Послідовність амінокислот у білку. Амінокислоти з розгалуженими ланцюгами

Амінокислоти - (амінокарбонові кислоти; амк) - органічні сполуки, в молекулі яких одночасно містятьсякарбоксильні і амінні групи (Аміногрупи). Тобто. амінокислоти можуть розглядатися, як похідні карбонових кислот, у яких один або кілька атомів водню замінено на аміногрупи.

Карбоксильна група (карбоксил) -СООН - функціональна одновалентна група, що входить до складу карбонових кислот і визначає їх кислотні властивості.
Аміногрупа - функціональна хімічна одновалентна група -NH 2органічний радикал, що містить один атом азоту та два атоми водню.

Відомо понад 200 природних амінокислотякі можна класифікувати по-різному. Структурна класифікація виходить із становища функціональних групна альфа-, бета-, гамма- або дельта-положенні амінокислоти.

Крім цієї класифікації, існують ще й інші, наприклад, класифікація за полярністю, рН рівнем, а також типом групи бічного ланцюга (аліфатичні, ациклічні, ароматичні амінокислоти, амінокислоти, що містять гідроксил або сірку, і т.д.).

У вигляді білків амінокислоти є другим (після води) компонентом м'язів, клітин та інших тканин людського організму. Амінокислоти відіграють вирішальну роль у таких процесах, як транспорт нейротрансмітерів та біосинтезі.

Загальна структура амінокислот

Амінокислоти- біологічно важливі органічні сполуки, що складаються з аміногрупи (-NH 2 ) і карбонової кислоти (-СООН), і мають бічне коло, специфічне для кожної амінокислоти. Ключові елементи амінокислот - вуглець, водень, кисень та азот. Інші елементи знаходяться у боковому ланцюзі певних амінокислот.

Мал. 1 - Загальна структура α-амінокислот, що становлять білки (крім проліну). Складові частини молекули амінокислоти - аміногрупа NH 2 , карбоксильна група COOH, радикал (розрізняється у всіх α-амінокислот), α-атом вуглецю (в центрі).

У структурі амінокислот бічний ланцюг, специфічний для кожної амінокислоти, позначається буквою R. Атом вуглецю, що знаходиться поряд з карбоксильною групою, називається альфа-вуглець, і амінокислоти, бічний ланцюг яких пов'язаний з цим атомом, називаються альфа-амінокислотами. Вони є найбільш поширеною у природі форму амінокислот.

У альфа-амінокислот, за винятком гліцину, альфа-вуглець є хіральним атомом вуглецю. У амінокислот, вуглецеві ланцюги яких приєднуються до альфа-вуглецю (як, наприклад, Лізин (L-лізин)), вуглеці позначаються як альфа, бета, гамма, дельта, і так далі. У деяких амінокислот аміногрупа прикріплена до бета або гамма-вуглецю, і тому вони називаються бета- або гамма-амінокислоти.

За властивостями бічних ланцюгів амінокислоти поділяються на чотири групи. Бічний ланцюг може робити амінокислоту слабкою кислотою, слабкою основою, або емульсоїдом (якщо бічний ланцюг є полярним), або гідрофобною речовиною, що погано вбирає воду, (якщо бічний ланцюг неполярний).

Термін «амінокислота з розгалуженим ланцюгом» відноситься до амінокислот, що мають аліфатичні нелінійні бічні ланцюги, це Лейцин, Ізолейцин і Валін.

Пролін- єдина протеїногенна амінокислота, бічна група якої прикріплена до альфа-аміногрупи і, таким чином, також є єдиною протеїногенною амінокислотою, що містить на цьому положенні вторинний амін. З хімічної точки зору, пролін, таким чином, є імінокислотою, оскільки в ньому відсутня первинна аміногрупа, хоча в поточній біохімічній номенклатурі він все ще класифікується як амінокислота, а також N-алкільована альфа-амінокислота ( Імінокислоти- карбонові кислоти, що містять іміногрупу (NH). Входять до складу білків, їхній обмін тісно пов'язаний з обміном амінокислот. За своїми властивостями імінокислоти близькі до амінокислот, і в результаті каталітичного гідрування імінокислоти перетворюються на амінокислоти.Іміногрупа- Молекулярна група NH. Двохвалентна. Міститься у вториннихамінах та пептидах. У вільному вигляді двовалентний радикал аміаку немає).

АЛЬФА-АМІНОКИСЛОТИ

Амінокислоти, що мають як амін-, так і карбоксильну групу, прикріплюються до першого (альфа-) атома вуглецю мають особливе значення в біохімії. Вони відомі як 2-, альфа або альфа-амінокислоти (загальна формула в більшості випадків H 2 NCHRCOOH, де R являє собою органічний заступник, відомий як «бічний ланцюг»); часто термін «амінокислота» стосується саме них.

Це 22 протеїногенних (тобто «службовців для будівництва білка») амінокислоти, які поєднуються в пептидні ланцюги («поліпептиди»), забезпечуючи побудову широкого спектру білків. Вони є L-стереоізомерами («лівими» ізомерами), хоча в деяких бактерій та в деяких антибіотиках зустрічаються деякі з D-амінокислот («правих» ізомерів).

Мал. 2. Пептидна зв'язок - вид амідного зв'язку, що виникає при утворенні білків і пептидів в результаті взаємодії α-аміногрупи (-NH 2) однієї амінокислоти з α-карбоксильною групою (-СООН) іншої амінокислоти.

З двох амінокислот (1) і (2) утворюється дипептид (ланцюжок з двох амінокислот) та молекула води. За цією ж схемоюрибосомагенерує і довші ланцюжки з амінокислот: поліпептиди та білки. Різні амінокислоти, що є «будівельними блоками» для білка, відрізняються радикалом R.

ОПТИЧНА ІЗОМЕРІЯ АМІНОКИСЛОТ

Мал. 3. Оптичні ізомериамінокислоти аланіну

Залежно від положення аміногрупи щодо 2-го атома вуглецю виділяють α-, β-, γ- та інші амінокислоти. Для організму ссавців найбільш характерними є α-амінокислоти. Усі входять до складу живих організмів α-амінокислоти, крімгліцину, містять асиметричний атом вуглецю(треоніні ізолейцинмістять два асиметричні атоми) і мають оптичну активність. Майже всі α-амінокислоти, що зустрічаються в природі, мають L-конфігурацію, і лише L-амінокислоти включаються до складу білків, синтезованих нарибосомах.

Усі стандартні альфа-амінокислоти, крім гліцину, можуть існувати у формі однієї з двох енантіомерів , званих L або D амінокислоти, що являють собою дзеркальні відображення один одного.

D, L -Система позначення стереоізомерів.

За цією системою L-конфігурація приписується стереозомеру, у якого в проекції Фішера реперна група знаходиться ліворуч від вертикальної лінії (від латів. "laevus" -лівий). Треба пам'ятати, що в проекції Фішера вгорі розташовують найбільш окислений атом вуглецю (як правило, цей атом входить до складу карбоксильної СООН або карбонільної СН=Про груп.). Крім того, у проекції Фішера всі горизонтальні зв'язки спрямовані у бік спостерігача, а вертикальні віддалені від спостерігача. Відповідно, якщо реперна група розташована в проекції Фішера справа, стереоізомер має D - конфігурацію (від латів. "dexter" - правий).В α-амінокислотах реперними групамислужать групи NH2.

Енантіомери - парастереоізомерів, що являють собою дзеркальні відображення один одного, які не поєднуються в просторі. Класичною ілюстрацією двох енантіомерів можуть бути права і ліва долоні: вони мають однакову будову, але різну просторову орієнтацію.Існування енантіомерних форм пов'язане з наявністю у молекули хіральності — властивості не поєднуватись у просторі зі своїм дзеркальним відображенням..

Енантіомери ідентичні за фізичним властивостям. Вони можуть бути розрізнені лише при взаємодії з хіральним середовищем, наприклад, світловим випромінюванням. Енантіомери однаково поводяться в хімічних реакціяхз ахіральними реагентами в ахіральному середовищі. Однак, якщо реагент, каталізатор або розчинник хіральні, реакційна здатність енантіомерів, як правило, відрізняється.Більшість хіральних природних сполук (амінокислоти, моносахариди) існує у вигляді 1 енантіомер.Поняття енантіомерії важливе у фармацевтиці, т.к. різні енантіомери ліків, мають різну біологічну активність.

БІОСИНТЕЗ БІЛКУ НА РИБОСОМІ

СТАНДАРТНІ АМІНОКИСЛОТИ

(протеїногенні)

до теми: і Будова протеїногенних амінокислот

У процесі біосинтезу білка в поліпептидний ланцюг включаються 20 α-амінокислот, що кодуються генетичним кодом (див. рис. 4). Крім цих амінокислот, званих протеїногенними, або стандартними, в деяких білках присутні специфічні нестандартні амінокислоти, що виникають із стандартних у процесі посттрансляційних модифікацій.

Прим.:Останнім часом до протеїногенних амінокислот іноді зараховують селеноцистеїн і піролізин, що трансляційно включаються. Це так звані 21-а та 22-а амінокислоти.

Амінокислоти є структурними сполуками (мономерами), у тому числі складаються білки. Вони об'єднуються між собою, формуючи короткі полімерні ланцюги, які називаються пептидами довгого ланцюга, поліпептидами або білками. Ці полімери є лінійними та нерозгалуженими, кожна амінокислота в ланцюзі приєднується до двох сусідніх амінокислот.

Мал. 5. Рибосома у процесі трансляції (синтезу білка)

Процес побудови білка називається трансляцією і включає покрокове додавання амінокислот до зростаючого ланцюга білка через рибозими, здійснюваний рибосомою. Порядок, в якому додаються амінокислоти, зчитується в генетичному коді за допомогою шаблону мРНК, який є копією РНКодного із генів організму.

Трансляція - біосинтез білка на рибосомі

Мал. 6 С елонгації поліпептиду.

Двадцять дві амінокислоти природно включені в поліпептиди і називаються протеїногенними або природними амінокислотами. З них 20 кодуються за допомогою універсального генетичного коду.

2, що залишилися, селеноцистеїн і піролізин, включаються в білки за допомогою унікального синтетичного механізму. Селеноцистеїн утворюється, коли трансльований мРНК включає SECIS елемент, що викликає кодон UGA замість стоп-кодону. Піролізин використовується деякими метаногенними археями у складі ферментів, необхідних для виробництва метану. Він кодується з кодоном UAG, який в інших організмах зазвичай відіграє роль стоп-кодону. За кодоном UAG слідує PYLIS послідовність.

Мал. 7. Поліпептидний ланцюг – первинна структура білка.

Білки мають 4 рівні своєї структурної організації: первинна, вторинна, третинна та четвертинна. Первинна структура - послідовність амінокислотних залишків у поліпептидному ланцюзі. Первинну структуру білка, як правило, описують, використовуючи однолітерні або трилітерні позначення для амінокислотних залишків. Вторинна структура — локальне впорядкування фрагмента поліпептидного ланцюга, стабілізоване водневими зв'язками. Структурно складається з елементів вторинної структури, стабілізованих різними типами взаємодій, у яких гідрофобні взаємодії грають найважливішу роль. Четвертична структура (або субодинична, доменна) взаємне розташуваннякількох поліпептидних ланцюгів у складі єдиного білкового комплексу.

Мал. 8. Структурна організація білків

НЕСТАНДАРТНІ АМІНОКИСЛОТИ

(Не-протеїногенні)

Крім стандартних амінокислот існує безліч інших амінокислот, які називаються непротеїногенними або нестандартними. Такі амінокислоти або не зустрічаються в білках (наприклад, L-карнітин, ГАМК), або не виробляються безпосередньо в ізоляції за допомогою стандартних клітинних механізмів (наприклад, оксипролін та селенометіонін).

Нестандартні амінокислоти, що знаходяться в білках, утворюються шляхом посттрансляційної модифікації, тобто модифікацією після трансляції в процесі синтезу білка. Ці модифікації часто необхідні функціонування чи регуляції білка; наприклад, карбоксилювання глутамату дозволяє поліпшити зв'язування іонів кальцію, а гідроксилювання проліну важливо для підтримки сполучної тканини. Інший приклад – формування гіпузину в фактор ініціації трансляції EIF5A за допомогою модифікації залишку лізину. Такі модифікації можуть визначати локалізацію білка, наприклад, додавання довгих гідрофобних груп може викликати зв'язування білка з фосфоліпідною мембраною.

Деякі нестандартні амінокислоти не зустрічаються у білках. Це лантіонін, 2-аміноізомасляна кислота, дегідроаланін і гамма-аміномасляна кислота. Нестандартні амінокислоти часто зустрічаються як проміжні метаболічні шляхи для стандартних амінокислот - наприклад, орнітин і цитрулін зустрічаються в орнітиновому циклі як частина катаболізму кислоти.

Рідкісний виняток домінуванню альфа-амінокислоти в біології - бета-амінокислота Бета-аланін (3-амінопропанова кислота), яка використовується для синтезупантотенової кислоти(вітаміну B5), компонента коензиму А у рослин та мікроорганізмів. Її, зокрема, продукують пропіоновокислі бактерії.

Функції амінокислот

БІЛКОВІ І НЕ БІЛКОВІ ФУНКЦІЇ

Багато протеїногенних і непротеїногенних амінокислот також відіграють важливу, не пов'язану з утворенням білка, роль в організмі. Наприклад, у головному мозку людини глутамат (стандартна глутамінова кислота) та гамма-аміномасляна кислота ( ГАМК, нестандартна гамма-амінокислота), є основними збуджуючими та гальмуючими нейромедіаторами. Гідроксипролін (основний компонент сполучної тканини колагену) синтезують з п рольіна; стандартна амінокислота гліцин використовується для синтезу порфіринів, що використовуються в еритроцитах. Нестандартний карнітин використовується для транспортування ліпідів.

Через свою біологічну значущість амінокислоти відіграють важливу роль у харчуванні і зазвичай використовуються в харчових добавках, добривах та харчових технологіях. У промисловості амінокислоти використовуються при виробництві ліків, біорозкладного пластику та хіральних каталізаторів.

1. Амінокислоти, білки та харчування

Про біологічну роль та наслідки дефіциту амінокислот в організмі людини див. інформацію в таблицях незамінних та замінних амінокислот.

При введенні в організм людини з їжею, 20 стандартних амінокислот або використовуються для синтезу білків та інших біомолекул, або окислюються в сечовину та вуглекислий газ як джерело енергії. Окислення починається з видалення аміногрупи через трансаміназу, а потім аміногрупа включається до циклу сечовини. Інший продукт трансамідування – кетокислота, яка входить у цикл лимонної кислоти. Глюкогенні амінокислоти також можуть бути перетворені на глюкозу за допомогою глюконеогенезу.

З 20 стандартних амінокислот, 8 (валін, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, треонін, триптофан і фенілаланін) називають незамінними тому, що людський організм не може синтезувати їх самостійно з інших сполук у необхідних для нормального зростання кількостях, їх можна отримати тільки з їжею. Однак за сучасними уявленнями Гістідін та Аргінінтакож є незамінними амінокислотами для дітей.Інші можуть бути умовно незамінні для людей певного віку або людей, які мають будь-які захворювання.

Крім того, Цистеїн, Таурін, вважаються напівзамінними амінокислотами у дітей (хоча таурін технічно не є амінокислотою), тому що метаболічні шляхи, які синтезують ці амінокислоти, у дітей ще не повністю розвинені. Необхідні кількості амінокислот також залежить від віку та здоров'я людини, тому досить складно давати тут загальні дієтичні рекомендації.

БІЛКИ

Білки (Протеїни, поліпептиди) - високомолекулярніорганічні речовини, що складаються з альфа-амінокислот , з'єднаних у ланцюжок пептидним зв'язком. У живих організмах амінокислотний склад білків визначається генетичним кодом, при синтезі здебільшого використовуються 20стандартних амінокислот.

Мал. 9. Білки не лише їжа... Типи білкових сполук.

Кожен живий організм складається з білків. Різні форми білків беруть участь у всіх процесах, що відбуваються у живих організмах. У тілі людини з білків формуються м'язи, зв'язки, сухожилля, всі органи та залози, волосся, нігті; білки входять до складу рідин та кісток. Ферменти та гормони, що каталізують та регулюють всі процеси в організмі, також є білками.Дефіцит білків в організмі небезпечний здоров'ю. Кожен білок є унікальним і існує для спеціальних цілей.

Білкиважлива частина живленнятварин і людини (основні джерела: м'ясо, птиця, риба, молоко, горіхи, бобові, зернові; меншою мірою: овочі, фрукти, ягоди та гриби), оскільки в їх організмах не можуть синтезуватися всі необхідні амінокислоти і частина повинна надходити з білкової їжею. У процесі травлення ферменти руйнують спожиті білки до амінокислот, які використовуються для біосинтезу власних білків організму або зазнають подальшого розпаду для отримання енергії.

Варто наголосити, що сучасна наукаПро харчування стверджує, що білок повинен задовольняти потреби організму в амінокислотах не лише за кількістю. Дані речовини повинні надходити в організм людини у певних співвідношеннях між собою.

Процес синтезу білків йде у організмі постійно. Якщо хоч одна незамінна амінокислота відсутня, утворення білків припиняється.Це може призвести до різних серйозних порушень здоров'я - від розладів травлення до депресії і уповільнення зростання у дітей. Вочевидь, це питання дуже спрощене, т.к. функції білків у клітинах живих організмів різноманітніші, ніж функції інших біополімерів - полісахаридів і ДНК.

Крім білків, з амінокислот утворюється велика кількість речовин небілкової природи (див. нижче), що виконують спеціальні функції. До них, наприклад, відноситься холін (вітаміноподібна речовина, що входить до складу фосфоліпідів і є попередником нейромедіатора ацетилхоліну. - Нейромедіатори - це хімічні речовини, що передають нервовий імпульс з однієї нервової клітини на іншу. Таким чином, деякі амінокислоти вкрай необхідні для амінокислоти .

2. Небілкові функції амінокислот

Нейромедіатор амінокислоти

Прим.: нейромедіатори (нейротрансмітери, посередники) - біологічно активні хімічні речовини, за допомогою яких здійснюється передача електрохімічного імпульсу від нервової клітини через синаптичний простір між нейронами, а також, наприклад, від нейронів до м'язової тканини або залізистих клітин. Для отримання інформації від власних тканин та органів організм людини синтезує спеціальні хімічні речовини – нейромедіатори.Усі внутрішні тканини та органи тіла людини, «підпорядковані» вегетативною нервової системи(ВНС), забезпечені нервами (іннервовані), тобто функціями організму управляють нервові клітини. Вони як датчики збирають інформацію про стан організму і передають її у відповідні центри, а від них коригувальні дії йдуть до периферії. Будь-яке порушення вегетативної регуляції призводить до збоїв у роботі внутрішніх органів. Передача інформації, або керування здійснюється за допомогою спеціальних хімічних речовин-посередників, які називаються медіаторами (від лат. mediator - посередник) або нейромедіаторами. За своєю хімічною природою медіатори належать до різних груп: біогенних амінів, амінокислот, нейропептидів і т. д. В даний час вивчено більше 50 сполук, що належать до медіаторів.

В організмі людини багато амінокислот використовуються для синтезу інших молекул, наприклад:

Триптофан є попередником нейромедіатора серотоніну.

L-Тирозин та його попередник фенілаланін є попередниками нейромедіаторів дофаміну катехоламінів, адреналіну та норадреналіну.

Гліцин є попередником порфіринів, таких як гем.

Аргінін є попередником оксиду азоту.

Орнітин та S-аденозилметіонін є попередниками поліамінів.

Аспартат, Гліцин та глутамін є попередниками нуклеотидів.

Тим не менш, все ще відомі не всі функції інших численних нестандартних амінокислот. Деякі нестандартні амінокислоти використовують рослини для захисту від травоїдних тварин. Наприклад, канаванін є аналогом аргініну, який міститься в багатьох бобових, і в особливо великих кількостях Canavalia gladiata (канавалія мечоподібна). Ця амінокислота захищає рослини від хижаків, наприклад, комах, і при вживанні деяких необроблених бобових може викликати захворювання у людей.

Класифікація протеїногенних амінокислот

Розглянемо класифікацію з прикладу 20 протеиногенных α-амінокислот, необхідні синтезу білка

Серед різноманіття амінокислот лише 20 бере участь у внутрішньоклітинному синтезі білків (протеїногенні амінокислоти). Також в організмі людини виявлено ще близько 40 непротеїногенних амінокислот.Усі протеїногенні амінокислоти є α-амінокислотами. На їхньому прикладі можна показати додаткові методи класифікації. Назви амінокислот зазвичай скорочуються до 3-х буквеного позначення(Див. рис. поліпептидного ланцюга вгорі сторінки). Професіонали у молекулярній біології також використовують однолітерні символи для кожної амінокислоти.

1. За будовою бічного радикалувиділяють:

аліфатичні (Аланін, валін, лейцин, ізолейцин, пролін, гліцин) - сполуки, що не містять ароматичних зв'язків.
ароматичні (Фенілаланін, тирозин, триптофан)

Ароматичні сполуки (арени)

- циклічні органічні сполуки, що мають у своєму складі ароматичну систему. Основними відмінними властивостями є підвищена стійкість ароматичної системи та, незважаючи на ненасиченість, схильність до реакцій заміщення, а не приєднання.

Розрізняють бензоїдні (арени та структурні похідні аренів, містять бензольні ядра) та небензоїдні (всі інші) ароматичні сполуки.

Ароматичність — особлива властивістьдеяких хімічних сполукзавдяки якому сполучене кільце ненасичених зв'язків виявляє аномально високу стабільність;

сірковмісні (цистеїн, метіонін), що містять атом сірки S
містять ВІН-групу (Серін, треонін, знову тирозин),
містять додаткову СООН-групу(аспарагінова та глутамінова кислоти),
додаткову NH 2 -групу(лізин, аргінін, гістидин, а також глутамін, аспарагін).

2. За полярністю бічного радикалу

Існують неполярні амінокислоти (ароматичні, аліфатичні) та полярні (незаряджені, негативно та позитивно заряджені).

3. За кислотно-основними властивостями

За кислотно-основними властивостями підрозділяють нейтральні (більшість), кислі (аспарагінова та глутамінова кислоти) та основні (лізин, аргінін, гістидин) амінокислоти.

4. За незамінністю

За необхідністю для організму виділяють такі, які не синтезуються в організмі та повинні надходити з їжею – незамінні амінокислоти (лейцин, ізолейцин, валін, фенілаланін, триптофан, треонін, лізин, метіонін). До замінних відносять такі амінокислоти, вуглецевий скелет яких утворюється в реакціях метаболізму і здатний будь-яким чином отримати аміногрупу з утворенням відповідної амінокислоти. Дві амінокислоти є умовно незамінними (аргінін, гістидин), тобто їх синтез відбувається у недостатній кількості, особливо це стосується дітей.

Таблиця 1. Класифікація амінокислот

Хімічна структура	Полярність бічного ланцюга	Ізоелектрична точка рI	Молекулярна маса, г/моль	Ступінь гідрофільності	Полярність бічного ланцюга
1. Аліфатичні				Високогідрофільні
Аланін				Глютамін
Валін*				Аспарагін
Гліцин				Глютамінова кислота	10,2
Ізолейцин*				Гістідін	10,3
Лейцин*				Аспарагінова кислота	11,0
2. Сірковмісні				Лізін*	15,0
Метіонін*				Аргінін	20,0
Цистеїн				Помірно гідрофільні
3. Ароматичні				Треонін*
Тирозін				Серін
Триптофан*				Триптофан*
Фенілаланін*				Пролін
4. Оксіамінокислоти				Тирозін
Серін				Високогідрофобні
Треонін*

Послідовним елююванням водно-ацетоновим розчином, водою та водним розчином лугу отримують ряд фракцій, що містять органічні речовини різної природи: низькомолекулярні безбарвні органічні речовини (амінокислоти, пуринові основи, вуглеводи та ін), поліфеноли та вуглеводи, фуль-вокислоти. Подальше (детальніше) визначення індивідуальних речовин важко через їх низьких концентрацій і відмінностей хімічної природи. Застосування даної схеми фракціонування найбільш доцільно для висококолірних вод, а також для концентрування гумусових речовин і: високомінералізованих вод.

Послідовність кожного з чотирьох можливих нуклеотидів означає інформацію, яка розшифровується клітиною. Генетичний код точно визначає послідовність амінокислот у білку. Специфічність ферменту визначається послідовністю його амінокислот (як і його структурної формою). Таким чином, ДНК регулює призначення клітини. Ген, по суті, функціональна частина молекули ДНК, є генетичною інформацією, що передається від покоління до покоління через гамети.

Специфіку дії КФ досліджували за допомогою синтетичних пептидів. Визначивши, що перші шість амінокислот не мають істотного значення для активності КФ, автори використовували надалі октапептид, що відповідає центру фосфорилювання, та його аналоги. Виявилося, що для впізнавання центру фосфорилювання важливими є шість амінокислот, серед яких особливе значення мають гідрофобні амінокислотні залишки - Вал-15 та Іле-13, а також Арг-16.

Знання послідовності амінокислот у капсидному білку ВТМ має велике значення щодо зв'язку хімічних змін РНК із змінами амінокислотної послідовності калсидних білків мутантів вірусу (гл. XIII).

Відома повна послідовність 158 амінокислот в поліпептидних ланцюгах капсидіого білка ВТМ і визначена повна послідовність амінокислотна білків багатьох природних штамів і штучно отриманих мутантів. Ці дослідження зробили важливий внесок у встановлення універсальної природи генетичного коду та в наше розуміння хімічних основ мутацій.

У природі є лише 20 амінокислот, які можуть входити до складу білків. Послідовність чергування амінокислот поліпептидної ланцюга визначає специфічність різних білків. Величезне розмаїття білків у природі пояснюється безмежною можливістю різних поєднань 20 амінокислот у поліпептидних ланцюгах.

Як показали численні дослідження, інформація про це закодована в генному апараті клітин (геном), тобто в ДНК хроматину клітинного ядра. Для кожного білка, що синтезується в організмі, є своя ДНК (або ділянка ланцюга ДНК), і синтезовані можуть бути тільки ті білки, структура яких закодована в геномі. ДНК - складні макромолекули (з ММ від 10000 до мільйонів атомних одиниць), що є ланцюгами з'єднаних один з одним нуклеотидів (від 2000 до 108 од.) і утворюють подвійну спіраль.

Усі тРНК характеризуються специфічною послідовністю нуклеотидів. Їхні антикодони комплементарні кодонам мРНК. Антикодони розташовуються у центрі тРНК. Відомо 55 антикодонів. Кожна тРНК здатна приєднувати та переносити тільки одну амінокислоту, але на кожну амінокислоту є 1-4 молекул тРНК.

[ ...]

Триптичний пептид білка ВТМ № 8 містить амінокислоти, що займають положення від 93 до 112.

Специфічність білків визначається специфічною послідовністю амінокислот у їх молекулах. Ця послідовність визначає далі специфічні біологічні властивостібілків, тому що вони є основними структурними елементами клітин, каталізаторами та регуляторами різних процесів, що протікають у клітинах. Вуглеводи та ліпіди є найважливішими джерелами енергії, тоді як стероїди у вигляді стероїдних гормонів мають значення для регуляції низки метаболічних процесів.

Дуже цікаво дізнатися (коли з'ясується амінокислотна послідовність ферменту), чи правильним було уявлення кристалографів щодо природи бічних ланцюгів амінокислот.

Колінеарність - лінійна відповідність між нуклеотидною послідовністю ДНК і послідовності амінокислот, що нею кодується в білку.

У вільному вигляді в органах тварин та рослин виявлено понад 80 амінокислот. Однак до складу білкової молекули зазвичай входить 22-23 амінокислоти, їх особливо необхідні так звані незамінні амінокислоти: лейцин, фенілаланін, метіонін, лізин, валін, ізолейцин, треонін і триптофан. Ці амінокислоти не можуть синтезуватися у тварині та людському організміі повинні бути доставлені людині та тварині у готовому вигляді з їжею. Незамінні амінокислоти утворюються лише рослинах. Молекула білка є зазвичай одним довгим поліпептидним ланцюгом, що складається з послідовно розташованих амінокислотних залишків, число яких може досягати декількох сотень одиниць.

Встановлено, що на рибосомах відбуваються зв'язування активованих амінокислот і укладання їх у поліпептидний ланцюг відповідно до генетичної інформації, отриманої з ядра через інформаційну (матричну) РНК (мРНК), яка зчитує відповідну інформацію з ДНК і передає її на рибосоми. Ціла низка білків синтезована на ізольованих рибосомах і при цьому відзначено включення в них мічених амінокислот. Роль матриці в синтезі білків виконує мРНК, яка прикріплюється до рибосоми. На поверхні останньої відбувається взаємодія між комплексом амінокислот, транспортної РНК, що несе чергову амінокислоту, та нуклеотидною послідовністю інформаційної РНК, яка функціонує на рибосомі одноразово і після синтезу поліпептидного ланцюга розпадається, а знову синтезований білок накопичується в рибосомах. У бактеріальній клітині при періоді регенерації 90 хв швидкість кругообігу мРНК досягає 4-6 с.

Після того як було показано, що генетичний код є послідовністю триплетів основ у нуклеїновій кислоті, кожен з яких визначає одну амінокислоту в білку, з'ясувалося наступне: більшість вірусів містить значно більше генетичної інформації, ніж потрібно для кодування білка або білків, виявлених у складі вірусної частки. Наприклад, багато вірусів рослин містять молекулу РНК з молекулярною масою 2-10е дальтон. Цього достатньо, щоб, крім капсидіого білка, кодувати ще 5-8 білків середньої молекулярної маси. Ці білки, мабуть, потрібні для розмноження вірусу та синтезуються в інфікованій клітині. За аналогією з результатами досліджень на вірусах тварин та вірусах бактерій можна припустити, що одним із таких білків є, ймовірно, вірусоспецифічна РНК-синтетаза. Виділення та вивчення властивостей цих некапсидньтх білків є предметом подальших досліджень.

У разі а-гемоглобіну людини і горили є лише одна відмінність у послідовності амінокислот, тоді як людини та коні - 18 відмінностей, людини та коропа - 71 відмінність. Між людиною і шимпанзе є виняткова подібність до будови білків (відмінність по 44 функціональним білкам вбирається у 1%).[ ...]

Мінеральні сполуки азоту, що надійшли в рослини, зазнаючи ряд послідовних перетворень, в кінцевому рахунку йдуть на синтез білка. При сприятливих умовпереробка в рослинах неорганічних сполук азоту в амінокислоти, аміди та інші небілкові органічні з'єднання азоту протікають порівняно швидко. Так, наприклад, при внесенні азотного підживлення в рослинах, як правило, можна виявити помітне збільшення вмісту органічних небілкових фракцій азоту, яке може бути обумовлено тільки їх новоутворенням за рахунок переробки неорганічного азоту, що надійшов у рослину.

Порівняння деяких ізометимерів (метилаз, які впізнають ідентичні нуклеотидні послідовності) дозволило в варіабельних ділянках виділити схожі послідовності, які, як передбачається, відповідальні за впізнавання субстрату. Таким чином, варіабельність специфічності метилаз забезпечується комбінаціями діючих ділянок у головному кістяку, в якому зосереджені вузли зв'язування Адо-мет і введення СН3-групи в 5-е положення цитозину.

Ступінь генетичних відмінностей між видами визначають або безпосередньо шляхом змін послідовностей нуклеотидів у генах, або опосередковано шляхом змін послідовностей нуклеотидів у рРНК, або послідовностей амінокислот у білках. Результати порівняння послідовностей ДНК різних організмів дозволяють визначити кількість пар нуклеотидів, в яких в ході еволюції мали місце заміни азотистих основ (табл. 33), тоді як порівняння білків від різних організмів дозволяє визначити відмінності в амінокислотних послідовностях, тобто судити про близькість організмів (рис. 165) та про зв'язок послідовностей зі швидкістю еволюції (табл. 34, рис. 166). На основі даних про філогенію окремих білків будують філогенетичне дерево, яке, як показано для цитохрому С, збігається з філогенетичним деревом, побудованим по викопних останках. За підсумками реконструкції филогений і визначення ступеня генетичних відмінностей по амінокислотним послідовностям низки білків вважають, що гени, що кодують ці білки у тварин, походять від загального предка.

Білки розрізняються також за структурою, яка залежить від кількості амінокислот (амінокислотних залишків), що входять до їх складу, і послідовності (чергування) амінокислот у поліпептиді. Одні білки побудовані з одного (рибонуклеазу, лізоцим), двох (бичачий інсулін), трьох (хемотрипсин), чотирьох (гемоглобін людини) та більше поліпептидних ланцюгів.

При симбіозі мікроорганізми отримують речовини, що не виробляються самостійно: вітаміни, амінокислоти та ін. повно. Хижацтво та антибіоз ведуть до ще більш складних змін в екосистемі.

Так як структурний білок ВТМ можна одержувати у великих кількостях і для нього відома повна послідовність 158 амінокислот, цей вірус є дуже зручним об'єктом для детального вивчення центрів зв'язування. При вирішенні цієї проблеми використовували три підходи.

Очищення проводиться при 105 -180°С, причому хелатне з'єднання може вводиться як розчині, так і суспензії. Потім відокремлюють тверду фазу і послідовно промивають її водою з pH 5-8, розчином сильної кислоти з pH 1-3, лужним розчином з pH 9-12. Після цього додають необхідну кількість хелатного з'єднання і повторно використовують тверду фазу і промивну воду з останнього ступеня промивки для очищення газу.

Знаючи амінокислотний склад, ми можемо лише загалом судити про схожість білків між собою. У той же час послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі, що має винятково важливе значення у визначенні вторинної та третинної структури, а тим самим і унікального набору властивостей кожного білка, дозволяє зрозуміти, як білки різняться між собою. Тим не менш, є деякі моменти, на які варто звернути увагу при розгляді амінокислотного складу. У структурних білках вірусів рослин не тільки знайдені ті ж 20 амінокислот, що і в інших об'єктах, а й містяться вони у співвідношеннях, подібних до тих, що спостерігаються в інших живих організмах. Наприклад, цистеїн, метіонін, триптофан, гістидин і тирозин зазвичай виявляються в малих кількостях.

У складі рослинних залишків і мікробних тіл у ґрунт надходить значна кількість білкових речовин, амінокислот та інших азотовмісних органічних сполук. У перетворенні цих сполук велику роль відіграють протеолітичні та дезамінуючі ферменти. В результаті процесів послідовного протеолітичного розщеплення до амінокислот та розпаду під дією амідогідролаз та дезаміназ з виділенням аміаку, азот білкових речовин перетворюється на доступну для вищих рослин форму. Це явище відоме як процес амоніфікації.

Ми ще не знаємо механізму оновлення білка і хлорофілу: чи оновлюються одночасно всі амінокислоти, що входять до складу білка, або ж існує певна послідовність в оновленні окремих амінокислот. Залишається відкритим питання і про те, чи відбувається безперервне самооновлення білка шляхом розпаду та подальшого синтезу всієї молекули білка або лише обмін окремих складових частин молекули білка без її повного розпаду, шляхом тимчасового розмикання пептидних зв'язків та включення амінокислот між кінцями розкритих ланцюгів. Останнє, мабуть, є більш ймовірним.

Надалі американський вчений С. Фокс (1977) встановив, що при підвищених температурах та видаленні вільної води із сумішей амінокислот має місце поліконденсадія амінокислот з утворенням структур типу протеїноїдів (білковоподібних структур) молекулярною масою 4000-10 ТОВ дальтон. У цих структурах послідовність амінокислот була довільною без дотримання будь-якого порядку. Проте експерименти С. Фокса стали істотною підставою для припущення ролі висихання в утворенні найпростіших поліпептидів. За даними інших дослідників під дією УФ-випромінювання або іонізуючого випромінювання у водних розчинах нуклеотидів також може відбуватися їхня поліконденсація з утворенням зв'язків 3 -5 .

Дослідження за допомогою хроматографічного методу, проведені в нашій лабораторії протягом 1952 і 1953 рр., показали, що синтез окремих амінокислот за рахунок аміаку, що надійшов у рослину, здійснюється в певній послідовності: першим синтезується аланін, потім дикар-боновие амінокислоти - аспарагінова і глута. [...]

Зв'язок білкових молекул та нуклеїнових кислот призвело до виникнення генетичного коду. Останній є такою організацією молекул ДНК, у якій послідовність нуклеотидів стала служити інформацією для побудови конкретної послідовності амінокислот в білках.

Таку фізіологічну перебудову можна викликати в організмів відносно багатьох джерел вуглецевого, азотного харчування, а також додаткових речовин - вітамінів, амінокислот та ін. Ці мутанти не ростуть без речовин, до яких пристосувалися. Мутаційні зміни можуть бути морфологічного, фізіологічного та біохімічного характеру.

Цікавою властивістю білків багатьох вірусів є відсутність у них вільної Ч-копцевої аміногрупи. У багатьох капсидпих білках, досліджених до теперішнього часу, 1Ч-кінцева амінокислота ацетильована. Це створювало великі труднощі для дослідників, які вивчали амінокислотну послідовність білка ВТМ. Існування ацетшшровашх ТЧ-кінцевих груп було показано шляхом виділення з ферментативного гідролізату окремого пептиду, що не містить основних груп, а також на підставі результатів хімічних тестів.

Специфіка біологічних макромолекул визначається також і тим, що процеси біосинтезу здійснюються в результаті тих самих етапів метаболізму. Більше того, біосинтези нуклеїнових кислот, амінокислот та білків протікають за схожою схемою у всіх організмів незалежно від їх видової приналежності. Універсальними є також окислення жирних кислот, гліколіз та інші реакції. Наприклад, гліколіз відбувається у кожній живій «літці всіх організмів-еукаріотів і здійснюється в результаті 10 послідовних ферментативних реакцій, кожна з яких каталізується специфічним ферментом. Всі аеробні організми-еукаріоти мають молекулярні «машини» в їх мітохондріях, де здійснюється цикл Кребса та інші реакції, пов'язані зі звільненням енергії. На молекулярному рівні відбувається багато мутацій. Ці мутації змінюють послідовність азотистих основ у молекулах ДНК.

Застосування методів хроматографії при дослідженні азот-ніш живлення рослин, в нашій лабораторії дозволило встановити, що аміачний азот, що надійшов в рослину, вже через 5-10 хвилин перетворюється в корінні рослин на амінокислоти. При нормальних умовах росту рослин і при концентрації аміачного азоту, що не перевищує відомі межі, аміачний азот, що надійшов у рослину, повністю переробляється в корінні в амінокислоти і не доходить до надземних.органів рослин. При деякому надлишку аміачного азоту в середовищі та при недостатньому постачанні калієм швидкість надходження аміаку в рослину помітно перевищує швидкість його використання на синтез амінокислот у рослинах, і в таких випадках аміак може накопичуватися в них у тих чи інших кількостях. Цим шляхом встановлено послідовність у синтезі окремих амінокислот у рослині.

Для нормального перебігу синтезу білка в рослинному організміпуяші такі умови: 1) забезпеченість азотом; 2) забезпеченість вуглеводами (вуглеводи необхідні як матеріал для побудови вуглецевого скелета амінокислот, як субстрат для дихання); 3) висока інтенсивність та сполученість процесу дихання та фосфорилірування. На всіх етапах перетворення азотистих речовин (відновлення нітратів, утворення амідів, активізація амінокислот при синтезі білка та ін) необхідна енергія, укладена в макроергічних фосфорних зв'язках (АТФ); 4) присутність нуклеїнових кислот: ДНК необхідна як речовина, в якій зашифрована інформація про послідовність амінокислот у молекулі білка, що синтезується; і-РНК - як агент, що забезпечує перенесення інформації від ДНК до рибосом; т-РНК - кап, що забезпечує перенесення амінокислот до рибосом; 5) рибосоми, структурні одиниціде відбувається синтез білка; 6) білки-ферменти, каталізатори синтезу білка (аміноацил-т-РНК-спптетази); 7) ряд мінеральних елементів (іони М§2+, Са2+).

Хромосома E. coli містить близько 3000-4000 генів, які організовані на основі принципу колінеарності, що означає, що існує лінійна відповідність первинної структури гена структурі поліпептидного ланцюга, тобто безперервність послідовності нуклеотидів супроводжується безперервністю послідовності амінокислот.

Хоча різні дані свідчать, що загальноприйнята концепція генетичного коду є правильною, досі не слабшає інтерес до спроб безпосереднього зіставлення даних хімічного аналізупослідовності основ у природних інформаційних РНК та послідовності амінокислот у кодованих ними білках. Такі дані можуть дати цікаву інформацію, що стосується природи «місць розпізнавання» та регуляції зчитування поліцистронної матриці, тобто дати відповідь на питання як починається і як закінчується трансляція матриці і як здійснюється контроль швидкості зчитування різних цистронів.

Рибосомна РНК – високополімерна сполука, молекула її містить 4000-6000 нуклеотидів. Вона у поєднанні з білком утворює всередині клітини спеціальні субмікроскопічні гранули-рибосоми. Рибосома є «фабрикою білкового синтезу», куди як сировину доставляються амінокислоти. Встановлено, що роль матриці належить особливому типу рибонуклеїнових кислот – інформаційної РНК. Розмір молекул широко варіює, маючи в середньому від 500 до 1500 нуклеотидів. і-РНК синтезується на молекулах ДНК у ядрі клітини. З ядра вони проникають у протоплазму до рибосом і, взаємодіючи з ними, беруть участь у синтезі білка. Якщо молекули і-РНК служать матрицею для синтезу білків, вони повинні містити інформацію про даному білку, зашифровану певним кодом. Але вся різниця між видами інформаційної РНК полягає в різній послідовності чергування чотирьох азотистих основ (У, Ц, А та Г). Однак і білки, незважаючи на їхнє величезне різноманіття, відрізняються один від одного у своїй первинній структурі тільки порядком розташування амінокислот. Це призвело до висновку, що послідовність розташування чотирьох видів азотистих основ на молекулі РНК визначає послідовність розташування 20 видів амінокислот в поліпептидному ланцюзі білка, що синтезується, або, іншими словами, що кожна з 20 амінокислот може зайняти на даній матриці тільки певне місце, кодоване поєднанням декількох азотистих основ.

Отрути скорпіонів складаються з невеликого нисла високоактивних білків: у Gentruroides їх вісім, у Tityius – шість чи сім, у Buthus ¡udaicus – шість. Вивченню білків з отрути північноафриканських скорпіонів Androctonus australis і Buthus occitanus присвячено низку робіт. У нейротоксинах різних скорпіонів є однакова послідовність амінокислот. Виділено чотири основні нейротоксини , молекулярна вага яких близько 7000 . Всі вони складаються з одного-єдиного поліпептидного ланцюга, що стягується чотирма дісульфідними містками. Послідовність амінокислот у цих білках (ЛД для мишей 10-20 мкг/кг) встановлена повністю. 5-окси-триптамін, що міститься в отруті скорпіонів, мабуть, не чинить токсичної дії, а тільки викликає пекучий біль у місці укусу. Смертельний результат при укусі A. australis спостерігається у 2% випадків від загальної кількості для дорослих людей та 8% – для дітей. Укус Leiurus guinquestriatus закінчується трагічно для кожної другої дитини. У місті Дуранго (Мексика) із населенням 40 тис. жителів у період із 1890 по 1926 рр. від укусів скорпіона (рід Gentruroides) померло 1600 чоловік.

генетичний код. ДНК як носій спадковості визначає і властивості білків, що синтезуються в клітині. Інакше висловлюючись, у ДНК закодовані властивості білків кожного виду мікроорганізмів, т. е. властива їм специфічність. Особливості білків, їх індивідуальні властивості залежать від послідовності розташування амінокислот, що входять до складу пептидного ланцюга, який у свою чергу визначається конкретною ділянкою ДНК, що складається з декількох пар азотистих основ, точніше - з декількох нуклеотидів. Число нуклеотидів, від яких залежить включення при біосинтезі білка однієї амінокислоти, одержало назву кодону. Один кодон містить, як правило, три азотисті основи. Звідси термін триплетний кодон, або триплет. Аденін, тимін, гуанін і цитозин - це азотисті основи, компоненти ДНК, з яких складаються кодони. Послідовний порядок триплетів ГНК визначає послідовний порядок амінокислот поліпептидного ланцюжка. Якщо один триплет (кодон) обумовлює включення однієї амінокислоти, код називають невиродженим. Якщо ж включення однієї амінокислоти детерміновано декількома кодонами, код називається виродженим.

Запропоновано численні моделі структури антитіл. Мабуть, найвідоміша з них - це модель 1, запропонована Портером. Згідно з цією моделлю, молекула 1 0 складається з двох однакових половин, кожна з яких містить важку і легку поліпептидні ланцюги. Є підстави вважати, що кожен поліпептидний ланцюг має варіабельну ділянку поблизу Р Г-кінця; послідовність амінокислот у цій ділянці у різних антитіл різна. Природа цієї варіабельної ділянки та її зв'язок з активним центром антитіл, що визначає їх специфічність, є предметом інтенсивного вивчення.

Кожен нуклеотид складається з азотистої (пуринової або піримідинової) основи, п'ятивуглецевого цукру дезоксирибози та залишку фосфорної кислоти. З азотистих основ у складі ДНК входять аденін, гуанін, цитозин і тимін,2 причому подвійна ланцюг ДНК побудована так, що проти аденіну одного ланцюга знаходиться тимін інший, а проти гуаніну розташовується цитозин. Між цими парами (так званими комплементарними) і утворюються зв'язки між двома ланцюгами ДНК. Кожній амінокислоті, що входить до складу того чи іншого білка, відповідає трійка (триплет, або кодон) послідовно з'єднаних основ; порядок же амінокислот у білку визначається відповідним розташуванням триплетів.

Швидкість реакції ізомеризації залежить від присутності основної групи С р/(а=6,8 І КИСЛИЙ ГРУПИ С р/(а=9,3 У вільному ферменті . Всі ці дані в сукупності з результатами кристалографічного аналізу дозволили сформулювати механізм дії ферменту. Цікаво, що при цьому амінокислотна послідовність глюкозо-6-фосфат-ізомерази все ще не встановлена, і, отже, бічні ланцюги амінокислот не можуть бути чітко ідентифіковані.

З того часу, як були визначені основні риси структури генетичного коду, стали формулювати також гіпотези щодо його еволюції, причому до цього часу відомо кілька таких гіпотез. Відповідно до однієї гіпотези початковий код (у примітивній клітині) складався з дуже великої кількості двозначних кодонів, що виключало правильну трансляцію генетичної інформації. Тому в процесі еволюції організмів розвиток генетичного коду йшов по лінії скорочення помилок у трансляції, що призвело до коду його сучасному вигляді. Навпаки, за іншою гіпотезою код виник у результаті зведення до мінімуму летальних ефектів мутації в процесі еволюції, причому селективний тиск вело до усунення безглуздих кодонів та до обмеження частоти мутацій у кодонах, зміни яких не супроводжувалися змінами в послідовності амінокислот, або супроводжувалися замінами лише однієї амінокислоти. на іншу, але функціонально пов'язану. Розвившись у процесі еволюції, код одного разу став «замороженим», тобто таким, яким ми бачимо його зараз.

При вірусних хворобах рослин серологічні реакції не відіграють такої важливої ролі, як при вірусних інфекціях тварин, при яких імунна відповідь є невід'ємною частиною реакції організму на інфекцію. Проте більшість досліджених вірусів рослин виявилося іммупогеш-шм для тварин, і зокрема для такої лабораторної тварини, як кролик. Чутливість та специфічність реакцій між вірусом рослин та відповідними антитілами можна з успіхом використовувати в експериментальній роботі з найрізноманітнішими цілями: 1) відповідні серологічні тести, особливо у поєднанні з іншими методами, відіграли важливу роль у розвитку наших теоретичних уявлень про віруси рослин; 2) серологічні методи мають економічне значення, оскільки дозволяють швидко виявляти хворі рослини; 3) такі білки, як структурний білок ВТМ, послідовність амінокислот у якому відома, можуть бути підходящою моделлю для вивчення тонної структури антигенних детермінант.

Проте ситуація виглядає набагато складнішою. Повне специфічне метилювання ДНК реципієнтного штаму було досягнуто лише у разі клонування гена MDde I, позбавленого з 5' кінця промотору г гена та обрізаного, з 3' кінця. Таким чином, синтезований білок метилази був позбавлений 33 кінцевих амінокислот, які крім того були заміщені 6-ма амінокислотами кодованих безпосередньо прилеглої нуклеотидної послідовністю векторної молекули pBR322. Це з якихось причин надало більшої стабільності білку in vitro. Можливо це має місце та in vivo.

Об'єднання амінокислот через пептидні зв'язки створює лінійний поліпептидний ланцюг, який називається первинною структурою білка

Враховуючи, що в синтезі білків бере участь 20 амінокислот і середній білок містить 500 амінокислотних залишків, можна говорити про неймовірну кількість потенційно можливих білків. В людини виявлено близько 100 тисяч різних білків.

Наприклад, 2 амінокислоти (аланін і серин) утворюють 2 пептиду Ала-Сер і Сер-Ала; 3 амінокислоти дадуть вже 6 варіантів трипептиду; 20 амінокислот – 1018 різних пептидів довжиною всього 20 амінокислот (за умови, що кожна амінокислота використовується лише один раз).

Найбільший з відомих нині білків - титінє компонентом саркомерів міоциту, молекулярна маса його різних ізоформ знаходиться в інтервалі від 3000 до 3700 кДа. Титин камбаловидного м'яза людини складається з 38138 амінокислот.

Первинна структура білків, тобто. послідовність амінокислот у ньому, програмується послідовністю нуклеотидів у ДНК. Випадання, вставка, заміна нуклеотиду в ДНК призводить до зміни амінокислотного складу і, отже, структури білка, що синтезується.

Ділянка білкового ланцюга завдовжки 6 амінокислот (Сер-Цис-Тир-Лей-Глу-Ала)
(Пептидні зв'язки виділені жовтим фоном, амінокислоти - рамкою)

Якщо зміна послідовності амінокислот носить не летальний характер, а пристосовний чи хоча б нейтральний, новий білок може передатися у спадок і залишитися в популяції. В результаті виникають нові білки зі схожими функціями. Таке явище називається поліморфізмбілків.

Багатьом білків виявляється яскраво виражений консерватизм структури. Наприклад, гормон інсулін у людинивідрізняється від бичачоготільки на три амінокислоти, від свинячого– на одну амінокислоту (аланін замість треоніну).

Послідовність та співвідношення амінокислот у первинній структурі визначає формування вторинної, третинноїі четвертинноїструктур.

Генотипова гетерогенність

В результаті того, що кожен ген у людини є в двох копіях (алелях) і може піддаватися мутаціям (заміна, делеція, вставка) і рекомбінаціям, що серйозно не зачіпають функцію білка, що кодується, то виникає поліморфізм геніві, відповідно, поліморфізм білків. З'являються цілі родини родинних білків, які мають подібними, але різними якостями і функцією.

Наприклад, існує близько 300 різних типів гемоглобінучастина з них є необхідною на різних етапах онтогенезу: наприклад, HbP - ембріональний, утворюється в перший місяць розвитку, HbF - фетальний, необхідний на пізніших термінах розвитку плода, HbA і HbA2 - гемоглобін дорослих. Різноманітність забезпечується поліморфізмом глобінових ланцюгів: у гемоглобіні P присутні 2ξ і 2ε ланцюги, HbF – 2α- і 2γ- ланцюги, HbА – 2α- і 2β-ланцюга, HbА2 – 2α- і 2δ-ланцюга.

При серповидноклітинної анеміїу шостому положенні β-ланцюга гемоглобіну відбувається заміна глутамінової кислоти на валін. Це призводить до синтезу гемоглобіну S (HbS)– такого гемоглобіну, який у дезоксиформі полімеризується та утворює тяжи. В результаті еритроцити деформуються, набувають форми серпу (банана), втрачають еластичність і при проходженні через капіляри руйнуються. Це в результаті призводить до зниження оксигенації тканин та їх некрозу.

Групи крові АВ0 залежить від будови особливого вуглеводу на мембрані еритроцитів. Відмінності у будові вуглеводу зумовлені різною специфічністю та активністю ферменту глікозил-трансферази, здатного модифікувати вихідний олігосахарид Фермент має три варіанти і здійснює приєднання до олігосахариду мембран еритроцитів або N-ацетилгалактози, галактози, або фермент не приєднує додаткові сахаридні групи (група 0).
В результаті особи з групою крові А0 на еритроциті мають олігосахарид з приєднаним до нього N-ацетилгалактозаміном, з групою крові В0 - олігосахарид з галактозою, 00 - мають тільки "чистий" олігосахарид, з групою крові АВ - олігосахарид і з N-ацеми з галактозою.

Віктор Трибунський

Амінокислоти є будівельними блоками м'язового протеїну. Тим часом, отримання адекватної кількості амінокислот є важким завданням для тренуючих, оскільки тренування спалюють їх дуже швидко. А якщо атлет, що інтенсивно тренується, не отримає необхідних амінокислот, то це може уповільнити або повністю зупинити будь-який тренувальний прогрес.

Споживати амінокислоти найкраще у вільній формі або у формі розгалужених ланцюжків. Такі амінокислоти не вимагають перетравлення і відразу всмоктують у кровотік, після чого надходять до м'язових клітин. Крім того, амінокислоти з розгалуженим ланцюгом (BCAA) задовольняють потребу організму в азоті - 70 відсотків від добової норми.

Відмінності між незамінними та замінними амінокислотами

Людський організм не вміє синтезувати незамінні амінокислоти. У зв'язку з цим їх необхідно отримувати разом із повноцінними протеїновими чи неповноцінними овочевими продуктами. Існує дев'ять незамінних амінокислот: гістидин, ізолейцин, лейцин, лізин, метіонін, фенілаланін, триптофан, треонін та валін. Замінні амінокислоти можуть синтезуватися самим організмом із вітамінів та інших амінокислот.

Тим часом термін «замінні амінокислоти» не означає, що вони необов'язкові. Вони важливі для нормального метаболізму, а деякі з них, такі як глютамін, конче потрібні при захворюваннях або травмах. На сьогоднішній день налічується 12 замінних амінокислот: аланін, аргінін, аспарагінова кислота, цистеїн, цистин, глутамінова кислота, глутамін, гліцин, гідроксипролін, пролін, серин і тирозин.

Незамінні амінокислоти з розгалуженим ланцюгом (BCAA) є вкрай важливими для атлетів, оскільки вони метаболізуються не в печінці, а в м'язах. Це працює наступним чином: як тільки протеїн розщеплюється на індивідуальні амінокислоти в результаті перетравлення, ці самі амінокислоти використовуються або для побудови нових протеїнів, або спалюються як паливо для виробництва енергії.

На сьогоднішній день відома 21 амінокислота, які поділяються на дві групи:

Незамінні

Гістідін
Ізолейцин
Лейцин
Лізін
Метіонін
Фенілаланін
Триптофан
Треонін
Валін

Замінні

Аланін
Аргінін
Аспарагінова кислота
Цистеїн
Цістін
Глютамінова кислота
Глютамін
Гліцин
Гідроксипролін
Пролін
Серін
Тирозін

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом та бодібілдинг

Бодібілдери намагаються уникати зменшення м'язових розмірів та сили внаслідок уповільнення синтезу м'язового протеїну та його руйнування. Безумовно, адекватний рівень BCAA не перетворить вас на надлюдину (хоча високі цільові дози можуть наблизити вас до цього), однак, він дозволить вам уникнути деяких негативних ефектів дефіциту BCAA, включаючи уповільнене відновлення та тренувальну стагнацію.

Якщо ви вже маєте адекватний рівень у результаті правильного харчування, то дійсно помітите позитивні ефекти. Однак, крім споживання адекватної кількості протеїну, вам необхідно отримувати адекватний обсяг якісних калорій, а також добре відпочивати. Використовуючи відповідну кількість калорій та вуглеводів, ви збережете цінні амінокислоти з розгалуженим ланцюгом.

Чим більше глікогену в м'язах, тим ймовірніше, що пул BCAA буде використаний для м'язового зростання, на відміну від окислення для отримання енергії. Крім того, сприяти використанню цих амінокислот у побудові м'язів буде також гарний відпочинокта відновлення. Дотримання навіть цих моментів допоможе вам підвищити тренувальні результати, хоча ми ще навіть не встигли обговорити справжні позитивні ефекти амінокислот із розгалуженим ланцюгом!

Позитивні ефекти амінокислот з розгалуженим ланцюгом

Тепер перейдемо до найголовнішого. Що дає споживання харчових добавок BCAA? Дослідження показують, що прийом BCAA може дати вам серйозні позитивні ефекти, включаючи наступні:

Прискорене відновлення.Ймовірно найцінніший позитивний ефект для атлетів, що інтенсивно тренуються, - це прискорення метаболічного відновлення в результаті прийому амінокислот з розгалуженим ланцюгом. Більшість атлетів відчувають значне ослаблення післятренувальної м'язової хворобливості незабаром після того, як починають використовувати харчові добавки BCAA.

Навіть якщо не враховувати інших переваг споживання, даний ефект прискорення відновлення викликаних тренуваннями м'язових пошкоджень (не забувайте, що м'язи ростуть тільки тоді, коли вони отримують мікропошкодження) означає прискорене зростання м'язів та збільшення сили. Завдяки прискореному відновленню ви можете тренуватися інтенсивніше та частіше, що у свою чергу допоможе реалізувати поставлені цілі набагато швидше.

Витривалість. BCAA можуть бути донором азоту в освіті L-аланіну, який забезпечує організм глюкозою після виснаження запасів глікогену. Швидше за все, думка про економію глікогену викликає у вас асоціацію з високовуглеводними дієтами, проте амінокислоти з розгалуженим ланцюгом і в цьому довели свою цінність.

У ході чотиритижневого експерименту японські вчені забезпечували щурів, що тренувалися до м'язового виснаження добавкою амінокислот з розгалуженим ланцюгом або плацебо. У результаті група BCAA показала збереження запасів глікогену в печінці та скелетних м'язах під час тренувань. Це означає, що піддослідні тварини могли тренуватися з підвищеною інтенсивністю триваліший період часу. Таким чином, споживання амінокислот з розгалуженим ланцюгом дозволить вам підтримувати тренувальну інтенсивність та витривалість, навіть якщо звичайне харчування не забезпечує високого рівня енергії. Цей ефект повинен зацікавити всіх, хто коли-небудь сидів на низьковуглеводній або низькокалорійній дієті протягом тривалого часу!

Стимуляція синтезу протеїну.Виявляється, що BCAA можуть самостійно стимулювати синтез м'язового протеїну. Іншими словами, ці амінокислоти здатні викликати м'язове зростання навіть без тренувань з обтяженнями! Дослідження показують, що прийом амінокислот з розгалуженим ланцюгом підвищує рівні таких гормонів, як тестостерон, гормон росту та інсулін. А це, між іншим, сильні анаболічні гормони.

Крім того, дослідження також показують, що в умовах сильного стресу, наприклад, при виконанні підйомів в гору протягом 21 дня, споживання BCAA (10 грамів на день) показало збільшення м'язової маси, в той час як випробувані, які отримували плацебо, не показали жодних змін. Важливий моментполягає в тому, що люди, які отримували амінокислоти з розгалуженим ланцюгом, зуміли наростити масу м'язів в екстремальних умовах без анаболічного стимулу, такого як тренінг з обтяженнями.

Стимуляція спалювання жиру.Споживання BCAA активує механізм спалювання вісцерального жиру. Розташований глибоко в абдомінальній ділянці під підшкірним жиром, вісцеральний жир піддається спалюванню в результаті обмежують калораж дієт з дуже великою працею. У ході одного дослідження 25 борців, що брали участь у змаганнях, були поділені на три дієтарні групи: дієта з високим вмістом амінокислот з розгалуженим ланцюгом, дієта з низьким вмістом амінокислот з розгалуженим ланцюгом і контрольна дієта. Досліджувані дотримувалися своїх дієт протягом 19 днів.

Результати показали, що група високого споживання BCAA втратила жиру найбільше - 17,3 відсотка в середньому. Більша частина втраченого жиру була якраз в черевній ділянці. Таким чином, BCAA сприяють розвитку точеного пресу.

У ході ще одного дослідження вчені розділили піддослідних-альпіністів на дві групи: групу амінокислот з розгалуженим ланцюгом (BCAA) та контрольну групу. За результатами експерименту обидві групи показали зниження ваги, проте група BCAA зуміла набрати м'язову масу і одночасно спалити підшкірний жир, в той час як інша втратила м'язи.

Одна з теорій про те, яким чином BCAA забезпечують свої ефекти спалювання жиру і побудови м'язів, полягає в наступному. Під час виконання тренування організм виявляє високий рівень BCAA у крові, а це у свою чергу є ознакою надмірного руйнування м'язів. У зв'язку з цим він зупиняє м'язову руйнацію і починає використовувати як паливо переважно підшкірний жир.

У той самий час додатковий обсяг амінокислот з розгалуженим ланцюгом у крові стимулює інсулін, у результаті BCAA транспортуються безпосередньо до м'язів. Таким чином людина спалює підшкірний жир і одночасно нарощує м'язову масу. І якщо чуття нас не обманює, то для того, щоб максимізувати жироспалюючий ефект амінокислот з розгалуженим ланцюгом, вам необхідно обмежити споживання вуглеводів за дві години до сесії.

Поліпшення імунної функції.Тренуватися нелегко, якщо ви захворіли, не кажучи вже про зростання м'язів. Більше того, ще складніше повернутися до тренувань після застуди, не втративши при цьому силу та розміри. Коли ви тренуєтеся з високою інтенсивністю або високим обсягом, то ризикуєте послабити імунітет і просто захворіти. Однак, споживаючи амінокислоти з розгалуженим ланцюгом, ви можете звернути втрату глютаміну, який є важливою сполукою для імунної системи. Крім того, BCAA сприяють профілактиці катаболізму, що у свою чергу сприяє прискоренню відновлення та послаблює негативні ефекти тренувань на організм.

Антикатаболічні ефекти.Очевидно, амінокислоти з розгалуженим ланцюгом проводять більшу частинусвоїх анаболічних ефектів через антикатаболічну активність. У двох словах, вони пригнічують використання м'язового протеїну як паливо і тим самим запобігають його руйнуванню. Почасти це відбувається внаслідок того, що вони жертвують собою як паливо.

Тим часом, в результаті ослаблення руйнувань м'язового протеїну під час тренувань прискорюється синтез протеїну, і ви отримуєте більше м'язової маси! В ході одного дослідження за участю людей, які страждають на ожиріння, які дотримувалися обмежуючої дієти, споживання амінокислот з розгалуженим ланцюгом підняло анаболізм і економію азоту, в результаті чого випробувані спалювали більше підшкірного жиру замість сухої м'язової маси, зберігаючи тим самим м'язовий протеїн.

Джерела амінокислот з розгалуженим ланцюгом

Молочні продукти та червоне м'ясо містять велику кількість BCAA, хоча вони є у всіх продуктах, що містять протеїн. Харчові добавки сироваткового та яєчного протеїну є альтернативним джерелом BCAA. Крім того, слід зазначити, що харчові добавки BCAA забезпечують амінокислотами лейцин, ізолейцин і валін.

Необхідний обсяг амінокислот з розгалуженим ланцюгом

Більшість дієт забезпечують адекватний обсяг BCAA для більшості людей, що становить приблизно 55-145 міліграм на кілограм ваги тіла. Інтенсивно тренуються атлети часто приймають п'ять грамів лейцину, чотири грами валіну і два грами ізолейцину в день для того, щоб запобігти втраті м'язів і прискорити їх зростання.

Дізнайтесь більше про користь амінокислот:

Давайте подивимося фактам в обличчя - багато хто з нас щодня відвідує тренажерний залне тільки заради душевної рівноваги та інтелектуального розвантаження, а й тому, що ми хочемо виглядати привабливіше перед дзеркалом. І не важливо, чи є вашою метою гармонія рухів (баланс, запобігання падінням), великі біцепси або рельєфне тіло, настав час додати до вашого арсеналу.

Що таке амінокислоти з розгалуженим ланцюгом (BCAA)?

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом включають , ізолейцин і валін. Вони називаються амінокислотами з розгалуженим ланцюгом, оскільки мають бічні ланцюги, що «відгалужуються» від основної. BCAA є три з восьми незамінних амінокислот - це означає, що ми повинні отримувати їх з їжею, так як організм не здатний синтезувати ці сполуки самостійно.

Амінокислоти є невеликими блоками, з яких будується білок. Різні амінокислоти зв'язуються між собою у різних послідовностях, формуючи різноманітні білки. Крім того, що вони служать будівельними блоками білків, амінокислоти утворюють коферменти (коферменти дуже важливі для функціонування ферментів; ферменти є каталізаторами біохімічних реакцій у нашому організмі) і є попередниками молекул, що синтезуються в нашому тілі.

Кожна амінокислота в різних кількостях присутня у різноманітних продуктах:

Лейцин - соя, молоко і сир.
Ізолейцин - м'ясо, птиця, риба, свинина, сироватковий протеїн, казеїн, яйця, соя, сир, молоко та .
Валін - сироватковий білок, казеїн, яєчний білок, протеїн сої, молоко, сир, сироватка та сир.

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом та зростання м'язової тканини

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом можуть запобігати пошкодженню м'язів

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом необхідні для запобігання катаболізму в період відновлення після вправ. Після сесії вправ з обтяженням процеси синтезу білка в м'язах, а також їх мікроушкодження посилюються, проте, насправді, руйнування переважають над синтезом! Саме в цей момент на сцену вступають амінокислоти з розгалуженим ланцюгом. Вони можуть проводити катаболічні ефекти, пов'язані з виконанням силових вправ.

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом можуть впливати на біль у м'язах.

Декілька досліджень припускають, що амінокислоти з розгалуженим ланцюгом сприяють пізнішому виникненню болю в м'язах та утворенню маркерів руйнування м'язової тканини, пов'язаних з інтенсивним фізичним навантаженням (вправи з обтяженням та вправи на витривалість). Менш виражене руйнування м'язів і м'язові болі означають більш швидку регенерацію, а чим швидше ви відновлюєтеся, тим швидше повертаєтеся до спортзалу та відновлюєте тренування.

Лейцин та ріст м'язової тканини

Потенційно лейцин грає критичну роль синтезі протеїну; процес руйнування м'язів після тренування перевершує процеси регенерації до того часу, поки організм не надійде лейцин чи .

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом впливають на те, яким чином ви спалюєте жирову тканину

Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом або, можливо, лейцин сам по собі можуть бути корисні з погляду позбавлення зайвої ваги, особливо під час дотримання дієти. Вчені припускають, що BCAA беруть участь у регуляції почуття насичення, рівня лептину (гормону жирової тканини, який посилає сигнал у мозок про те, що ви наситилися), жирової тканини та ваги тіла.

В одному цікавому дослідженні за участю найкращих борців, які перебувають на низькокалорійній дієті, прийом BCAA допомагав учасникам позбавлятися більшої кількості жирової тканини, абдомінального жиру та ваги.

Коли та скільки?

Препарати з BCAA

В даний час важко сказати, якою має бути точна доза BCAA на кілограм маси тіла, щоб впливати на ріст м'язів та запобігати їх ушкодженню. Однак ми радимо змішувати 3-12 г речовини зі спортивними напоями за одну годину до вправ і попивати такий напій маленькими ковтками під час виконання вправи, яка триває понад 1 годину. Жінки-спортсменки з невеликою масою тіла можуть приймати приблизно 3-5 г BCAA, тоді як більш важким атлетам може знадобитися більша доза. Тільки ті спортсмени, які беруть участь у дуже довгих сесіях вправ на витривалість (велосипедні перегони тривалістю кілька годин, довгі сходження тощо) можуть розглянути варіант прийому 12 г цієї речовини.

Навіщо змішувати BCAA зі спортивним напоєм? Цукор у напої підніме рівень інсуліну, анаболічного гормону і дасть вам енергію та «паливо», необхідні для тренування.

Їжте! Ви повинні споживати достатню кількість калорій та білка, щоб стимулювати м'язове зростання. Оскільки рівень протеїну коливається протягом дня, найкраще їсти маленькими порціями протягом усього дня так, щоб кожна з них містила, принаймні, 20 г білка.
Складіть графік тренувань. Вони мають бути спеціально розроблені, щоб дати саме ті результати, про які ви мрієте. І вони повинні періодично змінюватися, щоб зростання м'язової маси продовжувалося, оскільки ваше тіло адаптується до звичних занять.
Піднімайте ваги для зміцнення м'язової сили та їхньої гіпертрофії (залежно від вашої мети). Так, це дві різні цілі. Підйом ваги для збільшення сили м'язів не обов'язково збільшує м'яз в обсязі, але покращить нервово-м'язову адаптацію, даючи велику силу. Підйом терезів з метою гіпертрофії збільшить розмір м'язів.

Якщо ваша мета - стати більшою або сильнішою (і практично всім від 18 до 80+ повинно хотітися мати міцні м'язи, як для функціональної сили, так і для здоров'я кісток), то в цьому випадку ви повинні подумати про включення BCAA до вашого арсеналу добавок. Амінокислоти з розгалуженим ланцюгом можуть впливати на руйнування м'язів, відновлення та пошкодження м'язової тканини. Крім того, останні наукові дослідження, як і раніше, сфокусовані на ключовій ролі лейцину в синтезі м'язового білка. Якщо ви будуєте прекрасне тіло, вам допоможе BCAA.