Ответ как биологическая функци

Ферментный контроль обеспечивает регуляцию большинства физиологических функций организма. Ингибиторы ферментов, как правило, или сильные яды, или сильные лекарственно активные вещества. Например, ацетилсалициловая кислота, или аспирин, — это эффективный ингибитор ферментов, которые синтезирует простагландины — весьма важные биологические регуляторы. Непосредственно сами ферменты находят в настоящее время применение в терапии некоторых заболеваний 3) принципиально важные работы в настоящее время ведутся в области выяснения молекулярной природы иммунного ответа. В процессе эволюции наш организм приобрел способность бороться с проникающими в него чужеродными клетками, чужеродными белками. Иммунология и иммунохимия в настоящее время переживают бурный расцвет, и мы являемся свидетелями появления новых вакцин, иммуностимуляторов, иммунодепрессантов. Регуляция иммунной реакции —один из наиболее ярких примеров достижений биологической химии в медицине 4) все большее внимание в последние годы начинает привлекать рецепторный уровень регуляции физиологических ответов организма. Если предшествующие этапы внедрения химии в биологию и медицину были связаны в основном со случайным поиском новых веществ, то настоящее время характеризуется все более глубоким проникновением в регуляторные химические механизмы физиологических ответов клетки. В различных клетках нашего организма можно вызвать те или иные ответы путем воздействия на специфические клеточные рецепторы, понимающие и чувствующие химические сигналы, заданные структурой вводимого соединения. Это высокоэффективные регуляторные механизмы, позволяющие в ряде случаев весьма тонко повлиять на метаболические процессы в клетке. Пока мало известно о структуре и природе рецепторов. Это определяется в основном тем, что клетка содержит весьма мало рецепторов. Однако объем химической информации о клеточных рецепторах непрерывно растет, и мы являемся свидетелями появления новых лекарственных соединений, созданных на основе этой информации. [c.199]

Защитная функция. Основную функцию защиты в организме выполняет иммунная система, которая обеспечивает синтез специфических защитных белков-антител в ответ на поступление в организм бактерий, токсинов, вирусов или чужеродных белков. Высокая специфичность взаимодействия антител с антигенами (чужеродными веществами) по типу белок-белковое взаимодействие способствует узнаванию и нейтрализации биологического действия антигенов. Защитная функция белков проявляется и в способности ряда белков плазмы крови, в частности фибриногена, к свертыванию. В результате свертывания фибриногена образуется сгусток крови, предохраняющий от потери крови при ранениях. [c.21]

Распознавание, ответ и регуляция — аспекты биологических функций белковых структур в клетке. Хотя клетка мышцы высоко, специализирована, тем не менее она проявляет большинство черт, типичных для живых систем (табл. 11.1). Так, она обладает способностью к деятельности и к контролю своей деятельности 1687]. Сигнал, попадающий в эту систему (нервный импульс), вызывает мощный ответ (движение или напряженность), который строго контролируется во времени, пространстве и по своей интенсивности и который координируется с функционально родственными системами, например с процессами, поставляющими химическую энергию. В этом отношении функции этих белков подпадают под категории клеточной биологии распознавание (с какими молекулами взаимодействует белок ), отклик (как белок реагирует на раздражение или сигнал ) и регуляция (как контролируется активность белка или какой процесс осуществляет этот контроль ). Однако все эти выражения описывают различные стороны структуры белка, и, следовательно, между ними нельзя провести четкой границы. [c.284]

Функции биологических мембран. Как отмечалось, клеточные мембраны отграничивают содержимое клетки (или клеточной органеллы) от окружающей среды. Благодаря наличию специальных рецепторов они воспринимают сигналы из внешней среды (например, молекулы гормонов, называемые первичными мессенджерами, или посредниками), в ответ на которые образуются вторичные мессенджеры, высвобождающиеся внутрь клетки. Так осуществляется преобразование сигналов, изменяющих клеточный метаболизм в соответствии с изменяющимися условиями среды (см. главу 8). [c.303]

Одно из самых значительных достижений рентгеноструктурного анализа белков последних лет, которое не может не повлиять на дальнейшее развитие биологии и становление ее новой области -молекулярной биологии клетки, состоит в начавшейся расшифровке трехмерных структур первых мембранных белков. Перед обсуждением полученных здесь результатов целесообразно кратко сообщить о том, что было известно об этих белках до исследования их с помощью рентгеновской дифракции. Если основные структурные особенности биологических мембран определяются молекулами липидного бислоя, то специфические функции мембран выполняются главным образом белками. Они ответственны за процессы превращения энергии, выступают в качестве рецепторов и ферментов, образуют каналы активного и пассивного транспорта молекул и ионов различных веществ через мембраны, охраняют организм от проникновения чужеродных антигенов и стимулируют иммунный ответ клеточного типа. В обычной плазматической мембране белок составляет около 50% ее массы. Однако в некоторых мембранах, например во внутренних мембранах митохондрий и хлоропластов, его содержание поднимается до 75%, а в других, например миелиновой мембране, снижается до 25%. Многие мембранные белки пронизывают липидный бислой насквозь и контактируют с водной средой по обеим сторонам мембраны. Молекулы этих белков, называемых трансмембранными, как и окружающие их молекулы липидов, обладают амфипатическими свойствами, поскольку содержат гидрофобные участки, взаимодействующие внутри бислоя с гидрофобными хвостами липидов, и гидрофильные участки, обращенные к воде с обеих сторон мембраны. Другая группа мембранных белков соприкасается с водой только с одной стороны бислоя [234, 235]. Одни из них погружены только во внешний или во внутренний слой мембраны, другие ассоциированы за счет невалентных взаимодействий с трансмембранными белками, третьи прикреплены к мембране с помощью ковалентно связанных с ними цепей жирных кислот, внедренных в липидный слой. [c.56]

Способность узнавать определенных партнеров приводит в результате к образованию специфического комплекса. Однако в наибольшем числе случаев за узнаванием следует определенный ответ системы, т.е. определенное действие. В отсутствие каких-либо химических изменений таким ответом может быть только изменение его пространственной структуры, т.е. конформации. Это означает, что первичное узнавание лиганда биополимером побуждает белок направленно изменить свою конформацию и перейти в новую структуру, резко отличающуюся от исходной. Такое изменение конформации называют направленным конформационным переходом. Способность к таким переходам может рассматриваться как второе широко распространенное свойство белков, необходимое для выполнения их биологических функций. [c.16]

Нередко возникает вопрос — правомочно ли оперировать структурой белка в кристалле, в то время как в реальных условиях белковая молекула находится в растворе нлн в среде со сложным составом и именно в таких условиях выполняет свою биологическую функцию Хотя дискуссии не прекращаются, многочисленные экспериментальные данные позволяют утвердительно ответить на этот вопрос. Во-первых, кристаллы белков весьма своеобразны по своей природе, они содержат большое количество растворителя (воды), иногда свыше 60% общей массы кристалла, и даже в кристалле молекулы белка оказываются в плавающем состоянии. Во многих случаях показано, что структура белка в кристалле соответствует его предпочтительной конформации, ибо межмолекулярные взаимодействия в кристаллической решетке не вносят существенных возмущений в структуру. Во-вторых, многие белки даже [c.99]

Благодаря новейшим данным о стереохимических изменениях, происходящих при ферментативном катализе и регуляции активности ферментов, мы можем ответить на эти вопросы с достаточной определенностью. В том, что структура белков существенно зависит от слабых связей, действительно есть больщой смысл . Взаимодействие ферментов с субстратами и с модуляторами ферментов в большинстве случаев, если не всегда,, сопровождается изменениями в третичной и четвертичной структуре фермента. С точки зрения стереохимии эти изменения могут быть большими или незначительными для биологической, функции они абсолютно необходимы. Скорость, с которой фермент катализирует определенную химическую реакцию, вероятно, зависит от того, насколько быстро его конформация может подвергнуться обратимому изменению в результате фер-мент-субстратных взаимодействий. Надлежащая реакция фермента на присоединение регулирующего метаболита тоже зависит от способности фермента изменять свою структуру высшего порядка. В одних случаях эти изменения затрагивают третичную конформацию фермента, в других (например, в случае гликогенфосфорилазы) регуляторный эффект связан с изменением четвертичной структуры. [c.215]

Следовательно, структура гена действительно предопределяет биологическую функцию белка, его работу в клетке. И искать смысл кода следует в пространственном строении белка. Иными словами, прежде всего нужно ответить на вопрос о том, как формируется белковая глобула. [c.286]

Такого типа белки играют ключевую роль в превращениях энергии мембранными системами клетки. Большинство из них представляют собой давно описанные ферменты переносчики электронов по дыхательной и фотосинтетической цепям ферментов и мембранные АТФ-синтетазы. Хемиосмотическая гипотеза лишь выявила их биологическую функцию, ответив на вопрос, что происходит с энергией, выделяющейся при реакциях, катализируемых этими ферментами. [c.104]

Наибольший интерес представляет классификация гормонов по биологическим функциям. Каждый гормон изменяет метаболизм специфическим образом и не обязательно действует на все органы. Избирательность действия гормонов на органы определяется наличием или отсутствием рецепторов для данного гормона в клетках органа. Кроме того, ответ разных органов даже на один и тот же гормон может быть различным в связи со специализацией клеток. Например, главный результат действия адреналина на клетки печени — усиление мобилизации гликогена, а на клетки жировой ткани — усиление мобилизации жиров. [c.381]

Ко второй группе относят функционально-специфические методы (или биотесты) определения биологической активности гормонов. Они основаны на сопоставлении действия гормонов на физиологические функции органов или клеток-мишеней. Благодаря функциональной специфичности ответа ткани-мишени, она будет узнавать только молекулы, обладающие по отношению к ней определенной биологической активностью, в то время как другие молекулы, даже с очень сходной структурой, никакого ответа в клетках-мишенях не вызовут и, следовательно, не будут определены с помощью данного биотеста. Необходимо отметить, что величина специфического ответа клеточной культуры на действие гормона пропорциональна количеству занятых рецепторов клеточной поверхности и поэтому зависит от концентрации биологически активного вещества в пробе, действию которого подвергают ткань-мишень. На практике при биотестировании сравнивают величины ответа ткани-мишени после инкубации с тестируемым и контрольным (стандартным) растворами. [c.318]

Подобный же механизм лежит в основе связывания гормонов со специфическими рецепторами, расположенными на мембранах клетки или в цитоплазме. Гормоны — это соединения с регуляторной функцией, которые выделяются клетками определенной ткани и регулируют обмен веществ в клетках-мишенях, принадлежащих другой ткани. Предполагают, что связывание гормонов с рецепторами изменяет структуру (конформацию) последних, и это событие инициирует цепь реакций, приводящих к биологическому ответу на действие гормона. [c.64]

Остальные из названных выше элементов металлы. Каковы же их функции Какая роль, например, магния, для чего нужны организму калий и натрий, каковы функции ионов кобальта, сделавшие его необходимым для нормальной работы организма Не всегда удается дать исчерпывающие ответы на подобные вопросы. В дальнейшем мы изложим те сведения о роли ионов металлов в ферментных системах, которые могут считаться надежно установленными. Природа экономно использует металлы — их содержание в организмах невелико и ион каждого вида выполняет различные функции. Чаще всего они связаны с усилением действия биологических катализаторов или образованием специфических активных групп катализаторов — металлосодержащих ферментов. Известно, что металлы, как правило, входят в состав организмов в виде комплексных соединений. Так, железо с азотсодержащими веществами образует сложный комплекс — гем. Гем вступает во взаимодействие с белками, и в зависимости от того, с каким белком он соединился, получающееся вещество приобретает различные свойства. В одном случае получается превосходный переносчик кислорода — гемоглобин, в другом — фермент, разлагающий перекись водорода,— каталаза, в третьем — фермент пероксидаза и т. д. [c.10]

Значение этого открытия состоит не только в том, что оно, по-видимому, дает ответ на вопрос, давно уже поставленный физиологией, но и в том, что оно иллюстрирует важную эволюционную стратегию ферментная система, возникшая, вероятно, на заре биологической (или, во всяком случае, клеточной) эволюции, спустя несколько миллиардов лет приобрела вторую весьма существенную функцию — стала конструктивной основой важного механизма теплообразования. [c.239]

Эти рассуждения снова приводят нас к вопросу о том, что активность ферментов можно усилить или подавить. Может быть, диабетогенный гормон подавляет активность гексокиназы, вырабатывая вещества, которые занимают замочную скважину молекулы фермента и таким образом мешают ему воздействовать на нормальный субстрат Может быть, инсулин противодействует тормозящему действию, удаляя эти вещества и тем самым освобождая, так сказать демаскируя , фермент На эти вопросы помогут ответить лишь дальнейшие исследования, но и сейчас уже известно, что демаскирующий эффект имеет важное значение в регуляции действия ферментов при многих биологических процессах. Пепсин, например, чья функция состоит в переваривании белка, выделяется стенкой желудка в виде неактивного вещества пепсиногена, который только в самом желудке под влиянием имеющейся здесь соляной кислоты превращается в активный фермент. Это превращение сопровождается падением молекулярного веса с 42 000 до 38 000, что можно объяснить удалением части белка, маскирующего действие пепсина. [c.179]

Связывание ацетилхолина с мускариновыми рецепторами сопровождается увеличением концентрации циклических нуклеотидов, а взаимодействие с никотиновыми рецепторами приводит к открытию ионных каналов и соответственно изменению ионной проницаемости постсинаптической мембраны. Как следствие происходит деполяризация клеточной мембраны за счет быстрого входа ионов натрия, что в конечном итоге ведет к возбуждению мышечной клетки. Следовательно, биологическая функция никотинового ацетилхолинового рецептора заключается в изменении ионной проницаемости постсинаптической мембраны в ответ на связывание ацетилхолина. После зтого ацетилхолин гидрюлизуется ацетилхолинэсте-разой до холина и рецептор переходит в исходное состояние, [c.628]

Иммунный ответ, как и все биологические функции, находится под контролем разнообразных регуляторных механизмов. Эти механизмы обеспечивают восстановление исходного, неактивного состояния иммунной системы, когда иммунный ответ на данный антиген более не требуется. Эффективный иммунный ответ — результат взаимодействия между антигеном и целой сетью иммуно-компетентных клеток. Характер иммунного ответа, как в количественном, так и в качественном отнощении, зависит от многих факторов, в том числе от типа антигена, его дозы и пути поступления, от свойств антигенпрезентирующих клеток (АПК) и генетических особенностей организма, а также от предшествующего контакта иммунной системы с данным или перекрестнореагирующим антигеном. На иммунный ответ способны влиять специфические антитела. Некоторые из перечисленных регуляторных факторов подробно рассмотрены в других главах (см. гл. 10 и 11) и в настоящей главе обсуждаются лишь кратко. [c.237]

Наконец, полученные этими приемами результаты следует всегда рассматривать и с учетом происхождения выделенных белков и их высокой лабильности. При проведении серии исследований свойств белкового препарата может оказаться, что исследователь изучает при последнем анализе иные виды молекул, чем в начале работы. Более того, даже свежеприготовленные препараты могут в некоторых отношениях отличаться от присутствующих в исходной ткани белков. Насколько существенными могут быть эти различия Дать какого-либо общего ответа на этот вопрос невозможно. В случае относительно стабильных белков, естественно существующих в свободном растворе (например, белки плазмы крови), можно сравнить результаты измерений в условиях, не слишком отличных от биологических, с результатами, полученными для очищенных систем. В других случаях сохранение оригинальной структуры в значительной степени доказывается способностью системы к воспроизводству in vitro своей биологической функции. Для таких структурных белков, как, например, коллаген, данные физико-химических измерений на изолированных белках необходимо дополнять прямыми электронно-микроскопическими наблюдениями тех биологических систем, в которых находятся эти белки. В некоторых же случаях почти невозможно установить, в какой степени очищенный белок является артефактом получения. [c.129]

Пептидная теория дала ответ на вопрос о типе химического строения белковых веществ. Дальнейщее развитие химии белков было невозможно без рещения новой, не менее трудной задачи — установления деталей строения индивидуальных белков. Точное представление о порядке соединения аминокислот в полипептид-ные цепи, о расположении сульфгидрильных мостиков между такими цепями было необходимо не только как непременное условие подхода к самой заманчивой цели органической химии — синтезу белковых веществ. Развитие биологической химии, в особенности энзимологии и иммунохимии, вызвало возникновение новых проблем, проблем взаимосвязи строения белковых веществ с теми биологическими функциями, которые они выполняют Б организме. Разрешение биохимических проблем не менее настоятельно требовало точного знания деталей строения индивидуальных активных белков. [c.130]

Аплизия втягивает жабру в ответ на прикосновение к сифону (рис. 19-40). После многократных прикосновений у животного возникает привыкание и реакция исчезает. По своей биологической функции нривыкание сходно с адаптацией, но оно развивается более медленно и, как мы увидим, связано с другим участком нервного пути. Какой-либо резкий раздражитель, например сильный толчок или удар электрическим гоком, снимает эффект привыкагшя и, наоборот, повышает чувствительность животного, так что оно теперь особенно энергично реагирует на [c.330]

Впервые на важную функцию кальция как внутриклеточного регулятора указали результаты классических опытов английского физиолога С. Рингера, показавшие, что механическая активность сердца резко тормозится в условиях, когда кальций удаляют из внешней среды. С момента этого открытия прошло уже 100 лет, однако интерес естествоиспытателей к Са + не только не ослабевает, но растет год от года. С 1981 г. выходит в свет специальный международный журнал Клеточный кальций — периодическое -научное издание, целиком посвященное биологической функции отдельного иона. Почему, несмотря на многообразие кальцийзависимых процессов в организмах, оказалось возможным объединение статей в одном журнале Можно задать и более общий вопрос исходя из каких структурных свойств именно кальций в ходе эволюции живой материи был выбран Природой в качестве посредника и регулятора самых различных функций и метаболических реакций клеток В ходе последующего изложения мы постараемся дать ответ на эти вопросы. [c.7]

Хорошо известно, что ионы кальция поступают в цитоплазму в ответ на нервную стимуляцию и что именно они вызывают различные ответные реакции в организме, такие, например, как мышечное сокращение. Весьма вероятно, что в результате присоединения ионов Са- к специфическим центрам связывания (как это имеет место, например, в каль-ций-связывающем белке карпа) в молекуле происходят конформационные изменения, инициирующие биологические ответные реакции. Кальций-связывающий белок содержит интересную систему внутренних полярных групп, связанных между собой специфическим образом с помощью водородных связей (рис. 4-5, ). Присоединение ионов кальция может вызывать перестройку этих внутренних связей (гл. 2, разд. Б.7) и изменять тем самым характер взаимодействия этого белка (функция которого точно не известна) с другим белком (ср., например, с действием тропонина С, разд. Е.1). В других кальций-связывающих центрах в белках содержатся остатки у-карбоксиглутаминовой кислоты, способной образовывать хелатные комплексы (дополнение 10-Г). [c.270]

Каковы же ближайшие перспективы Можно ли, продолжая изучение Met- и Ьеи-энкефалинов и других пептидных гормонов в том же плане, получить со временем полную и объективную количественную информацию об их структурной организации и зависимости между структурой и функцией Чтобы ответить на этот вопрос, предположим, что такой информацией мы уже располагаем, и попытаемся представить, что она могла бы дать для понимания структурно-функциональной организации энкефалинов и описания механизмов их многочисленных функций. Как можно было бы логически связать данные, например, о 10 низкоэнергетических конформациях каждого нейропептида с приблизительно таким же количеством его функций Очевидно, установить прямую связь при неизвестных пространственных структурах рецепторов не представляется возможным. Число возможных комбинаций, особенно если учесть существование нескольких рецепторов (ц, а,5) для осуществления только одной опиатной функции энкефалина, слишком велико, чтобы надеяться даже в гипотетическом идеальном случае найти искомые соотношения интуитивным путем. Многие полагают, что к достижению цели ведет косвенный путь, заключающийся в привлечении синтетических аналогов, изучении их структуры и биологической активности. В принципе подобный подход вот уже не одно столетие применяется в поиске фармацевтических препаратов. Однако такой путь в его сегодняшнем состоянии не только длителен, сложен и дорогостоящ, но, главное, он не может привести к окончательному решению проблемы. Замена аминокислот в природной последовательности, укорочение цепи или добавление новых остатков, иными словами, любая модификация химического строения природного пептида, неизбежно сопровождается изменением конформационных возможностей молекулы и одновременно затрагивает склонные к специфическому взаимодействию с рецептором остатки, что сказывается на характере внутри- и межмолекулярных взаимодействий, в том числе на устойчивости аналогов к действию протеиназ. Для учета последствий химической модификации на характер внутримолекулярных взаимодействий можно использовать теоретический конформационный анализ и методы кванто- [c.352]

С ТОЧКИ Зрения фундаментальной структуры и биологической правильности спаривание АсТиОсСне вызывает сомнений. Эта комплиментарность лежит в основе корреляции между структурой и функцией нуклеиновых кислот (см. гл. 22.5). Она является также основной особенностью предложенной недавно альтернативной вторичной структуры ДНК, где сделана попытка решить одну проблему, на которую не дает ответа модель Уотсона-Крика. Это ни что иное как серьезные топологические затруднения, возникающие при разделении цепей полностью заплетенной двойной спирали ДНК в процессе биологической репликации (см. разд. 22.5.1.1). [c.46]

Особенно поразительно то, что все белки во всех организмах, независимо от их функции или биологической активности, построены из одного и того же ос-новйого набора 20 стандартных аминокислот, каждая из которых, взятая в отдельности, не обладает никакой биологической активностью. Что же тогда придает одному белку ферментативную активность, другому-гормональную, а третьему-свойства антитела Как белки различаются химически Ответ довольно прост белки отличаются друг от друга тем, что кгждый имеет свою, характерную для него одного последовательность аминокислотных звеньев. Аминокислоты-это алфавит белковой структуры соединив их в различном порядке, можно получить почти бесконечное число последовательностей и, значит, почти бесконечное множество разнообразных белков (см. дополнение 6-1). [c.137]

Ответить исчерпывающе на этот вопрос сейчас нелегко. Мы должны помнить, что ферменты в клетке, не только являются катализаторами определенных химических реакций, но, как правило, застраиваются в определенные структурные образования внутри клетки, так как соответствующие реакции должны протекать лишь в определенных областях клеточной среды. Поэтому макромолекула белка должна быть структурно приспособлена к тому, чтобы оказаться связанной в определенных клеточных органел-лах. Наконец, мы не имеем оснований считать структуру биологических полимеров абсолютно целесообразной. Белки в том виде, как мы их знаем, образовались в результате эволюционного процесса, в котором происходил отбор случайных мутационных изменений. По мере эволюции видов изменялась функциональная активность различных белков, и вполне возможно, что в макромолекулах современных белков благодаря случайностям эволюционного процесса имеются структурные области, являющиеся неиспользуемыми и рудиментарными, наряду с жизненно важными, определяющими функцию. Окончательный ответ на этот вопрос можно будет дать через несколько лет, когда большее число белков будет изучено с точки зрения структуры и функции. [c.154]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология