования на основе структур с высоким разрешением бинарных и тройных окислительно-восстановительных комплексов P450 и их взаимодействия с лекарствами.
Каналы пути доступа, доступность субстрата и разделение мембраны
Как видно из вышеизложенного, мембрана и мембранные домены могут играть существенную роль в катализе P450, модулируя перенос электронов между окислительно-восстановительными парами, а также общая эффективность катализа. Мембрана также представляет собой толстую поверхность раздела между окружающей средой (то есть цитозолем) и CYP. Действительно, было показано, что мембрана может замедлять доступ воды, а также субстрата к активному центру ⁴⁷.Кроме того, липофильные соединения, которые плохо растворимы, преимущественно распределяются в мембране, что позволяет P450 рекрутировать гидрофобные субстраты непосредственно из липидной фазы ^21,48,49. Например, Муртазина и др. . ⁵⁰ продемонстрировали, что сродство CYP27A1 к 5α-холестан-3α, 7α, 12α-триолу и холестерину снижалось в присутствии отрицательно заряженного фосфатидилглицерина, что потенциально может отражать либо другое распределение этих стероидных молекул, либо более легкий доступ к субстрату. из-за взаимодействий белок / мембрана.О различиях в аффинности связывания и спиновом равновесии растворимого и заякоренного в мембране P450 уже сообщалось ^25,49,51-53, и их значение актуально, учитывая, насколько важны параметры аффинности для фармакокинетических / фармакодинамических моделей ⁵⁴. В связи с этим Денисов и др. . ⁴⁹ продемонстрировали наличие аллостерического сайта на границе раздела мембран CYP3A4, подчеркивая, насколько важно присутствие мембраны для оценки лекарственного взаимодействия в фармакологических исследованиях.Кроме того, недавние исследования группы Аткинса предоставили экспериментальное понимание субстратной модуляции CYP3A4 в нанодисках ^25,53. Встроенная часть белка может динамически взаимодействовать с мембраной, позволяя открывать каналы субстрата и водный «водопровод» ²⁵. Эти свойства, наряду с равновесным связыванием субстрата, по-видимому, также модулируются текучестью мембраны ⁵³.
Не совсем понятно, как липиды могут нарушать спиновое равновесие P450 ⁴⁸, но наблюдаемые различия подтверждают внутренние кинетические особенности каждой системы, используемой для тестирования химических веществ.Молекулярно-динамическое (МД) моделирование и исследования обмена H / D на CYP3A4 показали, что взаимодействие с мембраной происходит через специфические липидно-белковые взаимодействия ^25,55 и может влиять на открытие / закрытие туннеля доступа ⁴⁸ , подтверждающие экспериментальные данные, полученные за два десятилетия до ⁵⁶. Компьютерные исследования MD также выяснили, как фосфолипиды могут вызывать открытие обращенных к мембране туннелей в CYP1A2 ⁵⁷. Предполагаемый механизм основан на способности верхней части спирали TM взаимодействовать с богатым пролином сегментом каталитического домена, который вместе с петлей FG погружен в мембрану ⁵⁷.Это привело к появлению нескольких каналов доступа как из туннелей, обращенных к растворителю, так и из туннелей, обращенных к мембране. Подобные исследования, проведенные на CYP2C9, выявили открытие дополнительных туннелей доступа в присутствии мембраны ^58,59. МД моделирование выполнено Fishelovitch et al . ⁶⁰ показал, что FMN-связывающий домен CPR регулирует водный канал CYP3A4 из-за перекрытия определенных остатков. Когда FMN-домен CPR связывается с CYP3A4, водный канал полностью открывается, тем самым обеспечивая поток молекул воды в активный центр.Однако отсутствие мембраны в этом вычислительном исследовании поднимает вопрос о том, имеет ли эта конформационная гибкость также в присутствии мембраны.
Хотя экспериментальные демонстрации необходимы, вычислительные исследования предоставили полезную информацию, а также количественные термодинамические параметры, которые потенциально могут объяснить некоторые наблюдения в кинетике P450. Тем не менее, учитывая важность наличия и распределения субстратов для ферментов, метаболизирующих лекарственные средства, не хватает убедительных экспериментальных доказательств, которые могли бы удовлетворить требования подробных молекулярных описаний.Если структурная рентгеновская кристаллография заложила основу для определения каналов ферментов и количественного определения объемов активных центров ⁴, она все еще не может выйти за рамки архитектуры полипептида. С другой стороны, недавний прогресс в использовании методов ЯМР в растворе и в твердом состоянии открывает путь к более широкому исследованию явлений, связанных с мембраной. В частности, динамика высокого разрешения мембраносвязанного P450 в присутствии и отсутствии лигандов, которую необходимо измерить с помощью ЯМР, будет очень ценна для полного понимания функции P450.
Текущие проблемы и будущие разработки
Определение структуры мембранного белка в целом является чрезвычайно сложной задачей из-за отсутствия стабильности белка за пределами его естественной среды. В цитохроме P450 наличие взаимодействий с восстанавливающими аналогами, а также ключевая роль мембраны в катализе добавляют удивительных сложностей к продолжающимся усилиям. С учетом ограничений рентгеноструктурной характеристики, описанной выше, ЯМР — как в растворе, так и в твердом состоянии — является отличной альтернативой для структурных и динамических исследований цитохрома P450.Как показано для b ₅ и его взаимодействия с CYP2B4, ЯМР предлагает хорошо протестированные и сложные инструменты для исследования МД в широком диапазоне временных масштабов. С помощью ЯМР можно исследовать движения от наносекундной до миллисекундной шкалы времени. Тем не менее, общий размер комплекса мембрана-белок по-прежнему является основным недостатком с точки зрения спектрального разрешения; пониженная молекулярная подвижность белков, встроенных в мембранную среду, также способствует плохой чувствительности и разрешающей способности для традиционных экспериментов ЯМР в растворе ⁶.Для цитохрома P450 еще одно осложнение заключается в парамагнитной природе железа в простетической группе гема, которое гасит сигналы ЯМР вблизи активного центра. В ближайшие годы ЯМР сможет преодолеть некоторые из присущих ему ограничений за счет внедрения стратегий мечения, эффектов усиления парамагнитной релаксации, сверхбыстрого вращения под магическим углом и сложных импульсных последовательностей. Кроме того, восстановление P450 и его редокс-партнеров теперь может быть выполнено в более надежных и универсальных модельных системах, таких как нанодиски, которые используются для исследований ЯМР в растворе, и макродиски для исследований твердотельного ЯМР.
Многие научные вопросы, касающиеся метаболизма P450, требуют ответов из-за бесчисленных биологических и фармакологических последствий. Текущие структурные исследования предложат действенные инструменты и обеспечат глубокое понимание биологических интерфейсов. Тем не менее, авторы считают, что совместное использование дополнительных биофизических методов и биохимических подходов создаст уникальные возможности для успешного преодоления проблем полного понимания ферментативной функции различных P450.Приобретенные знания, полученные в результате этих исследований, создадут экспериментальную платформу для изучения других белковых комплексов переноса электрона, таких как митохондриальная цепь переноса электронов ⁶¹ и комплекс синтазы оксида азота ⁶², которые имеют несколько биохимических сходств и сложностей с Метаболон P450.
Конкурирующие интересы
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.
Информация о гранте
Это исследование было поддержано фондами Национальных институтов здравоохранения (GM084018 и GM095640, AR).Айялусами Рамамурти также хотел бы поблагодарить NIH за финансовую поддержку покупки твердотельного ЯМР-спектрометра 600 МГц и модернизации твердотельного ЯМР-спектрометра 400 МГц.
Благодарности
Мы благодарим доктора Тирупати Равула из нашей исследовательской группы за подготовку структуры мембранного белково-белкового комплекса, представленной на рисунке 2. Авторы благодарят всех бывших и нынешних членов подгруппы цитохрома лаборатории Рамамурти за их вклад.
Рекомендуется F1000
Ссылки
1.Де Монтельяно PR: Цитохром P450: структура, механизм и биохимия. Springer, 2005. Publisher Full Text
2. Бернхардт Р: Млекопитающие и бактериальные цитохромы P450, участвующие в гидроксилировании стероидов: регуляция катализа и селективности, а также потенциальные применения. Пятьдесят лет исследований цитохрома P450. 2014; 135–151. Publisher Full Text
3. Эстрада Д. Ф., Лоуренс Дж. С., Скотт Э. Э.: Взаимодействие цитохрома P450 17A1 с FMN-доменом его редуктазы по данным ЯМР. J. Biol Chem. 2016; 291 (8): 3990–4003. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
4. Джонсон EF, Stout CD: Структурное разнообразие цитохрома p450s мембран эукариот. J. Biol Chem. 2013; 288 (24): 17082–90. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
5. Ван М., Робертс Д.Л., Пашке Р., и др. : Трехмерная структура НАДФН-цитохром Р450 редуктазы: прототип ферментов, содержащих FMN и FAD. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1997; 94 (16): 8411–6. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
6. Дурр У. Х., Васкелл Л., Рамамурти А: Цитохромы P450 и b ₅ и их редуктазы — многообещающие мишени для структурных исследований с помощью современной твердотельной ЯМР-спектроскопии. Biochim Biophys Acta. 2007; 1768 (12): 3235–59. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
7. Портер Т.Д .: Роль цитохрома b ₅ в реакциях цитохрома P450. J Biochem Mol Toxicol. 2002; 16 (6): 311–6. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
8. Кун MJ, автор AP, Strobel HW: Роль фосфолипидов в переносе электронов в восстановленной микросомальной ферментной системе печени, содержащей цитохром P-450. Chem Biol Взаимодействие. 1971; 3 (4): 248–50. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
9. Ингельман-Сундберг М., Глауманн Х .: Восстановление системы микросомальной гидроксилазы печени в липосомы. FEBS Lett. 1977; 78 (1): 72–6. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
10. Shaw PM, Hosea NA, Thompson DV, et al. : Премиксы для восстановления для анализов с использованием очищенного рекомбинантного человеческого цитохрома Р450, НАДФН-цитохром Р450 редуктазы и цитохрома b ₅. Arch Biochem Biophys. 1997; 348 (1): 107–15. PubMed Аннотация | Издательство Полный текст
11. Денисов И.Г., Слигар С.Г. Цитохромы P450 на нанодисках. Biochim Biophys Acta. 2011; 1814 (1): 223–9. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
12. Денисов И.Г., Слигар С.Г. Нанодиски в биохимии и биофизике мембран. Chem Rev. 2017; 117 (6): 4669–713. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
13. Барнаба С., Мартинес М.Дж., Тейлор Э., и др. : Отслеживание одного белка показывает, что НАДФН опосредует внедрение редуктазы цитохрома Р450 в биомиметик эндоплазматической сети. J Am Chem Soc. 2017; 139 (15): 5420–5430. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
14. Скотт Э. Э., Вольф Ч. Р., Отепка М., и др. : Роль белок-белковых и белково-мембранных взаимодействий в функции P450. Drug Metab Dispos. 2016; 44 (4): 576–90. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
15. Дурр У. Х., Гильденберг М., Рамамурти А: Магия бицелл освещает структуру мембранных белков. Chem Rev. 2012; 112 (11): 6054–74. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
16. Чжао К., Моди С., Смит Г., и др. : Кристаллическая структура FMN-связывающего домена цитохром Р450 редуктазы человека при разрешении 1,93 A. Protein Sci. 1999; 8 (2): 298–306. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
17. Ямамото К., Дюрр У. Х., Сю Дж., и др. : динамическое взаимодействие между мембраносвязанным полноразмерным цитохромом P450 и цитохромом b ₅, наблюдаемое с помощью твердотельной ЯМР-спектроскопии. Sci Rep. 2013; 3 : 2538. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
18. Ямамото К., Гильденберг М., Ахуджа С., и др. : Исследование трансмембранной структуры и топологии микросомального цитохрома-p450 методом твердотельного ЯМР на термостойких бицеллах. Sci Rep. 2013; 3 : 2556. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
19. Ахуджа С., Джар Н., Им С.К., и др. : Модель комплекса мембраносвязанного цитохрома b ₅ -цитохром Р450 по данным ЯМР и мутагенеза. J. Biol Chem. 2013; 288 (30): 22080–95. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
20. Денисов И.Г., Макрис Т.М., Слигар С.Г., и др. : Структура и химический состав цитохрома P450. Chem Rev. 2005; 105 (6): 2253–77. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
21. Das A, Sligar SG: Модуляция окислительно-восстановительного потенциала цитохром P450 редуктазы с помощью фосфолипидного бислоя. Биохимия. 2009; 48 (51): 12104–12.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
22. Kim K, Ahn T, Yun C: Свойства мембран, индуцированные анионными фосфолипидами и фосфатидилэтаноламином, имеют решающее значение для связывания с мембраной и каталитической активности человеческого цитохрома P450 3A4. Биохимия. 2003; 42 (51): 15377–87. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
23. Guengerich FP: Cytochrome P-450 3A4: регуляция и роль в метаболизме лекарств. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 1999; 39 : 1–17. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
24. Jang HH, Kim DH, Ahn T, et al. : Функциональная и конформационная модуляция человеческого цитохрома P450 1B1 анионными фосфолипидами. Arch Biochem Biophys. 2010; 493 (2): 143–50. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
25. Treuheit NA, Redhair M, Kwon H, et al. : Мембранные взаимодействия, лиганд-зависимая динамика и стабильность цитохрома P4503A4 в липидных нанодисках. Биохимия. 2016; 55 (7): 1058–69. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
26. Ямадзаки Х., Джонсон В.В., Уенг Й.Ф., и др. : Отсутствие переноса электронов от цитохрома b ₅ в стимуляции каталитической активности цитохрома P450 3A4. Характеристика восстановленной системы редуктазы цитохрома Р450 3А4 / НАДФН-цитохром Р450 и исследования с апо-цитохромом b ₅. J. Biol Chem. 1996; 271 (44): 27438–44. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
27. Ямадзаки Х., Накамура М., Комацу Т, и др. : Роли НАДФН-Р450 редуктазы и апо- и голоцитохрома b ₅ в окислении ксенобиотиков, катализируемом 12 рекомбинантными цитохромами Р450 человека, экспрессируемыми в мембранах Escherichia coli . Protein Expr Purif. 2002; 24 (3): 329–37. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
28.Кларк Т.А., Им С., Бидвай А., и др. : роль длины и последовательности линкерного домена цитохрома b ₅ в стимуляции катализа цитохрома P450 2B4. J. Biol Chem. 2004; 279 (35): 36809–18. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
29. McDougle DR, Palaria A, Magnetta E, et al. : Функциональные исследования модифицированной на N-конце эпоксигеназы CYP2J2 в модельных липидных бислоях. Protein Sci. 2013; 22 (7): 964–79.PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
30. Миямото М., Ямасита Т., Ясухара Ю., et al. : Мембранный якорь редуктазы цитохрома Р450 подавляет разобщение цитохрома Р450. Chem Pharm Bull (Токио). 2015; 63 (4): 286–94. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
31. Гринькова Ю.В., Денисов И.Г., Маклин М.А., и др. : Оксидазное разобщение в гем-монооксигеназах: цитохром P450 CYP3A4 человека в нанодисках. Biochem Biophys Res Commun. 2013; 430 (4): 1223–7. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
32. Kim HJ, Lee SB, Guengerich FP, et al. : Влияние N-концевой модификации рекомбинантного человеческого цитохрома P450 1A2 на каталитическую активность. Xenobiotica. 2007; 37 (4): 356–65. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
33. Ларсон Дж. Р., Кун М. Дж., Портер Т. Д.: Очистка и свойства укороченной формы цитохрома P-450 2E1: делеция Nh3-концевого сигнального пептида встраивания в мембрану не влияет на каталитическую активность. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1991; 88 (20): 9141–5. PubMed Аннотация | Бесплатный полный текст
34. Донг М.С., Белл LC, Гуо З., и др. : Идентификация удерживаемого N-формилметионина в бактериальных рекомбинантных белках цитохрома P450 млекопитающих с N-концевой последовательностью MALLLAVFL…: роли остатков 3-5 в удерживании и топологии мембраны. Биохимия. 1996; 35 (31): 10031–40. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
35.Ханна И.Х., Ким М.С., Генгерих Ф.П.: Гетерологичная экспрессия мутантов цитохрома P450 2D6, перенос электронов и катализ гидроксилирования буфуралола: роль аспартата 301 в структурной целостности. Arch Biochem Biophys. 2001; 393 (2): 255–61. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
36. Bridges A, Gruenke L, Chang YT, et al. : Идентификация сайта связывания на цитохроме P450 2B4 для цитохрома b ₅ и редуктазы цитохрома P450. J. Biol Chem. 1998; 273 (27): 17036–49. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
37. Севрюкова И.Ф., Ли Х, Чжан Х, и др. : Структура комплекса переноса электронов цитохрома P450-окислительно-восстановительного партнера. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1999; 96 (5): 1863–8. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
38. Im S, Waskell L: Взаимодействие микросомального цитохрома P450 2B4 с его редокс-партнерами, цитохром P450 редуктазой и цитохромом b ₅. Arch Biochem Biophys. 2011; 507 (1): 144–53. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
39. Colthart AM, Tietz DR, Ni Y, et al. : Обнаружение зависимых от субстрата конформационных изменений в складке P450 с помощью ядерного магнитного резонанса. Sci Rep. 2016; 6 : 22035. Реферат PubMed | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
40. Xu J, Dürr UH, Im S, et al. : структурные исследования с участием бицелл на ассоциированном с мембраной цитохроме B ₅ с помощью твердотельной MAS-ЯМР-спектроскопии. Angew Chem Int Ed Engl. 2008; 47 (41): 7864–7. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
41. Чжан М., Хуанг Р., Акерманн Р., и др. : восстановление комплекса Cyt b ₅ -CytP450 на нанодисках для структурных исследований с использованием ЯМР-спектроскопии. Angew Chem Int Ed Engl. 2016; 55 (14): 4497–9. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | F1000 Рекомендация
42. Soong R, Smith PE, Xu J, et al.: Протонно-развитые исследования твердотельного ЯМР в локальном поле цитохрома b ₅ встроенного в бицеллы, раскрывающие как структурную, так и динамическую информацию. J Am Chem Soc. 2010; 132 (16): 5779–88. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
43. Zhang M, Le Clair SV, Huang R, et al. : понимание роли субстратов во взаимодействии между цитохромом b ₅ и цитохромом P450 2B4 с помощью ЯМР. Sci Rep. 2015; 5 : 8392. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
44. Zhang M, et al. : Включение комплекса cyt b ₅ -cyt P450 в нанодиски, охарактеризованные методом ЯМР в растворе. диссертация, Мичиганский университет, 2016.
45. Хуанг Р., Ямамото К., Чжан М., и др. : Исследование трансмембранной структуры и динамики микросомальной НАДФН-цитохром Р450 оксидоредуктазы с помощью твердотельного ЯМР. Biophys J. 2014; 106 (10): 2126–33. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
46. Huang R: Структурное исследование взаимодействия между FMN-связывающим доменом цитохрома P450 редуктазы и его окислительно-восстановительными партнерами — цитохромом P450 / цитохромом c с помощью ЯМР и ЯМР. Характеристика мономерных и олигомерных конформаций кальцитонина человека и его взаимодействия с EGCG Ph.D. диссертация, Мичиганский университет, 2014. Справочный источник
47. Кожокару В., Винн П.Дж., Уэйд Р.К.: Все аспекты цитохрома P450. Biochim Biophys Acta. 2007; 1770 (3): 390–401. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
48. Денисов И.Г., Ших А.Ю., Слигар С.Г .: Структурные различия между растворимым и мембраносвязанным цитохромом P450. J. Inorg Biochem. 2012; 108 : 150–8. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Free Full Text
49. Денисов И.Г., Гринькова Ю.В., Байлон Ю.Л., и др. : Механизм лекарственного взаимодействия, опосредованный человеческим мономером цитохрома P450 CYP3A4. Биохимия. 2015; 54 (13): 2227–39. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
50. Муртазина Д.А., Андерссон Ю., Хан И., и др. : Фосфолипиды изменяют связывание субстрата и ферментативную активность человеческого цитохрома P450 27A1. J Lipid Res. 2004; 45 (12): 2345–53. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
51. Киселев П.А., Гарда Г., Финч С.А., и др. : [Регулирование каталитической активности ферментной системы монооксигеназы в зависимости от структуры субстрата и фосфолипидного состава модельной мембраны]. Биохимия. 1990; 55 (11): 2058–71. PubMed Abstract
52. Barnaba C, Humphreys SC, Barden AO, et al. : Субстрат-зависимая естественная люминесценция цитохромов P450 3A4, 2C9 и P450cam. J. Phys Chem B. 2016; 120 (12): 3038–47. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
53. McClary WD, Sumida JP, Scian M, et al. : Жидкость мембраны модулирует термическую стабильность и связывание лиганда цитохрома P4503A4 в липидных нанодисках. Биохимия. 2016; 55 (45): 6258–68. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
54. Нагар С., Корзеква К. Комментарий: неспецифическое связывание белков в сравнении с мембранным разделением: это не просто семантика. Drug Metab Dispos. 2012; 40 (9): 1649–52. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст
55. Байлон Дж. Л., Ленов И. Л., Слигар С. Г., и др. : характеристика связанного с мембраной состояния цитохрома P450 3A4: структура, глубина встраивания и ориентация. J Am Chem Soc. 2013; 135 (23): 8542–51. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
56. Ingelman-Sundberg M, Hagbjörk AL, Ueng YF, et al. : Высокая скорость гидроксилирования субстрата цитохромом P450 3A4 человека в восстановленных мембранных везикулах: влияние заряда мембраны. Biochem Biophys Res Commun. 1996; 221 (2): 318–22. PubMed Аннотация | Publisher Full Text
57. Йержабек П., Флориан Дж., Мартинек В. Молекулы липидов могут вызывать открытие обращенных к мембране туннелей в цитохроме P450 1A2. Phys Chem Chem Phys. 2016; 18 (44): 30344–56. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст | F1000 Рекомендация
58. Кожокару В., Балали-Муд К., Сансом М.С., и др. : Структура и динамика мембраносвязанного цитохрома P450 2C9. PLoS Comput Biol. 2011; 7 (8): e1002152. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
59. Берка К., Хендрихова Т., Анценбахер П., и др. : Положение на мембране ибупрофена согласуется с предполагаемым входом пути доступа к активному сайту цитохрома P450 2C9. J. Phys Chem. 2011; 115 (41): 11248–55. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
60. Фишелович Д., Шайк С., Вольфсон Х. Дж., и др. : Как редуктаза помогает регулировать каталитический цикл цитохрома P450 3A4 с использованием консервативного водного канала? J. Phys Chem B. 2010; 114 (17): 5964–70. PubMed Аннотация | Издатель Полный текст | Бесплатный полный текст
61.
Липиды в клетке выполняют функцию каталитическую: ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ. 1. В клетке липиды выполняют функцию : а) каталитическую

Химический состав клетки. Углеводы, липиды. | Материал для подготовки к ЕГЭ (ГИА) по биологии (11 класс):

липиды и углеводы.(10кл. Профильный уровень)

Тестовые задания по теме «ОРГАНИЧЕСКИЕ ВЕЩЕСТВА КЛЕТКИ»

Химический состав клетки. 10 класс

Опубликованные материалы на сайте СМИ «Солнечный свет». Статья Тест по теме «Углеводы. Липиды». Автор: Горынина Елена Вячеславовна.

Какое вещество в клетке выполняет функцию растворителя

Похожие статьи

Контрольная работа 10 класс — estestveno

2.3 Биологические молекулы — Концепции биологии — 1-е канадское издание

Через призму коренных народов (Сюзанна Вилкерсон и Чарльз Мольнар)

Через призму коренных народов

Стероиды и воски

Концепция в действии

Эволюция в действии

Структура белка

Концепция в действии

Атрибуция в СМИ

Липиды в структурах мембранных белков

Abstract

Аббревиатуры

Ключевые слова

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Биологические строительные блоки | CancerQuest

Углеводы

Белки

Липиды

Нуклеиновые кислоты

Комбинации

Сводка

2.8: Структура и функции — липиды и мембраны

Глицерофосфолипиды

Кардиолипины

Клеточная мембрана — Структура — Фосфолипиды

Структура

Фосфолипиды

Холестерин

Мембранные белки

Функции клеточной мембраны

Клиническая значимость — Наследственный сфероцитоз

Фосфолипаз

II. Фосфолипаза А

III. Фосфолипаза C

IV.Фосфолипаза D

V. Специальные фосфолипазы — семейство генов липаз

VI. Другие фосфолипазы — Пататин

Каталитическая функция цитохрома P450 …

Abstract

Ключевые слова

Введение

Рисунок 1. Каталитический цикл цитохрома P450.

Рис. 2. Модельные структуры цитохрома P450 с цитохромом

Рис. 3. Первая структура с высоким разрешением мембраносвязанного комплекса цитохромов-b5-P450, раскрывающая путь переноса электронов.

Мембранные и мембранно-якорные домены модулируют метаболизм P450 и его каталитическую эффективность

Каналы пути доступа, доступность субстрата и разделение мембраны

Текущие проблемы и будущие разработки

Конкурирующие интересы

Информация о гранте

Благодарности

Ссылки

Добавить комментарий Отменить ответ