/
Author: Мецлер Д.
Tags: материальные основы жизни биохимия молекулярная биология биофизика биология химические реакции
Year: 1980
Text
Д. Мецлер
БИОХИМИЯ
7;Т [
BIOCHEMISTRY
THE CHEMICAL REACTIONS
OF LIVING CELLS
David E. Metzler
IOWA STATE UNIVERSITY
Academic Press
New York San Francisco London
A SUBSIDIARY OF HARCOURT BRACE JOVANOVICH,
PUBLISHERS
Д. Мецлер
БИОХИМИЯ
Химические реакции
в живой клетке
ТОМ
3
Перевод с английского
под редакцией
акад. А. Е. Браунштейна,
д-ра хим. наук Л. М. Гинодмана,
д-ра хим. наук Е. С. Северина
Издательство
«Мир»
Москва
1930
УДК 577.1
Новейшее и наиболее современное руководство по биохимии, написан-
ное известным американским ученым, работающим в области биохимии,
молекулярной биологии и энзимологии. Отличительной чертой книги яв-
ляется рассмотрение материала в соответствии с химическими реакциями,
происходящими в живой клетке, а не традиционно — по основным классам
соединений.
На русском языке книга выходит в трех томах.
В первый том вошли главы, посвященные общим вопросам, структуре
биополимеров, энергетике и функциям клеточных мембран. Во втором томе
изложены основы ферментативного катализа, описаны пути синтеза и рас-
пада молекул в живых организмах. В настоящем, третьем томе рассмотре-
ны вопросы биохимической генетики, роста и дифференцировки тканей,
химического взаимодействия клеток, а также влияния внешних факторов
на процессы обмена веществ.
Предназначена для биохимиков, молекулярных биологов, физиологов,
генетиков, микробиологов, цитологов, фармакологов, химиков, медиков, для
студентов, аспирантов н преподавателей биологических, химических и ме-
дицинских специальностей.
Редакция литературы по биологии
2001040000
„ 21005—430
'641*(О1 ) ~80~ Подп- изд- 1980
© 1977, Academic Press. Inc.
© Перевод иа русский язык, «Мир», 1980
Глава 13
Свет в биологии
Земля купается в свете Солнца, и этот свет приносит не только
тепло, но и энергию, необходимую всем живым организмам. Из
3-104 кДж-м~2 световой энергии, ежедневно падающей на Землю >[1,
2], ~30 кДж улавливается в процессах фотосинтеза [3]. В верхних
слоях стратосферы свет высокоэнергетической части спектра взаимо-
действует с кислородом, в результате чего образуется защитная обо-
лочка озона. Свет, проникающий сквозь атмосферу, позволяет нам ви-
деть все, что нас окружает, придает предметам разный цвет. Свет
управляет цветением растений и прорастанием семян и спор. В биохи-
мических лабораториях свет и другие виды электромагнитного излу-
чения, охватывающие широкий диапазон энергий, используются в экс-
периментальных целях. Рентгеновские, ультрафиолетовые и инфракрас-
ные лучи, а также ультракороткие волны помогают исследовать
молекулы, из которых мы состоим. Свет буквальна пронизывает все
стороны жизни человека, при этом исключительно важным является
его взаимодействие с биомолекулами. Данная глава написана как крат-
кое введение в предмет; в ней, в частности, приведен список источников
для дальнейшего чтения.
А. Свойства света
Свет является одним из видов электромагнитного излучения и об-
ладает свойствами как волн, так и частиц (фотонов). Энергия фотона
обычно характеризуется частотой соответствующего излучения (или
обратной величиной — длиной волны в вакууме; табл. 13-1). На рис. 13-1
Таблица 13-1
Некоторые свойства света
Скорость света в ва-
кууме
Скорость света в сре-
де
Волновое число
Частота
Энергия кванта
Энергия эйнштейна
с = 2,998-108 м-с-1
с = с/п, где п — показатель преломления
v = 1/X; v (в см-1) = 107Д (в нм)
1 см~‘=1 кейзер
v=cA=<?v
v (в Гц) =2,998- 1010v (в см-1) в вакууме
E=hv=hcv
Е (в Дж) = 1,986-10~”v (в см-1)
Е (в эВ) = 1,240-10-4v (в см-1)
E—Nhv = Nhcv = 6,023- 1023ftcv
£=(в Дж) = 11,961v (в £м-1)
Е (в ккал) =2,859-10-3v (в см-1)
6 Глава 13
в логарифмическом масштабе изображен участок шкалы электромаг-
нитных волн [4]. На высокоэнергетическом конце шкалы, справа от
изображенного на рисунке участка, находятся у- и космические лучи,
а на низкоэнергетическом конце — радиоволны, длины волн которых
достигают многих километров. Небольшой участок шкалы — примерно
от 10 нм до нескольких микрон, который и рассматривается в этой гла-
ве,— включает в себя область ультрафиолетовых лучей, видимого света
4-
10
Вращение молекул
ультракороткие
I Радиоволны волны
100мм 10
Длина волны Л
Колебания
молекул
Инфракрасные
Видимая
область
> Ультрафиолетовые Рентгеновские
| I • - лучи лучи
•** Липи/ийй
Инфракрасная инфракрасная jiqqhm
область область ।
4—I—1 * *—гт-t-
100мкм_^'\ Ю
кТ
при 298 К Свет, достигающий
земной поверхности
ближняя 'к Дальняя
320 ультрафиолет утрафиолето~
। лювая область '-•фая область
1 к ож'з с <р'1 ! ‘ 1 'х
ЮОнм
Видимая
область
1 |47
Си КЛ, 0,154 нм
мкм I 5
(Валентные (Вален,
колебания колебс
ОО)
2,8
j/пные
колебания
O-H)
-----1 । Ш I
760 500
НМ |
680
(Хлорофилл а)
200
380 |
280
(белки)
250
(Нуклеиновые
кислоты)
100
2
1
ю
-4------------------1-------------1------------1—
2000 5000 10000 20000
Волновое число У в см ~f
-4------------------:—|------------------1----------------4—*
60 150 300 600
—I---------------1---
50000 100000
1
1
1
1500 3000
Частота 9 в терагерцах (Iтерагврц=10гггерц) i
1
----1 ( 1 1 1—
60 120 239 598 1195
Энергия Е в кДж-эйнштейн4
РИС. 13-1. Участок шкалы электромагнитных волн. Буквы Ф, С, 3, Ж, О н К над
областью, соответствующей видимому свету, обозначают различные цвета. Отметка
СиКа отвечает длине волны рентгеновских лучей, широко используемых в рентгено-
структурном анализе белков и других органических материалов.
и ближнюю инфракрасную область. Этот участок в увеличенном мас-
штабе изображен на рис. 13-1 (вторая линия сверху). Свет, достигаю-
щий поверхности Земли, занимает узкий интервал от 320 до 1100 нм.
Глаз человека способен воспринимать свет в еще более узком интер-
вале: 380—760 нм, включающем все цвета радуги. Максимум поглоще-
ния ароматических колец белков и нуклеиновых кислот равен соответ-
ственно 280 и 260 нм. Хотя свет с такими длинами волн в основном
поглощается озонным слоем стратосферы, сквозь атмосферу проходит
достаточное количество ультрафиолетовых лучей, чтобы вызвать мно-
гочисленные мутации и солнечные ожоги.
Химики все чаще используют как меру энергии света его частоту
или волновое число. Волновое число v представляет собой величину,
обратную длине волны, и обычно выражается в см-1 (обратные санти-
метры, иногда называемые кейзерами). Возможно, в будущем более
широкре распространение получат другие единицы — мкм-1 (10 000
см-*) или мм-1. Большинство спектров поглощения, приводимых в дан-
Свет в биологии
7
ной книге, представляет собой. зависимость поглощения от волнового
числа, которое измеряется в см-1. Частота v в герцах равна с'у, где
с' — скорость света. (Скорость света в вакууме обозначается через с
и равна 3,00-108 м-с-1.) Энергия кванта света Е равна hv, где h — по-
стоянная Планка, 6,626-10~34 Дж-с_|. С химической точки зрения наи-
более интересна энергия одного эйнштейна, т. е. одного «моля» света
(6,023-1023 квантов). Энергия, выражаемая в кДж на эйнштейн, равна
11960v (в см-1, в вакууме). Все необходимые нам энергетические со-
отношения суммированы в табл. 13-1. Три нижние шкалы на рис. 13-1
тоже иллюстрируют соотношения между v, v, Е и длиной волны.
Световая волна сопряжена с колебаниями напряженности электри-
ческого и магнитного полей [5—7]. При распространении света вдоль
оси х вектор напряженности электрического поля Е обычно направлен
вдоль оси у, при этом его величина является функцией длины волны А,
и времени:
£,p=x4sin 2л(х/Л.—^-(-ф)- (13-1)
Вектор напряженности магнитного поля Н ортогонален вектору напря-
женности электрического поля, а его величина определяется уравне-
нием:
= (е/ц/'М sin 2л(х/Л—v/—<р). (13-2)
У
z
Скорость распространения света с' в данной среде зависит от е — ди-
электрической постоянной среды и от ц — магнитной проницаемости:
с! — с/(ъ/уУ'2=с/п. (13-3)
Показатель преломления среды относительно вакуума обозначается
символом п. Он показывает, во сколько раз скорость света в данной
среде меньше скорости его в вакууме, и тоже является функцией дли-
ны волны. Для спектральной линии натрия (Л;=589 нм) п равен 1,00029
в воздухе и 1,33 в воде при 25 °C.
Величина <р, входящая в уравнения (13-1) и (13-2), — это фаза вол-
ны. Свет, как правило, является некогерентным — для разных фотонов,
составляющих световой пучок, <р оказывается различной. Когерентный
свет, испускаемый лазерами, образуется фотонами с одинаковыми фа-
зовыми характеристиками. Если для всех фотонов светового пучка
вектор напряженности электрического поля лежит в одной плоскости,
свет называется плоскополяризованным (именно такая ситуация имеет
место после прохождения света через определенные виды кристаллов).
За направление поляризации принимается направление вектора напря-
женности электрического поля Е. Свет может быть также поляризован-
ным по кругу — вектор напряженности электрического поля описывает
при этом правую или левую спираль. Наложение двух одинаковых
пучков, в одном из которых свет правополяризован, а в другом — ле-
вополяризован, дает плоскополяризованный свет. В свою очередь пло-
скополяризованный свет можно разложить на право- и левополяризо-
ванную компоненты.
8 Глава 13
Б. Поглощение света веществом
Поглощение света лежит в основе всей фотохимии; на этом же яв-
лении базируется и метод абсорбционной спектроскопии [5—10]. По-
глощение всегда носит квантовый характер, т. е. происходит лишь в
том случае, когда энергия кванта h-v в точности равна разности энергий
двух энергетических уровней молекулы, поглощающей свет:
£2— = (13-4)
Таким образом, чтобы понять, как происходит поглощение света, нужно
иметь представление об энергетических уровнях молекул. Необходимым
условием поглощения света является не только совпадение энергии
кванта с разностью Е2 — Е\, но и изменение дипольного момента моле-
кулы при переходе последней с одного энергетического уровня на дру-
гой. Только в этом случае электрическое поле световой волны будет
взаимодействовать с молекулой. Еще одно ограничение, налагаемое на
процесс поглощения света, связано с симметрией волновой функции,
соответствующей каждому из данных энергетических уровней. Кванто-
вомеханическое рассмотрение показывает, что переходы между одними
энергетическими уровнями разрешены, тогда как между другими за-
прещены. Хотя изложение этих вопросов выходит за рамки данной
книги, читатель должен сознавать, что лежащие в их основе квантово-
механические правила отбора являются определяющим фактором по-
глощения света веществом.
1. Количественные аспекты процесса
поглощения света
Спектр поглощения света представляет собой график зависимости
интенсивности поглощения, выражаемой тем или иным способом, от
длины волны или волнового числа. Пропускание образца представляет
собой отношение интенсивностей прошедшего (/) и падающего (/о)
света. Пропускание обычно определяется для какой-то одной длины
волны, т. е. для монохроматического света. Поглощение (или оптическая
плотность), согласно закону Ламберта — Бера, равно
А = 1ё(10/Г)=гс1. (13-5)
Здесь I — длина оптического пути (в см), с — концентрация (в моль-л-1),
е — молярный коэффициент экстинкции (в л-моль-1-см-1). Читатель
может легко вывести уравнение (13-5), предположив, что число свето-
вых квантов, поглощенных в тонком слое вещества толщиной dx, про-
порционально числу поглощающих молекул в этом слое. Интегрирова-
ние по х от 0 до I даст закон Ламберта — Бера. Уравнение (13-5) обыч-
но очень хорошо выполняется для растворов, содержащих какую-то
одну форму ионов или молекул. Однако оно справедливо только для
монохроматического света.
2. Энергетические уровни молекул
Полная энергия молекул равна сумме кинетической (поступатель-
ной), вращательной, колебательной и электронной энергии. Энергети-
ческие уровни, соответствующие вращательной, колебательной и элек-
тронной энергии, всегда дискретны. Световые кванты с длиной волны
0,2-—20 мм (50—0,5 см-1, с частотами от 1,5-1012 до 1,5-1010 с-1), несу-
щие энергию 0.6—0.006 кДж-эйнштейн-1 вгабужпятт мппршгт™ прпр-
Свет в биологии 9
водя их с исходного вращательного энергетического уровня на другой,
более высокий. В соответствующих этим энергиям далекой инфракрас-
ной или микроволновой областях спектры поглощения часто состоят
из серий близко расположенных линий. Например, вращательный
спектр газообразной НС1 представляет собой серию линий, отстоящих
одна от другой на 20,7 см-1, начиная от указанного волнового числа и
кончая 186 см-' (54 мкм). Отметим, что энергия соответствующих
квантов намного ниже энергии активации обычных химических реакций
и ниже средней энергии поступательного движения молекул в растворе
при комнатной температуре ^-квТ или 3,7 кДж-моль-1 при 25°C).
Тем не менее эти значения энергии намного превышают энергию ядер-
ных переходов в спектрах ЯМР (гл. 2, разд. 3,7). Сравните, например,
частоту 100 МГц (108 с-1), использующуюся в ЯМР-спектроскопии,
с частотами 1010—1012 с-1 микроволновых спектров.
Область колебательных энергий простирается от 6 до 100 кДж-моль-1,
что отвечает частотам ~500—8000 см-1. Соответствующие полосы по-
глощения находятся в инфракрасной области. Энергия возбуждения
электронных уровней лежит в диапазоне 120—1200 кДж-моль-1, ха-
рактерные частоты составляют 10 000—100 000 см-1 (длины волн 1000—
100 нм), а спектры находятся в видимой и ультрафиолетовой областях.
3. Инфракрасные спектры
Поглощение в ближней инфракрасной области определяется пере-
ходом молекулы с одного колебательного уровня на другой. Типичной
частотой является частота, соответствующая максимуму полосы погло-
щения «амид А» — 3300 см-1 (длина волны 3,0 мкм), что отвечает
примерно 1014 с-1. Анализ инфракрасных спектров обычно начинается
с рассмотрения валентных колебаний двухатомной молекулы. Пред-
ставим, что два ядра молекулы соединены пружинкой. Колебательную
энергию такой молекулы можно рассматривать как энергию гармони-
ческого осциллятора. Согласно квантовомеханическому подходу, энер-
гия осциллятора принимает только дискретные значения, а соответст-
вующие энергетические уровни располагаются на одинаковом расстоя-
нии друг от друга, равном hv, где v — частота кванта света, поглощение
которого повышает энергию до значения, соответствующего следующе-
му энергетическому уровню. В основном (невозбужденном) состоянии
молекула уже обладает «энергией нулевых колебаний», равной поло-
вине энергии, необходимой для перехода на следующий уровень.
Гармонический осциллятор служит удобной моделью для описания
поведения молекул, находящихся только на нижних колебательных
уровнях; в состояниях с более высокой энергией наблюдаются сущест-
венные отклонения от модели. На ннжних энергетических уровнях из-
менение расстояния между центрами атомов в ходе колебаний состав-
ляет ±10%, с повышением же энергии это расстояние увеличивается
и движение становится ангармоническим. Энергетические состояния мо-
лекул часто изображают в виде кривых Морза, представляющих собой
зависимость энергии от расстояния между ядрами (рис. 13-2). Когда
это расстояние становится слишком малым, энергия резко возрастает.
По мере растяжения связи наступает момент, когда дальнейшее не-
большое увеличение энергии приводит к разрыву связи и к распаду
двухатомной молекулы на атомы (или более сложной молекулы на
фрагменты). Колебательные энергетические уровни изображают в виде
горизонтальных линий, проведенных на соответствующих высотах на
10
Глава 13
Поскольку каждому колебательному энергетическому уровню соот-
ветствует множество вращательных подуровней, инфракрасные спектры
представляют собой набор полос поглощения, что обусловлено одно-
временным изменением колебательной и вращательной энергии моле-
кул. Таким образом, вместо отдельных линий, отвечающих переходам
между колебательными уровнями, наблюдаются серии резких близко
расположенных линий. Примером такого рода служит полоса погло-
РИС. 13-2. Зависимость потенциальной энер-
гии молекулы водорода от расстояния между
ядрами; указаны колебательные энергетические
уровни молекулы. А£ — разность энергий со-
седних энергетических уровней; v — колеба-
тельные квантовые числа ([5], стр. 135.)
щения, соответствующая ва-
лентному колебанию связи
Н—С1 в газообразном НС1 с
максимумом 2886 см~*
(3,46 мкм): на самом деле она
представляет собой набор поч-
ти равноотстоящих линий, рас-
положенных по обе стороны от
указанной основной частоты в
интервале от — 2600 до
——3100 см-1. Расстояние меж-
ду соседними линиями равно
— 21 см-1, что соответствует
вращательной частоте, находя-
щейся в микроволновой обла-
сти шкалы электромагнитных
волн (Герцберг [8], стр. 55).
При снятии спектра с низким
разрешением наблюдается од-
на широкая полоса1*.
Расшифровка инфракрас-
ных спектров двухатомных мо-
лекул не составляет особого труда, но полосы поглощения более слож-
ных соединений уже не удается отнести к колебаниям определенных
химических связей. В этом случае говорят об основных (нормальных)
колебаниях молекулы. Основными называют такие колебания, при ко-
торых положение центра тяжести молекулы не меняется. Для молеку-
лы из п атомов число таких колебаний равно Зп—6. Хотя при этом
нередко преобладает колебание какой-то одной связи, возможно син-
хронное движение многих атомов. При описании основных колебаний
молекулы пользуются такими терминами, как растяжение, изгиб
(в плоскости или с выходом из плоскости), кручение и деформация.
Все Зп—6 полос в инфракрасном спектре наблюдаются довольно редко.
Объясняется это отчасти тем, что некоторые колебания не сопровож-
даются изменением дипольного момента (например, симметричное рас-
тяжение линейной молекулы СО2). Другие же полосы оказываются
попросту слишком слабыми, чтобы их можно было четко зарегистри-
ровать.
Частота колебаний, захватывающих сразу много атомов молекулы,—
так называемых скелетных колебаний — как правило, лежит в области
700—1400 см-1 (14—7 мкм). Частоты же колебаний, определяемых
главным образом конкретными функциональными группами, составля-
ют обычно 1000—5000 см-1 (10—2 мкм). Так, например, валентные коле-
бания С—Н-, N—Н- и О—Н-связей имеют характерные частоты,
равные, как правило, —2900, 3300 и 3600 см-1 соответственно. Отметим
11 Это лишь одна из причин уширения полос поглощения в инфракрасной области
В растворе; другая обусловлена взаимодействием с растворителем, в результате которо-
го поглощающие молекулы находятся в неэквивалентном окружении.
Свет в биологии 11
ряд важных фактов. Энергия (и частота) колебаний возрастает с уве-
личением различия в электроотрицательности двух атомов, образую-
щих связь. Чем больше масса атомов, тем ниже частота (например,
частота колебаний С—О в первичном спирте составляет ~1053 см-1).
Частота колебаний двойной связи выше, чем одинарной (так, для связи
С = О она равна ~ 1700 см-1; эти валентные колебания соответствуют
одной из самых интенсивных полос поглощения инфракрасного спект-
ра). Сильный и весьма характерный эффект оказывает образование
водородных связей: частота колебаний связи О—Н, составляющая
~3600 см-1, при образовании водородной связи уменьшается до
3500 см'1.
Согласно теории гармонического осциллятора, разрешенными явля-
ются переходы с данного колебательного энергетического уровня лишь
на соседний более высокий уровень, однако для ангармонических ос-
цилляторов возможны слабые переходы на более высокие колебатель-
ные уровни. В результате возникают «обертоны», частота которых при-
близительно кратна основной частоте. Кроме того, могут наблюдаться
полосы, частоты которых равны сумме или разности частот отдельных
инфракрасных полос. Эти полосы очень слабые, но тот факт, что они
лежат в области относительно высоких энергий в ближней инфракрас-
ной области (4000—12 500 см-1), позволяет выявить их даже легче, чем
основные полосы, располагающиеся очень близко друг к другу в ин-
фракрасной области.
а. Колебательные частоты амидных групп
Поскольку амидные группы присутствуют как в белках, так и в пу-
риновых и пиримидиновых основаниях, их инфракрасные полосы по-
глощения привлекли к себе большое внимание. Из множества полос
поглощения указанной группы (описанных в книге Фрэзера и Мак-Рэе
[11]) особый интерес представляют три полосы.
Полоса амид I при ~ 1680 см-1 соответствует нормальным колеба-
ниям в плоскости амидной группы и прежде всего валентным колеба-
РИС. 13-3. Инфракрасный дихроизм фибрилл инсулина. Сплошная линия: вектор на-
пряженности электрического поля параллелен оси фибриллы; штриховая линия: вектор
напряженности электрического поля перпендикулярен оси фибриллы. [Burke М. J.,
Rougvie М. A., Biochemistry, 11, 2437 (1972)].
ниям связи С —О. Полоса амид II при 1500 см-1 тоже обусловлена
колебаниями в пределах плоскости, включая изгиб N—Н-связи, тогда
как полоса амид А с более высокой частотой, равной ~3450 см-1, об-
условлена валентными колебаниями N—Н-связи. Участие N—Н-группы
в образовании водородной связи сдвигает полосу амид А к ~3300 см-1.
Инфракрасный спектр белка [12], содержащий полосы амид А, амид I
12 Глава 13
и амид II, приведен на рис. 13-3. Обратите внимание на сложную фор-
му полос. Форма полосы амид I сильно зависит от конформации пеп-
тидной цепи. Согласно эмпирическому правилу, частота полосы погло-
щения амидных групп в а-спиралях на 20 см-1 больше, чем частота со-
ответствующих полос в p-структурах. Правда, более тщательный анализ
нормальных колебаний пептидных цепей привел к иным выводам [11,
13—15].
РИС. 13-4. Инфракрасный (А) и рамановский (5) спектры 1-метилурапила в НзО
(сплошная линия) и D2O (штриховая линия). Приведены спектры обычного 1-метил-
урацила (вверху) и его специфически меченного производного, содержащего 18О в по-
ложении 4 (внизу) [16].
Одним из наиболее распространенных методов исследования ори-
ентированных пептидных цепей является метод инфракрасного дихро-
изма. При этом регистрируют спектры поглощения белка для двух вза-
имно перпендикулярных направлений поляризации падающего света.
В одном случае вектор напряженности электрического поля параллелен
пептидным цепям, а в другом-—перпендикулярен им. Такая пара спект-
ров для ориентированных фибрилл инсулина приведена на рис. 13-3.
Считается, что молекулы инсулина находятся в этом случае в p-кон-
формации и уложены поперек оси фибриллы (кросс-р-структура). Та-
ким образом, когда вектор напряженности электрического поля парал-
лелен оси фибриллы, он перпендикулярен пептидным цепям. Поскольку
полоса амид I определяется прежде всего колебаниями карбонильной
группы, которые в p-структуре перпендикулярны пептидным цепям,
интенсивность этой полосы больше для случая, когда вектор напряжен-
ности электрического поля тоже перпендикулярен пептидным цепям,
чем для случая, когда этот вектор им параллелен (перпендикулярен
оси фибриллы; рис. 13-3). То же самое справедливо и для полосы амид
А, которая определяется в основном растяжением связи N—Н. Дихро-
изм полосы амид II носит противоположный характер, поскольку здесь
определяющую роль играет изгиб N—Н-связи, который осуществляется
в пределах плоскости пептидной группы, но происходит в продольном
направлении.
Инфракрасная спектроскопия нашла применение и при анализе по-
лос поглощения амидных групп пиримидинов [16]. На рис. 13-4, А
Свет в биологии
приведен спектр 1-метилурацила в НгО и D2O. Заметим, что в D2O
полоса амид II вообще отсутствует. Это иллюстрирует еще один путь
применения инфракрасной спектроскопии, который оказался особенно
полезен при изучении белков. Исчезновение полосы амид II при пере-
несении белка в D2O дает возможность проследить за обменом прото-
нов, участвующих в образовании водородных связей, в структурирован-
ных областях белков [10]. На рис. 13-4 приведен также инфракрасный
спектр 1-метилурацила, содержащего ISO в 4-м положении. Обратите
внимание на сдвиг полосы амид II на 7 см-1, указывающий, что коле-
бания, связанные с изгибом N—Н-связи, в значительной мере сопряже-
ны с валентными колебаниями связей С=О и С = С.
б. Раман-спектры
Рамановская спектроскопия основана на исследовании спектров рас-
сеяния света. При столкновении фотона с молекулой может иметь ме-
сто упругое соударение, при котором фотон не теряет энергию, но из-
меняет направление своего движения. Такое рассеяние известно под
названием рэлеевского и лежит в основе метода определения молеку-
лярных весов соединений. Соударения могут быть также иеупругими;
они характеризуются тем, что энергия молекулы и фотона изменяется.
Поскольку эти изменения носят квантовый характер и определяются
колебательными и вращательными уровнями молекулы, анализ спектра
рассеянного света (спектра Рамана) дает почти ту же информацию,
что и обычный инфракрасный спектр. Необходимо, однако, помнить
один момент: правила отбора в этих двух случаях различаются. В ин-
фракрасной спектроскопии разрешены одни переходы, в раман-спектро-
скопии — другие. Таким образом, имеет смысл снять и тот й другой
спектр исследуемого образца. До недавнего времени раман-спектроско-
пия находила весьма ограниченное применение из-за малой интенсив-
ности рассеянного света. Однако использование для возбуждения ла-
зеров существенно повысило ценность указанного метода [16—20].
В качестве примера на рис. 13-4, Б приведен раман-спектр 1-метилура-
цила. Заметим, что интенсивность полосы амид II (относительно поло-
сы амид I) в раман-спектре значительно меньше, чем в инфракрасном
спектре поглощения. Особый интерес представляет резонансная раман-
спектроскопия [19—21], где используется лазерный пучок с длиной
волны, соответствующей длине волны электронного перехода. Рассеяние
света при этом часто существенно усиливается на частотах, которые
отличаются от частоты лазера на частоту рамановского рассеяния, про-
исходящего на группах хромофора или на группах молекулы, соседст-
вующей с хромофором. Несмотря на определенные экспериментальные
трудности, указанный метод позволяет изучать структурные особенно-
сти какого-либо конкретного участка макромолекулы.
4. Электронные спектры
В биохимии широко используется спектроскопия в ультрафиолетовой
(УФ) и видимой областях. Видимый свет занимает на шкале электро-
магнитных волн диапазон от ~ 12 000 см-1 (800 нм) до 25 000 см-1
(400 нм). Далее идет ультрафиолетовая область; максимальная часто-
та, еще использующаяся в обычных спектрофотометрах, составляет
~55 000 см-1 (180 нм). Значения энергии, соответствующие видимому
и ультрафиолетовому свету, лежат в интервале от ~ 140 до
~660 кДж-моль-1. Отметим, что второе значение больше энергии лю-
14
Глава 13
бой связи, за исключением наиболее прочных двойных и тройных свя-
зей (табл. 3-6). Отсюда понятна способность УФ-излучения иницииро-
вать фотохимические реакции. Даже красный свет с его относительно
низкой энергией используется растениями в фотосинтезе и несет доста-
точно энергии на 1 эйнштейн, чтобы обеспечить генерацию АТР, вос-
становление NADP+ и ряд других фотохимических процессов. Хотя
энергия поглощаемого при электронных переходах света довольно ве-
лика, геометрия молекул в возбужденном и основном состояниях, как
правило, различается лишь весьма незначительно. В общем случае
возрастает амплитуда колебаний и размеры молекулы немного увели-
чиваются в одном или нескольких направлениях. Ценность спектрофото-
метрических методов для биохимических исследований частично обус-
ловлена высокой чувствительностью электронных энергетических уров-
ней молекул к их непосредственному окружению. Точность и высокая
чувствительность спектрофотометров в немалой степени расширяет воз-
можности электронной спектроскопии. Повсеместно применяются и род-
ственные методы — круговой дихроизм и флуоресценция. Наличие в
белках, нуклеиновых кислотах, коферментах и многих других биохи-
мических соединениях интенсивно поглощающих хромофоров еще более
способствует популярности всех этих методов.
а. Форма полос поглощения
Электронные полосы поглощения обычно довольно широки: их ши-
рина, измеряемая на уровне полувысоты, составляет 3000—4000 см-1.
Связано это главным образом с тем, что электронное возбуждение со-
провождается переходом молекулы на более высокие колебательные и
вращательные подуровни. Вклад в уширение полос вносит также неод-
нородность окружения молекул в растворе. Форма полос поглощения
в некотором приближении определяется принципом Франка—Кондона.
РИС. 13-5. Типичные кривые потенциальной энер-
гии для полосатых спектров двух типов. А. Рав-
новесные межъядериые расстояния ге в основном
и возбужденном состояниях примерно одинаковы.
5. г'е (возбужденное состояние) >ге (основное
состояние). ([5], стр. 179).
Поскольку частота света,
поглощаемого при электрон-
ных переходах, составляет
~1015—1016 с-1, поглоще-
ние осуществляется за
10-15—10-16 с (время, экви-
валентное прохождению од-
ной световой волны). За
этот период ядра успевают
сместиться лишь весьма не-
значительно, поскольку час-
тота их колебаний много
меньше указанной величи-
ны. Принцип Франка — Кон-
дона гласит, что за время
электронного перехода ни-
каких существенных изме-
нений в положениях атом-
ных ядер молекулы не происходит. Рассмотрим рис. 13-5, на котором
изображены два типа кривых потенциальной энергии молекул в воз-
бужденном состоянии [5]. В первом случае геометрия молекулы в ос-
новном и возбужденном состояниях почти одинакова. Важно помнить,
что при комнатной температуре большая часть молекул находится на
самых нижних энергетических уровнях, по крайней мере для больший-
Свет в биологии 15
(3
-у&в7’«300 см-1). Таким образом, в
случае рис. 13-5, Л наиболее вероятными будут переходы с самых ниж-
них колебательных подуровней основного электронного состояния. На-
иболее вероятное расстояние между ядрами двухатомной молекулы в
основном состоянии равно равновесному значению ге (рис. 13-2). По-
скольку это расстояние для всех колебательных подуровней возбуж-
денного электронного состояния одинаково, переход может произойти
в любое из этих состояний, но наиболее вероятен переход на первый
колебательный подуровень возбужденного состояния. В результате мы
имеем спектр поглощения, в котором наряду с интенсивной резкой ли-
нией, соответствующей «О—0-переходу», имеются более слабые линии,
отвечающие переходам 0—1, 0—2, 0—3 и т. д. (рис. 13-5,Л).
Спектр второго типа представлен на рис. 13-5, Б. В этом случае
расстояние между ядрами за время перехода молекулы в возбужден-
ное состояние увеличивается — ге оказывается больше, чем в основном
состоянии. Согласно принципу Франка — Кондона, наиболее вероятным
будет переход на те колебательные подуровни возбужденного состоя-
ния, для которых межъядерное расстояние большую часть времени
примерно равно значению ге в основном состоянии. Из рис. 13-5,Б яс-
но, почему 0—-0-переходу в спектре поглощения в этом случае отвечает
менее интенсивная линия, чем переходам на более высокие уровни.
Реально наблюдаемые спектры поглощения, в особенности спектры
поглощения многоатомных молекул, имеют гораздо более сложную при-
роду. Одним из факторов, усложняющих ситуацию, является то, что
некоторые молекулы в основном состоянии находятся на более высо-
ких колебательных подуровнях, соответствующих низкоэнергетическим
типам колебаний. Поэтому в спектре появляются более слабые линии,
расположенные также и с низ-
коэнергетической стороны от
О—0-перехода. Так как у мно-
гоатомных молекул существу-
ет несколько типов нормаль-
ных колебаний, между теми
полосами, которые изображе-
ны на рис. 13-5, появляются
другие. Все эти полосы уширя-
ются из-за вращения молекул
и взаимодействия их с раство-
рителем.
Примером соединения, име-
ющего спектр такого типа, яв-
ляется толуол (метилбензол).
Спектр паров толуола содер-
жит большое число резких ли-
ний — некоторые из них видны
даже на спектре, полученном при низком разрешении (рис. 13-6). Не-
сколько серий из последовательных линий удается идентифицировать
[22]. Одна из них начинается с интенсивной линии, характеризующей-
ся волновым числом 37,48 кК, которая отвечает 0—0-переходу; расстоя-
ние между соседними линиями, равное ~930 см-1, соответствует ко-
лебаниям, приводящим к симметричному расширению и сжатию («ды-
ханию») кольца; эти колебания можно обнаружить, сняв инфракрас-
ный спектр соединения. Другие последовательности, начинающиеся с
линии, которая отвечает 0—0-переходу, соответствуют колебаниям с
0,5
0,4
о,з
0,2
0,1
РИС. 13-6. Спектр паров толуола, соответст-
вующий переходу в первое электронно-возбуж-
денное состояние; спектр снят прн низком раз-
решении на спектрофотометре Кэри 1501.
oL _________________________
35 36 37 38 39 40 41 42 43 44
Волновое число *Ю’3см~*
280 270 260 250 240 230
Длина волны, нм
I
16
Глава 13
частотами (в возбужденном электронном состоянии) 460, 520 и
1190 см-1. Более слабые полосы на спектре, представленном на
рис. 13-6, «скрыты» в областях между максимумами.
При снятии спектра поглощения толуола в растворе резкие линии
уширяются, но колебательная структура полностью не исчезает. Как
видно из рис. 13-7, спектры фенилаланина и его производных [22]
очень похожи на спектр толуола (0—0-переходу соответствует частота
37 310 см-1); колебательная
300 270 250 230 _
Длина волны, нм
РИС. 13-7. Спектры поглощения N-ацильных
производных этиловых эфиров триптофана
(/), тирозина (II), фенилаланина (III) и ди-
метилового эфира цистина (/V) в метаноле
при 25 °C, соответствующие переходам ука-
занных соединений в первое электронно-воз-
бужденное состояние. Спектры производных
тирозина, фенилаланина и цистина умножены
на коэффициенты 2, 20 и 4 соответственно
[41].
структура спектра фенилала-
нина четко проявляется в спек-
трах многих белков (см., на-
пример, рис. 13-14). Аналогич-
ный вид имеет и спектр погло-
щения тирозина (рис. 13-7),
но при этом линия, отвечаю-
щая 0—0-переходу, сдвинута в
сторону более низких энергий
(~ 35 300 см-1 в воде). Четко
видны последовательности ли-
ний с интервалами 1200 и
800 см-1 [23].
Для описания формы одной
электронной полосы в качест-
ве огибающей ее колебатель-
ных компонентов часто ис-
пользуют гауссову кривую
(нормальное распределение).
В некоторых случаях, напри-
мер для медьсодержащего го-
лубого белка из Pseudomonas
(рис. 13-8), представление по-
лос в виде гауссовых кривых
оказывается вполне адекват-
ным и позволяет разложить
спектр на компоненты, отве-
чающие конкретным электрон-
ным переходам. Каждый пере-
ход характеризуют положени-
ем максимума, его высотой
(молярной экстинкцией) и ши-
риной (измеряемой на уровне
полувысоты в см-1). Однако
полосы поглощения органиче-
ских соединений, как правило, несимметричны — они растянуты в сто-
рону более высоких энергий11. Для описания этих полос больше под-
ходит несимметричная функция, например логарифмически-нормальное
распределение [24, 25]. Помимо положения пика, его высоты и ширины
вводится четвертый параметр, являющийся мерой асимметричности пи-
ка. Подбор логарифмически-нормальных кривых с помощью ЭВМ по-
зволяет точно указать положение пиков, их ширину и амплитуду. За-
11 Спектры поглощения представляют в виде функций от длины волны. Хотя гаус-
совы кривые иногда довольно хорошо вписываются в эти спектры, ширину полос в
нанометрах выражать нежелательно. Величиной, пропорциональной энергии, является
волновое число. Если изображать спектральные полосы в виде зависимости поглощения
не от длины волны, а от волнового числа, то в видимой и ультрафиолетовой областях
нх ширина будет примерно одинаковой.
Свет в биологии 1 17
метим, что такой способ локализации пиков обычно приводит к не-
большому смещению линии, отвечающей 0—Q-переходу, в сторону бо-
лее высоких энергий. Ширина пиков может быть различной, но чаще
всего составляет 3000—4000 см-1.
Другой ценный подход к количественному анализу спектров осно-
ван на описании каждой колебательной полосы своей гауссовой кривой
[26,27].
б. Классификация переходов
Интенсивную полосу поглощения в области 600 нм в спектре медь-
юдержащего белка, раствор которого имеет голубую окраску (рис. 13-8),
приписывают- d—d-переходу электрона, принадлежащего иону металла
[28]. Высокая интенсивность по-
лосы может быть обусловлена
наличием связи между ионом ме-
талла и атомОм S остатка метио-
нина, входящего в состав белка
[29]. Электронные переходы у
большинства органических моле-
кул относятся к другому типу.
Переходы с частотами <55 000
см-1 классифицируются либо как
л—л.*-1; либо , как п—л*-перехо-
ды. В первом из указанных слу-
чаев электрон переходит со свя-
зывающей л-орбитали на разрых-
ляющую л*-орбиталь. В этилене
такой шереход наблюдается при
частоте 61 540 см-1 (162,5 нм);
максимальное значение молярной
ЭКСТИНКЦИИ Стах СОСТЭВЛЯеТ
~ 15 000 М-1'СМ-1. п—л*-Перехо-
ды обусловлены перемещением
электрона неподеленной пары
атома кислорода или азота на
разрыхляющую л*-орбиталь и
выражены очень слабо. Напри-
мер, п—л*-пёреход для ацетона
В H2Q (Vrnax = 37 740 см-1,
^max = 265 нм) характеризуется
значением етах, равным ~'240;
ширина полосы составляет
~6400 см-1. Особенностью
п—л*-’перехода является сильное
смещение полосы поглощения в
сторону низких энергий при пере-
носе соединения из воды в менее
полярный растворитель. Так, мак-
симум полосы поглощения ацето-
на в метаноле соответствует
РИС. 13-8. Разложение спектров КД (А)
и поглощения (5) голубого белка из Pseu-
domonas, лежащих в видимой области, иа
несколько перекрывающихся гауссовых кри-
вых, которые соответствуют отдельным
спектральным полосам (штриховые линии).
Номерами от 1 до 6 обозначены полосы,
занимающие в обоих спектрах одинаковые
положения и имеющие одинаковую ширину.
Сплошные линии — результат сложения га-
уссовых кривых. Каждая такая огибающая
в йределах ошибки измерений совпадает с
экспериментально снятыми спектрами.
Штрих-пунктирная часть огибающей и а
спектре КД выше 700 нм вычерчена по
форме полосы I в спектре поглощения [28].
v = 36 920 см-1, а в гексане —
35 970 см-1 (278 нм). Подобный сдвиг под влиянием растворителя счи-
тают «опознавательным признаком» п—л*-перехода, часто полагая, что-
полосы, соответствующие .л—л*-переходам, при изменении ^характера.
18 Глава 13
растворителя сдвигаются в противоположную сторону. Однако для
многих полярных хромофоров, присутствующих в биохимических сое-
динениях, это неверно. Так, л—л*-полосы тирозина при перенесении
этого соединения из воды в гексан тоже смещаются к более низким
энергиям. Правда, величина сдвига намного меньше, чем для п—л*-
полосы ацетона.
Молекула может переходить не только на первый, но и на более
высокие энергетические уровни. Так, у бензола и его производных легко
обнаруживаются три л—л*-перехода (рис. 13-9). Первый представлен
слабой полосой с е=102—10\
Длина волны, нм
РИС. 13-9. Спектр этилового эфира N-аце-
тилтирозина в водном фосфатном буфере,
pH 6,8. Обратите внимание на три л—л*-
перехода возрастающей интенсивности.
Третьему л—л*-переходу ароматического
кольца соответствует ттах <^52 000 см-1;
при этом коэффициент молярной экстинк-
ции достигает значения ~ 40 000. В погло-
щение в высокоэнергетической части спект-
ра дают вклад также п—л*- и л—л*-пере-
ходы амидной группы этого соединения.
Вторая полоса отвечает более
высокой частоте (в 1,35±0,10 раз
выше частоты первой полосы) и
характеризуется етах до 104. Тре-
тья полоса соответствует еще бо-
лее высокой энергии, а ешах до-
стигает значения 5-Ю4. Энерге-
тические уровни, отвечающие
этим переходам, согласно часто
применяемой системе обозначе-
ний Платта, записываются как
‘Lb, ‘La и ‘Ва. Другие авторы
описывают эти уровни, опираясь
на симметрию молекулярных ор-
биталей. Так, основное состояние
обозначается ‘Alg, а три возбуж-
денных— как ‘ Взш ‘В1и и ‘Ещ.
Индекс 1 указывает, что рассмат-
риваемое возбужденное состоя-
ние является синглетным, т. е.
что электроны в возбужденном
состоянии остаются спаренными
(поглощение видимого и ультра-
фиолетового света почти всегда
переводит молекулу в синглетное
возбужденное состояние). Для
более сложных циклических сис-
тем число возможных переходов
возрастает. Зачастую эти перехо-
ды пытаются сопоставить с пе-
реходами в бензоле.
Интенсивности, соответствую-
щие электронным переходам, сильно различаются между собой. Пло-
щадь полосы поглощения (з^) на графике зависимости е от волнового
числа v прямо пропорциональна безразмерной величине, называемой
силой осциллятора f:
2,303 mec2
' лУеа
=4,32-10'В 9ГЛ.
(13-6)
В этом уравнении те и е — масса и заряд электрона соответственно,
с — скорость света, N— число Авогадро, зФ— площадь полосы на гра-
фике зависимости е от v в см-1; F представляет собой безразмерный
поправочный множитель, связанный с показателем преломления среды;
для водных растворов он очень близок к единице. Если полосу погло-
щения представить в виде треугольника с высотой етах и основанием,
Свет в биологии 19
равным ширине полосы W (измеряемой на уровне полувысоты), то для
типичной полосы поглощения с emax=104 и 1Г=3000 см-1 получим
f=0,13.
Согласно теории поглощения, сила осциллятора связана с вероят-
ностью перехода и приближается к единице лишь для самых сильных
электронных переходов. Такой высокой сила осциллятора бывает очень
редко. Например, для Си2+ она равна ~10_4, а для полосы поглощения
толуола, представленной на рис. 13-6, ~2-10-3. Низкая интенсивность
полос поглощения производных бензола определяется тем обстоятель-
ством, что для идеально симметричных молекул эти переходы являют-
ся запрещенными. Переход *Ьь для бензола становится слабо разрешен-
ным лишь вследствие сопряжения с асимметричными колебаниями
кольца. В спектре бензола линия, соответствующая переходу 0—0, от-
сутствует; разрешены лишь последующие линии, отвечающие дополни-
тельному поглощению энергии несимметричных колебаний, равной
520 см-1. Благодаря асимметрии колец толуола и фенилаланина, обу-
словленной наличием в них замещающих групп, 0—0-переход стано-
вится разрешенным и сила осциллятора принимает более высокое зна-
чение, чем у бензола. 'La-переход бензольных производных также час-
тично запрещен правилами отбора, и лишь для третьей полосы сила
осциллятора приближается к единице.
в. Поляризация переходов
Вероятность перехода прямо связана с дипольным моментом пере-
хода (или просто с моментом перехода)—векторной величиной, зави-
сящей от дипольного момента молекулы в основном и возбужденном
состояниях. Для ароматических циклических систем векторы диполь-
ных моментов л—л*-переходов лежат в плоскости кольца. Однако их
направление и величина для различных л—л*-переходов оказываются
разными.
Дипольный момент перехода имеет размерность длины (обычно его
выражают в ангстремах); его можно представить как меру смещения
зарядов в процессе перехода. Свет наиболее эффективно поглощается
в том случае, когда направление его поляризации (т. е. направление
вектора напряженности электрического поля) и направление' момента
перехода совпадают. В этом легко убедиться, измеряя поглощение све-
та кристаллами. Как и инфракрасные спектры поглощения ориентиро-
ванных пептидных цепей (рис. 13-3), электронные спектры кристаллов
обнаруживают четко выраженный дихроизм.
В отличие от л—л*-переходов п—л*-переходы в гетероциклических
соединениях и карбонилсодержащих кольцах часто поляризованы в
направлении, перпендикулярном плоскости кольца.
г. Связь максимума полосы поглощения и ее интенсивности
со структурой соединения
Хотя квантовомеханические расчеты позволяют предсказать число
полос поглощения и приблизительно указывают их местоположение,
они не дают необходимой точности при расшифровке спектров. Поэтому
в электронной спектроскопии широко используются эмпирические пра-
вила и атласы спектров, позволяющие проводить сравнительный анализ
[30, 31]. Ориентироваться в этой области читателю помогут следующие
указания. Положение полосы поглощения сдвигается батохромио
(в сторону более длинных волн, более низких энергий) при увеличении
20 Глава 13
РИС. 13-10. Спектр поглощения ликопена.
Обратите внимание на его колебательную
структуру в области ~1200—1500 см-1.
Сплошная линия соответствует полностью
транс-ликопену, а штриховая — тому же об-
разцу после выдерживания в течение 45 мин в
темноте. Обратите внимание на появление мак-
симума при ~ 360 нм, обусловленного образо-
ванием изомеров, в которых имеются двойные
цис-связи.
числа сопряженных двойных связей. Так, макс&мум поглощения бута-
диена соответствует 46100 см-1 (217 нм), а этилена — 61500 см-1. По
мере дальнейшего возрастания числа двойных связей батохромный
сдвиг становится все меньше и меньше (но остается почти постоянным,
если измерять его не в волновых числах, а в длинах волн). Для лико-
пена (рис. 12-14), содержащего И сопряженных двойных связей, по-
лоса поглощения находится
при 21 300 см-1 и имеет отчет-
ливо выраженную колебатель-
ную структуру (рис. 13-10).
Спектры некоторых цикличе-
ских молекул, например пор-
фиринов и хлорофиллов, мож-
но соотнести со спектрами ли-
нейных полиенов. Отметим
(рис. 10-2), что а- и р-полосы
порфирина являются компонен-
тами колебательной структуры
одного и того же электронного
перехода, тогда как интенсив-
ная полоса Соре порождается
другим переходом.
Полосы поглощения заме-
щенных бензольных колец поч-
ти всегда сдвинуты в сторону
более низких энергий относи-
тельно полосы поглощения ис-
ходного углеводорода. Чем
сильнее выражена способность
замещающих групп оттягивать
на себя или отдавать электро-
ны, тем больше батохромный
сдвиг. Величина сдвига корре-
лирует с постоянной Гаммета
<т. Так, первая полоса погло-
щения тирозина в воде сме-
щена на 2600 см-1 в красную
сторону от полосы бензола, тогда как для диссоциированного тирози-
нового аниона сдвиг составляет 4700 см~‘— в очень грубом приближе-
нии сдвиг действительно пропорционален сгр (табл. 3-9). Особенно боль-
шой сдвиг наблюдается в тех случаях, когда в одном и том же кольце
присутствуют противоположные по характеру функциональные группы
(например, электронодонорные и электроноакцепторные). Эффект пар
заместителей в орто- и лста-положениях примерно одинаков (в отличие
от влияния этих заместителей на реакционную способность). Когда
замещающие группы находятся в пара-положении, спектральные сдвиги
оказываются несколько иными. При наличии более чем двух замещаю-
щих групп характер спектра определяется главным образом двумя груп-
памй, оказывающими наиболее сильное влияние. Полезные эмпириче-
ские правила можно найти в работах [32] и [33].
д.' Спектры нуклеиновых кислот и белков
' Большинство белков имеет интенсивную полосу поглощения с мак-
сИмуШж 280 нм (35 700 см-4), что обусловлено присутствием аромати-
ческиэгаминокислот триптофана, тирозина и фенилаланина [34]. Форма
Свет в биологии 21
полосы с достаточной степенью точности определяется формой полос
поглощения указанных ароматических аминокислот с учетом содержа-
ния последних в белке. Спектры поглощения простых амидных произ-
водных фенилаланина, тирозина и триптофана в этой области представ-
лены на рис. 13-7 и 13-9. Низкоэнергетическая полоса триптофана соот-
ветствует двум перекрывающимся переходам ’La и >Lb [26]. Полоса,
соответствующая 'Lb-переходу, имеет четко выраженную колебательную
структуру, тогда как полоса 'La носит более диффузный характер. Мак-
симум 0—0-полос для обоих указанных переходов у производных трип-
Длина волны, нм
РИС. 13-11. Спектры поглощения цитидина (А) и уридина (Б) в ближней ультрафиоле-
товой области. I — монопротонированная форма цитидина (рЛа=4,2); II— нейтраль-
ные формы (рН~7); III— моноанионная форма уридина (рКа = 9,2).
тофана при растворении их в углеводородных растворителях равен
~289,5 нм (34 540 см-1). Однако в белках 'Ьа-полоса может быть
смещена на 3—10 нм (на — 1100 см-1) в сторону более низких энергий.
Этот сдвиг является, по-видимому, результатом образования водород-
ных связей с другими группами белка. Самый большой сдвиг наблю-
дается в тех случаях, когда NH-группа индольного кольца образует
водородную связь с группой СОО-, с кольцевым атомом азота гисти-
дина или с карбонильной группой амидов [35]. В водной среде ’Ьь-по-
лоса поглощения триптофана смещается в сторону более высоких, а
'Ьа-полоса — в сторону более низких энергий относительно соответст-
вующих полос в случае углеводородного растворителя. Из рис. 13-7
можно заметить, что вклад остатков триптофана в поглощение света
белками намного превосходит вклад эквивалентного числа остатков
тирозина или фенилаланина. Таким образом, для большинства белков
поглощение триптофана является определяющим.
Помимо трех указанных ароматических аминокислот в ближнеи
ультрафиолетовой области поглощают дисульфидные связи (рис. 13-7).
Поскольку характеристики этого процесса зависят от величины дву-
гранных углов, образуемых дисульфидными мостиками, определить
вклад данного хромофора в полосу с kmax = 280 нм довольно трудно.
Следует иметь в виду, что тирозин, триптофан и фенилаланин имеют
также полосы поглощения в высокоэнергетической части УФ-спектра
белков. Еще больший вклад в поглощение белков в этой области вна
сят амидные группы; вклад становится ощутимым при значениях л
22 Глава 13
больше 45 000 см-1. Здесь наблюдается слабый п—л*-переход с
Vmax=47 500 см-1 (Хтах = 210 нм), перекрывающийся с сильным л—л*-
переходом с Хтах—52 600 см-1 (Л.тах=190 нм). В этой области находятся
также полосы поглощения гистидина.
Как и в случае полипептидов, свойства спектров поглощения поли-
нуклеотидов отражают спектральные свойства их компонентов. На
рис. 13-11 и 13-12 приведены спектры поглощения пуриновых и пири-
1 » । » - > ।---1---1___I----1— - । 1 -L । । j । I i ।--------1---1---1—
300 250 220 200 300 250 220 . 200
Длина волны,нм
Длина волны, нм
РИС. 13-12. УФ-спектры поглощения аденозина (А) и гуанозина (Б). I— моиопрото-
нированная форма аденозина (р/Са = 3,5); II— нейтральные формы; III — моноанион
гуанозина (рКа=9,2).
мидиновых рибонуклеозидов. Число отдельных электронных переходов
точно не известно, а их природа далеко не очевидна, несмотря на мно-
гочисленные попытки расшифровать эти спектры и соотнести их между
собой [36]. То же самое можно сказать и о флавинах, спектры погло-
щения которых содержат по меньшей мере четыре интенсивные полосы
перехода (рис. 8-16) [37].
Если в белках максимум низкоэнергетической полосы поглощения
соответствует Xcsi280 нм, то для полинуклеотидов A.max = 260 нм
(38 500 см-1). При исследовании оптических свойств нуклеиновых кис-
лот особенно важной характеристикой является гипохромный эффект.
В то время как поглощение денатурированного полинуклеотида при-
мерно равно суммарному поглощению его компонентов, при образова-
нии двухцепочечной структуры с укладкой оснований одно над другим
поглощение при 260 нм уменьшается на 34%. Это явление лежит в
основе оптического метода исследования плавления полинуклеотидов
(рис. 2-28). Физическая природа гипохромного эффекта кроется во
взаимодействии тесно уложенных одно над другим пар оснований (стэ-
кинг-взаимодействие) [38].
е. Разностная спектроскопия
Часто бывает необходимо исследовать изменения поглощения света
белками или нуклеиновыми кислотами в зависимости от таких факто-
ров, как pH, температура, ионное окружение и присутствие или отсут-
о vjiuhvj
ствие других взаимодействующих молекул. Поскольку происходящие
при этом изменения спектров невелики, широко практикуется измерение
разности двух спектров — «невозмущенного» спектра и спектра, сня-
того в присутствии «возмущающего агента». В роли последнего может
выступать какой-либо реагент, добавленный в раствор (например, гли-
церин, D2O и т. д.), а также pH и температура. Разностный спектр,
представленный на рис. 13-13,5, порожден связыванием каталитиче-
ской субъединицы аспартат — карбамоилтрансферазы (гл. 4, разд. Г, 8)
с ингибитором сукцинатом и субстратом карбамоилфосфатом [39].
Этот спектр характеризуется присутствием в области поглощения аро-
матических аминокислот двух пиков и широкого минимума. При над-
лежащей интерпретации (непременное условие!) такие разностные
спектры могут дать представление об изменении в окружении арома-
тических аминокислот, входящих в состав данного белка [40].
Разностные спектры обычно регистрируют, пропуская два световых
пучка через две строго выверенные кюветы: один из пучков — через
кювету сравнения, другой — через кювету с образцом. Однако спектр,
приведенный на рис. 13-13,5, получен путем независимой регистрации
двух спектров (с выводом данных на перфокарты) и последующего
вычитания их один из другого с помощью вычислительной машины.
Те же данные могут быть представлены и иначе: в каждую из полос
поглощения вписывают логарифмически-нормальную кривую (разд. Б,
4, а), а затем наносят на график разность между сглаженной кривой и
экспериментальными точками, следующими с очень малым интервалом
[41], как это показано на рис. 13-13,5. Два графика, полученные таким
образом, выявляют тонкую структуру спектра. Это по существу иной
способ получения разностного спектра. Преимуществом указанного ме-
тода служит то, что проведенная с помощью ЭВМ аппроксимация кри-
вой дает представление о форме самой полосы поглощения. Как не-
трудно видеть, связывание сукцината и карбамоилфосфата вызывает
слабый сдвиг (20 см-1) полосы поглощения и очень небольшое ее уши-
рение. Основной эффект состоит в более четком выражении колебатель-
ной структуры 0—0-полосы при 34 600 см-1, обусловленной поглоще-
нием двух остатков триптофана, которые присутствуют в субъединице
фермента. Причина этого изменения, однако, не вполне понятна, в чем
и проявляется ограниченность метода разностной спектроскопии.
5. Круговой дихроизм и дисперсия оптического
вращения [42—45]
Круговой дихроизм образца обусловлен различием между молярны-
ми коэффициентами экстинкции для право- и левополяризованного
света [уравнение (13-7]; он наблюдается только для хиральных мо-
лекул:
Де = еь—eR(M-1CM-1). (13-7)
Значение Де может быть непосредственно измерено с помощью дихро-
графа. Спектр кругового дихроизма (КД) часто напоминает спектр по-
глощения данного образца, поскольку положение пиков для обоих слу-
чаев совпадает. Однако КД бывает как положительным, так и отри-
цательным, причем он может быть положительным для одногс
Перехода и отрицательным для другого (рис. 13-8). Все более широкое
применение находят графики, представляющие зависимость Де от дли
330 300 270 250
В Длина волны, нм
РИС. 13-13. А. Спектр поглощения каталитической субъединицы аспартат—карбамоил-
трансферазы (крестики) с вписанными в него логарифмически-нормальиыми кривым»
(сплошные линии). Б. Разность между спектром поглощения фермента в присутствии
0,09 М сукцината и 4,3 мМ карбамоилфосфата и спектром А (ср. с разностным спект-
ром поглощения интактной аспартат—карбамоилтрансферазы, приведенным в работе
[39]). В. Кривая I: «тонкая структура», выявляющаяся после вычитания спектра А из
сглаженной кривой — результата суммирования двух логарнфмически-иормальиых кри-
вых. Кривая II: тот же спектр для фермента+сукцинат+карбамоилфосфат. Фермент
был предоставлен Дж. Нагелем н Г. Шахманом, а спектр сиял И.-И. Янг.
Свет в Онологнн
ли
ны волны или волнового числа. Часто в литературе используется мо-
лярная эллиптичность:
Молярная эллиптичность = [0] — 3299Де (град-см2 дмоль-1). (13-8)
Вращательная сила полосы в спектре КД определяется выражением
Вращательная сила= J [Де/XjdX. (13-9)
Интегрирование производится по всей полосе поглощения, отвечающей
данному переходу.
Круговой дихроизм тесно связан с дисперсией оптического враще-
ния — изменением оптического вращения с длиной волны. Оптическое
вращение обусловлено различием в показателях преломления (nL—
nR) для лево- н правополяризованного света. Вращение а измеряется
в градусах или радианах. Обычно все данные представляют в виде
удельного вращения, т. е. вращения по отношению к вращению гипо-
тетического раствора, содержащего 1 г • мл-1 вещества в кювете длиной
1 дм. Зная вращение, концентрацию с' (в г-мл-1) и длину кюветы V
(в дм), можно рассчитать удельное вращение по формуле
Удельное вращение --= [а] = <xw6Jc'l'. (13-10)
Молекулярное вращение задается выражением (13-11):
Молекулярное вращение= [<р]= 100анабл/с/---[а]М/100. (13-11)
Здесь М — молекулярный вес, а с и I измеряются соответственно в
моль-л-1 и в см. Чтобы учесть небольшую поправку на поляризуемость
поля, действующего на молекулы, вводят множитель 3/(п2 + 2). Враще-
ние в радианах на 1 см оптического пути можно непосредственно вы-
разить через длину волны и показатели преломления «ь и Пц:
а(рад-см-1) — [а]с'/1800—Ji/%[nL—nR]. (13-12)
В отличие от кругового дихроизма дисперсия оптического вращения
(ДОВ) распространяется в спектральную область, далекую от полос
поглощения образца. По мере приближения к полосе поглощения оп-
тическое вращение возрастает либо в положительном, либо в отрица-
тельном направлении. Затем в пределах самой полосы поглощения оно
резко падает до нуля и далее принимает противоположный знак (кот-
тон-эффект). Хотя наличие оптического вращения в той области, где
вещество не поглощает, является определенным преимуществом метода
ДОВ, интерпретировать спектры ДОВ несколько сложнее. В принципе
данные, полученные с помощью указанных методов, взаимозависимы,
и в обоих случаях мы получаем химическую информацию одного и
того же типа. Поскольку регистрация спектров КД и ДОВ не состав-
ляет труда, а также благодаря чувствительности этих спектров к кон-
формационным изменениям и к изменениям состава среды, оба метода
широко используются в биохимии.
В качестве примера рассмотрим спектр КД медьсодержащего белка
(рис. 13-8). КД в области d—d-полос спектра поглощения меди отчасти
обусловлен асимметрией окружения иона меди в структуре белка. Та-
кова же причина и нередко наблюдаемого кругового дихроизма арома-
тических аминокислот белков. Для тирозина знак КД может быть как
положительным, так и отрицательным, но при этом он остается посто-
янным для всей полосы поглощения. Вследствие этого полосы КД по
форме сходны с полосами поглощения [19, 46]. Фенилаланин ведет
себя сложнее. Колебательные полосы, следующие за 0—0-полосой с
26 Глава 13
интервалом 930 см-1, имеют одинаковый знак, а их интенсивности
соотносятся с интенсивностью 0—0-полосы так же, как и в спектре
поглощения. Однако колебания, волновые числа которых равны волно-
вому числу 0—0-полосы плюс 180 и 520 см~>, иногда приводят к по-
явлению полос КД противоположного знака, с различным соотношени-
ем между интенсивностями [22, 46]. Таким образом, спектр КД может
, оказаться более сложным и труднее
РИС. 13-14. Спектры для спирали
(Н), [5-структуры и неупорядоченного
клубка (R), рассчитанные по спект-
рам КД пяти белков. В той области,
где не удается провести гладкую кри-
вую, оставлены точки. [Chen Y.-H.
et al., Biochemistry, 13, 3353 (1974).]
поддающимся интерпретации, чем
спектр поглощения того же хромо-
фора.
Нередко связывание симметрично-
го хромофора с молекулой белка или
нуклеиновой кислоты приводит к по-
явлению КД У этого хромофора. На-
пример, связанный ферментом пири-
доксальфосфат или пиридоксаминфос-
фат (рис. 8-8) имеет положительную
полосу в спектре КД, тогда как поло-
са хиноноидного промежуточного со-
единения С Vmax = 20 400 см1 (490 нм)
характеризуется отрицательным КД.
Это замечательное явление наводит
на мысль, что спектр КД хромофора
содержит определенную информацию
о его окружении, однако никакой про-
стой интерпретации здесь пока найти
не удается.
Легче интерпретировать дихроизм
п—л*-переходов карбонильных соеди-
нений. В данном случае имеется на-
бор правил, известных как правила
октанта, которые позволяют предска-
зывать знак и величину КД простых
соединений [47]. Разработан также
теоретический подход к анализу КД-
спектров и спектров поглощения бел-
ков в высокоэнергетической УФ-обла-
сти. В пределах регулярной 0-струк-
туры, а-спирали и кристаллических областей электронные переходы со-
седствующих друг с другом амидных групп могут быть связаны, в ре-
зультате чего имеет место делокализация возбуждения. Такая делока-
лизация (экситон) приводит к расщеплению (давыдовскому расщепле-
нию) на два перехода с различающимися энергиями и направлением
поляризации [7, 44]. Так, полоса поглощения амидной группы с
Vmax = 52 600 см-1 в случае а-спирали расщепляется на две компоненты
с vmax=48 500 и 52 600 см-1. Кроме того, низкоэнергетические л—л*- и
п—л*-переходы весьма близки по энергии, что может приводить к фор-
мированию состояния, представляющего смесь двух указанных состоя-
ний с появлением вращательной силы в л—л*-полосе, знак которой про-
тивоположен знаку вращательной силы в п—л*-полосе (см. работу
[44]). И знак, и интенсивность КД-полос зависят от конформации сое-
динения, что позволяет четко различать а-спирали, 0-структуры и ста-
тистический клубок. В водных растворах измерения проводят при дли-
нах волн, простирающихся вплоть до вакуумного ультрафиолета, т. е.
до волновых чисел ~60 000см“! [48].
Свет в биологии 27
При всех достижениях теоретического характера по предсказанию
^формы КД-спектров более ценным часто оказывается эмпирическое
сопоставление спектров разных соединений. Например, на рис. 13-14
приведены КД-спектры спиралей, p-структур и неупорядоченных пеп-
тидных цепей, рассчитанные из измеренных спектров в сочетании с
анализом реальных структур, которые установлены с помощью рент-
геновской кристаллографии [49]. Обратите внимание на глубокий ми-
нимум при 222 нм в КД-спектре а-спирали, который в случае р-структу-
ры выражен значительно слабее. Для неупорядоченной структуры при
этой длине волны КД почти полностью отсутствует. По глубине ука-
занного минимума часто оценивают относительное содержание спи-
ральных участков в белке.
Недавно достигнуты некоторые успехи в предсказании оптического
вращения молекул исходя из количественных данных по поляризуемо-
сти индивидуальных атомов [50].
В. Флуоресценция и фосфоресценция
Молекула, находящаяся в электронно-возбужденном состоянии, мо-
жет потерять свою энергию, вернувшись в основное состояние, несколь-
кими способами. Один из них состоит в испускании молекулой кванта
света (флуоресценция) [51—55]. Интенсивность и спектральные свой-
ства флуоресцентного излучения определяют, осветив образец, который
помещен в кювету с четырьмя прозрачными стенками, и установив
фотоумножитель под прямым углом к возбуждающему световому пуч-
ку. Если в абсорбционной спектрофотометрии измеряют отношение ин-
Длина волны, им
300 350 400 450 500 600
РИС. 13-15. А. Спектры испускания и возбуждения рибофлавинтетрабутирата в «-геп-
тане (см. текст) [56]. Концентрация рибофлавинтетрабутирата ~ 0,4 мг-л-1. / — спектр
возбуждения; испускание наблюдается при 525 нм. II — спектр испускания; длина вол-
ны возбуждающего света 345 нм. Б. Спектры индола в циклогексане при Т=196°С
154]. ] — спектр возбуждения; II — спектр флуоресценции; III — спектр фосфоресцен-
ции.
тенсивностей падающего и прошедшего через образец световых пучков,
то в флуоресцентной спектроскопии — абсолютную интенсивность ис-
пускаемого света. Несмотря на то что эта интенсивность мала, чувст-
вительность метода значительно выше, чем при измерении поглощения
света. Таким образом, флуоресцентная спектроскопия относится к числу
Важных аналитических методов (см., например, гл. 2, разд. 3,5). Она
оказывается также весьма ценным и чувствительным инструментом
28 Глава 13
при изучении химических свойств электронно-возбужденных состояний.
На рис. 13-15 приведены спектры возбуждения флуоресценции1’ (почти
совпадающие со спектрами поглощения) для двух соединений — фла-
вина [56] и триптофана; здесь же приведены соответствующие спектры
испускания. Последние нормированы так, чтобы высота максимума
совпадала с таковой для спектров поглощения. Обратите внимание,
что спектр флуоресценции сдвинут в сторону низких энергий относи-
тельно спектра поглощения и что эти спектры перекрываются лишь в
незначительной степени. Далее, спектр испускания по форме близок к
rSo Гт,
РИС. 13-16. Диаграммы потенциальной энергии органической молекулы в растворе в
основном (So), первом возбужденном синглетном (Si) и триплетном (Ti) состояниях
([5]; стр. 274). G — точка пересечения кривых Si и Ti. Для наглядности расстояния г
выбраны так, что гз0<Г51<Гтрэто приводит к растяжению спектров. В действительно-
сти для сложных и практически симметричных молекул rs0—rs1<rr1, так что 0—0-по-
лосы поглощения и флуоресценции почти совпадают и только полоса фосфоресценции
сильно смещена в сторону больших длин волн.
зеркальному отображению спектра поглощения. Чтобы понять, с чем это
связано, обратимся к схеме, изображенной на рис. 13-16. Напомним,
что при поглощении кванта света молекула обычно переходит на более
высокие колебательные подуровни возбужденного электронного состоя-
ния, чем те, которые она занимала в основном состоянии. Однако,
прежде чем произойдет испускание заметного количества света, избыток
п Спектр возбуждения является одним из примеров спектров действия, представ-
ляющих собой зависимость какого-либо параметра системы от длины волны поглощае-
мого света. При очень низких концентрациях чистых соединений спектры действия
практически совпадают со спектрами поглощения. Однако, поскольку значение парамет-
ра (в данном случае интенсивность флуоресценции) пропорционально количеству по-
глощенного света, спектры действия нужно сравнивать с графиками зависимости
1—Т от длины волны .(Г — пропускание; см. разд. Б,1), а не с графиками зависимо-
сти е от X. При низких концентрациях указанные величины пропорциональны. Дан-
ный вопрос хорошо изложен в книге Клэйтона [51].
ъвет в ииилши»
колебательной энергии диссипативно рассеется и возбужденная моле-
кула окажется на низшем колебательном подуровне возбужденного
электронного состояния. Именно отсюда молекула будет переходить в
основное состояние, испуская основную часть света. Помимо этого, на-
до учесть, что до поглощения молекула обычно находится в низшем
колебательном состоянии основного электронного состояния, тогда как
при флуоресценции происходит заселение многих возбужденных коле-
бательных подуровней основного электронного состояния (рис. 13-16).
Таким образом, как это следует из рисунка, спектр флуоресценции со-
стоит из серии колебательных подполос с более низкими энергиями,
чем полосы в спектре поглощения. Общей у этих двух спектров явля-
ется лишь 0—0-полоса. На самом же деле, как можно видеть из
рис. 13-15, даже 0—0-полосы в большинстве случаев не совсем совпа-
дают: в спектре флуоресценции эта полоса немного сдвинута в сторону
более низких энергий. Сдвиг обусловлен тем, что в процессе поглоще-
ния фотона или непосредственно вслед за этим событием происходит
некоторая перестройка молекул растворителя вокруг поглощающей мо-
лекулы, принимающих энергетически более устойчивое положение. Ана-
логично диссипации избытка колебательной энергии в возбужденном
состоянии релаксация молекул растворителя вокруг возбужденного
хромофора приводит к более стабильному энергетическому состоянию.
Подобный процесс релаксации происходит и в основном состоянии не-
медленно вслед за испусканием фотона, что дает свой вклад в смещение
О—0-полосы в спектре флуоресценции ([52], стр. 13).
Рис. 13-16 иллюстрирует еще одну особенность возбужденных мо-
лекул, сказывающуюся на их реакционной способности. Они могут
переходить из возбужденного синглетного состояния в более низко-
энергетическое триплетное состояние, характеризующееся наличием двух
неспаренных электронов, благодаря чему молекула приобретает свой-
ства, присущие бирадикалу. Триплетное состояние является очень дол-
гоживущим и во многом определяет фотохимические свойства молекул.
Переход из этого состояния в основное сопровождается фосфоресцен-
цией'— происходящим с некоторой задержкой испусканием света, что
иллюстрируется тем же рисунком.
Пбчему одни молекулы флуоресцируют, а другие нет? Способность
к флуоресценции в значительной мере определяется радиационным вре-
менем жизни Тг, которое, согласно уравнению (13-13), связано с кон-
стантой скорости процесса первого порядка, каким является экспонен-
циальное уменьшение числа возбужденных молекул за счет флуорес-
ценции:
тг = 1/Л{. (13-13)
Радиационное время жизни зависит от длины волны и от силы осцил-
лятора для соответствующего перехода. Для молекул, поглощающих
в ближней УФ-области, часто используют следующее приближение:
1/тг 104етзх. (13-14)
Так, при g=10 000 радиационное время жизни (время, за которое ин-
тенсивность флуоресценции уменьшается в е раз от исходного значе-
ния) равно ~10-8 с (10 нс). Чем больше поглощение, тем меньше
Радиационное время жизни, и наоборот. Помимо флуоресценции су-
ществуют и другие пути снятия возбуждения; поэтому чем меньше ра-
Диацирнное время жизни, тем с большей вероятностью будет наблю-
даться флуоресценция.
30 Глава 13
К числу процессов, конкурирующих с флуоресценцией, относятся
внутренняя конверсия, интеркомбинационная конверсия (в результате
последней молекула переходит в триплетное состояние), а также фо-
тохимические реакции, в которые может вступать молекула, находясь
в синглетном возбужденном состоянии. Внутренняя конверсия пред-
ставляет собой процесс, в ходе которого молекула переходит с низшего
колебательного подуровня одного из более высоких электронно-возбуж-
денных состояний на один из высоких колебательных подуровней ос-
новного состояния. Этот процесс служит главным каналом, по которому
снимается электронное возбуждение, и прямо конкурирует с флуорес-
ценцией. Поэтому время жизни молекулы в возбужденном состоянии1)
(т) обычно меньше тг. Эффективность флуоресценции по определению
равна
q>f=T/Tr. (13-15)
Для сильно флуоресцирующих молекул, таких, как рибофлавин, <pt
иногда превышает 0,25 [58].
Число безызлучательных переходов можно увеличить путем добав-
ления тушителей. Механизм тушения флуоресценции бывает разным;
чаще всего оно обусловлено столкновением возбужденного хромофора
с молекулой тушителя. Известны вещества, являющиеся особенно эф-
фективными тушителями (например, иодид-ионы). Эффективность флуо-
ресценции в отсутствие тушителя можно выразить через константы
скорости флуоресценции (йг), безызлучательного перехода (&d) и фос-
форесценции (kp):
<Pf=M^f+^+^p)- (13-16)
В присутствии тушителя Q скорость перехода молекулы из возбужден-
ного состояния в основное увеличивается. Отношение эффективностей
флуоресценции в отсутствие тушителя (ср“) и в его присутствии дается
уравнением Штерна — Вольмера
<Pf/q>f= 1 +K[Q1= 1+MotQl- (13-17)
Константа К известна под названием константы тушения Штерна —
Вольмера.
Примером применения тушения флуоресценции для исследования
белков могут служить эксперименты по определению доступности бо-
ковых цепей триптофана для растворителя, в которых в качестве ту-
шителя используется акриламид [59, 60].
1. Поляризация флуоресценции
Свет, испускаемый возбужденными молекулами немедленно после его
поглощения, всегда частично поляризован независимо от того, был ли
плоскополяризован возбуждающий свет. Со временем, после того как
молекулы примут беспорядочную ориентацию, поляризация люминес-
центного излучения исчезает. Зная степень деполяризации флуоресцен-
ции, можно получить ценную информацию о скорости вращения мак-
ромолекул, с которыми связан флуоресцирующий хромофор, а также
о подвижности хромофорных групп внутри макромолекулы, клеточной
мембраны и т. д. [52, 53, 55, 61]. Скорость вращения, получаемая из
данных по измерению степени поляризации, сильно зависит от вязкости
’> Непосредственно измеренное время жизни возбужденного состояния для рибо-
флавин-5'-фосфата (втах=12 200 при 450 им) при 25 °C равно ~ 5 ис [57].
Свет в биологии
среды [см. уравнение (6-32)]. Введение флуоресцентных «зондов» (на-
пример, 1-анилинонафталин-8-сульфоната) в мембраны, сократительные
волокна и т. д. дает возможность исследовать изменения подвижности,
которыми могут сопровождаться изменения физиологических условий.
Таким способом были исследованы возможные молекулярные измене-
ния в мембранах при прохождении нервного импульса и в митохондри-
ях в процессе переноса электронов [61, 62].
о
I I
O--S-O NH
№нилинонафта/шн-й-сцльсронагп
2. Внутримолекулярный перенос энергии
Нередко электронное возбуждение одного хромофора вызывает флу-
оресценцию другого хромофора, расположенного поблизости. Так, на-
пример, возбуждение молекул красителя, образующих монослой, при-
водит к флуоресценции слоя другого красителя, находящегося от пер-
вого на расстоянии 5 нм. Возбуждение остатков тирозина в белках
может вызвать флуоресценцию триптофана, а возбуждение триптофа-
на— флуоресценцию красителя, связанного с поверхностью молекулы
белка, или флуоресценцию связанного кофермента [57]. Такого рода
резонансный перенос энергии характерен для тех случаев, когда спектр
флуоресценции одной молекулы перекрывается со спектром поглоще-
ния другой. При этом реального испускания и поглощения света не
происходит, а имеет место безызлучательный перенос энергии. Резо-
нансный перенос энергии имеет большое биологическое значение для
фотосинтеза. Поскольку молекула с е = 3-104 при воздействии прямого
солнечного света поглощает около 12 квантов света в секунду, моно-
молекулярный слой хлорофилла будет поглощать всего 1 % общего
числа квантов, падающих на поверхность “листа [63]. По этой причине
молекулы хлорофилла располагаются в виде многочисленных тонких
слоев внутри хлоропластов. Однако непосредственно в реакционных
центрах, где идут фотохимические процессы, находится лишь неболь-
шое число специализированных молекул хлорофилла. Остальные мо-
лекулы поглощают свет и передают энергию в реакционный центр не-
большими порциями.
Как подсчитал Фёрстер [63а], константа скорости переноса энергии
пропорциональна константе скорости флуоресценции кл, геометри-
ческому фактору №, площади перекрывания спектров I и обратно про-
порциональна четвертой степени показателя преломления и шестой
степени расстояния г между хромофорами:
£tOCfcf№Jn-V-e. (13.18)
Фёрстер не только предсказал характер зависимости константы скоро-
сти переноса энергии от г, но и предложил формулу для расчета рас-
стояния 7?о между хромофорами, при котором синглет-синглетный пе-
ренос энергии происходит с 50 %-ной эффективностью. Обычно 7?о име-
ет порядок 2,0 нм. Используя эти соотношения, Страйер предложил
метод измерения расстояния между хромофорами. Ои провел калиб-
32 Глава 13
ровку метода, использовав семейство молекул, содержащих жесткую
тройную полипролиновую спираль различной длины, к которой с одного
конца присоединена дансильная группа (гл. 2, разд. 3,4), а с другой —
нафтильная [64 ,65]. Если происходит перенос энергии, то, возбуждая
нафтильные группы, имеющие полосы поглощения в высокоэнергети-
ческой области, можно наблюдать флуоресценцию с максимумом при
п = 1-12
больших длинах волн, характерную для дансильных групп. Поскольку
спектр флуоресценции нафтильной группы перекрывается со спектром
поглощения дансильной группы, эффективность такого переноса энер-
гии должна быть достаточно высокой. Полученная зависимость эффек-
тивности переноса от расстояния представлена на рис. 13-17. Обратите
внимание,
насколько хорошо
РИС. 13-17. Эффективность переноса
энергии в зависимости от расстояния
между а^нафтильной и дансильной
группами, расположенными на концах
полипролильного «стержня» (L-npo-
лил)п [64]. Точки указывают значе-
ния эффективности при п от 1 до 12.
Кривая есть графическое представле-
ние функции, пропорциональной г-6.
выполняется пропорциональность эффек-
тивности переноса г-6; при этом Ло =
3,4 нм. Проведя такую «спектроскопи-
ческую» калибровку, Страйер обратил-
ся далее к биохимическим макромоле-
кулам. Присоединяя флуоресцентные
зонды к родопсину, являющемуся ре-
цептором видимого света, By и Страй-
ер смогли оценить расстояния между
специфическими участками молекулы,
что позволило им сделать некоторые
заключения относительно общей фор-
мы молекулы'
При введении тербия(III) в каль-
цийсвязывающий центр термолизина
(гл. 7, разд. Г, 4) наблюдалась флуо-
ресценция, обусловленная переносом
энергии от иона кобальта(II), находя-
щегося в центре связывания цинка.
С помощью уравнения Фёрстера было
получено расстояние между Са2+ и
Zn2+, равное 1,37 нм, что согласуется
с результатами рентгеноструктурного
исследования этого фермента [66]
3. Триплетные состояния
Одним из путей снятия синглетного возбуждения является интерком-
бинационная конверсия, в результате которой молекула переходит в
триплетное, состояние. Поскольку правила отбора запрещают переходы
между возбужденным триплетным и основным синглетным состояния-
ми, время жизни. триплетного состояния оказывается достаточно боль-
шим. Отчасти поэтому, в фотохимических реакциях принимают участие
молекулы; .находящиеся, /преимущественно именно в триплетном воз-
бужденном состоянии; 'Необычно высокая реакционная, способность
Свет в биологии
33
молекул в триплетном состоянии обусловлена также его бирадикаль-
ным характером. Несмотря на запрет, безызлучательный переход из
триплетного возбужденного состояния в основное синглетное тоже воз-
можен, и поэтому для многих соединений фосфоресценция наблюдается
только при низких температурах, когда растворитель переходит в им-
мобилизованное стеклоподобное состояние.
Г. Фотохимия
Поскольку при переходе в возбужденные состояния (синглетные и
триплетные) энергия молекул повышается, последние приобретают хи-
мические свойства, которых не было у невозбужденных молекул [67,
67а]. Изменения значений p^a функциональных групп при переходе в
возбужденное состояние могут приводить к диссоциации протонов или
к их присоединению. Диссоциация на ионы или радикалы иногда со-
провождается разрывом связей. Могут протекать реакции фотоприсое-
динения и фотоотщепления, а также изомеризация молекул, играющая
важную роль в функционировании зрительных рецепторов. Возбужден-
ные молекулы могут стать сильными окислительными агентами, спо-
собными принимать атомы водорода или электроны от других молекул.
Примером такого рода служит фотоокисление ЭДТА рибофлавином
(подвергающимся фотовосстановлению, как показано на рис. 8-15). Бо-
лее важным с точки зрения биологии процессом является фотосинтез,
в ходе которого возбужденные молекулы хлорофилла осуществляют
фотовосстановление других молекул, временно оказываясь при этом в
окисленном состоянии. К сожалению, ценность исследования фотохи-
мических реакций сильно снижается возможностью протекания множе-
ства параллельных реакций, зачастую приводящих к образованию ог-
ромного количества разных фотохимических продуктов (достаточно
взглянуть на тонкослойную хроматограмму продуктов распада рибо-
флавина, рис. 2-34).
1. Химическое равновесие в возбужденном состоянии
При облучении пиридоксамина, который находится в форме бипо-
лярного циклического иона [схема (8-27)] и имеет полосу поглощения
£'Vmax = 30 700 см-1, максимум флуоресценции- наблюдается при
v=25 000 см-1. Если же облучают основный пиридоксамин, находя-
щийся в форме циклического аниона и имеющий полосу поглощения с
'Vmax = 32 500 см_), то максимум флуоресценции наблюдается при
27 000 см-1, т. е. сдвиг от максимума поглощения снова составляет
~5500 см__[. Однако, если то же соединение поместить в кислую среду,
в которой -vmax = 34 000 ом-1, максимум люминесценции опять наблю-
дается при 25 000 см-1 (т. е. его положение совпадает с таковым для
нейтральной биполярной ионной формы) и, следовательно, сдвинут от
Максимума поглощения на 9000 см"1 [68, 69]. Это явление, наблюдае-
мое для большинства фенолов, было объяснено быстрой диссоциацией
протона фенольной группы, находящейся в фотовозбужденном состоя-
нии. Таким образом, возбужденный пиридоксаминовый катион в кислой
сРеде быстро превращается в биполярный ион. Другими словами, фе-
нольная группа в возбужденном состоянии становится более кислой,
чем в основном.
Прямую информацию о значениях рДа группы в возбужденном со-
стоянии может дать исследование зависимости интенсивности флуорес-
ценции от pH. Для оценки рЛа фенолов в возбужденном состоянии
34 Глава 13
используется также более косвенная методика (предложенная Фёрсте-
ром). Пусть £i—энергия 0—0-перехода для недиссоциированной фор-
мы (определяемая лучше всего как среднее между наблюдаемыми
энергиями перехода в спектрах поглощения и флуоресценции), а Е2 —
энергия 0—0-перехода для диссоциированной формы (анионной в слу-
чае фенолов); далее, пусть АН и АЯ* — энтальпия диссоциации соот-
ветственно в основном и возбужденном состояниях. Отсюда сразу сле-
дует, что
£1_Еа=АЯ— ЬН*. (13-19>
Если принять, что изменение энтропии для реакций в основном и воз-
бужденном состояниях одинаково, то мы получим следующие соотно-
шения:
lg (KVK)--=Nh(^)/(2,3RT), (13-20).
или
рЕ*=рЕ—(2,1-IO’3) А Дем’1) при 25 °C. (13-21).
Из уравнения (13-21) следует, что сдвиг спектра поглощения основной
формы на 1000 см-1 в сторону более низких значений волнового числа
относительно спектра кислой формы соответствует уменьшению рЕа
для диссоциации кислой формы на 2,1 единицы. Хотя положение 0—0-
полосы лучше определять одновременно по спектрам поглощения и
флуоресценции, часто снимают лишь спектры поглощения и положение
0—0-полосы определяют по положению максимума полосы поглоще-
ния. Так, для пиридоксамина сдвиг максимума поглощения от 34 000 см-1
в протонированной форме к 30 700 см-1 в диссоциированной форме
предполагает, что рЕа пиридоксамина, равное 3,4 в основном состоя-
нии, при возбуждении уменьшится на 6,9 единицы, до значения —3,50.
В то время как фенолы и амины в синглетном возбужденном состоя-
нии оказываются более кислыми; чем в основном, некоторые соединения
(например, ароматические кетоны) в фотовозбужденном состоянии
становятся более основными.
Наличие аномально большого сдвига спектра флуоресценции нашло,
весьма интересное применение в работе Джонсона и др. [70]. Погло-
щение пиридоксальфосфата в составе гликогенфосфорилазы при
%=330 нм (30 300 см-1) может быть обусловлено либо образованием
аддукта между одной из функциональных групп фермента и шиффовым
основанием, образованным PLP и боковой цепью лизина (структура А),
’> Согласно расчетам Бриджеса и др. [69], значение р/<* составляет —4,25, тогда.,
как из pH-зависимости флуоресценции найдено рА* ~ —4,1.
Свет в биологии 35
»бо образованиемнеионной циклической формы шиффова основания
гидрофобном окружении (структура Б). Для структуры А положение
дектра флуоресценции должно быть таким же, как и для пиридокса-
Ьина. С другой стороны, в шиффовом основании такого типа, как в
Структуре Б, должно иметь место фотоиндуцированное перемещение
Протона (фототаутомеризация) с образованием соединения В, имеюще-
А Б
го полосу поглощения с Хтах = 430 нм (23 300 см-1) и флуоресцирую-
щего при еще меньших длинах волн [52, 70]. Поскольку Хтах флуорес-
ценции равна 530 нм, был сделан вывод, что хромофор имеет струк-
ЯУРУ Б.
Скорость диссоциации протона для молекул, находящихся в воз-
бужденном состоянии, в настоящее время измеряют непосредственно с
помощью наносекундной флуориметрии [71].
2. Фотохимические реакции, в которых участвуют
основания нуклеиновых кислот
Фотохимические превращения пуринов и пиримидинов приобретают
особую важность в связи с высокими значениями молярной экстинкции
Чуклеиновых кислот. Это означает, что свет с высокой вероятностью, по-
глощается этими молекулами и может вызывать фотохимические реак-
ции, приводящие к мутациям [72, 73]. И пиримидины, и пурины1) пре-
терпевают целый ряд фотохимических превращений, но обычно наиболь-
ший вклад в повреждения нуклеиновых кислот Дают лишь два типа
реакций с участием пиримидинов. Одна из них — фотогидратация, осо-
^Нно легко протекающая для цитидина:
nh2
(13-22)
же пурины примерно в десить раз менее чувствительны, чем пиримидины.
36 Глава 13
Эта реакция является фотохимическим аналогом гидратации а,0-ненд«
сыщенных карбоновых кислот (реакция типа 2В). Фотогидратации под»
вержены и производные урацила. (
Второй, более важной реакцией является фотодимеризация тимин^
(а также урацила):
При этом образуется целый ряд стереоизомеров, в основе которых ле-
жит циклобутановая структура. Фотодимеры с указанной выше струк-
турой преобладают при облучении замороженных растворов тимина.
Важным следствием фотодимеризации тимина является то, что цикло-
бутановые димеры блокируют репликацию ДНК. Этим в основном и
объясняется летальное и мутагенное действие ультрафиолетового из-
лучения на живые организмы. Дело принимает настолько серьезный
оборот, что клетки используют специальный механизм выщепления ти-
миновых димеров из молекулы ДНК (гл. 15, разд. 3,2).
Много лет назад было сделано одно любопытное наблюдение. Бак-i
терии, получившие летальную дозу УФ-света, выживали, если сразу;
вслед за этим их облучали видимым светом или ближним ультрафио-.
летом. Такая фотореактивация приводила к выживанию значительной
части бактерий. В настоящее время показано, что фотореактивация;
связана с действием фотореактивирующего фермента (ДНК-фотолиазы);
[74—76], который имеет максимум поглощения вблизи 380 нм и об^
ращает реакцию (13-23). Фермент присутствует в клетках в таком не-
большом количестве, что исследовать механизм катализируемого им
таинственного ферментативного процесса пока не удается. Однако в
его важной роли сомневаться не приходится, так как фотореактиви-
рующие ферменты обнаружены почти у всех организмов, включая жи1’
вотных.
Д. Фотосинтез;
Фотохимическое восстановление СО2 в органические соединения слу-,
жит основным источником энергии для биосферы, несмотря на то что’
к числу организмов, в которых идет этот процесс, относится лишь не-,
сколько родов фотосинтезирующих бактерий (табл. 1-1) (включая си-
не-зеленые водоросли), а также эукариотические водоросли и высшие
зеленые растения. Теперь уже повсеместно признано, что в ходе фо-
топроцессов в этих организмах генерируются NADPH (или восстанов-
ленный ферредоксин) плюс АТР (гл. 11, разд. Г, 2) [77—79]. Однако
эта точка зрения далеко не всегда представлялась очевидной. Рассмот-
рим суммарную реакцию образования глюкозы в ходе фотосинтеза у
высших растений:
6СО2 + 6Н,О--► 6О2 -ЬС6Н12Ов, (13-24а)
6СО2+ 12Н2О* --> 60^ + СвН12О6 + 6Н2О (13-246)
Из стехиометрии уравнения (13-24а) следует, что либо все 12 атомов
кислорода образующихся молекул О2 поступают из СО2, либо одни
поступают из СО2, а -другие — из Н2О. В настоящее же время считают,.
Свет в биологии 37
что все атомы кислорода для образования Ог поставляет вода в соот-
ветствии с уравнением (13-246). Эту идею высказал К. Ван-Ниль [79а]
в 1933 г. Он отметил, что при бактериальном фотосинтезе вообще не
образуется Ог и что бактерии должны иметь в распоряжении какой-то
восстановитель — источник водорода для восстановления СОг [уравне-
ние (13-25)]:
hv
Н2А--->А4-2Н. (13-25)
В этом уравнении НгА может обозначать H2S (как в пурпурных серных
бактериях), элементарный водород Нг, изопропанол и т. д. Рассмотрев
множество реакций такого рода, Ван-Ниль пришел к логическому за-
ключению, что у сине-зеленых водорослей, выделяющих Ог, и у эука-
риотических растений в роли окисляемого субстрата, представленного
в уравнении (13-25), выступает вода. Ее расщепление приводит к об-
разованию Ог и поставляет атомы водорода, необходимые для процесса
восстановления. Интересно, что такое фотохимическое расщепление яв-
ляется единственной известной реакцией биологического окисления
НгО. Ни один из окислителей, имеющихся в живых организмах, не яв-
ляется достаточно мощным, чтобы отщепить атомы водорода от моле-
кулы воды; этой способностью наделены лишь фотохимические реакци-
онные центры фотосинтезирующих организмов.
1. Две фотосистемы
Различие между фотосинтезирующими бактериями и зелеными рас-
тениями стало еще более очевидным после экспериментов Р. Эмерсона
и его сотрудников [79b], выполненных в 1956 г. Было известно, что
свет с длиной волны 650 нм намного более эффективен, чем свет с
длиной волны 680 нм. Однако Эмерсон и др. показали, что сочетание
света этих двух длин волн дает более высокую скорость фотосинтеза,
чем свет с каждой из указанных длин волн по отдельности. Это позво-
лило предположить, что существуют две разные фотосистемы. Фото-
система, известная теперь как фотосистема I, активируется далеким
красным светом (~700 нм), тогда как фотосистема II — красным све-
том с более высокой энергией (~650 нм). Это положение подтверж-
дается множеством разных фактов. Еще в 1937 г. Хилл [79с] показал,
что фотосинтетическое образование Ог может идти с использованием
мягких окислителей, таких, как феррицианид и бензохинон, а Г. Гаф-
фрон [79d] обнаружил, что некоторые зеленые водоросли способны
вести фотоокисление Нг до протонов [уравнение (13-25)], используя
электроны для восстановления NADP. Таким образом, фотосистема I
может быть отделена от фотосистемы II.
Был найден мощный гербицид, дихлорофенилдиметилмочевина, бло-
кирующий перенос электронов между этими двумя фотосистемами.
В присутствии указанного соединения электроны могут поступать в
фотосистему I от таких искусственных доноров, как аскорбиновая кис-
лота или индофенольный краситель.
С1
3 - (3,4 - диморфенил)-1,1-диметилмочевина.
38 Глава 13
-0,6
-0,4
—0,2
0
+0,2
+0,4
+0,6
Поглощение
света
Ингибирование под
действием
DCMU
+0,8
+ 1,0
Р682
Циклическое фотофос-
форилирование: здесь
могут быть два участ-
ка сопряжения
Поглощение
света
NADPH
*---цит bses
цигп Ь559
цит f
Феррицианид, другие
окислители Хилла
----* PC
ч Р700
Аскорбат, другие искусст-
венные доноры электронов
Фотосинтезирующая
система I
Фотосинтезирующая
система II
РИС. 13-18. Z-схема (от слова zigzag) фотовосстановления в хлоропластах; для пер$
носа одного электрона необходимо затратить энергию двух квантов. Обозначения^
Р682 и Р700 — хлорофиллы реакционных центров; Q — тушитель флуоресценции P68I
и предполагаемый первый акцептор электронов; PQ — пластохинон; PC — пластоциЯ1-
нин; Z — первый акцептор электронов в фотосистеме I; Fd — ферредоксин; DCMU-А
дихлорофенилдиметилмочевина. Необходимо отметить, что положения Р682, Р700, ,О
и Z на шкале значений £°' точно не известны. Значения Е°' для Р682 и Р700 должны;
соответствовать паре (хлорофилл/хлорофильный катионный радикал) в окружений
присущем их окружению в реакционных центрах; возможно, эти значения ниже, чеМ
здесь указано. Неизвестны и окислительно-восстановительные потенциалы Q и Z; воз-
можно, они выше, чем здесь указано.
В результате этих и других экспериментов был сформулирован ряд
положений, послуживших основой для создания так называемо^
Z-схемы фотосинтеза (рис. 13-18). Перенос одного электрона через эту
систему требует затраты энергии двух квантов света. Таким образом,
для образования одной молекулы NADPH необходимо четыре кванта,
а на каждый акт включения СО2 в состав углевода — восемь квантов.
Большинство авторитетных специалистов в этой области считают, что
для восстановления одной молекулы СО2 требуется по меньшей мере
восемь-девять квантов.
Еще один важный эксперимент (поставленный Эмерсоном и Ар-
нольдом [79е]) был основан на использовании очень коротких вспышек
света. При измерении квантового выхода фотосинтеза обнаружился
поразительный факт: за один цикл работы фотосинтезирующего аппа-
рата листьев на каждые 3000 молекул хлорофилла высвобождалась
лишь одна молекула О2. Вместе с тем подсчеты показывали, что на
каждую высвободившуюся молекулу О2 поглощалось лишь около вось-
KjtSCl В unvtfxvitiu
W11 квантов света. Отсюда вытекало, что в поглощении одного кванта
света участвует около 400 молекул хлорофилла, и, таким образом, мож-
но было сделать вывод, что большое число молекул хлорофилла рабо-
тает как единая светоулавливающая система, которая снабжает энер-
гией один реакционный центр. Эта точка зрения в настоящее время
получила всеобщее признание.
2. Фотофосфорилирование
Вспомним теперь материал гл. 11, где говорилось, что в цикле Каль-
вина для превращения СО2 в сахар необходимы как NADPH, так и
АТР. Насколько нам известно, стехиометрия реакции определяется урав-
нением (11-16). Помимо двух молекул NADPH, требуемых для восста-
новления одной молекулы СО2, нужны еще три молекулы АТР. Умест-
но спросить, откуда же они берутся. Z-схема дает на это простой от-
вет. Падение потенциала в цепи переноса электронов, соединяющей
«верхний конец» фотосистемы II с «нижним концом» фотосистемы I,
вполне достаточно для синтеза АТР в результате переноса электронов.
По всей вероятности, на каждую пару электронов, проходящих по этой
цепи переносчиков, синтезируется только одна молекула АТР. Посколь-
ку, согласно стехиометрии уравнения (11-16), на каждую молекулу
NADPH приходится Р/2 молекулы АТР, должен существовать еще ка-
кой-то механизм синтеза АТР. Кроме того, в хлоропластах, несомненно,
протекает и множество других ATP-зависимых процессов, так что ре-
альные потребности в АТР, генерируемом в ходе фотосинтеза, могут
быть значительно выше.
Как показали Арнон и др. [791], дополнительное количество АТР
может синтезироваться в хлоропластах в результате циклического фо-
тофосфорилирования: электроны, находящиеся на «вершине» фотосис-
темы I, возвращаются в цикл, замыкаемый указанной на рис. 13-18
штриховой стрелкой. Для синтеза АТР используется система переноса
электронов, которая либо связана с цепью переноса Z-схемы, либо яв-
ляется независимой. Фактически Арнон и др. считали, что в хлороплас-
тах имеются три фотосистемы: фотосистема I участвует в циклическом
фотофосфорилировании, а фотосистема II состоит из двух частей, яв-
ляющихся компонентами Z-схемы [80].
Чем различаются процессы фотосинтеза у растений (рис. 13-18) и
бактерий? Ответ очевиден: бактерии имеют только фотосистему I, а фо-
тосистема II, в результате функционирования которой высвобождается
б>2, у них отсутствует. Экспериментально показано, что образование
фотосинтезирующими бактериями восстанавливающих эквивалентов
(восстановленного ферредоксина или NADPH) требует примерно вдвое
меньшего числа квантов света, чем это необходимо зеленым растениям,
В которых должна расщепляться Н2О.
3. Пигменты и их окружение
Хлорофиллы (рис. 13-19) по строению сходны с гемами (рис. 10-1),
но кольцо IV в отличие от соответствующего ему кольца D в порфиринах
неполностью дегидрировано. Кроме того, хлориновая кольцевая струк-
тура в хлорофилле модифицирована путем образования пятого кольца
(*), содержащего кетонную группу и метиловый эфир. Как можно
заметить, кольцо V формируется в результате образования поперечной
*®язи между боковой цепью пропионовой кислоты кольца III и угле-
1®Дом метенового мостика. Данная кольцевая система известна под
40 Глава 13
названием феопорфирин. Характер заместителей по периферии кольца
указывает на родство хлорофиллов и порфиринов. Однако у большин-
ства хлорофиллов одна из карбоксиэтильных групп этерифицирована
длинной фитольной цепью. Главным пигментом в хлоропластах и самым
важным для фотосинтеза хромофором зеленых растений является хло-
рофилл а. Другие формы хлорофилла наряду с каротиноидами и неко-
о
II
— С — СНз в бактериохлорофилле сь
Наименование кольцевой системы (без замещающих групп)
кольцо V отсутствует: хлорин
кольцо V присутствует: среопорсририн
в кольце Vимеется свободная-Си()Н-группа-.хлорофиллиды
в кольцах [[и Vимеются свободные-COQ^,-группы:
хлорофиллины
Мдг+ замещен на 2Н+:(реофитины
Фитильная группа-,
вхлородзилле
Chlorobium замеще
на на С.г-фарнезил
(рис.12-П)
РИС. 13-19. Структурные формулы хлорофиллов.
торыми другими пигментами относятся к числу вспомогательных пиг-
ментов и рассматриваются как своего рода «светонакопители». Их отно-
сительное содержание в фотосинтезирующей единице хлоропластов шпи-
ната (разд. 4) указано в табл. 13-2.
В 80%-ном ацетоне хлорофилл а имеет интенсивную и узкую полосу
поглощения с Хтах = 663 нм (15 100 см-1); у хлорофилла а в составе
хлоропластов этот максимум сдвинут в красную область — основная
часть хлорофилла поглощает при 678 нм. В зеленых листьях почти не-
изменно присутствует хлорофилл b (рис. 13-19). Максимум поглощения
этого соединения в ацетоне равен 635 нм (15 800 см-1). Хлорофилл с
обнаруживается у диатомей, бурых водорослей (Phaeophyta) и пан-
цирных жгутиковых (рис. 1-7); он не содержит фитольной группы и,
как полагают, является смесью двух соединений. Хлорофилл d, который
наряду с хлорофиллом а присутствует в некоторых видах Rhodophyta
(гл. 1, разд. Г,3), охарактеризован лишь частично [77].
Свет в биологии 41
Таблица 13-2
Приблизительный состав «усредненной»
фотосинтезирующей единицы хлоропластов шпината9’ 6
Компонент
Число молекул
Хлорофилл а
Хлорофилл b
Каротиноиды
Пластохинон А
Пластохинон В
Пластохинон С
а-Токоферол
а-Токоферилхинон
Витамин Кг
Фосфолипиды
Сульфолипиды
Г алактозилглицериды
Железо
Ферредоксин
Цитохром bsss
Цитохром bS59
Цитохром f
Медь
Пластоцианин
Марганец
Белок
160
70
48
16
8
4
10
4
4
116
48
490
12
5
1
атомов
1
6
1
2
928 000
атомов
атома
дальтои
Из монографии Грегори [77] [по данным статьи Luchtenthaler Н. К., Park R. В ,
Nature (London), 198, 1070 (1963)] и книги White A., Handler Р., Smith Е. L., Prin-
ciples ol Biochemistry, 5th ed., р. 528, McGraw-Hill, New York, 1973.
б Число молекул рассчитано исходя из допущения, что каждая единица содержит
два нона Мп2+.
Фотосинтезирующие бактерии содержат бактериохлорофиллы, у ко-
торых восстановлено кольцо II (рис. 13-19). Полоса поглощения этих
соединений сдвинута относительно полосы поглощения хлорофилла а
в красную сторону до ~770 нм. Основной хлорофилл зеленых серных
бактерий Chlorobium — хлоробиум-хлорофилл — имеет оксиэтильную и
фарнезильную боковые цепи. К числу производных хлорофилла отно-
сятся феофитины, образующиеся в результате удаления Mg2+ при обра-
ботке хлорофилла слабой кислотой. В результате гидролиза сложно-
эфирной метильной группы образуются хлорофиллы, а при одновре-
менном удалении метильной и фитильной групп — хлорофиллины.
Поскольку хлорофиллы легко и полностью экстрагируются мягкими
растворителями [81], можно подумать, что они попросту растворены
в липидном компоненте мембран. Однако в спектре поглощения хлоро-
филла в листьях присутствуют полосы, сдвинутые в красную сторону
относительно их положения в спектре хлорофилла а в ацетоне, причем
величина сдвига достигает 900 см-1. В большинстве зеленых растений
хлорофилл имеет по меньшей мере четыре основные полосы с Лтах =
~662 нм (15 120 см-1), 670 нм (14940 см-1), 677 нм (14770 см-') и
83 нм (14 630 см-1) [82]. Иногда наблюдаются также минорные поло-
CbI с Vmax —14 420 и 14 230 см-1 (рис. 13-20). Отсюда можно сделать
вывод, что молекулы хлорофилла внутри мембран находятся в разном
окружении. В результате спектр поглощения становится шире, способ-
ствуя более эффективному улавливанию света. Считается, что в реак-
ционных центрах тоже имеется хлорофилл; в фотосинтезирующей сис-
|?Ме I он поглощает при ~700 нм (14 290 см-1), а в фотосистеме II —
ири ~682 нм (14 660 см-1).
fi2 Глава 1,3
РИС. 13-20. А. Анализ спектра поглощения хлорофилла в суспензии хлоропластных
фрагментов из Scenedesmus [82]. Б. Схематическое представление пространственной
конфигурации полипептидного остова и расположения молекул хлорофилла в одной
субъединице бактериохлорофиллсодержащего белка [Fenna R. Е., Matthews В. W.,
Nature (London), 258, 573—577 (1975)]. Кружочками указаны предполагаемые поло-
жения атомов а-углерода. Ход полипептидиой цепи в нескольких местах остается не-
определенным (пунктирная линия). Чтобы не загромождать рисунок, атомы магния,
заместители в кольце хлорофилла и фитольные цепи (за исключением первой) не ука-
заны. В. Предполагаемое расположение пары молекул хлорофилла а в реакционных
центрах [93а]. R— фитол; R' — атом Н молекулы воды или аминокислотного остатка
белка.
Бактериохлорофилл, содержащийся в клетках Chromatium, тоже
имеет три полосы поглощения с Zmax = 800, 850 и 890 нм. Последняя
полоса соответствует бактериохлорофиллу реакционного центра — един-
ственной из форм, которая флуоресцирует. Водорастворимый бактерио-
хлорофиллсодержащий белок, выделенный из зеленых фотосинтезирую-
щих бактерий Chlorobium, удалось получить в кристаллическом виде.
Расшифровка трехмерной структуры этого белка с помощью рентгенов-
ской кристаллографии [83] показала, что каждая из субъединиц
(с мол, весом 50 000) тримерной молекулы содержит семь встроенных
молекул бактериохлорофилла, как это показано на рис. 13-20,5. В зе-
леных растениях хлорофилл может присутствовать также в комплексе
с более гидрофобными белками. Было выделено два таких комплекса
[84], один из которых предположительно принадлежит фотосистеме I,
а другой — фотосистеме II.
Облучение хлоропластов вызывает легко измеряемую флуоресцен-
цию хлорофилла а, в то время как хлорофилл b и другие формы хло-
рофилла, а также каротиноиды и прочие пигменты совершенно не флуо-
ресцируют. Отсюда следует, что все они служат вспомогательными пиг-
РИС. 13-21. Спектры поглощения хлорофиллов и вспомогательных пигментов [Govindjee
G. and R„ Sci. Am., 231, 68—82 (Dec. 1974)].
ментами, эффективно передающими энергию хлорофиллу а, который
находится в реакционном центре. Как видно из рис. 13-21, полосы по-
глощения вспомогательных пигментов лежат обычно в области более
высоких энергий, чем полосы поглощения реакционных центров. Таким
образом, фотосинтезирующий организм поглощает свет в широком ди-
апазоне длин волн, и вся поглощенная энергия поступает далее в реак-
ционные центры.
К наиболее важным вспомогательным пигментам относятся кароти-
ны (рис. 12-14), из которых главным в большинстве зеленых растений
является p-каротин. Зеленые серные бактерии содержат у-каротин; один
из концов молекулы этого соединения не подвергается циклизации и
напоминает ликопен. Хлоропласты содержат разнообразные оксигени-
рованные каротиноиды (ксантофиллы). Из них в высших растениях и
зеленых водорослях преобладают неоксантин, виолаксантин [уравнение
(12-30)] и лютеин. Лютеин напоминает зеаксантин, но на одном из
концов цепи кольцо изомеризуется путем перемещения двойной связи
в положение, показанное ниже:
Эвглена и родственные ей микроорганизмы содержат в больших
количествах антераксантин (разд. Д, 7), тогда как в бурых водорослях
и диатомеях преобладают фукоксантин и зеаксантин (рис. 12-14). Пур-
пурные серные бактерии Rhadospirillum ru.bru.in синтезируют особый
спириллоксантин; на обоих концах молекулы этого соединения имеется
представленная ниже структура:
ОСНз
44
Глава 13
Еще один класс вспомогательных пигментов, распространенных ме-
нее широко, составляют тетрапирролы с открытой цепью [85]; из-за
структурного родства с пигментами желчи (рис. 14-14) их часто назы-
вают «растительными желчными пигментами». Фикоцианины придают
характерный цвет сине-зеленым водорослям. Они образуют группу конъ-
югированных белков (билипротеидов), содержащих в качестве связан-
ного с ними пигмента фикоцианобилин (рис. 13-22). Подобным же об-
разом красные фикоэритрины из Rhodophyta содержат связанный фико-
3 верифицирована белком
к фикоэритрине
Этерифицирована ме/паноло/*,
в аплизиовиолине
Этил л
фикоцианобилине
фикоцианобилине
Н
Фикоэритробилин
СН.(
Спиральная структура
фикоцианобилина
(ЮС СОО •
I
Предполагаемая структура хромофора фитохрома
(для qiopMbt, поглощающей при 625 нм)
РИС. 13-22. Структура тетрапирролов с открытой цепью, присутствующих в растениях
(см. также рис. 14-14).
эритробилин (рис. 13-22). Хотя эти пигменты иногда называют линей-
ными тетрапирролами, не исключено, что на самом деле их молекулы
уложены в виде спирали (рис. 13-22). Билипротеиды водорослей (фи-
коцианины и фикоэритрины), по-видимому, агрегируют и образуют осо-
бые гранулы, находящиеся с наружной стороны фотосинтезирующих
мембран. В сине-зеленых водорослях эти гранулы называют фикобили-
сомами.
4. Строение хлоропластов [86]
Как и другие органеллы, генерирующие энергию (митохондрии), хло-
ропласты содержат сложно организованную систему внутренних мемб-
ран. В бесцветной строме находятся стопки уплощенных дисков, име-
нуемые гранами. Сами диски (тилакоиды) в свою очередь состоят из
пары близко расположенных мембран толщиной 9 нм, разделенных
. Свет в биологии
40
щелевидным пространством, которое носит название локулуса
(рис. 13-23). Предполагают, что наружный слой содержит белковые
субъединицы диаметром 4 нм, тогда как с внутренней стороны нахо-
дится липидный слой, содержащий хлорофилл, каротиноиды и некото-
рые специфические липиды. Однако хлорофилл находится преимущест-
венно в комплексе с белком (разд. Д, 3). О высоком содержании в хло-
ропластах галактозилдиглицеридов, дигалактозилглицеридов и сульфо-
липидов (рнс. 2-32) уже упоминалось ранее. Возможной функцией этих
липидных компонентов считается взаимодействие с молекулами хлоро-
филла, за счет чего и создается неоднородность в окружении последне-
го, о которой говорилось выше, но этот вопрос требует дальнейшего
исследования. Судя по КД-спектрам (Грегори [77], стр. 111), молекулы
РИС. 13-23. Электронная микрофотография хлоропласта из листа люцерны (с любез-
ного разрешения Harry Т. Horner Jr., университет шт. Айова.)
46 Главе 18
хлорофилла внутри мембран определенным образом ориентированы
относительно плоскости тилакоидов..
Вопрос о возможной организации тилакоидных мембран в фотосин-
тезирующие единицы, или квантосомы, пока не решен [86, 87]. Как было
показано методом замораживания — травления, диаметр квантосом
~20 нм, а толщина ~ 10 нм. Однако некоторыми исследователями
были выявлены лишь частицы кубической формы меньшего размера,
которые могли быть молекулами рибулозодифосфат-карбоксилазы
(ребро куба ~12 нм; гл. 7, разд. К, 3,ж) или молекулами фактора со-
пряжения с синтезом АТР (ребро куба ~ 10 нм, разд. Д, 6).
В химическом отношении фотосинтезирующие единицы были охарак-
теризованы исходя из числа разного рода молекул, находящихся в-
мембране хлоропласта и приходящихся на пару атомов марганца
(табл. 13-2). Каждая такая единица предположительно содержит один
реакционный центр фотосистемы I и один реакционный центр фото-
системы II.
5. Реакционные центры и первая стадия фотохимического
процесса
Одним из наиболее интересных вопросов, связанных с проблемами
фотосинтеза, является вопрос о природе первой стадии фотохимическо-
го процесса. В каком возбужденном состоянии находится при этом
хлорофилл — синглетном или триплетном, — пока неизвестно. Как бы
то ни было, считается, что далее возбужденный хлорофилл (Хл*) пере-
дает электрон какому-то акцептору, превращающемуся в радикал А", и
переходит в форму окисленного радикала Хл+:
А
Хл~ Хл-+А- (13-26)
Согласно схеме, изображенной на рис. 13-18, акцептором А в фотосисте-
ме II служит Q, а в фотосистеме I — Z. Окисленный хлорофилл (Хл+)
далее немедленно вступает в реакцию, получая электрон от некоего
донора. В фотосистеме I наиболее вероятным кандидатом на роль та-
кого донора является пластоцианин.
Фотоокисление хлорофилла, протекающее согласно схеме (13-26),
сопровождается-ослаблением главной полосы поглощения. Однако, по-
скольку на каждый реакционный центр приходится большое число
улавливающих свет молекул хлорофилла, этот эффект выражен слабо.
Изучению всего процесса способствовало выделение изолированных
фотохимических реакционных центров из бактериальных хроматофоров
(гл. 1, разд. А, 11). Несмотря на некоторые вариации химического-
состава, свойства реакционных центров, выделенных из пурпурных и
зеленых бактерий нескольких родов, довольно близки. В состав этих
центров входят три белка с мол. весом 21 000, 24 000 и 28 000 в соотно-
шении 1:1:1 [88], а также четыре молекулы бактериохлорофилла, две
молекулы бактериофеофитина, молекула убихинона, атом негемового
железа и (если не считать мутантов, дефектных по системе синтеза
каротиноидов) каротиноид. Например, в реакционном центре Rhodospi-
rillum rubrum присутствует одна молекула спириллоксантина [89].
Имеются указания, основанные частично на данных об экситонном
расщеплении £90], что хлорофилл участвует в фотохимической реакции
в виде димера.
Свет в биологии 47
Это предположение распространяется и на хлорофилл, находящийся
в реакционных центрах в хлоропластах зеленых растений [91]. Данные
о возможной структуре димера были получены в результате рентгено-
структурного анализа кристаллического этилхлорофиллида а. В этом
случае молекулы упакованы в виде полимера, кольца соседних молекул
хлорофилла соединены через молекулы воды, а ионы Mg2+ оказываются
на расстоянии ~0,04 нм над плоскостью четырех пиррольных атомов,
азота с той же стороны, что и молекула воды, присоединенная с по-
мощью координационной связи [92]. Было высказано предположение,
что молекулы хлорофилла образуют симметричный димер, при этом
обе молекулы одинаковым образом гидратированы [93] или связаны
с ОН-, SH- или NH-группами (рис. 13-20, В).
Пикосекундные кинетические исследования [94] обесцвечивания
бактериохлорофилла, содержащегося в изолированных реакционных
центрах, показали, что начальное фотохимическое окисление хлорофил-
ла в форму Хл+ происходит в течение 10-10 с (0,1 нс). В соответствии
с этим время жизни т возбужденного состояния хлорофилла в фотосис-
теме I хлоропластов оценивается в 0,13 нс (сравните с временем жизни
То для свободного хлорофилла, равным 19 нс) [95]. Низкое значение
т в случае хлоропластов обусловлено быстрым переносом электрона
с хлорофилла на акцептор. Время жизни возбужденного состояния-
хлорофилла в фотосистеме II примерно в 10 раз больше (1,5 нс)1’ [95].
Обесцвечивание бактериохлорофилла сопровождается появлением
сигнала ЭПР со значением g= 1,82; по-видимому, это обусловлено вос-
становлением первичного акцептора, возможно негемового железа [96].
Судя по другим данным, акцептором является хинон [97] (или убихи-
нон в Rhodopseudomonas). Соответствующей модельной реакцией слу-
жит фотовосстановление бензохинона при обесцвечивании хлорофилла,
происходящее в спиртовом растворе [98]. Первичным акцептором в:
фотосистеме I хлоропластов, по-видимому, является особый Fe-S-белок
[99].
Какова химическая природа Хл+? Было высказано предположение,;
что в стабилизации радикальной ионной формы, образующейся после-
удаления электрона из кольца III [схема (13-27)], принимает участие
карбонильная группа соседнего кольца V. Обратите внимание, что &
резонансной структуре, изображенной внизу, нарушается система со-?
пряжения двойных связей в кольце, чем, вероятно, и объясняется обес-1
цвечивание хромофора.
(13-27)
’> По данным экспериментов, недавно выполненных на хлоропластах Chlorella-
[95а], истинное время жизни возбужденного состояния хлорофилла составляет 0,6 нс, а'
не 0,13 нс.
*8
В определенных условиях хлорофилл может фотовосстанавливаться;
предполагают, что первым фотохимическим актом этого процесса явля-
ется перенос электрона от одной молекулы хлорофилла на другую в
пределах димера или (в бактериях) от молекулы бактериохлорофилла
на бактериофеофитин.
6. Цепи переноса электронов в хлоропластах [101]
Рассмотрим теперь более внимательно процессы, в которые вовле-
кается далее восстановленный акцептор электронов А~ [уравнение (13-
26)], а также процессы, связанные с возвращением электрона на окис-
ленный Хл+. Электродный потенциал пигмента Р700, входящего в хло-
ропластах в состав фотосистемы I (рис. 13-18), равен +0,43 В, Квант
света с длиной волны 700 нм несет достаточное количество энергии
(1,77 эВ) для фотовосстановления переносчика, потенциал которого на
1,77 В более отрицателен, т. е. равен —1,3 В. Однако вероятность об-
разования столь мощного восстанавливающего агента очень мала.
Во-первых, улавливание энергии света не может идти со 100%-ной эф-
фективностью1’. Если фотохимическая реакция проходит через триплет-
ное состояние, то значительная часть поглощенной энергии теряется.
Далее, неизвестны переносчики, которые обладали бы таким отрица-
тельным окислительно-восстановительным потенциалом. И, кроме того,
мы не знаем электродного потенциала гипотетического переносчика Z.
Большинство авторов принимают его равным от ~—0,55 до —0,6 В;
это близко к потенциалу ферредоксина, в связи с чем было высказано
предположение, что Z представляет собой связанную молекулу фер-
редоксина. Согласно более поздним данным, в этой роли выступает
особый Fe-S-белок [99]. Как бы то ни было, ясно, что Z способен быстро
восстанавливать ферредоксин, возможно, с участием неизвестных пока
переносящих электрон белков. Восстановленный ферредоксин хлоро-
пластов, будучи одноэлектронным переносчиком (гл. 10, разд. В), может
передавать электроны через флавопротеид Fd-NADP—редуктазу на
NADP+, в результате чего образуется NADPH.
Для зеленых растений конечное звено цепи переноса электронов чет-
ко установлено, чего нельзя сказать о бактериях. В этом случае выявить
фотохимический синтез восстановленных промежуточных соединений со
значением потенциала, близким к потенциалу ферредоксина, не удалось.
Полагают, что акцептором электронов является хинон (вероятнее всего,
убихинон) [102]. Поскольку Е°' хинона близко к нулю, для восстанов-
ления NADP+ необходимо использовать «обращенный поток электро-
нов», приводимый в действие с помощью АТР. Обращение потока мог-
ло бы иметь место за счет окисления половины фотовосстановленного
хинона в цепи переноса электронов окисленным Хл+ реакционных цент-
ров, которое сопряжено с синтезом АТР (циклическое фотофосфорили-
рование).
В хлоропластах кандидатом на роль донора, передающего электроны
непосредственно на Р700 и стоящего в цепи переноса электронов, ко-
торая идет от фотосистемы II к фотосистеме I (рис. 13-18), можно
считать медьсодержащий белок пластоцианин (PC). Важная роль пла-
стоцианина была выявлена при работе с клетками Scenedesmus; в ус-
ловиях недостатка меди (рис. 1-9) эти клетки не способны к фотовос-
’> Обычно не учитывают, что свет несет с собой не только энергию, ио и энтро-
пию. Важным следствием этого является тот факт, что для совершения химиче-
«гаЙ работы мозйбт 0кп>?й»й1Й*ДОио лишь 78% энергии солнечного света с длиной
чй»ЛЙы 700 ик /Кппх R. S.. Bioohvs J.. 9. 1351. 1969).
Свет в биологии 49
становлению СОг с помощью Нг, но реакция Хилла протекает в них
с нормальной скоростью. На другом конце цепи стоит Q, электронный
акцептор фотосистемы II. Q — это первая буква английского слова qu-
encher — тушитель; указанный акцептор тушит флуоресценцию хлоро-
филла Р682, т. е. хлорофилла а, содержащегося в реакционном центре
фотосистемы II. Облучение хлоропластов светом с длиной волны 650 нм
активирует фотосистему II, но не фотосистему I. В этих условиях Q
оказывается в восстановленном состоянии и наблюдается усиление
флуоресценции Хл*, что, вероятно, связано с отсутствием акцептора
электронов Q. Если же активировать фотосистему I красным светом с
большей длиной волны, то Q остается преимущественно в окисленной
форме, что и приводит к тушению флуоресценции.
Природа соединения Q точно неизвестна, но большинство исследо-
вателей считают, что это один из пластохинонов (PQ). Пластохинон А,
преобладающий в хлоропластах шпината, имеет структуру, изображен-
ную на рис. 10-8, с девятью изопреноидными звеньями в боковой цепи.
В хлоропластах шпината присутствует по меньшей мере шесть других
пластохинонов. Особенно широко распространены пластохиноны С, гид-
роксилированные в различных положениях боковой цепи. В пластохи-
ноне В эти гидроксильные группы ацилированы. Имеется целый ряд
других модификаций, включая и различия в числе изопреноидных звень-
ев в боковых цепях [103, 104]. Таким образом, в цепи переноса элек-
тронов может функционировать одновременно несколько разных пла-
стохинонов. По имеющимся оценкам, на каждый реакционный центр
приходится около пяти молекул пластохинонов, так что пластохиноны
могут служить своего рода электронным буфером между двумя фото-
синтезирующими системами. В соответствии с этим считается, что Q
представляет собой малый пул пластохинонов, связанный с реакцион-
ным центром и отделенный от большего пула реакцией, ингибируемой
DCMU.
Обычно считают, что в цепи между фотосистемами II и I имеются
два переносчика электронов — цитохром &559 и цитохром f (последний
является цитохромом с-типа) [104а]. Хотя высказывались предположе-
ния о существовании параллельных путей [105], большинство исследо-
вателей полагают, что переносчики расположены в следующей после-
довательности:
Q—»-PQ ► Цитохром Ь559 »- Цитохром f ► PC. (13-28)
Последовательность PQ—•цитохром bssg-"цитохром f, по-видимому,
весьма близка к последовательности переносчиков в митохондриях
[106] убихинон •'цитохром Ьт-*цитохром которая содержит участок
сопряжения II с синтезом АТР (рис. 10-11). Как указано на рис. 13-18,
с синтезом АТР, по-видимому, сопряжен и соответствующий участок
цепи переноса электронов в хлоропластах.
Сходство систем переноса электронов в митохондриях и хлоропла-
стах стало еще более очевидным, когда оказалось, что для синтеза АТР
необходим сопрягающий фактор хлоропластов СРЬ сходный по свойст-
вам с митохондриальным белком Fi (гл. 10, разд. Д, 8). Как и сопря-
гающий фактор митохондрий, фактор Ср! состоит из субъединиц пяти
разных типов [107, 108]. Подобно митохондриям, хлоропласты (на све-
ту) также «перекачивают» протоны через мембраны. Однако при этом
протоны накапливаются внутри тилакоидов, тогда как в митохондриях
они выводятся наружу. Сопрягающий фактор CFt находится На наруж-
ной поверхности тилакоидов, обращенной в сторону:стромального ма^
' 60 fWna
трикса, а фактор Ft—На внутренней стороне митохондриальной мемб-
раны. Весьма вероятно, что хлоропласты и. митохондрии используют
один и тот же механизм синтеза АТР.
Существует мнение, что перенос протонов через мембраны тилакои-
дов сопряжен с циклическим окислением и восстановлением пластохи-
нонов (аналогично тому, как это происходит с убихиноном в митохон-
дриях) и что фотосистема II локализована внутри тилакоидов. В таком
случае после расщепления молекулы воды два протона (по одному на
электрон) останутся внутри тилакоида, а электроны будут выведены
под действием света через двойной липидный слой к акцептору Q,
расположенному снаружи. Аналогичным образом можно предположить,
что хлорофилл в фотосистеме II локализован с внутренней стороны
двойного слоя, а акцептор Z — снаружи (рис. 13-18). Поскольку в ходе
происходящего с наружной стороны восстановления NAD+ в NADH вы-
свобождается протон, в сумме происходит перекачивание полутора про-
гонов на каждый электрон, проходящий через Z-систему [107, 109].
Согласно химио-осмотической гипотезе (гл. 10, разд. Д,9, в), источни-
ком свободной энергии, необходимой для синтеза АТР, является именно
Перенос протонов, приводящий к появлению градиента pH и мембранно-
го потенциала.
Пути, в ходе которых осуществляется циклическое фотофосфорили-
рование в хлоропластах, пока не установлены. Полагают, что в этом
процессе участвует цитохром 6563 (цитохром Ь$), но неясно, направля-
ются ли электроны далее к пластохинонам или поступают прямо на
цитохром f.
Большой интерес представляет фотофосфорилирование неорганиче-
ского фосфата в пирофосфат (PPi), осуществляемое хроматофорами из
7?. rubrum. Имеются данные, что образовавшийся таким образом PPi
далее Вовлекается в целый ряд различных энергозависимых реакций,
идущих в хроматофорах [ИО]. Одним из примеров такого рода служит
образование NADH в результате обращения потока электронов. Сразу
Же возникает вопрос: как согласовать эти данные с положением о том,
что PPi всегда немедленно гидролизуется (гл. 11, разд. Б,2)? Не исклю-
чено, что нё только в бактериях, но и в других организмах PPi иногда
используется как дополнительный источник энергии.
Что касается донора электронов в фотосистеме II, то имеются вес-
кие данные о непосредственном участии в этом процессе двух-четырех
Йонов Мп2+, присутствующих в каждом из реакционных центров [Ш].
Поэтому цепь часто изображают идущей от НгО через Мп2+ на Р682.
Была предложена специальная схема [112], отражающая прямое взаи-
модействие между окисленным хлорофиллом и гидроксил-ионом воды,
связанным с металлом координационной связью:
[как в уравнении (13-27)]
(13-29)
(ОН-радикал связан с Мп)
Как и чрезвычайно' сложный механизм восстановления О2 цитохром-
оксидазой^-комлонентом цепи переноса, электронов в митохондриях
(гп ЮУ. — дегидрироваяие г в хлоропластах двух молекул воды с
Свет в биологии 51
образованием одной молекулы О2, протекающее с участием четырех
электронов, трудно изобразить в виде простой схемы. В ходе экспери-
ментов по исследованию процесса выделения кислорода под действием
периодически повторяющихся световых импульсов было установлено,
что в системе II в его основе лежит четырехквантовый процесс [112а].
Окисляющие эквиваленты на этом конце цепи должны каким-то обра-
зом сохраняться, пока их количества не станет достаточно для выделе-
ния молекулы кислорода. Все эти события происходят в центре метал-
лофермента (см. дополнение 13-А), вероятно, с участием двух ионов
Мп2+. Каждый ион Мп2+ после связывания с радикалом по схеме (13-
29) может быть окислен до Мп3+, обеспечивая совершение второго акта
поглощения света, в результате чего связывается еще один ОН-радикал.
В итоге образование молекулы О2 можно схематически представить
следующим образом:
2[Н2О—Мп(Н)]
2 hv [уравнение (13-29
Ч2е"
2[НО’—Мп(П)]--> 2[Н2О—Мп+(Ш)]
2 hr
^2е-
2[НО—Мп+(Ш)]
+ 2 Н* .
2[Мп(П)] (13-30)
Еще одним моментом, связанным с переносом электронов на этом
конце цепи, является возможное наличие особого участка, где запасает-
ся энергия, необходимая для синтеза АТР [113]. В этом случае процесс
должен включать большее число стадий, чем указано на схеме (13-30),
что делает его еще ближе к цитохромоксидазной системе, работающей
в обратном направлении. Хотя в целом природа процессов, протекаю-
щих на завершающей стадии образования О2, еще далеко не ясна,
исследования в этом направлении в какой-то степени облегчаются в
связи с открытием специфических Ингибиторов. Так, гидроксиламин,
по-видимому, блокирует окисление Н2О, не влияя на перенос электро-
нов от искусственных доноров через фотосистемы II и I.
Поскольку при образовании углеродсодержащих продуктов фото-
синтеза главным проЦессом/по всей видимости, служит включение СО2
через цикл Кальвина (гл. 11, разд. Г, 2), источником восстанавлива-
ющих эквивалентов должен быть процесс расщепления, шести молекул
воды с одновременным выделением О2. В противном, случае уравнение
(13-25) не будет выполнено. Тем не менее имеются данные, что непо-
средственным источником кислорода при образовании О2 являются
ионы бикарбоната [114]. Более поздние эксперименты показывают,
что 18О из бикарбоната не включается в О2, но бикарбонат все же
стимулирует выделение кислорода [115], действуя, по всей вероятно-
сти, как аллостерический эффектор.
Й Глайа 13
Дополнение 13-А
Марганец
Обычно содержание марганца в тканях составляет в пе-
ресчете на сухой вес менее одной части на миллион, что
отвечает средней концентрации его в свежих тканях 0,01 мМ
(для сравнения укажем, что концентрация присутствующего
в больших количествах в животных тканях Mg2+ составляет
10 мМ). Содержание марганца в костях несколько выше
(3,5 млн-1). Тем не менее этот элемент является необходи-
мым компонентом пищиа>б, и его недостаток приводит к за-
болеваниям с четко выраженными симптомами, в частности
к дегенерации ткани яичников и семенников, к укорочению и
искривлению конечностей и к другим деформациям скелета.
В костях и хрящах становится заметно меньше органическо-
го матрикса. Понижается содержание в хрящах галактозами-
на, а также гиалуроновой кислоты и хондроитинсульфатов.
Очень важен этот элемент и для роста растений.
Марганец расположен в середине первой переходной
группы элементов. Устойчивый ион Мп2+ имеет пять Зо!-элек-
тронов с максимальным суммарным спином. Большую роль
в функционировании некоторых ферментов играет, по всей
вероятности, менее устойчивый ион Мп3+, который, возмож-
но, участвует также в процессе высвобождения кислорода
при фотосинтезе [схема (13-30)].
Специфической потребностью в Мп2+ обладает порази-
тельное число ферментов. К ним относятся галактозил- и
N-ацетилгалактозаминил—трансферазы®, участвующие в син-
тезе мукополисахаридов (гл. 12, разд. В, 1), а также лакто-
зосинтетаза [уравнение (12-Па)]. Пируваткарбоксилаза
[уравнение (8-2)] содержит четыре прочно связанных иона
Мп2+, по одному на каждую из молекул биотина. Ион мар-
ганца необходим для каталитического действия фермента
на стадии транскарбоксилирования; помимо этого, Мп2+ или
Mg2+ нужны на начальной стадии карбоксилирования био-
тина.
Марганец является компонентом вишнево-красной супер-
оксиддисмутазы из Е. coli [уравнение (8-61); см. также до-
полнение 10-3]. Этот фермент с мол. весом 40 000 содержит
два атома Мп (III). Аналогичные ферменты были выделены
из митохондрий куриной печени и из дрожжей. Дрожжевой
фермент представляет собой тетрамер; каждая субъединица
с мол. весом 24 000 содержит один атом связанного марган-
ца1-. Белок, известный под названием авиманганина, по-ви-
димому, является неактивной формой куриного фермента.
Интересно, что цитоплазматические супероксиддисмутазы из
тех же источников являются Cu-Zn-ферментами (дополнение
10-3)д. Ионы марганца в супероксиддисмутазах в ходе ка-
тализа реакции, описываемой уравнением (8-61), как пола-
гают, совершают переходы между состояниями окисления II
и III. То же, вероятно, относится к содержащему марганец
белку (или нескольким таким белкам) в хлоропластах [урав-
V* В Cl В unuevjnn
нение (13-30)]. Еще одним белком, содержащим Мп2+, яв-
ляется конканавалин А (рис. 5-7).
Многие из белков, нуждающихся в Mg2+, могут вместо
него использовать Мп2+, и этим обстоятельством химики не-
редко пользовались при изучении активных центров фермен-
тов6. Сильный парамагнетизм Мп2+ позволяет применять ме-
тод ЭПР (дополнение 5-Б), а также исследовать парамаг-
нитную релаксацию сигналов ЯМР (гл. 7, разд. Д, 7). Мар-
ганец может замещать и Zn2+ в цинкзависимых ферментах,
иногда вызывая интересные изменения их каталитических
свойств®.
Возможно, функция марганца состоит в регуляции актив-
ности ферментов. Например, известно, что глутаминсинтетаза
(гл. 14, разд. Б, 2) в одном из состояний активна только в
присутствии Mg2+, но при аденилировании прочно связывает
Мп2+. Многие нуклеазы и ДНК-полимеразы при замещении
Mg2+ на Мп2+ изменяют свою специфичность. Каково зна-
чение этих различий in vivo, сказать пока трудно, но о них
следует помнить.
А4п2+ накапливается внутри бактериальных спор (гл. 16,
разд. В, 1). Для Bacillus subtilis присутствие Мп2+ является
абсолютно необходимым условием инициации споруляции.
На стадии логарифмического роста бактерии при выращи-
вании их в среде, содержащей Мп2+ в концентрации 1 мкМ,
могут накапливать его внутри клеток до концентрации
0,2 мМ; в ходе споруляции концентрация Мп2+ становится
еще выше7 * * * 11.
а O’Dell В. L., Campbell В. J., Compr. Biochem., 21, 191—203 (1971).
6 Leach R. Al., Jr., in: Trace Element Metabolism in Animals-2 (W. G. Hoekst-
ra et al., eds.), pp. 51—59, Univ. Park Press, Baltimore, Maryland, 1974.
° Baker A. P„ Griggs L. J., Munro J. R„ Finkelstein J. A., JBC, 248, 880—
883 (1973).
r Villafranca J. J., Yost F. J., Fridovich I., JBC, 249, 3532—3536 (1974).
д Ravindranath S. D., Fridovich J., JBC, 250, 6107—6112 (1975).
e Mildvan A. S., Annu. Rev. Biochem., 43, 357—399 (1974).
ж Haffner P. H., Goodsaid-Zalduondo F., Coleman J. E., JBC, 249, 6693—
6695 (1974).
3 Villafranca J. J., Wedler F. C., Biochemistry, 13, 3286—3291 (1974).
« Deuel T. F„ Prusiner S., JBS, 249, 257—264 (1974).
7. Фотореакции, в которые вступают
каротиноидные пигменты
Весьма примечательно, что в природе не встречается таких зеленых
растений, в которых не было бы каротиноидных пигментов [116]. Прав-
да, при исследовании фотосинтеза используются бескаротиноидные му-
танты, но в естественных условиях им едва ли удалось бы выжить.
Каротиноиды защищают хлорофилл от разрушительного действия вы-
рабатываемого под действием света молекулярного кислорода. Меха-
низм этого защитного действия пока неясен.
Каротиноиды выполняют еще одну функцию — они являются вспо-
могательными светоулавливающими пигментами. На существование
третьей функции указывает протекание индуцируемой светом восстав
ВТ Глава1в а т:-О
новительной дезоксигенации эпоксикаротиноидов [уравнение (13-31),
стадия а] [117, 118].
Эпоксикаротиноиды встречаются только в фотосинтезирующих орга-
низмах, образующих кислород. Их фотодезоксигенация и последующая
реоксигенация, не являющаяся фотохимическим процессом [уравнение
(13-31), стадия б], составляют виолаксантиновый цикл. Виолаксантин
содержит эпоксиструктуры на обоих концах молекулы. Фотовосстанов-
ление на одном конце приводит к образованию антероксантина; если
же фотовосстановление затрагивает оба конца, образуется зеаксантин.
Три указанных каротиноида обнаружены почти во всех высших зеле-
ных растениях и в водорослях. Относительно энзимологии и биологи-
ческого значения виолаксантинового цикла известно очень мало. Воз-
можно, он выполняет регуляторную функцию. Деэпоксидирование
[уравнение (13-31), стадия а], по-видимому, идет с участием аскор-
биновой кислоты и происходит во внутренней полости тилакоидов.
Протеканию этой реакции благоприятствует сильное закисление среды,
имеющее место в хлоропластах при их освещении. Эпоксидирование
[уравнение (13-31), стадия б] катализируется «внешней» моноокси-
геназой, расположенной со стороны стромы. В результате возникает
трансмембранный цикл, зависящий от прохождения каротиноидов
через мембрану [118].
8. Регуляция фотосинтеза
Ключевой реакцией восстановления СО2 в цикле Кальвина является
карбоксилирование рибулозодифосфата [уравнение (7-81)]. Карбокси-
лаза аллостерически активируется фруктозо-6-фосфатом, а ингибирует-
ся фруктозо-1,6-дифосфатом (рис. 13-24) [119]. Таким образом, на-
копление фруктозо-1,6-дифосфата служит сигналом, выключающим
процесс карбоксилирования, тогда как появление фруктозо-6-фосфата
в высоких концентрациях инициирует реакции цикла Кальвина. Отсю-
да следует, что функционирование цикла Кальвина, подобно реакциям
глюконеогенеза (гл. 11, разд. Е,5), коренным образом зависит от
фруктозо-1,6-дифосфатазы, подверженной эффективным регуляторным
воздействиям. В хлоропластах этот фермент активируется светом, дей-
ствие которого опосредуется восстановленным ферредоксином. Послед-
ний совместно с неким «белковым фактором» превращает неактивную
фруктозодифосфатазу (вероятно, восстанавливая какую-то группу фер-
мента) в активную форму (рис. 13-24) [119]. Свет активирует также
ряд других, ферментов цикла Кальвина [120], а весьма важный фер-
мент глицеральдегид-3-фосфат—дегидрогеназа под действием света,
по-видимому, меняет свою специфичность (от NADH к NADPH) [121].
Другим аспектом регуляторного процесса является активация 3-фос-
фоглицератом синтеза ADP-глюкозы из глюкозо-1-фосфата — регуля-
ция опережающего типа (рис. 13-24). Вопросы регуляции фотосинтеза,
ие рассмотренные здесь, обсуждаются в работе [122]. :
Свет вбиологии оэ
ADP-глюкоза.
Глюкоза - 1-дюарат
PP-t АТР
Крахмал
РИС. 13-24. Некоторые механизмы регуляции ассимиляции двуокиси углерода в ходе
фотосинтеза [119].
Специфическая адаптация
Первым продуктом включения СО2 в цикле Кальвина является
3-фосфоглицериновая кислота (гл. И, разд. Г, 2). Именно быстрый
переход радиоактивной метки из 14СО2 в фосфоглицерат и другие
Сз-соединеиия позволил Кальвину и его коллегам построить схему
этого сложного цикла в том виде, в каком она представлена на
рис. 11-4. Зеленые водоросли (с .которыми работал Кальвин), шпинат
-г'йф гШлавв’^'Зя т»яй
и другие культурные растения часто называют Сз-растениями. Другая
группа растений, большей частью тропические виды, способные к ис-
ключительно быстрому росту (в частности, сахарный тростник, куку-
руза и ползучие сорняки), ведет себя иначе [123—127]. Радиоактивный
СО2 включается сначала в Отсоединения— оксалоацетат, малат и ас-
партат. С4-растения характеризуются высокой эффективностью фото-
синтеза, чем и объясняются быстрый рост ползучего сорняка и высо-
кие урожаи кукурузы. Максимальная скорость включения СО2 у этих
растений может достигать 40—60 мг СО2 на квадратный дециметр
поверхности листа в час (~0,3 ммоль СО2 на м~2-с-1, или —-0,10 моль
СО2 на 1 моль суммарного хлорофилла в 1 с), что вдвое выше, чем
для большей части сельскохозяйственных растений.
а. Низкая скорость фотодыхания Сц-растений
Как и все другие организмы, растения дышат, причем при освеще-
нии Сз-растений скорость потребления ими кислорода сильно возрас-
тает. Она может составлять на свету (фотодыхание) 50% от скорости
фотосинтеза и не позволяет растениям достичь максимальной эффек-
тивности фотосинтеза. Понимание этих процессов и контроль над ними
составляют одну из важнейших сельскохозяйственных проблем. В ча-
стности, обсуждались такие возможности, как выведение сортов рас-
тений с низкой скоростью фотодыхания или подавленным синтезом
гликолата [126, 127].
Скорость фотодыхания довольно трудно измерить. Поэтому в ли-
тературе часто оперируют другой величиной — точкой СО2-компенса-
ции% понимая под этим такую концентрацию СО2 (при заданной по-
стоянной интенсивности света), при которой ассимиляция СО2 в ходе
фотосинтеза уравновешивается дыханием. Воздух содержит 0,03 %
(или 300 млн-1) СО2. Для обычных сельскохозяйственных С3-растений
точка СО2-компенсации составляет ~40—60 млн-1 при 25 °C. Для
С4-растений эта точка намного ниже, иногда менее 10 млн-1. Роль
данного различия особенно велика при сильном освещении, поскольку
при этом содержание СО2 в воздухе над полем растущих растений
заметно падает. Точка СО2-компенсации в жаркие дни повышается,
в результате у Сз-растений в отличие от С4-растений сильно понижа-
ется эффективность фотосинтеза.
б. Связь фотодыхания с метаболизмом гликолевой кислоты
Двухуглеродная гликолевая кислота образуется в больших коли-
чествах в хлоропластах Сз-растений и далее поступает в цитозоль
[128]. Одним из источников гликолата, вероятно, служит фосфогли-
колат, образование которого катализируется рибулозодифосфат-карб-
оксилазой хлоропластов [уравнение (7-28)]. Гликолевая кислота об-
разуется в результате конкуренции О2 за центр связывания СО2 на
ферменте (отсюда легко понять, почему повышение содержания О2
в воздухе повышает точку СО2-компенсации растения). Вторым источ-
ником гликолата служит реакция с участием транскетолазы, в резуль-
тате которой в качестве побочного продукта образуется гликольальде-
гид [уравнение (8-15)]. Гликольальдегид далее легко окисляется в
гликолат. Могут существовать и другие источники гликолата.
Точка световой компенсации определяется как интенсивность света, при которой
скорость дыхания и скорость потребления СОг в процессе фотосинтеза равны.
Свет в бйологии 5?
Метаболизм гликолата характеризуется высокой скоростью, но про-
текает он не в хлоропластах, а в пероксисомах (микротельцах; гл. 1,
разд. Б, 6). Здесь имеется флавинсодержащая оксидаза, превращаю-
щая гликолат в глиоксилат с образованием Н2О2 (рис. 13-25) [129].
РИС. 13-25. Образование гликолата в хлоропластах и некоторые пути его метаболизма
в пероксисомах и митохондриях [120].
Часть образовавшейся перекиси водорода неферментативным путем
декарбоксилирует глиоксилат (при этом образуются формиат и СОг),
но основная ее часть, вероятно, разрушается в пероксисомах под дей-
ствием пероксидаз или каталазы (последний фермент, как это ни
странно, отсутствует в хлоропластах — видимо, в этом состоит одна
из причин, почему окисление гликолата происходит именно в микро-
ба •' дз
тельцах). Из глиоксилата в результате переаминирования образуется
глицин, который может подвергаться декарбоксилированию в мито-
хондриях (рис. 14-32). Он может также превращаться в серин, часть
которого снова попадает в пероксисомы и окисляется в оксипировино-
градную и далее в глицериновую кислоту (рис. 13-25). Последняя
может быть далее использована для синтеза глюкозы. В итоге про-
исходит интенсивная стимуляция метаболизма, приводящего к осво-
бождению СОг; по-видимому, именно к этим процессам сводится ин-
дуцированное светом дыхание растений (хотя до конца этот вопрос
далеко не ясен).
в. С^-цикл, приводящий к повышению концентрации
двуокиси углерода
Каким образом снижается интенсивность фотодыхания С4-растений?
Данные о включении СОг в оксалоацетат привели вначале к предпо-
ложению о существовании альтернативного циклу Кальвина процесса
восстановления СО2, однако дальнейшие исследования показали, что
«секрет» С4-растений лежит в наличии у них механизма повышения
концентрации СО2, ослабляющем конкуренцию со стороны О2. Все
виды С4-растений имеют характерную внутреннюю анатомию листа:
сосудистые пучки охватывает одиночный плотный слой темно-зеленых
ЙИС. ,13-йб. Сц-ЦИКЛ-^ЫШения концентрация СО».в С4-расгещгях.
Свет в биологии 59
клеток, а вокруг этой обкладки располагается рыхлый слой клеток
мезофилла (так называемая анатомия «кгапг»-типа). Для С4-растений
характерно пространственное разделение химических реакций между
мезофиллом и клетками обкладки. Включение СО2 (точнее, бикарбо-
нат-иона) в оксалоацетат происходит в мезофилле и осуществляется
в основном с помощью РЕР-карбоксилазы (рис. 13-26). Оксалоацетат
восстанавливается в малат при участии NADPH, образующегося под
действием света. Другой путь основан на переаминировании оксало-
ацетата с образованием аспартата. Далее и малат, и аспартат диф-
фундируют, перемещаясь из клеток мезофилла в клетки обкладки.
Здесь малат подвергается окислительному декарбоксилированию [под
действием яблочного фермента; уравнение (7-37)] в пируват (рис. 13-
26). Аспартат тоже может превращаться в тех же клетках в оксало-
ацетат, малат и пируват. Отметим, что результатом всех этих превра-
щений является транспортировка СО2 из клеток мезофилла в клетки
обкладки, а также перенос двух восстанавливающих эквивалентов в
форме NADPH (после действия яблочного фермента). СО2, NADPH
(и еще некоторое количество NADPH, который образуется в хлоро-
пластах клеток обкладки) используются затем в реакциях цикла Каль-
вина для синтеза 3-фосфоглицерата и других соединений. По имею-
щимся оценкам, из всех молекул СО2, используемых в клетках обклад-
ки, 85% поступает через С4-цикл и лишь 15%—за счет прямой
диффузии. Это дает клетке ряд преимуществ: создается более высокое
давление СО2, уменьшается конкуренция со стороны О2 и существенно
ослабляется фотодыхание.
Пируват, образующийся в клетках обкладки, в основном возвра-
щается в клетки мезофилла и фосфорилируется при участии пируват,
фосфат—дикиназы. Этот необычный фермент [уравнение (11-22)] рас-
щепляет АТР на АМР и РР\, который в свою очередь расщепляется
до Рь В результате на возвращение каждой молекулы пирувата в цикл
приходится затрачивать энергию двух высокоэнергетических связей.
По этой причине считают, что циклическое фотофосфорилирование
играет более важную роль в хлоропластах клеток мезофилла, чем в
клетках обкладки.
г. Метаболизм у растений семейства Crassulaceae
К семейству Crassulaceae принадлежит большая группа растений,,
в том числе многие декоративные суккуленты, например заячья капуста
(Sedum). Метаболизм у этих растений примечателен тем, что в ночное
время в них синтезируется большое количество яблочной и изолимон-
ной кислот. В течение дня, когда идут процессы фотосинтеза, эти кис-
лоты исчезают. Еще один интересный факт: устьица листьев (гл. 1,
разд. Д, 4) днем остаются закрытыми и открываются только ночью —
таким путем растения приспособились обходиться малым количеством
воды. Задача, стоящая перед указанными растениями, заключается в
том, чтобы ночью накопить двуокись углерода, а днем включить ее в
состав органических соединений путем фотосинтеза. Возможный меха-
низм этого процесса схематически представлен на рис. 13-27. В левой
части рисунка изображены реакции, идущие ночью, в ходе которых
крахмал расщепляется с образованием фосфоенолпировиноградной
кислоты (РЕР). Хотя это соединение можно было бы получить путем
гликолиза, эксперименты с введением метки указывают, что в рассмат-
риваемом нами случае более важную роль играют реакции пентозо-
фосфатного пути [96]. РЕР выступает в роли акцептора СО2 и пре-
вращается ₽ оксалоацетат, который далее восстанавливается в яблоч-
60 Глава 13
ную кислоту. Эти процессы можно изобразить в виде схемы сбаланси-
рованного брожения [рис. 13-27; уравнение (13-32)], где используется
NADPH, образующийся в ходе превращения глюкозо-6-фосфата в ри-
булозо-5-фосфат. Днем, когда АТР и NADPH имеются в избытке в
результате фотосинтеза, происходят превращения, изображенные в
правой части рисунка. Первая стадия — высвобождение СО2 из яблоч-
Крахмал
Глюкозо-б -фосфат
2 3-фосфо глицерат
2 Фоссроенолпируват
2 Оксалоащегат
—с
Фруктозо-1,б-дифисфагп
2 Триозофосфат
NADPH
АТР
Днем
2 Фасфоенолпируват
|атр-*амр
2 Пируват
^2 СО2(в Цикл
2 Кальвина")
NADP+
---► 2 Яблочная кислота
РИС. 13-27. Предполагаемая схема метаболизма органических кислот в диевиое и ноч-
ное время у растений семейства Crassulaceae.
ной кислоты под действием яблочного фермента — протекает так же,
как и в Сграстениях. В данном случае она используется для высво-
бождения запасенного ночью СО2, который далее включается в орга-
нические соединения в цикле Кальвина. Остающийся пируват снова
превращается в крахмал.
СвН10О6 (крахмал) + 2СО2 (газ) -> 2С4Н4О|- (малат) 4-4И+, (13-32)
&G' (pH 7) = — 159 кДж-моль-1.
Интересно, что многие растения накапливают значительные количе-
ства малата в цитоплазме и в вакуолях. Очевидно, он служит резерв-
ным материалом, использующимся при синтезе углеводов.
д. Прямое восстановление в формиат
. В конских бобах (Vicia faba) наблюдается специфическое включе-
ние метки из |4С<>2 в глутамат, в положение Cg, что может быть объ-
Свет в биологии 61
яснено прямым восстановлением СОг в формиат восстановленным фер-
редоксином [130]:
2 Fd» 2 Fd Дальнейшие
У окисл превращения
С £>2 *- Формиат—
4fe/77U/74W-H4Fol
j"" Глицин
Серин
Пируват
j (13-33)
Ацетил-СоХ
Как указано на схеме, включение метки может осуществляться с по-
мощью глицина, образующегося из гликолата. Интересно сравнить эти
реакции с циклическим процессом включения формиата, изображенным
на рис, 11-5.
10. Фотосинтетическое образование водорода
Бенеман и др, использовали систему, содержащую хлоропласты,
ферредоксин и гидрогеназу, для фотосинтетического получения Н2
[131], отметив при этом, что такой процесс может стать прототипом
метода улавливания солнечной энергии. В другой фотохимической сис-
теме для синтеза водорода были использованы азотфиксирующие ге-
тероцисты и фотосинтезирующие вегетативные клетки сине-зеленых
водорослей Anabaena cylindrica [132]. В этом случае образование во-
дорода обеспечивает нитрогеназная система [уравнение (14-5)].
Фотохимическое образование бактериями Н2 является только од-
ним из примеров разнообразных процессов фотометаболизма в фото-
синтезирующих организмах '[132а]. Другим примером такого рода слу-
жит происходящее под действием света поглощение ацетата пурпур-
ными бактериями с превращением его в поли-Д-оксибутират.
Е. Зрение
Фоторецепторы глаза выполняют совершенно иные функции, чем
хлоропласты. Зрительные рецепторы предназначены для инициации
нервного импульса, и поэтому их главным свойством является высокая
чувствительность — некоторые рецепторы улавливают практически каж-
дый падающий на них фотон. Этой цели служат многослойные мемб-
раны, в которые включены в большом количестве сильно поглощающие
молекулы [133, 133а].
Сетчатка человеческого глаза содержит свыше 108 плотно упако-
ванных рецепторных клеток двух типов — палочек и колбочек. Палочки
представляют собой чрезвычайно чувствительные клетки, способные
реагировать всего на пять квантов света. Предназначенные для зрения
в условиях слабой освещенности, они дают «черно-белую картину» и
сконцентрированы на периферий сетчатки. Менее чувствительные кол»
62 Глава 13 Э
бочки расположены в основном в центре сетчатки и делятся на три
типа, различающиеся по спектральной чувствительности. Они обеспе-
чивают цветовое зрение.
1. Строение наружного членика палочек
Для палочек (рис. 13-28), исследованных более детально, чем дру-
гие рецепторы сетчатки, характерен весьма интенсивный метаболизм.
Палочки человеческого глаза могут функционировать в течение сотни
РИС. 13-28. А. Схема строения палочки сетчатки позвоночных Г135]. НЧ — наружный
членнк; СР — соединительная ресничка; М—-плотно упакованные митохондрии;
Я — ядро; СО — синаптическое окончание. Б. Электронная микрофотография продоль-
ного среза наружного членнка палочки в сетчатке крысы (с любезного разрешения
Дж. Даулинга [133b]).
лет [134]. В них наблюдается замечательный процесс самообновления,
при котором старые мембранные диски на конце палочки отбрасыва-
ются [135] и заменяются новыми со стороны, ближайшей к ядру. На-
ружный членик окружен плазматической мембраной. Внутри мембра-
Свет в биологий 63
ны (по-видимому, без присоединения к ней) находятся ~500 парал-
лельно уложенных дисков диаметром ~2 мкм, расстояние между
центрами которых составляет ~32 нм. Каждый диск образован парой
мембран толщиной ~7 нм, разделенных очень узким пространством.
На электронных микрофотографиях пространство внутри дисков как
бы замкнуто по краям. Соседние диски разделены несколько большим
пространством.
Мембраны дисков на 60% состоят из белка и на 40%—из липида
(табл. 5-1). Около 80% белка приходится на долю родопсина (зри-
РИС. 13-29. Спектр поглощения родопсина быка, диспергированного в воде в присутст-
вии неиоиного детергента. [Shich Н. et al., JBC, 244, 529—536 (1969).]
тельный пурпур)—липопротеида, нерастворимого в воде, но раство?
римого в растворах детергентов. Для диспергирования молекул родо-
псина широко используется дигитонин, не меняющий оптических свойств
родопсина. Родопсин млекопитающих имеет мол. вес ~ 28 000—35 000;
каждая молекула содержит один хромофор, характеризующийся
^тах = 500 нм (рис. 13-29). Поскольку родопсин составляет основную
Массу мембранного белка, очевидно, что его молекулы тесно примыка-
ют одна к другой. На срезе палочек, приготовленном методом замо-
раживания— травления, выявляются круглые частицы диаметром
~4—5 нм, слишком крупные, чтобы их можно было считать отдель-
ными молекулами родопсина (если только каждая молекула не окру-
жена слоем липида). Эксперименты By и Страйера по переносу энер-
гии (разд. В, 2) привели к заключению, что молекула родопсина имеет
Удлиненную форму (с максимальным размером 7,2 нм) и может про-
низывать мембрану. Было высказано предположение, что эта молекула
имеет крупную, почти сферическую головку, расположенную с внут-
ренней стороны мембраны, и тонкий хвост, пронизывающий мембрану
[136]. Хромофор расположен так, что вектор дипольного момента пе-
рехода оказывается параллельным плоскости дисков (т. е. перпейди;
кулярным направлению движения падающих фотонов).
2. Химическая природа хромофоров зрительных
пигментов [137—139]
Хромофором родопсина является 11-цыс-ретиналь, который под дей-
ствием света изомеризуется [схема (13-34)] в полностью транс-рети-
наль. Последний отщепляется от .белковой части молекулы — апобелка
опсина, который далее может самопроизвольно рекомбинировать с 11-
64 Глава 13
цпс-ретиналем с образованием родопсина.
си.
Известны и другие, родственные родопсину зрительные пигменты.
Опсины колбочек в комплексе с 11-цыс-ретиналем называют порфи-
ропсинами; обычно они поглощают свет с несколько большими длина-
ми волн, чем родопсин1*. У отдельных пресноводных видов хромофрром
зрительных пигментов (йодопсинов) является 3-дегидроретиналь. Поло-
жение максимума поглощения зрительных пигментов зависит как от
природы связанного альдегида, так и от природы белка, причем по-
следний оказывает больший эффект (табл. 13-3). Таким образом, ре-
тинальсодержащие пигменты поглощают свет в широком диапазоне
длин волн, охватывающем интервал 467—528 нм (18 900—21 400 см-1).
Таблица 13-3
Положение основных максимумов поглощения ретиналей
и зрительных пигментов
Свободный альдегид Зрительный пигмент
Ретиналь (полностью транс) Ретиналь 387 нм 25 800 см-1 376 им Родопсин 500 нм
(Н-Чис) 3-дегндроретнналь 26 600 см-1 393 нм Порфнропснн (колбочки) Йодопсин 20 000 см-1 522 нм 19 200 см-1 562 им
(11-цис) 25 400 см-1 17 800 см-1
При обработке нативного родопсина боргидридом натрия реакция
восстановления бывает выражена довольно слабо, но после выцвета-
ния белка восстановление протекает быстро и ретиналь ковалентно
связывается с белком с образованием вторичного амина. Это означает,
что в родопсине ретиналь связан с белковой частью молекулы через
шиффово основание. Попытки идентифицировать аминогруппу, к ко-
торой присоединено это основание, дали противоречивые результаты.
Однако у приматов цветовое зрение, по всей видимости, определяется тремя
пигментами с Хтах=447 нм (снне-фнолетовая область), 540 нм (зеленая) и 577 нм
(|келтая),; см. MacNichol Е. F., Jh, Sci. Am., 211, 48—56 (Dec. 1964). Заметим, что один
из?пй№^йт*Ь0гяоцМ£г«йг''е<11ммиими>длинами Моля, чем родопсин.;
Одни эксперименты указывали на участие е-аминогруппы опсина, дру-
гие— аминогруппы фосфатидилэтаноламина. Недавно, медленно вос-
станавливая необесцвеченный родопсин с помощью цианборгидрида,
удалось получить единственный продукт, анализ которого позволил
заключить, что шиффово основание в нативном пигменте образовано
по аминогруппе лизина [133]. Согласно результатам исследований
модельных систем, сильный батохромный сдвиг спектра поглощения
зрительных пигментов относительно спектра свободного ретиналя об-
условлен наличием в последних сильно протонированного шиффова
основания и сильным взаимодействием между полиеновой цепью ре-
тиналя и белком.
3. Индуцируемые светом превращения
При освещении родопсина наблюдается последовательность легко
регистрируемых спектральных изменений [133, 140]. Времена релакса-
ции, указанные на схеме (13-35), получены при 20°C.
Родопсин (500 нм, 20 000 см-1)
Av | Г < 6-10-12 с
Прелю миродопсин (батородопснн)
I (545 нм, 18 300 см-1)
т ~ 60-10-9 с
Люмиродопсин (497 нм, 20 109 см-1)
| т ~ 5010-6 с
Метародопсин I (480 им, 20 800 см*1)
Метародопсин II (380 нм, 26 300 см~-)
Метародопсин (?) (465 нм, 21 500 см*1)
транс-Ретиналь (387 нм, 25 800 cm~j) + Опсин (13-35)
Первое превращение, зарегистрированное с помощью лазерного флеш-
фотолиза и пикосекундной спектроскопии [141], протекает за 6-10-12 с
(6 пс). Максимум поглощения образующегося батородопсина (прелю-
миродопсина) сдвинут в сторону больших длин волн (батохромный
сдвиг). Это свидетельствует об увеличении степени сопряжения, на-
блюдающемся, например, при изомеризации родопсина в полностью
трпяс-ретиналь [уравнение (13-34)]. Маловероятно, однако, чтобы та-
кое превращение могло произойти за столь короткое время, однйко
быстрое образование напряженного полностью транс-ретиналя возмож-
но [141а]. Не исключен и простой перенос заряда с образованием
карбоний-иона1! [схема (13-36)].
Последующий относительно медленный поворот вокруг указанной
стрелкой одинарной связи может привести к образованию полностью
транс-изомера, а отщепление протона от атома С-18 — к образованию
соединения с дополнительной двойной связью между атомами С-5 и
” Недавно Матес и Страйер прямо подтвердили наличие переноса заряда по типу
механизма (13-36) в шиффовом основании, образуемом ретиналем, находящемся в
первом синглетном возбужденном состоянии [141Ь].
с__лчо
С-18. Именно такая структура была предложена для батородопсина
[141с]. Среди других возможностей рассматривается образование би-
радикала (в триплетном состоянии) [142], а также комплекса с пере-
носом заряда с боковой цепью триптофана [143].
Природа первой, фотохимической стадии, равно как и дальнейших
превращений, идущих в темноте, пока точно неизвестна [141, 144],
Последовательность реакций (13-35) можно остановить на разных ста-
диях понижением температуры. При определенных условиях в этой
последовательности появляется дополнительная стадия. Так, при 7 К
первым наблюдаемым продуктом служит гипсородопсин, поглощающий
при 437 нм (22 900 см-1). Большой интерес представляет этап пре-
вращения метародопсина I в метародопсин II, поскольку это самая
медленная из стадий, которая еще могла бы служить для возбуждения
нервного импульса (он проходит вдоль палочки до синапса примерно1
за 1 мс). Имеются указания, что этот этап сопровождается конфор-
мационными изменениями. Представления о природе последующих ста-
дий, приводящих к высвобождению транс-ретиналя, носят довольно1
разноречивый характер. Однако эти стадии слишком медленные, чтобы
играть заметную роль в инициации нервного импульса.
Каков возможный механизм инициации нервного импульса после-
довательностью реакций, приведенных на схеме (13-35)? Проще всего
предположить, что конформационное изменение в молекуле ретиналя
в процессе изомеризации 1 l-zjizc-ретиналя в полностью транс-ретиналь
[схема (13-34)] индуцирует изменение конформации белка, что при-
водит к появлению у последнего ферментативной активности. Фермен-
том, инициирующим каскад химических превращений, кульминацией
которых является нервный импульс, мог бы быть метародопсин II, но в
пользу этого предположения нет никаких экспериментальных данных.
Не исключено, что индуцированные конформационные изменения в мо-
лекуле белка открывают канал в мембране диска и какое-то вещество
диффундирует по этому каналу наружу. В качестве возможного кан-
дидата на роль указанного вещества все чаще рассматривается Са2+.
Расстояние от мембран дисков до плазматической мембраны палочки
таково, что высвободившееся вещество успеет достичь плазматической
мембраны (где и возбуждается нервный импульс) за счет диффузии.
В мембранах дисков на долю родопсина , приходится 80% белка
(илй: даже больше)', и возможно, что «воротами», управляемыми дейст-
Свет в биологии ' 67
вием света, является сам родопсин [145]. Соответствующий канал
может проходить через каждую молекулу родопсина или идти вдоль
оси олигомерного агрегата. В пользу данного предположения говорит
тот факт, что две трети атомов водорода пептидных групп в мембранах
дисков, по-видимому, образуют водородные связи с молекулами воды
растворителя (судя по скорости водородно-тритиевого обмена) [146].
Этот факт особенно поразителен ввиду гидрофобности родопсина, а
также в связи с тем, что в типичных глобулярных белках к быстрому
обмену способна лишь треть протонов пептидных групп. Все сказанное
можно объяснить, предположив, что большая часть протонов пептид-
ных групп родопсина находится внутри канала, заполненного водой,
и доступ в канал открывается действием света на шиффово основание,
образуемое при связывании ретиналя с белком [146].
Возможно также, что имеет место кооперативный процесс передачи
сигнала от одной из молекул родопсина на другой белок, находящийся
на некотором расстоянии и контролирующий проницаемость мембра-
ны. Можно даже допустить, что кооперативный процесс развивается
настолько широко, что вдоль мембраны диска распространяется ка-
кой-то реальный физический сигнал, достигающий края диска и при-
водящий к генерации определенного химического сигнала вблизи плаз-
матической мембраны.
Хорошо известно, что при увеличении интенсивности света, падаю-
щего на сетчатку, ее чувствительность быстро уменьшается. Это может
быть обусловлено фосфорилированием какого-то участка молекулы родо-
псина опсинкиназой, которая специфически действует на выцветший
родопсин. По-видимому, фосфорилированный родопсин менее прони-
цаем для Са2+, чем «нормальный» [147]. Кроме того, выцветание ро-
допсина вызывает активацию фосфодиэстеразы, которая особенно эф-
фективно гидролизует циклический GMP [148]. Таким образом, дейст-
вие света может вызвать многочисленные вторичные изменения,
связанные со снижением концентрации cGMP.
4. Нервный импульс [134]
Наиболее важным следствием поглощения света с точки зренИЙ
инициации нервного импульса является изменение мембранного по-
тенциала в том месте, где произошло поглощение фотона, приводящее'
к инициации импульса, который распространяется к синапсу по плаз-
матической мембране, как по кабелю (гл. 5, разд. Б, 3). У позвоночных
и беспозвоночных характер передаваемого изменения потенциала раз-
личается. У млекопитающих наружный членик палочки обладает чрез-
вычайно высокой проницаемостью для ионов натрия, в результате
через плазматическую мембрану внутрь клетки течет сильный «тем-
новой ток» ионов натрия, которые выводятся наружу с помощью нат-
риевых насосов. Следствием световой стимуляции является уменьше-
ние проницаемости мембраны для Na+ и усиление ее поляризации.
По мнению Хагинса, вполне логично предположить, что внутренним по-
средником в этом процессе являются ионы кальция, поскольку они
эффективно блокируют натриевые каналы и вызывают наблюдаемую
гиперполяризацию [134]. По оценкам Хагинса, на каждый поглощен-
ный фотон должно высвобождаться по меньшей мере 10—20 ионов
кальция. Таким образом, при поглощении света открываются каналы
в мембранах дисков, которые находятся в палочках, высвобождающие-1
ся ионы кальция быстро диффундируют к плазматической мембране
и блокируют постуллеиие натриевых ионов. , ! 1 ( -о .
68 Глава 13
5. Регенерация зрительных пигментов
Поскольку под действием света из зрительных пигментов высво-
бождается полностью транс-ретиналь, должей существовать механизм
образования 11-цыс-ретиналя, необходимого для регенерации этих пиг-
ментов. С одной стороны, из кровотока постоянно поступает 11-цис-
ретинол и окисляется в ретиналь. Таким образом, изомеризация может
происходить в других частях организма. Однако имеются веские дан-
ные в пользу того, что процесс изомеризации протекает главным об-
разом в самой сетчатке. У головоногих внутренние членики рецептор-
ных клеток содержат второй пигмент, ретинохром, который осуществ-
ляет обратное превращение полностью транс-ретиналя в 11-цис-рети-
наль [149]. Согласно имеющимся данным, в сетчатке млекопитающих
может происходить образование шиффова основания между полностью
транс-ретиналем и фосфатидилэтаноламином, что обусловливает пре-
вращение под действием света ретиналя в 11-г{ис-форму [150].
6. Бактериородопсин
Галофильные бактерии Halobacterium halobium при определенных
условиях синтезируют родопсиноподобный белок, который далее встра-
ивается в участки клеточной поверхности, называемые пурпурными
мембранами. Эти мембраны, занимающие до 50% поверхности, по всей
видимости, выполняют роль протонных насосов, которые под действи-
ем света выкачивают протоны из клеток [151—154]. Таким путем
клетке поставляется энергия, необходимая для выполнения самых раз-
ных функций, включая ионный транспорт и синтез АТР. На долю ре-
тинальсодержащего белка с мол. весом 26 000 приходится до 75%
массы всей мембраны. Он представляет собой глобулярный белок;
длина глобулы 4,5 нм. Каждая пептидная цепь свернута в семь плотно
упакованных спиралей, параллельных длинной оси молекулы и при-
близительно перпендикулярных плоскости мембраны. Пространство
между молекулами белка заполнено двойным липидным слоем [154].
Сообщалось, что хромофор, поглощающий при ~560 нм, временно
обесцвечивается; при этом максимум поглощения сдвигается к 415 нм.
Обесцвечение сменяется быстрым переходом в первоначальное состоя-
ние, сопровождаемым перемещением протона. Хотя провести корреля-
цию такого поведения с поведением родопсина в зрительных рецепторах
довольно трудно, можно вполне ясно представить, как индуцированный
светом перенос заряда [по типу механизма (13-36)] приводит к вы-
свобождению протона с поверхности молекулы белка.
Ж. Другие типы световых реакций
Реакции организмов на свет весьма разнообразны [79]. Многие
виды — от бактерий до высших растений — обладают способностью к
фототаксису, т. е. могут двигаться по направлению к источнику света
или ориентироваться определенным образом относительно этого ис-
точника. У высших растений хлоропласты ориентированы таким обра-
зом, что поглощается максимальное количество света. Растения в
Процессе своего роста тянутся к свету (фототропизм), а некоторые
организмы, напротив, избегают освещенных мест. Образование хлоро-
филла. у растений, равно как н появление загара у человека, обуслов-
лен^ фотохимическими реакциями. Суточные циклы, характерные для
свет в ялгояшгмл —
живых организмов, часто устанавливаются под действием света, от
света зависят также процессы прорастания семян и цветения многих
растений.
1. Фитохром
В 1951 г. было обнаружено, что кратковременное освещение крас-
ным светом (максимальный эффект давал свет с Z = 660 нм) растений,
находящихся в темноте, вызывает у них целый ряд ответных реакций
[155, 155а]—цветение, прорастание семян (в частности, семян салата),
развитие листьев у росших в темноте проростков гороха. Особенно
интересно то, что эффект, вызываемый короткой вспышкой красного
света, полностью подавляется последующей вспышкой дальнего крас-
ного света (730 нм). Это открытие привело к выделению в 1959 г.
хромопротеида фитохрома — своего рода молекулярного «включателя»,
инициирующего у растений серию процессов с далеко идущими послед-
ствиями [155—157]. Фотопревращение фитохрома полностью обратимо
[схема (13-37)], так что «включатель» можно поворачивать в обе сто-
роны много раз с помощью серии быстро сменяющихся световых
вспышек.
hv (660 нм )
kv (730 нм )
Фитохром Фитохром
(чувствительный
к красному свету)
(13-37)
(чувствительный н
дальнему красному свету)
Фитохром имеет мол. вес ~ 120 000, но может расщепляться про-
теолитическими ферментами на фоточувствительные фрагменты. Его
хромофором оказался тетрапиррол с открытой цепью, родственны®
фикоцианобилину. Предполагаемая структура тетрапиррола представ-
лена на рис. 13-22, истинная же структура и конформация этого хро-
мофора неизвестны. Если изображенная на рисунке структура отвечает
фитохрому, чувствительному к красному свету, то чувствительность К
далекому красному свету может появляться в результате указанного
ниже превращения:
н
сн3
I L R
I
н
Тогда сдвиг в положении максимума поглощения может быть вызван
увеличением степени сопряжения в результате фотоиндуцированной
изомеризации. Однако было показано, что превращение (13-37) ср?
провождается образованием промежуточных соединений. В иаправл§?
нин Pr—"Pfb образуется обесцвеченная форма Phl. а в противополож,-
70 i^as&.iS
ном направлении процесс идет через1 образование'другого промежуточ-
ного соединения, А:
Высказывалось мнение, что обесцвеченное промежуточное соедине-
ние образуется только в том случае, если реакция сопровождается
цыс-транс-изомеризацией; предлагалась и структура этого соединения
[158]. Возможно, однако, что никаких значительных конформацион-
ных изменений не происходит и что в молекуле тетрапиррола с откры-
той цепью под действием света совершается поворот вокруг одинарной
связи, приводящий к образованию формы Pbl.
Независимо от химической природы процессов, сопровождающих
изменение структуры хромофора, который входит в состав фитохрома,
главным остается вопрос о том, как возникает ответная биологическая
реакция. И опять, как и в случае родопсина, можно предположить, что
фотореакция индуцирует сильные конформационные или химические
изменения в белке, которые в свою очередь приводят к разного рода
физиологическим ответным реакциям. Медленные реакции в ответ на
изменение состояния фитохрома могут быть связаны с процессом транс-
крипции генов.
Вместе с тем одной из реакций, находящихся под контролем фито-
хрома, является свертывание листьев мимозы с наступлением темноты.
Весь процесс завершается через 5 мин — это время слишком мало,
чтобы мог осуществляться контроль на уровне транскрипции. Данный
факт, а‘ также то обстоятельство, что какое-то количество фитохрома
оказывается прочно связанным с мембранами, привели к предположе-
нию, что первичное действие фитохрома сводится к изменению свойств
мембраны. Какая из форм — Pr или Pfr-—ответственна за это воз-
действие, не вполне ясно; более вероятным кандидатом на роль «ак-
тивной формы» представляется Pfr. Согласно недавно высказанному
предположению, фитохром, содержащийся в мембранах пластид, спо-
собствует высвобождению гибберелинов, находящихся внутри пластид
[158а].
2. Реакции на синий свет
Известно множество биологических ответных реакций на свет с
длинами волн 400—500 нм. К их числу относятся фототропизм высших
растений и фототаксис эвглены. Судя по спектрам действия (см. при-
мечание к стр. 28), роль фоторецепторов могут, выполнять кароти-
ноиды и флавины. Соответствующие аргументы были суммированы в
статье Сонга и Мура, которые пришли к заключению, что наиболее
вероятными кандидатами на эту роль являются флавины [159]. Так,
в растениях имеет место фотохимический распад флавинов с образо-
ванием люмихрома [160]. Процессом, инициирующим ответные реак-
ции гриба Phycomyces на синий цвет, может быть фотовосстановление
цитохрома типа & при участии флавина-[161]. В ходе'недавно выпол-
ненййх Экспериментов'[16Гй;ф] полученМ новМе данные в пользу того,
в-УтбМ Обганизмё-catiWHf именно ф^йвин.'
Свет в биологий 71 *'
3. Биолюминесценция
Испускание живыми организмами видимого света относится к чис-
лу наиболее ярких и удивительных природных явлений. Люминесци-
рующие бактерии н грибы, простейшие, ответственные за свечение
океана, светящиеся моллюски, фантастически освещенные черви и по-
ражающие воображение светляки — все эти организмы постоянно при-
влекают к себе внимание биохимиков [162—164]. Наиболее интересна
химическая сторона явления. Свет, испускаемый светляками, имеет
длину волны ~560 нм (17 900 см-1) и энергию 214 кДж-эйнштейн-1.
Возникает естественный вопрос: в ходе какой химической реакции вы-
свобождается столь большое количество энергии? Ведь ее намного
больше, чем может дать расщепление АТР. Даже окисление NADH
кислородом едва ли способно обеспечить необходимую энергию.
Ключ к разгадке дает хемилюминесценция, часто наблюдаемая при
использовании О2 в качестве окислителя в неферментативных процес-
сах. Медленное окисление спиртов, альдегидов и многих азотистых
соединений сопровождается испусканием видимого света. Наиболее
ярко выражена хемилюминесценция в случае тех реакций, которые,
как полагают, сопровождаются образованием свободных радикалов.
При рекомбинации последних высвобождается достаточно энергии,
чтобы могла произойти люминесценция в видимой области.
В свете всех этих данных способность многих организмов к преоб-
разованию энергии, высвобождаемой в ходе реакции оксигенации, в
световую энергию уже не кажется столь удивительной.
Попытки выделить из организмов светящийся материал восходят к
прошлому столетию, когда французский физиолог Р. Дюбуа в 1887 г.',
получил из светящихся моллюсков два экстракта, используя для этого -
в одном случае холодную, а в другом — горячую воду [162]. Ему уда-
лось показать, что если к соединению, полученному экстракцией холод-
ной водой, которое он назвал люциферазой, добавить термостабильное
соединение, экстрагированное горячей водой, наблюдается испускание
света. Термостабильное соединение Дюбуа назвал люциферином. Эти
названия сохранились и стали общепринятыми. Люциферины образуют
семейство соединений; их структура установлена уже для многих видов
организмов (рис. 13-30)
Люциферин светляков представляет собой карбоновую кислоту, ко-
торая активируется в ходе реакции, идущей с участием АТР, с пре-
вращением в люцифериладенилат (рис. 13-30). Это соединение в при-
сутствии О2 и люциферазы испускает свет. Как видно из рисунка, кар-
боксильная группа отщепляется в виде СОг, а кольцо переходит в
окисленную форму. Наряду с этим расщепляется ацил-аденилатная
связь. У Renilla reniformis (кишечнополостное) люциферин имеет со-
вершенно иную структуру [165], однако, как и у светляков, испускание
света происходит в результате реакции с О2, приводящей к выделению
СО2 и образованию окисленного продукта. У Renilla люциферин на-
ходится в виде люциферилсульфата; на рис. 13-30 изображена его
возможная структура. Превращение этого соединения в активный лю-
циферин осуществляется в результате переноса сульфурильной группы
на аденозин-3'„5'-дифосфат с образованием 3'-фосфоаденозин-5'-фос-
фосульфата, т. е. в ходе реакции, обратной стадии г в уравнении (11-4).
Другой интересной особенностью биолюминесценции у Renilla яв-
ляется присутствие в клетках, испускающих свет, особого зеленого
11 Читатель не должен забывать, что ученые, впервые исследовавшие люциферины,-
располагали очень малымй количествами материала, поэтому в старой литер ату ре мож-
ил пптибок. ' и- -Д '7- G". Я.. , J '?! ц д-Я’П
72 Глава 13
Люминол, искусственно синтезируемое
люминесцирующее соединение
РИС. 13-30. Структура люциферинов из нескольких светящихся организмов. Приведен!
формулы «активированных» молекул, «готовых» к реакции с О2. Однако соединени
AF-350 является продуктом расщепления светящегося белка экворина, активируемог
ионами Са2+.
флуоресцирующего белка. В отсутствие этого белка испускается сини
свет с vmax=20 500 см-1 (488 нм), а в его присутствии — свет в узко
спектральной полосе с vmax=19 600 см-1 (509 нм). По-видимому, пр
этом происходит эффективный перенос энергии между двумя хроме
форами [164].
Люциферин раков-отшельников Cypridina очень близок по структу
ре люциферину Renilla. У Cypridina люциферий и люцифераза сиг
тезируются в разных железах и секретируются в окружающую водну]
среду, где происходит их смешивание и испускание света. Совсем ина
реакция, ведущая к испусканию света, используется блюдечком Lata
Люциферин в этом случае представляет собой необычное терпеновс
производное, не содержащее хромофора, способного испускать све
Свет в биологии 7Э>
[166]. Очевидно, окисление этого люциферина вызывает электронное-
возбуждение какой-то другой молекулы, по всей вероятности, «пурпур-
ного белка», также необходимого для люминесценции. Полагают, что
комплекс люциферина и пурпурного белка вступает в реакцию с лю-
циферазой (на рис. 13-30 она сокращенно обозначена как Е—МНг);
при этом высвобождается формильная группа, ранее участвовавшая в.
образовании енольно-эфирной связи. Образующаяся альдегидная груп-
па взаимодействует с аминогруппой фермента, а шиффово основание
реагирует далее с кислородом [схема (13-40)]:
—с=с—о—сно
н
Комплекс с
„пурпурным белком
H2N- люцифераза
с—cz
н Г°-сно
Формиат
_ сн3 н
1 1 " I I
~ -----С — с---с = Люцифераза
Н
СНз н
—С—N • люцифераза
0—0
СНз н н
он
СНз
—с=о
н
I
+ НС — N-люцифграза (13-40)
При описании механизма действия большинства люцифераз пред-
полагается, что Ог реагирует с атомом углерода, который затем вклю-
чается в состав карбонильной группы продукта. Для люциферина из-
Renilla такой процесс легко себе представить как результат переноса,
электрона от азота пиразина (рис. 13-30, внизу) на Ог. В случае лю-
циферина светляка перед взаимодействием с Ог, по-видимому, проис-
ходит удаление протона при атоме углерода благодаря электроноак-
цепторным свойствам соседней циклической системы. Эту реакцию
можно сравнить с реакциями, катализируемыми оксигеназами [напри-
мер, с реакцией, описываемой уравнением (10-50)]. Согласно одному
из предположений, образующаяся пероксидная группа присоединяется
к карбонилу (к RC = N— в люциферине из Latta), в результате чего'
возникает четырехчленное диоксетановое кольцо [схемы (13-40) и
(13-41)].
Это кольцо далее раскрывается в ходе согласованного процесса (как.
указано стрелками) с образованием конечных продуктов.
74 Глава 13
Правильность изложенной теории была проверена в опытах с ис-
пользованием 18О2. В случае люциферина из Cypridina действительно
наблюдалось включение одного атома 18О в молекулу СО2, при иссле-
довании же люциферинов из светляков и Renilla никакого включения
18О в СО2 не происходило. Таким образом, в двух последних случаях
механизм действия люциферазы иной. Возможно, к карбонильной груп-
пе присоединяется гидроксил-ион и образуется гидроперекисное про-
межуточное соединение, согласованный распад которого на продукты
опять-таки сопровождается испусканием света. Эту идею подтверждает
включение в СО2 двух атомов 18О из Н[8О. Обмен обоих атомов кис-
лорода СО2 может осуществляться в результате реакции (13-42) между
аддуктом и растворителем.
ОН
О=С— 4-ОН- -О-С— (13-42)
Большое внимание привлекли к себе биолюминесцентные системы
медузы Aequorea и родственных кишечнополостных [167]. Aequorea
содержит фотобелок, испускающий свет в присутствии ионов кальция.
Поскольку интенсивность испускаемого света можно измерять с высо-
кой чувствительностью (современные фотоумножители позволяют про-
изводить подсчет числа световых квантов), белок экворин и родст-
венные фотобелки в настоящее время используются как чувствитель-
ные индикаторы концентрации ионов кальция. (Аналогичным образом
выделяемая из светляков система люциферин — люцифераза, для ак-
тивации которой необходим АТР, широко используется как чувстви-
тельный метод оценки содержания АТР.)
Чтобы идентифицировать хромофор экворина, пришлось перера-
ботать более 4000 кг медуз, в результате чего было получено 125 мг
электрофоретически чистого фотобелка [169]. Из этого количества
был выделен 1 мг хромофора AF-350, формула которого приведена на
рис. 13-30. Сходство данного хромофора с люциферинами из Renilla
и Cypridina очевидно. Как предполагают, в интактном экворине с
A.F-350 «сочленяется» имидазольное кольцо. Было постулировано, что
экворин и другие фотобелки содержат стабилизированное кислород-
содержащее промежуточное соединение, в связи с чем для завершения
реакции (13-41) не требуется дополнительного количества кислорода,
:а нужен только Са2+, изменяющий конформацию белка [170]. У рас-
сматриваемых кишечнополостных также наблюдается перенос энергии
на другие флуоресцирующие белки [171].
Совсем иные реакции, сопровождающиеся испусканием света, про-
текают у люминесцирующих бактерий. В этом случае восстановленный
рибофлавин-5'-фосфат окисляется кислородом; при этом требуется при-
сутствие альдегида с длинной цепью (например, пальмитальдегида).
По-видимому, значительную часть энергии, испускаемой затем в виде
света, поставляет окисление альдегида в карбоновую кислоту [урав-
нение (13-43); через FH2 здесь обозначен рибофлавин-5'-фосфат]:
FH2 + R - СНО 4- О2 -> F4-HaO4-R —СООН (13-43)
Спектр люминесценции бактерий совпадает со спектром флуоресцен-
ции окисленного флавинового кольца. Были получены данные, указы-
вающие на образование бактериями связанной с ферментом гидропере-
киси восстановленного флавина [как в уравнении (10-50)]. Эта гид-
роперекись распадается на флавин и Н2О2, а кроме того, она может
Свет в биологии 75
окислять альдегид, что сопровождается испусканием света [172, 173].
Сообщалось также о присутствии в некоторых люциферазах неиден-
тифицированного пока нового флавина [174].
Вопросы и задачи
1. Дайте определение следующих понятий: фотон, квант энергии, вол-
новое число, эйнштейн, свет, поляризованный по кругу, спектр дей-
ствия, флуоресценция, фосфоресценция.
2. Что такое принцип Франка — Кондона?
.3. 0,1 мл раствора аденозина в дистиллированной воде разбавили
нейтральным фосфатным буфером (pH 7,0) до объема 25 мл. По-
глощение при 259 нм оказалось равным 0,77. Молярная экстинкция
аденозина при 259 нм составляет 1,54-104 М-1-см-1. Какова кон-
центрация исходного раствора аденозина? Каково пропускание раз-
бавленного раствора при 259 нм?
4. Был снят разностный спектр раствора белка, имевшего поглощение
2,0 при 280 нм, и такого же раствора, содержащего, кроме того,
аллостерический модификатор в заданной концентрации. В спект-
ральной области 260—300 нм выявилась серия положительных и
отрицательных полос. Когда эксперимент повторили с раствором
белка, имевшим поглощение 3,0 при 280 нм, в который было до-
бавлено соответственно в 1,5 раза больше аллостерического мо-
дификатора, высота максимумов и глубина минимумов на разност-
ном спектре возросла значительно меньше, чем в 1,5 раза. Объяс-
ните почему.
5. Титрование остатков тирозина в белке можно провести спектро-
фотометрически. а. Объясните, как это можно сделать, б. При ка-
кой длине волны (или длинах волн) вы стали бы проводить изме-
рения? в. Покажите, что для соединения с одной диссоциирующей
группой и значениями коэффициентов молярной экстинкции енд и
«а для недиссоциированной и диссоциированной форм соответст-
венно выполняется следующее соотношение (е — кажущаяся мо-
лярная экстинкция при данном pH) :
6. Кристаллы антрацена поглощают ультрафиолетовый свет при
339 нм. Рассчитайте высоту возбужденного энергетического уровня
относительно основного уровня, выразив ее в ккал-моль-1,
в кДж-моль^1 и в см-1.
7. Рассчитайте энергию одного эйнштейна квантов для длин волн,
соответствующих максимумам поглощения хлорофилла, т. е. 430
и 660 нм.
Почему молекулы, флуоресцирующие при комнатной температуре,
обычно фосфоресцируют лишь при очень низких температурах (на-
пример, при —180°С)?
О. Молекулы хлорофилла при определенных условиях димеризуются.
Как эта димеризация влияет на электронный спектр?
10. Какова дальнейшая судьба поглощенного фотона (исходя из того,
о чем говорилось в тексте)? Какой из вариантов наиболее вероятен
в случае функционирующих хлоропластов?
11. Что подразумевается под «световыми» и «темновыми» реакциями
Фотосинтеэа? ' z
12. Что служит исходным иётоцником электронов, необходимых для
восстановления NADP в зеленых растениях при фотосинтезе?
13. Почему «эффект усиления Эмерсона» (разд. Д, 1) не наблюдается
у фотосинтезирующих бактерий?
14. Чем еще различаются процессы фотосинтеза у бактерий и у сине-
зеленых водорослей или эукариотических растений?
15. В чем сходство между митохондриями и хлоропластами?
16. Механизм концентрирования СО2 (рис. 13-26), используемый в
С4-растениях, может быть описан следующим уравнением:
(СО2+ NADPH)M + АТР --► (СО2 + NADPH)O + 2Р, + AMP,
где индексы «м» и «о» соответствуют клеткам мезофилла и обклад-
ки соответственно. Если принять отношение [AMP] [Pi]2/[АТР]
равным 10~3, а концентрацию NADPH в обоих типах клеток счи-
тать одинаковой, то каким будет отношение концентраций
[С02]о/[С02]м в равновесии?
17. В какие положения включится 14С через несколько секунд после
начала фотосинтеза, идущего в присутствии ИСО2, в следующих
молекулах: а) 3-фосфоглицерате, б) фруктозо-6-фосфате, в) сери-
не, г) оксалоацетате?
18. Какая минимальная площадь сельскохозяйственных культур могла
бы обеспечить посредством фотосинтеза ваши личные потребности
в энергии?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Miller S. L., Urey И. С., Science, 130, 245—251 (1959).
2. Woodwell G. М., Sci. Am., 223, 64—74 (Sep. 1970).
3. Rabinowitz E. I., Photosinthesis and Related Processes, Vols I and II, Wiley (In-
terscience), New York, 1945, 1951.
4. Wald G., Sci. Am., 201, 92—108 (Oct. 1959).
5. Calvert J. G., Pitts J. N., Jr., Photochemistry, Wiley, New York, 1966.
6. Suzuki H., Electronic Absorption Spectra and Geometry of Organic Molecules, Aca-
demic Press, New York, 1967.
7. Murrell J. N., The Theory of the Electronic Spectra of Organic Molecules, Wiley,
New York, 1963.
8. Herzberg G., Molecular Spectra and Molecular Structure, 2nd ed., Vol. I, Van>
Nostrand-Reinhold, Princeton, New Jersey, 1950.
9. Chang R., Basic Principles of Spectroscopy, McGraw-Hill, New York, 1971.
10. Parker F. S„ Applications of Infrared Spectroscopy in Biochemistry, Biology and"
Medicine, Plenum, New York, 1971.
11. Fraser R. D. B., MacRae T. P., Conformation in Fibrous Proteins and Related Syn-
thetic Polypeptides, pp. 95—106, Academic Press, New York, 1973.
12. Burke M. J., Rougvie M. A., Biochemistry, 11, 2435—2439 (1972).
13. Miyazawa T„ Blout E. R., JACS, 83, 712—719 (1961).
14. Krimm S., Abe У., PNAS, 69, 2788—2792 (1972).
15. Moore W. H„ Krimm S., PNAS, 72, 4933—4935 (1975).
16. Miles H. T., Lewis T. P., Becker E. D„ Frazier J., JBC, 248, 1115—1117 (1973).
17. Carey P. R., Schneider H., Bernstein H. J., BBRC, 47, 588—595 (1972).
18. Colthup N. B„ Daly L. H., Wiberley S. E., Introduction to Infrared and Raman>
Spectroscopy, 2nd ed., Academic Press, New York, 1975.
18a. Nishimura Y., Hirakawa A. Y., Tsuboi M„ Nishimura S., Nature (London), 260,
173—174 (1976),
19. Spiro T. G., Acc. Chem. Res., 7, 339—344 (1974).
20. Spiro T. G„ BBA, 415, 169—189 (1975).
20a. Siiman O., Young N. M., Carey P. R., JACS, 98, 744—748 (1976).
21. Mathies R., Oseroff A. R„ Stryer L„ PNAS, 73, 1—5 (1976).
22. Horwitz J., Strickland E. H„ Billups C., JACS, 91, 184—190 (1969).
23. Strickland E. H., Wilchek M., Horwitz J., Billups C„ JBC, 247, 572—580 (1972).
24. Siano D. B., Metzler D. E., J. Chem. Phys., 51, 1856—1851 (1969).
25. Metzler D. E„ Harris С. M., Johnson R. J., Siano D. B„ Thomson J. A., Biochemistry,
12,5377^-5392 (1973). ’ л
26. Horwitz f., Strickland E. H„ Billups C., JACS, 92, 2119—2129 (1970).
Свет в биологии 74
27. Horwitz Strickland Е. Н., ЛВС, 246, 3749—3752 (1971).
28. Tang S. W., Coleman J. Е„ Myer У. Р., ЛВС, 243, 4286—4297 (1968).
29. Jones Т. Е., Rorabacher D. В., Ochrimowycz L. A., JACS, 97, 7485—7486 (1975).
30. Perkampies Н. Н., Sandeman I., Timmons С. J. (eds.), UV Atlas of Organic Com-
pounds, Vols. 1—5, Plenum, New York, 1966—1971.
31. Lang L., ed., Absorption Spectra in the Ultraviolet and Visible Region, Academic
Press, New York, 1961; a serial publication numbering 18 volumes in 1973.
32. Petruska J., J. Chem. Phys., 34, 1120—1136 (1961).
33. Stevenson P. E., J. Mol. Spectrosc., 15, 220—256 (1965).
34. Donovan J. W., in: Physical Principles and Techniques of Protein Chemistry
(S. J. Leach, ed.), Part A, pp. 101—170, Academic Press, New York, 1969.
35 Strickland E. H„ Billups C., Kay E„ Biochemistry, 11, 3657—3662 (1972).
36. Hug W„ Tinoco I., Jr., JACS, 95, 2803—2813 (1973).
37 Harders H., Forster S., Voelter W., Bacher A., Biochemistry, 13, 3360—3364
(1974).
38. Murrell J. N., The Theory of the Electronic Spectra of Organic Molecules, Chapter 7,
Wiley, New York, 1963.
39. Collins K. D., Stark G. R„ JBC, 246, 6599—6605 (1971).
40. Donovan J. W., in: Methods in Enzymology (С. H. W. Hirs and S. N. Tima'sheff,
eds.), Vol. 27, Part D, pp. 497—525, Academic Press, New York, 1973.
41 Metzler D. E., Harris C„ Yang I-Y., Siano D., Thomson J. A., BBRC, 46, 1588—1597
(1972).
42. Foss J. G„ J. Chem. Educ„ 40, 592—597 (1963).
43. Van Holde К. E., Physical Biochemistry, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New
Jersey, 1971.
44. Bayley P. M., Prog. Biophy. Mol. Biol., 27, 1—76 (1973).
45. Bush C. A., Phys, Tech. Biol., Res., 2nd ed., 1A, 348—408 (1971).
46. Strickland E. H„ Crit. Rev. Biochem., 2, 113—175 (1974).
47. Moffitt Й7., Woodward R. B., Moscowitz A., Klyne W., Djerassi C., JACS, 83, 4013—
4018 (1961).
48. Johnson W. C., Jr., Tinoco I., JACS, 94, 4389—4390 (1972).
49. Chen Y.-H., Yang J. T., Chau K. H„ Biochemistry, 13, 3350—3359 (1974).
50. Applequist J., JACS, 95, 8255—8262 (1973).
51. Clayton R. K., Light and Living Matter, Vol. I, McGraw-Hill, New York, 1970.
51a. Chen R. F„ Edelhoch H., eds., Biochemical Fluorescence: Concepts, Vol. I, Dekker,
New York, 1975.
52. Parker C. A., Photoluminescence of Solutions, Elsevier, Amsterdam, 1968.
53. Weber G., Annu. Rev. Biophys. Bioeng., 1, 553—570 (1972).
54. Konev S. V., Fluorescence and Phosphorescence of Proteins and Nucleic Acids, New
York, 1967.
55. Chen R. F., Edelhoch H., Steiner R. F., in: Physical Principles and Techniques of
Protein Chemistry (S. J. Leach, ed.), Part A, pp. 171—244, Academic Press, New
York, 1969.
56. Kotaki A., Yagi K-, J. Biochem. (Tokyo), 68, 509—516 (1970).
57. Wahl P., Auchet J.-C., Visser A. J. W„ Veeger C., EJB, 50, 413—418 (1975).
58. Koziol J., Knobloch E„ BBA, 102, 289—300 (1965).
59. Sellers D. R., Ghiron C. A., Photochem. Photobiol., 18, 393—402 (1973).
60. Eftink M. R„ Ghiron C. A., Biochemistry, 15, 672—680 (1976).
*61. Rodda G. K-, Curr. Top. Bioenerg., 4, 81—176 (1971).
62. Radda G. K., BJ, 122, 385—396 (1971).
63. Duysens L. N. M., in: Photobiology of Microorganisms (P. Halldal, ed.), p. 2, Wiley
(Interscience), New York, 1970.
63a. Forster T., Ann. Physik, (Leipzig), 2, 55—75 (1948).
64. Stryer L„ Science, 162, 526—533 (1968).
65. Wu C.-W., and Stryer, PNAS, 69, 1104—1108 (1972).
66. Horrocks W. DeW„ Jr., Holmquist B., Vallee B. L., PNAS, 72, 4764—4768
(1975).
67. Turro N. J., Schuster G„ Science, 187, 303—312 (1975).
67a. Salem L., Science, 191, 822—830 (1976).
68. Бажулина H. П„ Морозов JO. В., Карпе Некий M. Я., Иванов В. И., Куклин А. И.,
Биофизика, 11, 42—47 (1966).
69. Bridges J. W., Davies D. S., Williams R. T„ BJ, 98, 451—468 (1966).
69a. Wehr у E. L., Rogers L. B., JACS. 87. 4234—4238 (1965).
70. Johnson G. F., Tu J.-L, Bartlett M. L. S„ Graves D. J., JBC, 245. 5560—5568
(1970).
71. Loken M. R., Hayes J. W., Gohlke J. R„ Brand L., Biochemistry, 11, 4779—4786
(1972).
72. Varghese A. J., Photophysiology, 7, 207—274 (1972).
73. Setlow R. B., Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 8, 257—295 (1968).
"74. Mina to S., Werbin H., Biochemistry, 10, 4503—4508 (1971).
75. Sutherland В. М., Chamberlin М. I., Sutherland J. С., JBC, 248, 4200—42Q5-
(1973).
76. Sutherland В. M., Runge Р., Sutherland J. C., Biochemistry, 13, 4710—4715-
(1974).
77. Gregory R. P. F., Biochemistry of Photosynthesis, Wiley (Interscience), New York,
1971.
78. Levine R. P., Sci. Am., 221, 58—70 (Dec. 1969).
79. Clayton R. K-, Light and Living Matter, Vol. 2, McGraw-Hill, New York,
1971.
79a. Niel С. B. van, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 3, 138—150 (1935).
79b. Emerson R., Chalmers R., Cederstrand C., PNAS, 43, 133—143 (1957).
79c. Hill R., Nature (London), 139 , 881—882 (1937).
79d. Gaffron H., in: Plant Physiology (F. C. Steward, ed.), Vol. IB, pp. 176—180, Aca-
demic Press, New York, 1960.
79e. Emerson R., Arnold W., J. Gen. Physiol., 16, 191—205 (1932).
79f. Amon D. I., Tsujimoto H. Y., McSwain B. D., Nature (London), 207, 1367—1372
(1965).
80. Amon D. I., PNAS, 68, 2883—2892 (1971).
81. Strain H. H., Katz J. J., Prog. Photosynth. Res., 1st, 1969, Vol. II, pp. 539—546
(1969).
82. French C. S., Brown J. S., Photosynth. Two Centuries after Its Discovery by
Joseph Priestley, Proc. Int. Congr. Photosynth. Res., 2nd., 1971, pp. 291—306
(1972).
83. Fenna R. E., Matthews B. W-, Nature (London), 258, 573—577 (1975).
84. Anderson J. M., Nature (London), 253, 536—537 (1975).
85. Siegelman H. W„ Chapman D. J., Cole N. J., in: Porphyrins and Related Com-
pounds (T. W. Goodwin, ed.), pp. 107—120. Academic Press, New York, 1969..
85a. Beuhler R. J., Pierce R. C., Friedman L., Siegelman H. W-, JBC, 251, 2405—2411
(1976).
86. MUhlethaler K-, in: Structure and Function of Chloroplasts (M. Gibbs, ed.), pp. 7—34,
Springer-Verlag, Berlin and New York, 1971.
87. Williams W. P„ Nature (London), 225, 1214—1217 (1970).
88. Okamura M. Y., Steiner L. A.. Feher G., Biochemistry, 13, 1394—1403 (1974).
89. Rest M., van der, Gingras G., JBS, 249, 6446—6453 (1974).
90. Philipson K. D., Sauer K-, Biochemistry, 11, 1880—1885 (1972).
91. Boxer S. G., Class G. L., Katz J. J., JACS, 96, 7058—7066 (1974).
92. Strouse С. E„ PNAS, 71, 325—328 (1973).
93. Fong F. K., JACS, 97, 6890—6892 (1975).
93a. Shipman L. L-, Cotton T. M., Norris J. R„ Katz J. J., PNAS, 73, 1791—1794
(1976).
94. Netzel T. L., Rentzepis P. M., Leigh J., Science, 182, 238—241 (1973).
95. Beddard G. S., Porter G., Tredwell C. J., Barber J., Nature (London), 258, 166—
168 (1975).
95a. Campillo A. J., Kollman V. H., Shapiro S. L., Science, 193, 227—229 (1976).
96. Dutton P. L„ Leigh J. S„ Jr., Reed D. W., BBA, 292, 654—664 (1972).
97. Okamura M. Y., Isaacson R. A., Feher G., PNAS, 72, 3491—3495 (1975).
98. Seifert K-, Witt H. T., Prog. Photosynth. Res., 1st, 1969, Vol. II, pp. 750—756
(1969).
99. Evans M. C. W., Sihra С. K., Bolton J. R., Cammack R., Nature (London), 256,.
668—670 (1975).
100. Katz J. J., Norris J. R., Jr., Curr. Top. Bioenerg., 5, 41—75 (1973).
101. Trebst A., Annu. Rev. Plant Physiol., 25, 423—458 (1974).
101a. Duysens L. N. M., in: The Photochemical Apparatus, Its Structure and Function,.
Brookhaven Symposium in Biology, No. 11, pp. 18—19, Brookhaven Natl. Lab.,
Upton, New York, 1958.
102. Parson W. W., Cogdell R. J., BBA, 416, 105—149 (1975).
103. Morton R. A., BioL. Rev. Cambridge Philos. Soc., 46, 47—96 (1971).
104. Threlfall D. R., Whistance G. R., in: Aspects of Terpenoid Chemistry and Bioche-
mistry (T. W. Goodwin, ed.), pp. 372—374, Academic Press, New York, 1971.
104a. Ambler R. P., Bartsch R. G., Nature (London), 253, 285—288 (1975).
105. Wood P. M„ BBA, 357, 370—379 (1974).
106. Dickerson R. E., Tinkovich R., in: The Enzymes, 3rd ed. (P. D. Boyer, ed.), Vol. 17,
pp. 397—547, Academic Press, New York, 1975.
107. Anderson J. M„ BBA, 416, 191—235 (1975).
108. Cantley L. C„ Hammes G. G., Biochemistry, 15, 1—14 (1976).
109. Junge W., Proc. Int. Congr. Photosynth., 3rd, 1974, Vol, I, pp. 273—286.
(1975).
110. Keister D. L., Raveed N. J., JBC, 249, 6454—64^8 (1974) .
111. Radmer R., Kok B.„Annu. Rev. Biochem.. 44. 409^-433 (1975).
112. Katyurin V. M.,,Photosynth. Two Centuries After Its Discovery by Joseph Priestley,
Proc. Int. Congr. Photosynth. Res., 2nd, 1971, pp. 93—105 (1972).
112a. Wydrzynski T., Zumbulyadis N., Schmidt P. G., Gutowsky H. S., Govindiee, PNAS
73, 1196—1198 (1976).
113. Hauska G., Reimer S., Trebst A., BBA, 357, 1—13 (1974).
114. Metzner H., J. Theor. Biol., 51, 201—231 (1975).
115. Stemler A.. Radmer R., Science, 190, 457—458 (1975).
116. Goodwin T. W., ed., Aspects of Terpenoid Chemistry and Biochemistry, pp. 346—
348, Academic Press, New York, 1971.
117. Goodwin T. W., in: Phytochemistry (L. P. Miller, ed.), Vol. I, pp. 136—137, Van
Nostrand-Reinhold, Princeton, New Jersey, 1973.
118. Siefermann D., Yamamoto H. Y., ABB, 171, 70—77 (1975).
119. Buchanan В. B., Schilrmann P., Curr. Top. Cell. Regul., 7, 1—20 (1973).
120. Anderson L. E., Proc. Int. Congr. Photosynth., 3rd, 1974, Vol. II, 1393—1405
(1975).
121. O’Brien J. M., Powls R., Proc. Int. Congr. Photosynth., 3rd, 1974, Vol. II, pp. 1431 —
1440 (1975).
122. Bassham J. A., in: Phytochemistry (L. P. Miller, ed.), Vol. I, pp. 66—69, Van Nost-
rand-Reinhold, Princeton, New Jersey, 1973.
123. Zelitch I., PNAS, 70, 579—584 (1973).
124. Zelitch I., Photosynthesis, Photorespiration, and Plant Productivity, Academic Press^
New York, 1971.
125. Black С. C., Jr., Annu. Rev. Plant Physiol., 24, 253—286 (1973).
126. Zelitch I., Science, 188, 626—633 (1975).
127. Zelitch I., Annu. Rev. Biochem., 44, 123—145 (1975).
128. Tolbert N. E., Annu. Rev. Plant Physiol., 22, 45 (1971).
129. Tolbert N. E., Curr. Top. Cell. Regul., 7, 21—50 (1973).
130. Kent S. S., JBC, 247, 7293—7302 (1972).
131. Benemann J. R„ Berenson J. B., Kaplan N. 0., Kamen M. D., PNAS, 70, 2317—2320
(1973).
132. Benemann J. R., Weare N. M., Science, 184, 174—175 (1974).
132a. Doelle H. W., Bacterial Metabolism, 2nd ed., pp. 116—135, Academic Press, New
York, 1975.
133. Abrahamson E. W., Eager R. S., Curr. Top. Bioenerg., 5, 125—200 (1973).
133a. Rodieck R. 47., The Vertebrate Retina; Principles of Structure and Function, Freeman,
San Francisco, California, 1973.
136b. Wald G., Brown P. K, Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 30, 346
(1965).
134. Hagins W. A., Annu. Rev. Biophys. Bioeng., 1, 131 —158 (1972).
135. Young R. W„ Sci. Am., 223, 81—91 (Oct. 1970).
136. Honig В., Ebrey T. G., Annu. Rev. Biophys. Bioeng., 3, 151 —177 (1974).
137. Hubbard R., Kropf A., Sci. Am., 216, 64—76 (June 1967).
138. Worthington C. R., Annu. Rev. Biophys. Bioeng., 3, 53—80 (1974).
139. Langer H., ed., The Biochemistry and Physiology of Visual Pigments, Springer-Ver-
lag, Berlin and New York, 1973.
140. Busch G. E., Applebury M. L., Lamola A. A., Rentzepis P. M., PNAS, 69, 2802—2806
(1972).
141. Applebury M. L., Zuckerman D. M., Lamola A. A., Jovin T. M., Biochemistry, 13,
3448—3458 (1974).
141a. Warshel A., Nature (London), 260, 679—683 (1976).
141b. Mathies R., Stryer L., PNAS, 73, 2169—2173 (1976).
141c. Fransen M. R., Luyten W. С. M. M., Thuijl J. van, Lugtenburg L., Jansen P. A. A.,
Breugel P. J. G. M. van, Daemen F. J. M., Nature (London), 260, 726—727
(1976).
142. Salem L., Bruckman P., Nature (London), 258, 526—528 (1975).
143. Bensasson R„ Land E. J., Truscott T. G., Nature (London), 258, 768—770 (1975).
144. Oseroff A. R., Callender R. H., Biochemistry, 13, 4243—4248 (1974).
145. Papermaster D. S., Dreyer W. J., Biochemistry, 13, 2438—2444 (1974).
146. Downer N. W., Englander S. W., Nature (London), 254, 625—627 (1975).
147. Weller M., Virmaux N., Mandel P., Nature (London), 256, 68—70 (1975).
148. Keims J. J., Miki N., Bitensky M. W., Keims M., Biochemistry, 14, 2760—2766
(1975).
149. Azuma K, Azuma M., Sakaguchi K., Kilo Y„ Nature (London), 253, 206—207
(1975).
150. Shichi H„ Somers R. L„ JBC, 249, 6570—6577 (1974).
151. Racker E., Stoeckenius W., JBC, 249, 662—663 (1974).
152. Danon A., Stoeckenius W., PNAS, 71, 1234—1238 (1974).
153. Henderson R„ JMB, 93, 123—138 (1975).
154. Henderson R., Unwin P. N. T„ Nature (London), 257, 28—32 (1975). . .<
<es
455. Mitrakos K„ Shropshire W., Jr., eds., Phytochrome, Academic -Press, New York,
1972.
455a. Smith H., Phytochrome and Photomorphogenesis, McGraw-Hill, New York,
1975.
155b. Erlanger B. F., Annu. Rev. Biochem., 45, 267—283 (1976).
156. Briggs W. R., Rice H. V., Annu. Rev. Plant Physiol., 23, 293—324 (1972).
.157. Shropshire W., Jr., Photophysiology, 7, 33—72 (1972).
558. Burke M. J., Pratt D. C., Moscowitz A., Biochemistry, 11, 4025—4031 (1972).
158a. Evans A., Smith H„ PNAS, 73, 138—142 (1976).
.159. Song P. S., Moore T. A., Photochem. Photobiol., 19, 435—441 (1974).
160. Treadwell G. E., Metzler D. E., Plant Physiol., 49, 991—993 (1972).
161. Poff K. L., Butler №. L., Nature (London), 248, 799—801 (1974).
161a. Wolken J. J., Photoprocesses, Photoreceptors and Evolution, Akademic Press, New
York, 1975.
161b. Debruck M„ Katzir A., Presii D„ PNAS, 73, 1969—1973 (1976).
162. McElroy №. D., Seliger H. H., Sci. Am., 207, 76—89 (Dec. 1962).
Я63. Cormier M. J., Hercules D. M., Lee J., eds., Chemiluminescence and Bioluminescence,
Plenum, New York, 1973.
464. Cormier M. J., Lee J., Wampler J. E., Annu. Rev. Biochem., 44, 255—272 (1975).
165. Hori K-, Wampler J. E., Matthews J. C., Cormier M. J., Biochemistry, 12, 4463—
4468 (1973).
466 Shimomura 0., Johnson F. //.. Biochemistry, 7, 2574—2580 (1968).
167. Ward №. W., Seliger H. H., Biochemistry, 13, 1500—1510 (1974).
168. Ashley С. C., Ridgwey E. B., in: Calcium and Cellular Function (A. W. Cuthbert,
ed.), pp. 42—53, St. Martin’s Press, New York, 1970.
169. Shimomura 0., Johnson F. H., Biochemistry, 11, 1602—1608 (1972).
170. Ward W. W„ Cormier M. J., PNAS, 72, 2530—2534 (1975).
171. Morise H„ Shimomura 0., Johnson F. H., Winant J., Biochemistry, 13, 2656—2662
(1974).
172. Hastings J. W., Balny C., JBC, 250, 7288—7293 (1975).
173. Kemal C., Bruice T. C., PNAS, 73, 995—999 (1976).
174. Matsuda K., Nakamura T., J. Biochem. (Tokyo), 72, 951—955 (1972).
Глава 14
Метаболизм азотсодержащих
соединений
Азот, входящий в состав очень многих соединений, подвергается
сложным метаболическим превращениям. Неорганические формы азо-
та в окружающей среде очень разнообразны-—от нитрат-иона, в ко-
тором уровень окисленности азота равен +5, до аммиака, в котором
уровень окисленности составляет —3. Живые клетки могут как вос-
станавливать, так и окислять эти неорганические формы. Органические
формы азота чаще всего образуются путем включения аммоний-иона
в состав аминогрупп и амидных групп. Включившись в состав орга-
нического соединения, азот далее может переходить во многие другие
соединения углерода. Особенно активно участвуют в подобных реак-
циях переноса такие соединения, как глутаминовая и аспарагиновая
кислоты, глутамин, аспарагин и карбамоилфосфат. Они образуют об-
щий фонд азота, из которого азот может расходоваться на различные
метаболические нужды и куда он может быть возвращен.
Помимо метаболических путей синтеза и распада аминокислот,
нуклеотидов и других азотистых веществ у многих организмов имеется
специализированный метаболизм включения избыточного азота в срав-
нительно малотоксичные продукты экскреции. Все эти стороны мета-
болизма азота будут рассматриваться в этой главе, но из-за исклю-
чительной сложности предмета изложение будет сжатым. Сначала мы
рассмотрим реакции, с помощью которых из неорганических соедине-
ний образуются органические азотистые соединения, а затем обратимся
к реакциям, затрагивающим азотный фонд. Далее мы рассмотрим
специфические реакции синтеза и катаболизма индивидуальных азо-
тистых соединений.
А. Фиксация N2 и другие превращения
неорганических соединений азота
Большая часть азота биосферы существует в виде химически очень
инертного N2, на долю которого приходится до 80% всех молекул воз-
духа. «Фиксация» азота происходит в основном либо под действием
молний (приводящих к образованию окислов азота, из которых затем
получаются нитрат и нитрит), либо в результате жизнедеятельности
бактерий [1]. Определенный вклад в фиксацию азота вносит и человек,
производящий химические удобрения. Взаимопревращения между нит-
ратом и нитритом, с одной стороны, и аммиаком и органическими азо-
тистыми соединениями — с другой, относятся к активным биологиче-
ским процессам. Некоторые из таких реакций уже обсуждались в
тл. 1(1 Например, мы рассмотрели окисление бактериями_ЙНз в NO г
и NO? (гл. 10, разд. Е, 1) и восстановление NO? в NO2 [уравнение
(10-32)]. Для многих бактерий и. высших растений такой восстанов-
Of
St ПЙ*;н i -
ление нитрата является первой стадией важного многоступенчатого
процесса ассимиляции, в ходе которого нитрит восстанавливается в
конечном итоге до NH3. Однако химические механизмы восстановле-
ния нитрита до NH3 [уравнение (10-36)] до конца еще не изучены.
1. Восстановление элементарного азота
Одной из самых примечательных реакций метаболизма азота яв-
ляется превращение двухатомного азота (N2) в аммиак. Подсчитано,
что в 1974 г. в результате такой биологической фиксации азота на
землю было перенесено 17,5- 10го кг азота (сравните это с фиксацией
4-1010 кг азота путем химических реакций) [2]. Чтобы нагляднее пред-
ставить, как велико это количество, укажем, что один квадратный метр
поля, засеянного бобовыми, образующими корневые клубеньки, на-
пример соей, обеспечивает фиксацию 10—30 г азота в год.
Фиксация N2 бактериями Clostridium pasteurianum и несколькими
другими видами бактерий была открыта в 1893 г. Виноградским [2а].
Последующие исследования показали, что для фиксации азота требу-
ется наличие в питательной среде железа и молибдена. СО и N2O
оказывают ингибирующее действие. Предполагалось, что конечным
продуктом этого процесса является аммиак. Наряду с этим допускали,
что первоначально в органические соединения включаются более окис-
ленные соединения, такие, как гидроксиламин. С 1960 г., после того
как были получены бесклеточные препараты, способные к фиксации
азота, в этой области были сделаны большие успехи [3—5]. Важным
достижением было открытие у всех азотфиксирующих бактерий спо-
собности восстанавливать ацетилен в этилен. По-видимому, способ-
ность к фиксации азота и к восстановлению ацетилена тесно взаимосвя-
зана. Простой и чувствительный тест на восстановление ацетилена
позволяет легко измерять азотфиксирующий потенциал клеток.
С помощью этого теста вскоре было показано, что способность к
фиксации азота присуща не отдельным видам бактерий, а широко
распространена у многих прокариот. Из этих организмов наиболее
изучены Azotobacter, Clostridium pasteurianum (с которыми работал
Виноградский), Klebsiella (бактерия, родственная Е. coli) и Rhizobi-
um — симбиотические бактерии корневых клубеньков бобовых. Rhizo-
bium заслуживает особого внимания, поскольку восстановление N2
происходит в клубеньках растений, зараженных бактериями1’. Внутри
клубеньков бактерии перерождаются в «бактероиды», и параллельно
происходит синтез специального гемоглобина (леггемоглобин), детер-
минируемого геном растения [7, 8]. Бобовые — не единственные рас-
тения, вступающие в симбиоз с азотфиксирующими организмами. Не-
которые покрытосеменные являются хозяевами азотфиксирующих ак-
тиномицетов, а среди голосеменных имеются растения, содержащие
азотфиксирующие сине-зеленые водоросли. Фиксация азота идет и в
узелках листьев некоторых растений, зараженных бактериями Klebsi-
ella. Неизвестно, имеет ли это значение для питания, но азотфикси-
рующие штаммы Klebsiella были обнаружены в кишечнике некоторых
жителей Новой Гвинеи.
В количественном отношении из свободно живущих азотфиксирую-
щих организмов наиболее важное значение имеют цианобактерии (си-
” Впрочем, недавно было показано, что некоторые свободно живущие бактерии
Rhizobium тоже могут фиксировать азот [6].
Метаболизм азотсодержащих соединений 83
не-зеленые водоросли). Например, на рисовых полях сине-зеленые во-
доросли могут фиксировать в год от 2,4 до 10 г азота на каждый квад-
ратный метр.
2. Нитрогеназная ферментная система
Бесклеточные препараты нитрогеназы были выделены из целого
ряда организмов. Всем этим ферментам свойственна быстрая инакти-
вация в присутствии кислорода, что на первых порах сильно сдержи-
вало развитие исследований. По-видимому, фиксация азота происходит
в анаэробных участках клеток. Существует даже предположение, что
леггемоглобин защищает азотфиксирующие ферменты корневых клу-
беньков от воздействия кислорода. Возможно, что леггемоглобин осу-
ществляет также доставку Ог путем облегченной диффузии в аэробные
митохондрии бактероидов при устойчиво низком давлении кислорода
[8].
Нитрогеназная система катализирует шестиэлектронное восстанов-
ление N2 в аммиак:
N2 4- 6Н+ + бе--> 2NH3. (14-1)
Она способна восстанавливать и многие другие соединения. Например,
восстановление ацетилена в этилен [уравнение (14-2)] является двух-
электронным процессом:
НС=СН + 2Н+ + 2е- -----> Н2С = СН2> (14-2)
N- + 4Н+ + 2е- ----> N2 + NHj, (14-3)
CN~ 4- 8Н+ 4- бе- -► СН4 + NHj, (14-4)
2Н++2е- -----> Н2. (14-5)
В результате другого двухэлектронного восстановления происходит
превращение азид-аниона в N2 и NHt [уравнение (14-3)]. Цианид-
ионы дают начало метану и аммиаку [уравнение (14-4)]. Нитрогеназ-
ная система может также восстанавливать алкилнитрилы и N2O. Кроме
того, нитрогеназы неизменно катализируют восстановление протонов
в Н2 [уравнение (14-5)].
В экспериментах, выполненных в ранний период исследований, было
обнаружено, что для фиксации N2 в бесклеточных экстрактах требует-
ся пируват натрия. Наблюдалось также накопление в больших коли-
чествах СОг и Нг. Оказалось, что пируват расщепляется под действием
пируват-формиат-лиазы (рис. 8-19), поставляя клеткам два важных
продукта: АТР и восстановленный ферредоксин. Пируват можно было
заменить смесью АТР, Mg2+ и FdBOcci. Кроме того, восстановленный
ферредоксин можно было заменить небиологическим восстановителем
дитионитом (S2O4-). Поскольку ADP оказывает на нитрогеназную сис-
тему ингибирующее действие, лучшим способом образования АТР ока-
залось использование ATP-генерирующей системы в виде смеси креа-
тинфосфата (дополнение Ю-Е), креатинкиназы и небольшого количе-
ства ADP.
В каждом случае исследовавшуюся нитрогеназную систему можно
было легко разделить на два компонента. Один из них, азоферредок-
син (azoFd, известный также как компонент II), представляет собой
чрезвычайно чувствительный к кислороду Fe-S-белок. Азоферредоксии
состоит из двух идентичных пептидных цепей с одинаковым (30 000)
мол. весом. Каждый димер содержит четыре атома Железа, 4S2- и 12
84 Йииа-,44
титруемых тиоловых групп. Другим компонентом служит молибдофер-
редоксин (MoFd, называемый также компонентом I), который содер-
жит железо, молибден и лабильный сульфид. В этом белке имеются
пептидные цепи двух типов, с мол. весом ~51 ООО и 60 000, составляю-
щие смешанный (а2р2) тетрамер. Каждый смешанный тетрамер содер-
жит два атома молибдена, ~24 атама железа, -~24 сульфид-иона и
РИС. 14-1. Гипотетическая структура молеку-
~ 30 титруемых тиоловых
групп, вероятно составляющих
по три FeiSrKnacTepa на каж-
дый атом молибдена (гл. 10,
разд. В). В результате ассо-
циации этих белков образует-
ся нитрогеназный комплекс,
содержащий две димерные мо-
лекулы azoFd и одну молеку-
лу MoFd (рис. 14-1).
При восстановлении azoFd
наблюдается сигнал ЭПР с
§=1,94, типичный для Fe-S-
белков (гл. 10, разд. В). На
этот сигнал сильное влияние
оказывает взаимодействие
Mg2+ и АТР; вместе с тем на
лы нитрогеназы. сложную совокупность сигна-
лов ЭПР, наблюдаемых при
восстановлении MoFd, АТР никакого действия не оказывает. Из этих и
других наблюдений сложилось представление о том, что azoFd служит
переносчиком электронов, ответственным за восстановление молибдена,
содержащегося в MoFd. Образовавшийся таким путем Mo(IV) далее
восстанавливает N2 путем двухэлектронного процесса, сопровождающе-
гося образованием Mo (VI) [уравнение (14-6)]:
ADP + Pt
Mo(JV) Fd —
1 кpi |(в/7доэтапа)
♦
Mo(Vl) Fd
N2
2 NH3
(14-6)
Согласно этой схеме, для полного восстановления N2 до двух мо-
лекул аммиака требуются три последовательные двухэлектронные ста-
дии. Альтернативным процессом служит восстановление двух протонов
в Н2, как это указано штриховыми стрелками в уравнении (14-6). АТР,
по-видимому, приводит в действие поток электронов аналогично иду-
щему под действием АТР «обратному потоку электронов» в дыхатель-
ной цепи (гл. 10, разд. Д, 7). Это также схематически показано в урав-
нении (14-6). Было показано [9], что АТР прочно связывается с azoFd
и понижает £0' (pH 7,5) с —0,29 до —0,40 В. Как ни удивительно, но
большинство исследователей обнаруживали, что на перенос двух элек-
тронов расходуется 4—5 молекул АТР. Восстановление N2 восстанов-
ленным ферредоксином [уравнение (14-7)] с термодинамической точки
зрения может идти самопроизвольно:
. NJ4-6FdBOCCT + 8H+ --> ZNHt-MFd^ , (14-7)
• At?' 1пН7) = 4- 89,З кДж * моль-1 нли-— 29,8 кДж на 2 электрона.
Метаболизм азотсодержащих соединений 85
Однако N2 химически необычайно инертен. Таким образом, для пре-
одоления высокого активационного барьера распад АТР, возможно,
должен быть сопряжен с работой нитрогеназной системы более чем
одним путем [10]. Не исключено и то, что in vivo потребность в АТР
ниже, чем в изолированных системах.
У некоторых бактерий, например у строгого анаэроба Azotobacter,
донором электронов для восстановления N2 служит NADPH. AzoFd,
согласно имеющимся данным, предпочтительно акцептирует электро-
ны, поступающие из цепи переносчиков, включающей по крайней мере
обычный бактериальный ферредоксин (Fd) и специальный одноэлек-
тронный акцептор азотофлавин [И]. Этот флавопротеид, несколько
более крупный, чем флаводоксины (гл. 8, разд. И, 5), по-видимому,
играет особую роль в фиксации N2. Предполагаемая система переноса
электронов схематически представлена в уравнении
ад-
\ АТР £ п
NADPH ----> Fd --> Азотофлавин -> AzoFd-->• MoFd -► Na (14-8)
Дополнение 14-A
Молибден
Уже давно признано, что молибден относится к элементам,
необходимым растениям для роста, однако никаких убеди-
тельных данных об обязательном его присутствии в пище жи-
вотных пока не получено. Тем не менее он обнаружен по край-
ней мере в трех ферментах животных и, кроме того, еще в
четырех ферментах бактерий и растений3’6. Альдегидоксида-
за, ксантиноксидаза печени (т. 2, стр. 265) и родственные
ксантиндегидрогеназы некоторых бактерий содержат молиб-
ден, существенный для проявления каталитической активно-
сти. Сульфитоксидаза печени (гл. 14, разд. Ж), нитратредук-
таза бактерий .р растений (гл. 10, разд. Е.2), бактериальная
формиатдегидрогеназа (гл. 9, разд. В, 3) и нитрогеназа (дан-
ный раздел книги) — вот список известных ферментов, актив-
ность которых зависит от присутствия молибдена.
Молибден — металл второй переходной группы, один из
немногих тяжелых элементов, заведомо существенных для
жизни. В наиболее устойчивом окисленном состоянии, Mo(VI),
молибден содержит заполненную 45-оболочку и имеет 441-ор-
битали, доступные для образования координационных связей
с анионными лигандами. Предпочтительными являются коор-
динационные числа 4 или 6, но к молибдену могут присоеди-
няться по меньшей мере восемь лигандов. Большая часть
комплексов образуется с оксикатионом Мо02+. Когда с этим
ионом координационно связаны две молекулы воды, их про-
тоны приобретают настолько кислые свойства, что полностью
диссоциируют, оставляя комплекс в виде молибдат-иона
МоО«_. Другие уровни окислеиности находятся в интервале
от Мо(1П) до Mo(V). В этих менее окисленных состояниях
тенденция протонов в координационно-связанных лигандах к
диссоциации выражена слабее; например, Мо(Н2О)?+ не от-
дает протоны даже я сильноосновной среде. Молибдену свой-
ственно образование димерных и полимерных ионов, соеди-
ненных кислородными мостиками.
Все содержащие молибден ферменты имеют мол. вес
100 000 или выше и часто содержат по два атома молибдена.
Однако никаких данных об образовании димера атомами
молибдена нет; димер образуют скорее субъединицы белка,
с которыми связан металл. Ннтратредуктаза Е. coll, насколь-
ко известно, содержит крупную субъединицу с мол. весом
150 000, меньший пептид с мол. весом 55 000, один атом Мо,
12 атомов негемового железа и 12 сульфидов®, не устойчивых
к кислотам. Она образует также димеры и тетрамеры. Име-
ются данные, согласно которым молибден во всех этих фер-
ментах присутствует в составе низкомолекулярного кофак-
тора1-.
Точный механизм участия молибдена в катализе неизвес-
тен. Состояния Мо(Ш) и Mo(V) парамагнитны, но легко ре-
гистрируемые ЭПР-сигналы отвечают лишь состоянию Mo(V).
Этот сигнал легко распознать по его характерной сверхтон-
кой структуре, содержащей шесть линий. Такой сигнал был
зарегистрирован в случае ксантиноксидазы, нитратредуктазы
и сульфитоксидазы при их взаимодействии с субстратами.
Однако нитрогеназа дает только сигналы ЭПР, характерные
для железа. Более того, нет никаких данных, из которых
следовало бы, что N2 в нитрогеназе реагирует непосредст-
венно с атомами молибдена. Тем не менее заманчиво пред-
положить, что присутствие молибдена в нитрогеназе связано
со способностью Mo(VI) акцентировать три электрона с об-
разованием Mo(III). Два атома Мо(Ш), отдавая далее по
три электрона, могли бы доставить те шесть электронов, ко-
торые нужны для осуществления реакции (14-10).
С молибденом в организме может конкурировать воль-
фрам. Так, у крыс,' получающих с пищей вольфрам в коли-
честве 100 ч. на млн., образуется вольфрамсодержащая суль-
фитоксидаза, которая уже неспособна нормально функциони-
ровать®. Однако при этом в еще больших количествах на-
капливается не содержащий металла апобелок. У этих крыс
образуется также и неактивная, не содержащая металла
ксантиноксидазае. Очевидно, вольфрам каким-то образом пре-
пятствует включению молибдена в молекулы ферментов.
Большая часть молибдена в азотфиксирующих бактериях
Azotobacter находится в специальном белке, предназначенном
для накопления молибденаж.
а Bowden F. L., in: Techniques and Topics in Bioinorganic Chemistry
(C. A. McAuliffe, ed.), pp. 207—267, Macmillan, New York, 1975.
6 A Symposium on Molybdenum, J. Less-Common Met., 36, 405—533
1974.
» Lund K., DeMoss J. A., JBC, 251, 2207—2216 (1976).
r Nason A., Lee K. Y., Pan S.S., Erickson R. H., J. Less-Common Met., 36,
449—459 (1974).
д Johnson J. J., Cohen H. J., Rajagopalan К. V., JBC, 249, 5046—5055
(1974).
e Johnson J. J., Wand W. R., Cohen H. J., Rajagopalan, JBC, 249, 5056—
5061 (1974).
ж Brill W. J., Am. Chem. Soc., Cent. Meet., New York, 1976 Abstracts
INOR 138 (1976).
Метаболизм азотсодержащих соединений 87
3, Механизм восстановления
Хотя N2 очень инертен, он тем не менее образует нитриды с метал-
лами и комплексы с некоторыми хелатами металлов. Эти комплексы
обычно носят «торцевой» характер, например N=N—Fe. Штифель [12]
предположил, что N2 сначала образует комплекс такого типа с атомом
железа в молекуле молибдоферредоксина. Затем атом Mo(IV) может
отдать два электрона на N2 [уравнение (14-9), стадия а]:
2Н+
a /N \
MO(IV)4-N=N ----► Moz II -»- MO(VI) 4- HN = NH, (14-9)
\N 6 Диимид
что приведет к образованию комплекса N2 с Mo(VI). Присоединение
двух протонов [уравнение (14-9), стадия б] дает молекулу диимида,
которая остается связанной с железом, пока молибден не пройдет вто-
рой тур восстановления. Далее диимид восстанавливается в гидразин
и в конечном итоге в аммиак:
Na HN=NH ► HaN—NHa 2NH3. (14-10)
Как указал Штифель, Mo(VI) притягивает электроны настолько силь-
но, что протоны, связанные с окружающими молибден лигандами, на-
пример с НгО, полностью диссоциируются. Так образуется непротони-
рованный молибдат-ион МоО4_. То же будет справедливо и в отношении
азотистых лигандов, таких, как аминогруппы белка, которые могут быть
координационно связаны с находящимся на белке молибденом. Напро-
тив, восстановленный Mo(IV) стремится окружить себя протонирован-
ными лигандами. В первоначальном комплексе с N2 Mo(IV) может быть
связан с протонированными азотистыми лигандами. Перенос этих про-
тонов на молекулу N2 может сопутствовать переносу на N2 электронов
от молибдена.
В полном соответствии с этим предположением в присутствии 2Н2О из
ацетилена образуется исключительно цис-дидейтероэтилен.
н\ /н
2НХ \2Н
Лихтенштейн и сотр. [13] предположили, что молекула N2 связыва-
ется между двумя молибденовыми центрами и получает электроны от
обеих половин димерной структуры (рис. 14-1).
Ввиду огромного практического значения для сельского хозяйства
очень большой интерес представляла бы разработка более эффектив-
ных неферментативных процессов фиксации азота. Предпринимались
многочисленные попытки создать модель нитрогеназы, имитирующую
природный биологический фермент. Например, смесь цистеина и молиб-
дата натрия в отношении 1 : 1 обрабатывали таким восстанавливающим
агентом, как NaBH4, считая, что в результате должен образоваться ком-
плекс, содержащий Mo(IV). Этот комплекс должен был координаци-
онно связывать алкилнитрилы, способные восстанавливаться под дей-
ствием NaBH4 на всех стадиях вплоть до алкена и аммиака [уравнение
(14-11)].
Само собой разумеется, что эта реакция должна проходить в не-
сколько стадий. Интересно, что ее скорость значительно увеличивается
в присутствии АТР и соединений, содержащих железо-серный кластер;
присутствие СО или N2 ингибирует реакцию [14, 15]. Таким образом,
использованная модельная система по целому ряду признаков обнару»
'Ш ГлаМ 14
живает замечательное сходство с нитрогеназами. Сообщалось еще об
одной модельной системе, в которой для восстановления N2 использо-
вали несколько иной молибденовый комплекс н другой железо-серный
кластер [16]. Однако для всех этих модельных систем скорости реакций
оказываются значительно ниже тех скоростей, которые наблюдаются
прн использовании самой нитрогеназы.
Mo(VI) + CH3R + nh3
(14-и)
Большой интерес представляют также попытки повысить эффектив-
ность биологической фиксации азота. Например, с помощью различных
генетических манипуляций можно вызвать дерепрессию генов нитро-
геназы. В результате выражение этих генов становится «конститутив-
ным» (гл. 15, разд. Б, 1), а это дает возможность получать бактерии,
способные фиксировать азот в почве или в клубеньках значительно
быстрее, чем это делают природные штаммы. Обычно гены нитрогеназы
репрессируются при накоплении в клетках глутамина, о чем подробнее
говорится в разд. Б, 2. Гены азотфиксации обнаружены только в про-
кариотах. Важным достижением в области сельского хозяйства явилось
бы осуществление переноса этих генов (с сохранением их функциональ-
ной активности) в зеленые растения (гл. 15, разд. 3, 4).
Б. Включение NH3 в аминокислоты и белки
До 1940 г. аминокислоты обычно рассматривались как относительно
стойкие строительные блоки, поступающие в организм с пищей. От этих
представлений быстро отказались после начатых Шёнкеймером исследо-
ваний метаболизма 15NH3 и аминокислот, меченных изотопом 15N. Сразу
же обнаружилось, что азот часто быстро переходит из одного углерод-
ного остова в другой. Эти результаты подтвердили предположения,
выдвинутые ранее Браунштейном (гл. 8, разд. Д). Браунштейн указы-
вал, что С4- и Сз-аминокислоты, аспартат и глутамат, тесно связанные
с циклом трикарбоновых кислот, способны быстро обменивать свои ами-
ногруппы на аминогруппы других аминокислот путем переаминирования
[уравнение (14-12), стадии б и в]. Поскольку при этом аммиак легко
включается в глутамат [уравнение (14-12), стадия а; см. следующий
раздел], нетрудно представить себе существование общего пути синтеза
аминокислот.
NH3--------------
'♦k а
। * Переаминировакие
Glu
б
Gin-------* Asn
Различные
азотистые
соединения
аминокислоты
Карбамоил-
'К.
... Asp
фосфат
> Мочевина
(14-12)
Метаболизм азотсодержащих соединений 89
Вскоре стало ясно, что глутамин и аспарагин следует рассматривать
как растворимые и нетоксичные переносчики дополнительного количе-
ства аммиака, заключенного в их амидных группах. Под действием
активной синтетазы из глутамата и аммиака образуется глутамин
[уравнение (14-12), стадия г], а под действием другого фермента про-
исходит перенос амидного азота на аспартат с образованием аспарагина
[уравнение (14-12), стадия б]. Амидный азот глутамина используется
в"многочисленных биохимических процессах, в том числе в образовании
карбамоилфосфата [уравнение (14-12), стадия е; разд. В, 2], глюкозами-
на [уравнение (12-4)], NAD+ (разд. И), пуринов (разд. Л,3), СТР
(разд. Л, 1), n-аминобензоата (разд. 3,3) и гистидина (разд. К).
Глутамат, глутамин и аспартат играют центральную роль н в удале-
нии азота из органических соединений [17]. Будучи реакцией обрати-
мой, переаминирование обычно служит начальным этапом катаболизма
избыточных аминокислот. В результате присоединения азота к кето-
глутарату образуется избыточный глутамат, который дезаминируется с
образованием аммиака и далее — глутамина. Глутамин может также
отдавать свой азот на образование аспартата. В организме животного
и аспартат, и глутамин (через карбамоилфосфат) являются предшест-
венниками мочевины, главного экскреторного азотистого соединения.
Все эти взаимосвязи суммированы в уравнении (14-12), а дальнейшие
подробности будут даны в последующих разделах.
Образование глутамата в результате восстановительного аминиро-
вания представляет собой основной путь включения азота в состав ами-
ногрупп, однако вполне возможно, что существуют другие пути. Так,
например, высказывалось предположение, что у растений происходит
прямое аминирование пирувата и других а-оксокислот в ходе реакций,
аналогичных реакции, катализируемой глутаматдегидрогеназой [17а].
Известен бактериальный фермент, который катализирует обратимое при-
соединение аммиака к фумарату с образованием аспартата (гл. 7,
разд. 3,6, г).
1. Глутаматдегидрогеназа и глутаматсинтетаза
Согласно существующим представлениям, реакция, катализируемая
глутаматдегидрогеназой (рис. 14-2, стадия а; см. также гл. 8, разд. 3,4),
представляет собой основной путь обратимого включения аммиака в
глутаминовую кислоту. Роль восстановителя в этой реакции может иг-
рать либо NADH, либо NADPH. В эукариотических клетках глутамат-
дегидрогеназа находится преимущественно в митохондриях. Далее под
действием трансаминаз внутри и вне митохондрий азот глутаминовой
кислоты перераспределяется, включаясь в другие аминокислоты. Осо-
бенно активна аспартатаминотрансфераза (гл. 8, разд. Д, 3 и Д, 7), под-
держивающая равновесие между аспартатом и оксалоацетатом, с одной
стороны, и парой а-кетоглутарат/глутамат — с другой.
У Е. coll и многих других бактерий восстановительное аминирование
а-кетоглутарата осуществляется под действием глутаматсиитетазы
(рис. 14-2, стадия б). В этой реакции азот поставляется амидной груп-
пой глутамина. Есть все основания считать, что в активном центре фер-
мента из этой группы освобождается аммиак. Следовательно, образова-
ние шиффова основания и восстановление под действием NADPH может
идти точно так же, как и в реакции а (гл. 8, разд. 3,4). Разница состоит
в том, что одна из двух молекул глутамата, образовавшихся в реакции
б, должна быть переведена под действием глутаминсинтетазы
(разд. Б, 2) сиова в глутамин с использованием одной молекулы АТР.
90 Глав» .’И
СОО-
H.+N СОО-
NH4*
NADH
а- Кетаглутарат
COO"
Элонгация цепи
(гл. ff, разд. Г, 7)
СОО"
О
ос.-Кетаадипинат
NADPH
Gin------
1
Атр
н+N соо~
-оос
| Переаминирование
<х- Аминоадипинат
I АТР
е NADPH
H3+N COO'
СОО“
Ацетил-СоА
6
Glu
ъ-глутомот
АТР
NADPH
H,»N
\.-глутамин
Донор NH3 при синтезе
пуринов и многих других
соединений
l-G1u
.V - ацетилглутамат
О=СН
Через
шиффова
основание
NADPH
H3+N СОО“
СНО
|атр
iNADPH
СНО
Сахаропин
Н СОО-
Н
"ООС
NADPH
^-Пирролин-
5-карбоксилат
Н,С
нч
-оос'
' ° н СОО-
блокирован- ,
нал аминогруб
па недоступ-;
на для цик- । ос~Кетоглутарат
лизации ] flepeQMUHUpOgaHLie
Н. ,NH
-на следующей
стадии здесь
происходит окис-
ление и образова-
ние ишффова
основания
'СОО"
NADP*
H;,+N COO"
-оос
L-пролин
\В некоторых белках
\(гл. 11,разд.,Д.З)-
\ Нз°
Ацетат «-И
H.,+N
L-ЛИЗиР
4-оксипролин
\ ъ-орнитин
H/N )
Н COO-
NH3+
Альтернативный
диаминопимелинатный
путь см.рис.1У-7
Н
Н
С = О
3
Н
Н
Н
l > Цитруллин,
аргинин (см.рис. 1^-4}
РИС. 14-2. Биосинтез глутаминовой кислоты, глутамина, пролина и лизина из
а-кетоглутарата.
Вследствие такого сопряжения реакции с расщеплением АТР равнове-
сие в реакции б сильно сдвинуто в сторону синтеза глутамата. Для
глутаматсинтетазы характерно очень низкое значение Лм по отношению
к глутамину (а следовательно, и к его амидному азоту).
Глутаматсинтетаза Е. coli представляет собой крупный белок с мол.
весом 800 000, содержащий флавин, железо и S2- в соотношении 1:4:4
[18]. В качестве восстановителя фермент использует NADH, однако
некоторые эксперименты свидетельствуют, что прочно связанный с фер-
ментом флавин после своего восстановления служит непосредственным
донором электронов, необходимых для восстановления шиффова осно-
вания, образованного ,а-кетоглутаратомчс аммиаком [18]..;Не вполне
ясно, для чего нужны флавиновые и железо-сульфидные нростетические
Метаболизм азотсодержащих соединений 91
группы. Железо-сульфидная группа, возможно, обеспечивает сопряже-
ние не только с NADPH, но и с восстановленным ферредоксином.
Недавно было обнаружено, что глутаматсинтетаза, по-видимому,
обеспечивает основной путь включения азота в аминокислоты в дрож-
жах [19] и высших зеленых растениях. В последнем случае восстанав-
ливающим агентом может служить восстановленный ферредоксин [20].
2. Глутаминсинтетаза
Образование глутамина из глутамата сопряжено с расщеплением
АТР:
NH?
Gia ’ Gln (14-13)
АТР ADP +. Р1
Глутаминсинтетаза, выделенная из Е. coli, содержит 12 идентичных субъ-
единиц, каждая с мол. весом ~ 50 000. Они образуют два кольца по
шесть субъединиц; расстояние между центрами соседних субъединиц
внутри кольца составляет 4,5 нм. Субъединицы одного кольца лежат
почти непосредственно над субъединицами следующего [21], и рас-
стояние между центрами колец тоже составляет 4,5 нм. Фермент про-
являет чрезвычайно сложные регуляторные свойства [22—24], сумми-
рованные на рис. 14-3. Глутаминсинтетаза существует в двух формах.
Активная глутаминсинтетаза помимо трех субстратов — глутамата, NH<
и АТР — требует еще присутствия Mg2+. В присутствии избыточных
количеств предшественника, а-кетоглутарата, фермент остается в ак-
тивной форме, поскольку превращение его в модифицированную форму
в этих условиях ингибируется. Однако, если концентрация кетоглутарата
падает до низких значений и накапливается глутамин, возникают ус-
ловия, благоприятствующие модификации фермента. Модифицирующий
фермент аденилилтрансфераза (АТаза) переносит аденилильную груп-
пу с АТР на гидроксил одного из тирозинов в субъединице глутаминсин-
тетазы, в результате чего образуется аденилильная форма фермента.
Модифицированный фермент требует уже присутствия не Mg2+, а Мп2+.
Он намного более чувствителен к ингибированию по типу обратной
связи (ретроингибированию) целым рядом конечных продуктов мета-
болизма глутамина, как показано слева в нижней части рис. 14-3.
Все восемь ретроингибиторов, по-видимому, связываются своими спе-
цифическими участками на поверхности фермента, оказывая кумулятив-
ное ингибиторное действие.
Для релаксации от аденилилированной глутаминсинтетазы к немо-
Дифицированной форме не требуется особой гидролазы, как в случае
фосфорилазы (рис. 11-10). Отщепление аденилильной группы катали-
зируется модифицированной формой той же аденилилтрансферазы, под
Действием которой шло аденилилирование. Обнаружено, что АТаза су-
ществует в комплексе с регуляторным белком, обозначаемым как Рц.
Комплекс АТаза-Рц катализирует аденилилирование (перенос адени-
лильной группы с АТР на тирозиновый остаток глутаминсинтетазы).
Регуляторная субъединица Рц может быть уридилилирована под дей-
ствием специальной уридилилтрансферазы (ОТазы) в присутствии
UTP. Комплекс АТаза-Рц—уридилил катализирует фосфоролитическое
Дезаденилилирование глутаминсинтетазы (с переносом удаляемой аде-
нилильной группы на Р\ и образованием ADP). Наконец, удаление ури-
ГлвваН 'i-'Esqj. '
дилильной группы с уридилил-Рп катализируется четвертым, «UR^-фер-
ментом. Цикл взаимопревращений Рп, катализируемый ЦТазой и UR-
ферментами, показан в нижней части рис. 14-3 справа. Реакции алло-
стерической модификации, отмеченные пунктирными линиями, показы-
вают, что глутамин не только содействует аденилилированию
глутаминсинтетазы, но также блокирует уридилилирование Рц, препят-
ствуя удалению под действием АТазы аденилильной группы из синте-
тазы. Более того, он аллостерически ингибирует и саму реакцию дезаде-
нилилирования. С другой стороны, а-кетоглутарат на всех трех участках
оказывает прямо противоположное действие. Несколько иной механизм
был обнаружен у В. subtilis [25].
Помимо того, что она осуществляет синтез глутамина, глутаминсин-
тетаза имеет еще одну важную функцию. Активная глутаминсинтетаза
(но не ее аденилилированная форма) связывается с промоторными
участками ДНК (гл. 15, разд. Б, 1, б) и активирует транскрипцию це-
лого ряда генов, в том числе гена нитрогеназы [25а, Ь]. Таким образом,
когда содержание глутамина становится недостаточным, «включается»
Эти 8 соединении оказывают
кумулятивное ретроингиби-
рующее действие
РИС. 14-3. Регуляция действия глутаминсинтетазы из Е. coll; анаком «плюс» в кру-
жочкеобозначенааитйвация, знаком «минус»в кружочке — ингибирование.
Метаболизм азотсодержащих соединений
ряд генов, контролирующих метаболизм азота. Накопление же глутами-
на содействует модификации синтетазы и потере ею способности к ак-
тивации генов.
Перенос азота с глутамина на другие субстраты рассматривается в
обзоре Бьюкенена [26]. При изучении этих процессов были использо-
ваны различные аналоги глутамина, относящиеся к антибиотикам; на-
пример L-азасерин и 6-диазо-5-оксо-Б-норлейцин (DON) — антибиоти-
ки, выделенные из стрептомицетов:
О
-n=n=ch—с—о—сн2—сн— соо-
NH3
Электрофильный
центр
в DON вместо О стоит СН2
Ь=азасерин
Эти соединения действуют как алкилирующие агенты; при этом осво-
бождается N2, а нуклеофильная группа фермента присоединяется к ука-
занному атому углерода.
3. Поступление аминокислот в клетки
В то время как клетки автотрофных организмов могут сами синте-
зировать все аминокислоты (используя пути, описанные в последующих
разделах), другие клетки получают многие аминокислоты в готовом
виде. Человек и другие высшие животные должны получать с пищей
ряд незаменимых аминокислот. Кроме того, клетки определенной ткани
могут поглощать аминокислоты, синтезированные в другой ткани.
Мы уже кратко упоминали о системах активного транспорта, ис-
пользуемых бактериями при поглощении аминокислот (гл. 5, разд. Б, 2).
Другая интересная система активного транспорта, у-глутамильный
цикл [27], функционирует в клетках млекопитающих. В основе этого
Цикла лежит использование у-карбоксильной группы глутамата, т. е.
того карбоксила, с которым в глутамине связан аммиак. В процессе
транспорта
. R
H3N+~СН—СОО"
Аминокислота (снаружи)
Мембрана
-ООС—С
Н
сн2 сн2
у-Глутамилам иноки слота
N—СН —СОО"
(14-14)
ADP + р,
АТР
' Транспептидаза
Глутатион
(дополнение 7-Ж)
у-Глутомипцистеин
Пептидаза
Цистеинилглицин
Глицин
Цистеин
Глутамат
ADP + Р, АТР
ООС
5 - оксопролин
Свободная
аминокислота
(внутри)
-АТР
оксопролиназа
ADP + Р*
R
аминокислот активированную у-глутамильную группу доставляет глу-
ататион (дополнение 7-Ж); подлежащая перенос/ аминокислота вступа-
94 Глава14
ет в реакцию транспептидацим [уравнение (14-14), стадия а], по-видимо-
му, в клеточной мембране. Образовавшаяся в результате у-глутамилами-
но-кислота поступает в цитоплазму, где от нее путем вытеснения свобод-
ной у-аминогруппой отщепляется свободная аминокислота [уравнение
(14-14), стадия б]. Отметим, что в этой реакции присущая 5-углеродной
цепи глутамата способность к циклизации играет роль движущей силы
для освобождения связанной аминокислоты. Возникающий в результате
циклический продукт 5-оксопролин размыкается затем в результате ре-
акции, требующей участия АТР [уравнение (14-14), стадия в] [28].
Образовавшийся на начальной стадии транспептидации цистеинил-
глицин [уравнение (14-14)] гидролизуется пептидазой. Далее в резуль-
тате двух ATP-зависимых стадий регенерируется глутатион, как это по-
казано в приведенной схеме.
Значение у-глутамильного цикла до конца еще не установлено. Од-
нако при обследовании, проведенном в одном случае умственной отста-
лости, обнаружилось, что у больного с мочой выделяется 25—50 г 5-ок-
сопролина в день (возможно, из-за наличия какого-то дефекта в его
5-оксопролиназе); это свидетельствует о крайне высокой активности
глутамильного цикла [28].
4. Оборот азота в клетках
Реакции, с помощью которых аминокислоты включаются в состав
белков, были вкратце рассмотрены в гл. И (разд. Д, 1) и будут еще
обсуждаться в гл. 15 (разд. В). Однако следует иметь в виду, что об-
разование биологически активных катализаторов, гормонов и структур-
ных белков часто еще не завершается тем, что пептидная цепь сходит
с рибосомы и свертывается в определенную предпочтительную кон-
формацию. Очень часто белки далее гидролизуются в определенных
местах и могут подвергаться различным ковалентным модификациям,
о чем говорилось в гл. И (разд. Д, 2).
Некоторая химическая перестройка (процессинг) новообразованных
пептидов, вероятно, идет уже в цитоплазме [29], но частично она про-
исходит после «сегрегации» секретируемых белков в цистернах (мик-
росомных полостях) эндоплазматического ретикулума [30]. Полагают,
что рибосомы, на которых синтезируются эти белки, расположены с
цитоплазматической стороны мембраны эндоплазматического ретикулу-
ма и что новообразованные пептидные цепи проталкиваются через мемб-
рану в эти цистерны. Там могут действовать различные модифицирую-
щие ферменты.
Одно из неожиданных и удивительных открытий, сделанных в ходе
исследований Шёнхеймера (разд. Б), состояло в том, что белки нахо-
дятся в клетках в стационарном режиме постоянного синтеза и распа-
да. Таким образом, пути синтеза и гидролиза образуют метаболи-
ческую петлю (гл. 11, разд. А, 1). Одно из относящихся сюда обобщений
заключается в том, что белки, секретируемые во внеклеточную жид-
кость, часто подвержены более быстрому обороту, чем белки,
остающиеся внутри клеток. Вместе с тем внутри клеток некоторые
белки распадаются значительно быстрее других, что имеет важное зна-
чение для механизмов метаболического контроля. В растениях преоб-
ладают относительно низкие скорости оборота белков.
В то время как некоторые протеиназы, расщепляющие внутриклеточ-
ные белки, по всей вероятности, находятся в цитоплазме, катепсины,
имеющие оптимум pH в кислой области, располагаются в лизосомах
[31, 32], а в пероксисомах обнаружена нейтральная протеиназа. Катеп-
Метаболизм азотсодержащих соединений У»
сины, а также коллагеназы и эластазы, по-видимому, секретируются в
межклеточное пространство, где они участвуют в разложении соедини-
тельной ткани. Чрезмерная активность этих ферментов может играть
важную роль при некоторых заболеваниях [33].
В. Синтез и катаболизм соединений, входящих в семейство
глутаминовой кислоты
Пятиуглеродный скелет глутаминовой кислоты непосредственно дает
начало пролину, орнитину и аргинину. Соответствующие реакции по-
казаны на рис. 14-2. Аргинин в свою очередь участвует в цикле мочеви-
ны (рис. 14-4) и является предшественником в биосинтезе полиаминов.
L- аргинин
РИС. 14-4. Биосинтез цитруллина, аргинина и мочевины. Сплошными стрелками ука-
заны реакции, непосредственно связанные с дезаминированием аминокислот и синтезом
мочевины.
1. Пролин и аргинин
ATP-зависимое восстановление у-карбоксильйой группы глутамата
под действием NADPH (реакция в на рис. 14-2) .принадлежит к стан-
дартному типу реакций биосинтеза, противоположному реакции окис-
96 TfeMpiH*
ления, приведенной нарис. 8-14, Как и эта последняя реакция АТР-за-
висимое восстановление, по-видимому, проходит через образование про-
межуточного ацилфосфата или «ациладенилата. Продукт восстановле-
ния, полуальдегид глутаминовой кислоты, самопроизвольно циклизуется
и превращается в пролин путем дальнейшего восстановления (рис. 14-2).
Если аминогруппа блокируется ацетилированием (рис. 14-2, стадия
2) до восстановления глутамата в полуальдегид, то циклизация пред-
отвращается. у-Альдегидная группа путем переаминирования может
быть переведена в аминогруппу, и удаление блокирующей ацетильной
группы приводит к образованию орнитина1*. Последний в результате
реакций, приведенных на рис. 14-4, превращается в аргинин. Эти реак-
ции не только обеспечивают пути биосинтеза аргинина, протекающие во
всех организмах, но обеспечивают также синтез мочевины, главного
конечного азотистого продукта у млекопитающих и ряда других орга-
низмов. Интересная особенность замечена у нейроспоры; когда она
растет на минимальной среде, в ее клетках накапливаются большие
количества орнитина и аргинина, из которых свыше 98% заключены в
плавающие в цитоплазме пузырьки [ЗЗЬ].
2. Цикл мочевины
В 1932 г. Кребс и Хензелайт [33с] предположили, что в срезах пе-
чени мочевина образуется в ходе циклического процесса, в котором
орнитин превращается сперва в цитруллин и далее в аргинин. Гидро-
литическое расщепление аргинина приводит к образованию мочевины и
регенерации орнитина (рис. 14-4, внизу). Последующие эксперименты
полностью подтвердили это предположение. Попытаемся проследить
весь путь удаляемого в печени азота избыточных аминокислот. Транс-
аминазы (стадия а, рис. 14-4, в центре справа) переносят азот на а-ке-
тоглутарат, превращая последний в глутамат. Поскольку мочевина со-
держит два атома азота, должны быть использованы аминогруппы двух
молекул глутамата. Одна из этих молекул прямо дезаминируется глу-
таматдегидрогеназой с образованием аммиака (стадия б). Этот аммиак
присоединяется к бикарбонату (стадия в), образуя карбамоилфосфат,
карбамоильная группа которого переносится далее на орнитин с обра-
зованием цитруллина (стадия г). Азот второй молекулы глутамата пу-
тем переаминирования переносится на оксалоацетат (реакция д) с пре-
вращением его в аспартат. Молекула аспартата в результате реакции
с цитруллином целиком включается в состав аргининосукцината (ре-
акция ё). В результате простой реакции элиминирования 4-углеродная
цепь аргининосукцината превращается в фумарат (стадия ж); в качест-
ве продукта элиминирования образуется аргинин. Наконец, гидролиз
аргинина (стадия з) дает мочевину и регенерирует орнитин.
Первой из стадий собственно цикла мочевины является образова-
ние карбамоилфосфата. Из двуокиси углерода и аммиака самопроиз-
вольно в обратимой реакции образуется карбаминовая кислота:
о
Г
СО, + NH., —H-.N—С—О’ + И' (14-15)
’> Обычно орнитин не входит в состав белков. Однако сообщалось, что уратсвязы-
вающий гликопротеид плазмы (мол. вес 67 000) содержит 43 остатка орнитина. Было
сделано предположение, что для образования этих остатков используется специальная
аргиназа, которая, вероятно, отсутствует в некоторых случаях подагры, когда сильно
снижена способность крови й связыванию уратов.,[33а].
Метаболизм азотсодержащих соединений 97
В ранних экспериментах у бактерий была обнаружена киназа, способ-
ная превращать карбамат в карбамоилфосфат:
о о
NH2- С \ + ATP ;==£ H2N —+ ADP
°" О-® (14-16)
Однако константа равновесия в этом случае оказывается очень низкой
(0,04 при pH 9, 10°C). Теперь считают, что карбаматкиназа обычно
работает в обратном направлении, обеспечивая синтез АТР у бактерий,
разлагающих аргинин (разд. В, 5, г).
Карбамоилфосфатсинтетазы сопрягают процесс образования одной
молекулы карбамоилфосфата с распадом двух молекул АТР (реакция
в рис. 14-4) [34]. У бактерий, таких, как Е. coll, имеется единая син-
тетаза, производящая карбамоилфосфат для биосинтеза и аргинина и
пиримидинов (рис. 14-29). Однако в грибах и у высших животных та-
ких ферментов два: карбамоилфосфатсинтетаза I поставляет субстрат
для образования цитруллина из орнитина, а карбамоилфосфатсинтетаза
II функционирует в синтезе пиримидинов. Синтетаза I находится в ми-
тохондриях, а синтетаза II — в цитоплазме.
Карбамоилфосфатсинтетаза Е. coli содержит биотин (гл. 8, разд. В,
2). Предполагают, что по ходу реакции образуется карбоксибиотиновое
производное, карбоксилирующее аммиак с превращением его в связан-
ный с ферментом карбамат, который фосфорилируется за счет АТР.
Фермент состоит из двух субъединиц с мол. весом ~ 130 000 и ~ 42 000.
Поразительным свойством фермента Е. coll является его способность
использовать в качестве донора аминогрупп любой из двух субстра-
тов— свободный аммиак или глутамин [26, 35]. Более того, легкая
субъединица обладает глутаминазной активностью — она способна гид-
ролизовать глутамин с образованием аммиака. Фактически дело, ви-
димо, обстоит так, что глутамин может гидролизоваться с освобожде-
нием свободного аммиака в активных центрах всех ферментов, катали-
зирующих реакции, в которых донором азота служит аминогруппа глу-
тамина. Тяжелая субъединица синтетазы не только содержит биотин,
но и подвергается аллостерической модификации под действием ряда
эффекторов. Орнитин и аммиак активируют фермент (рис. 14-4), а ура?
цил, пиримидиновый конечный продукт, оказывает ретроингибирующее
действие.
О содержании биотина в карбамоилфосфатсинтетазе млекопитаю-
щих данных не имеется, однако известно, что она тоже действует по
многостадийному механизму. Считают, что первоначально образую-
щийся карбоксилфосфат (связанный с ферментом) далее реагирует с
аммиаком и превращается в связанный с ферментом карбамат. Для
синтетазы печени мощным аллостерическим эффектором является
N-ацетилглутамат (рис. 14-4), предшественник орнитина [17].
Продолжая далее обсуждение цикла мочевины, следует отметить,
что константа равновесия реакции, катализируемой орнитинтраискар-
бамоилазой (реакция г, рис. 14-4), настолько высока, что орнитин пол-
ностью превращается в цитруллин. Превращение цитруллина в арги-
ниносукцннат и последующий распад на фумарат и аргинин — процессы
исключительно сложные. г
Для реакции, катализируемой аргининосукцииат-синтетазой, уста-
новлено, что уреидогруппа цитруллина активируется с помощью АТР
[уравнение (14-17), стадия а].
t>8 Глава "14
H2N\ ATP PP, HN^ О AMP HN
^C = ,8O —V—2"O—p~O—Ad NH2- Asp (14-17)»
HN HN \ । NZ
, I ' ° I
R R H2N r
4 Аспартат
Цитруллин Аргининосукцинат
Таким образом, 180, присутствующий в составе уреидогруппы, перехо-
дит в молекулу АМР. Весьма вероятно, что реакция протекает с обра-
зованием цитруллинаденилата в качестве промежуточного соединения
(средняя часть уравнения 14-17). Аргининосукциназа (рис. 14-4, реак-
ция дас) катализирует элиминирование аргинина с образованием фума-
рата. Фермент полностью аналогичен бактериальной аспартазе, элими-
нирующей аммиак из аспартата и тоже образующей фумарат. Как и
последний фермент (гл. 7, разд. 3,6, г), аргининосукциназа осуществ-
ляет транс-элиминирование. Фумарат может в ходе реакций цикла три-
карбоновых кислот снова превращаться в оксалоацетат, который в свою*
очередь может быть реаминирован в аспартат.
Аспартат используется точно таким же образом для введения ами-
ногрупп в ходе других метаболических последовательностей, например-
для образования адениловой кислоты из инозиновой кислоты (рис. 14-
32).
Расщепление аргинина с образованием орнитина переводит путь-
биосинтеза аргинина в цикл синтеза мочевины. Этот цикл присущ толь-
ко организмам, экскретирующим азотистые шлаки в виде мочевины,.,
тогда как путь, ведущий к биосинтезу аргинина, используется почти
всеми организмами.
У взрослого человека выделение мочевины составляет приблизитель-
но 20 г в день. При снижении этих количеств в крови может накапли-
ваться аммиак, достигая токсического уровня. В норме плазма содер-
жит 0,5 мг-л-1 аммиака, и токсические симптомы проявляются уже
При превышении этого уровня в 2—3 раза. И неудивительно, что обна-
ружен ряд наследственных нарушений в ферментной системе, прини-
мающей участие в цикле мочевины. Одно из наиболее распространен-
ных нарушений (аргининосукцинацидурия) связано с отсутствием спо-
собности к расщеплению аргининоянтарной кислоты. Известны как ле-
тальные, так и нелетальные варианты этой болезни. Описано свыше
20 нелетальных случаев. Для всех наследственных нарушений цикла
мочевины характерны непереносимость богатой белками пищи, а также-
и психические расстройства. Токсическое накопление аммиака в крови
часто наблюдается при алкогольном циррозе печени, что объясняется:
пониженной способностью печени к синтезу мочевины.
3. Перенос амидиновых групп и синтез креатина
Концевая амидиновая группа аргинина
I
H2N—C=NHj
переносится целиком в состав ряда других соединений путем простых
реакций замещения. Примером служит образование гуанидинуксусной
кислоты [уравнение (14-18)].
В результате трансметилирования от S-аденозилметионина [уравне-
ние (14-18), стадия б] гуанидинуксусная кислота превращается в креа-
тин, играющий особенно важную роль в мышцах. Креатинкииаза об-
Метаболизм азотсодержащих соединений ня
ратимо переносит фосфатный остаток от АТР на креатин с образова-
нием N-фосфата [уравнение (14-18), стадия в]. Креатинфосфат служит
важным «энергетическим буфером» мышечного сокращения (дополнение
10-Е). Обратимое действие креатинкиназы обеспечивает быстрый пе-
оос
H,’N
Орнитин
Креатин
ООС — СН, — N
\Нг+
ООС— СН2— N '
Н
Гуанидинукеусная кислота
I н ;
сн., он
Креатинин
04-18)
Креатин сросфат
Р,
ренос фосфатной группы обратно на ADP сразу, как только последняя
образуется в результате расщепления АТР в процессе мышечного со-
кращения. Конечным продуктом метаболизма креатинфосфата является
ангидрид креатинин, образующийся, во-первых, из креатинфосфата так,
как показано в уравнении (14-18), стадия г, а во-вторых, непосредст-
венно из креатина. Выделение креатинина с мочой поддерживается изо
дня в день на удивительно постоянном для каждого человека уровне.
По-видимому, экскретируемые количества креатинина непосредственно
связаны с мышечной массой человека. Другим примером переноса ами-
диновых групп аргинина может служить синтез стрептомицина (допол-
нение 12-А).
4. Полиамины [36—40]
Полиамины составляют ряд родственных соединений, частично об-
разующихся из аргинина; они присутствуют во всех клетках в относи-
тельно больших количествах (зачастую в миллимолярных концентра-
циях). Содержание полиаминов в клетках часто находится в стехио-
метрическом соотношении с содержанием РНК. Однако у Т-четных
бактериофагов и большинства бактерий содержание полиаминов ассо-
циировано с ДНК- Полиаминам приписывают множество функций. Они
могут в известной мере замещать клеточный К+ и Mg2+ и, видимо, иг-
рают существенную регуляторную роль в процессах синтеза нуклеино-
вых кислот и белков [36]. Спермидин, по всей вероятности, играет
специфическую роль в процессе клеточного деления [40а]. Полиамины
могут взаимодействовать с двойной спиралью нуклеиновых кислот,
образуя мостики между полинуклеотидными цепями; в этом случае
положительно заряженные аминогруппы взаимодействуют с отрица-
тельно заряженными фосфатами остова нуклеиновых кислот [40]. В од-
ной модели (предложенной Тсубои [40b]) ?етраметиленовая часть мо-
лекулы полиамина укладывается в малой бороздке, связывая три пары
оснований, а триметиленовые группы (одна в спермидине и две в
спермине) образуют мостики между смежными фосфатными группами
!"К»
в одной цепн. Полиамины могут также стабилизировать суперспираль
ную или свернутую структуру ДНК.
Путресцин (дикатион IM-диаминобутана')
H3+N\^-\^^^NH3+
Кадаверин
Н
H3+N NH3+
Спермидин
NH:1+
Построенный из четырех углеродных атомов путресцин проще всего
получается в результате декарбоксилирования орнитина. Однако он
может также образовываться путем декарбоксилирования аргинина в
агматин и последующего гидролиза агматина [37]:
СО2
Аргинин —
Агматин
Мочевина
Н2О
Путресцин
(14-19)
Путресцин присутствует во всех клетках, причем все клетки способ-
ны превращать его в спермидин. Это осуществляется путем декарбок-
силирования S-аденозилметионина (SAM) [уравнение (14-20), ста-
дия а] и переноса пропиламиногруппы с продукта декарбоксилирования
на аминогруппу путресцина [уравнение (14-20), стадия б] [41].
SAM
СОг Путресцин —NEE2.
♦ J
» Аденин - Рибоза — S+—CEi2CEi2CET2NIET1+
СН3
Аденин-Рибоза —S—СН3
Метилтиоаденозин
А
/ Спермидин
(14-20)
Когда клетки Е. coli вступают в стационарную фазу роста (гл. 6,
разд. В), большая часть спермидина превращается в глутатионилспер-
мидин (а-глутамилцистеинилглицилспермидин) [42]. Наряду с этим
происходит ацетилирование спермидина.
Имеющий более сложное строение спермин обнаружен только у эука-
риотов. Интересный исторический факт состоит в том, что Антони фон
Левунгук еще в 1678 г. наблюдал в один из своих первых микроскопов
•кристаллы фосфорнокислой соли спермина в составе спермы человека.
Пятиуглеродный диамин кадаверин получается в результате декарбок-
•силирования лизина.
, т Функции полиаминов и их дальнейший метаболизм только теперь
и ста ди объектом интенсивных исследрваний. В клетках Е. coll 1,4-ди-
г»минобутан подвергается переаминироваиию, превращаясь в а-амино-
Метаболизм азотсодержащих соединений . 101*
бутиральдегид, который циклизуется [уравнение (14-21)]. Диаминок-
сидазы
H2NCH2CH2CH2CHO ---► (14-21)
N
Д'-Пирролин
животных тканей окисляют 1,4-диаминобутан с образованием тех же
продуктов. Медьсодержащая оксидаза из сыворотки крови быка окис-
ляет спермидин в моноальдегид, а спермин — в диальдегид [38]. Хотя
оба эти соединения сильно токсичны, существует предположение, что
они играют существенную роль в регуляции внутриядерного метабо-
лизма.
В организме животных, по-видимому, происходит также окисли-
тельный распад спермина с образованием спермидина; последний окис-
ляется в 1,4-диаминобутан, который в заметных количествах экскрети-
руется с мочой [38].
5. Катаболизм глутамата и родственных аминокислот
Обратимость действия глутаматдегидрогеназы означает, что избыток
глутамата может легко превратиться обратно в а-кетоглутарат. Кето-
глутарат может распадаться до сукцинил-СоА и далее путем 0-окисле-
ния — до малата, пирувата и ацетил-СоА. Последний может снова
включиться в цикл трикарбоновых кислот и окислиться до СОг:
Глутамат -->- а-Кетоглутарат -> Сукцинил-СоА —Малат -------►
•-> Пируват ---> Ацетил-СоА -> СО2 (14-22)
Примерно таким же путем осуществляется распад многих других ами-
нокислот. В большинстве случаев имеет место переаминирование в
соответствующую а-кетокислоту. Далее следует fj-окисление и расщеп-
ление до таких соединений, как пируват и ацетил-СоА.
а. Катаболизм, начинающийся с декарбоксилирования
Существует и другой путь распада глутамата: а-аминобутиратный
шунт, рассматриваемый в гл. 9 (рис. 9-4). а-Аминобутиратный шунт
начинается не с дезаминирования или переаминирования, а с зависи-
мого от пиридоксальфосфата декарбоксилирования. Поскольку декарб-
оксилазы известны для большинства аминокислот, обычно существует
несколько путей, по которым может пойти начинающееся таким обра-
зом расщепление. В ткани мозга у-аминобутират, как полагают, функ-
ционирует как важный нейромедиатор (гл. 16, разд. Б, 4, б). б.
б. Сбраживание глутамата
Особые проблемы возникают у анаэробных бактерий, питающихся
аминокислотами. Для удовлетворения их энергетических нужд необ-
ходимы сбалансированные реакции брожения. Два примера сбражива-
ния глутамата представлены на рис. 14-5. В первом из них [уравнение
(14-23)] [43] глутамат- распадается на СО2, аммиак, ацетат- и бути-
рат-:
2 Глутамат- 4- 2 Н2О -f- Н+ -► 2 СО2 + 2 NHj 4- 2 Ацетат- + Бутират-, (14-23)
AG'fpH 7) = —131 кДж . 4
162 Глава 14
Данная последовательность начинается с реакций у-аминобутират-
ного шунта (рис. 14-5, стадии а и б), но далее полуальдегид янтарной
кислоты восстанавливается в у-оксимасляную кислоту с использованием
NADH, образующегося в процессе транс-дезаминирования. С помощью
СоА-трансферазы (стадия г) образуются две молекулы ацил-СоА-про-
изводного этой оксикислоты с затратой на это двух молекул ацил-СоА.
Далее используется р,у-элиминирование молекулы воды аналогично то-
му, как это происходит при образовании вакценовой кислоты [уравне-
ние (12-14)]. Изомеризация (возможно, с помощью того же фермента,
который катализирует и элиминирование) приводит к образованию кро-
тонил-СоА (стадия е). Последний подвергается дисмутации, в резуль-
тате которой половина молекул восстанавливается в бутирил-СоА, а
2 Glu
/3- Метиласпартат
Цитрамалат
I Ацетат + Пируват у ^Ацетил -СоА
------- н, + со, I
Бутирил .-СоА.
Б
РИС. 14-5. Две реакции сбраживания глутамата. А. У Clostridium aminobutylicum,
Б. У Clostridium tetanomorphum.
Метаболизм азотсодержащих соединений 103
другая половина гидратируется и окисляется в ацетоацетил-СоА через
стандартную последовательность реакций 0-окисления. Ацетоацетил-
СоА расщепляется с регенерацией двух молекул ацетил-СоА. В ре-
зультате расщепления бутирил-СоА организм может получить одну мо-
лекулу АТР. Вторую молекулу можно, вероятно, получить путем окисли-
тельного фосфорилирования на участке между NADH, генерируемым
при образовании ацетоацетил-СоА, и реакциями восстановления крото-
нил-СоА в бутирил-СоА. Оба процесса идут при уровнях окислительно-
восстановительного потенциала, достаточно различающихся, чтобы со-
пряжение подобного рода было возможно.
Второй процесс сбраживания глутамата начинается с изомеризации
глутамата в 0-метиласпартат; эта реакция катализируется мутазой,
содержащей витамин В12 (табл. 8-6). Происходящая при этом перестрой-
ка молекулы делает возможным а,0-элиминирование аммиака — про-
цесс, невозможный для исходного глутамата. Гидратация образующе-
гося ненасыщенного продукта в цитрамалат и альдольное расщепление
последнего дает ацетат и пируват. Ацетат является одним из обычных
конечных продуктов этого вида брожения. Пируват может расщеплять-
ся на Н2, СО2 и ацетил-СоА под действием пируват-формиат-лиазной
системы, а расщепление ацетил-СоА может обеспечить образование
АТР. Другой путь состоит в превращении двух молекул ацетил-СоА
в бутирил-СоА путем конденсации и восстановления. В этой реакции
восстановительные эквиваленты, генерируемые при распаде пирувата,
должны быть направлены на восстановление кротонил-СоА, а не на
«освобождение Н2. Таким образом, стехиометрия будет такой же, как
и в процессах брожения, происходящих у Clostridium aminobutylicum.
<в. Распад пролина
Один из путей катаболизма пролина в сущности сводится к обраще-
нию его образования из глутамата. Под действием пролиноксидазы
происходит образование А^пирролин-б-карбоксилата.
Л
ООС N нО
Д1 -Пирролин- 5- карбоксилат
Соответствующий альдегид с открытой цепью, образующийся путем
гидролиза, окисляется обратно в глутамат. Существует и другой путь
распада, начинающийся с окисления по другую сторону от азота коль-
ца с образованием А1-пирролин-2-карбоксилата. Метаболическая судь-
ба этого соединения не ясна.
Анаэробные бактерии способны восстанавливать пролин в 5-амино-
иалерат [уравнение (8-34)], сопрягая эту реакцию с окислительным
распадом другой аминокислоты (реакция Стикленда).
-оос
Д1-Пирролин ~2~ карбоксилат
Соответствующий путь распада 4-окси-Ь-пролина, входящего в со-
став коллагена, дает глиоксилат и пируват [уравнение (14-24)].
Глава 14
У некоторых псевдомонад осуществляется окисление оксипролина по
другую сторону от азота кольца с последующим образованием а-кето-
глутарата.
г. Катаболизм аргинина
Аргинин тоже подвергается обратному превращению в глутамат и
а-кетоглутарат. Начальной стадией служит отщепление гуанидиниевой
группы с образованием орнитина. Это может осуществляться действи-
ем аргиназы с образованием мочевины (рис. 14-4). Другой, аргиииИг
дигидролазиый путь инициируется особой гидролазой, расщепляющей
аргинин на цитруллин и аммиак. Затем в результате фосфоролиза цит-
руллина образуется карбамоилфосфат. Расщепление последнего с об-
разованием СОг и аммиака [катализируемое карбаматкиназой; урав;
нение (14-16)] может быть использовано для образования АТР у мик-
роорганизмов, живущих на аргинине.
Расщепление L-аргинина Streptomyces griseus начинается реакцией,
катализируемой гидроксилазой, осуществляющей окислительное декарб-
оксилирование аминокислоты и ее превращение в амид [уравнение
(М-25)].
н со..
R—С—СОО~ Z— R-C-NHo (14-25)
I / \ 11
NHS+ О2 Н-.О °
Эта реакция в точности аналогична той, которая катализируется ли-
зиноксигеназой [уравнение (10-49)]. В случае аргинина продуктом ре-
акции является у-гуанидинбутирамид. Дальнейший его распад проис-
ходит путем гидролиза амидной группы и отщепления гуанидиниевой
группы с образованием мочевины и у-аминобутирата. В клетках Pseu-
domonas putida расщепление аргинина начинается дезаминированием в
соответствующую а-кетокислоту с последующим окислительным декарб-
оксилированием, которое осуществляет тиаминдифосфатзависимый фер-
мент; продуктом реакции является у-гуанидинобутиральдегид. Дегид-
рирование и гидролиз и в этом случае приводят к образованию у-ами-
нобутирата [44].
Г. Соединения, образующиеся из аспартата
С аспартата, молекула которого построена из четырех атомов угле-
рода, начинаются пути. синтеза пиримидинов и ряда аминокислот —
лизина, метионина, изолейцина и аспарагина. Соответствующие мета-
Метаболизм азотсодержащих соединений 10!>
COS
Аланин *——
NH3
Аспартат—Аспарагин
Карбамоил фосфат
III
N-карбамоиласпартат
“ООС ,^с^О - РОз;-
H.+N'^H ||
О
у0- Аепартцлфосфат
-ООС^/х, н
Нз+N'^hY Пцрув
Полуальдегид аспараги-
новой кислоты
Пиримидиновые
нуклеотиды
(.рис. №-29")
"ООС /х.
•нЛ сн=он
Гомосерин
.......1-0
'ООС
X сн>—о—m
H3+N >Н '
i-p,
н он
-оос. ><
Н.гХн СН’
Треонин
......{©
"ООС^ <н,
V 0н,
о
сс- Кет о бутират
~ООС\^\^\/С00" :
Нз+n'^h ' н J ;
ОН О :
(pUC. 14-7) -""'ч* •
Иизин
[^элиминирование
Пируват
+ NH4+
О-сукцинилгомосерин
Цистеин
^-Замещение
а (рис. 3 -7)
Цистатионин
"ООО
H.-N ЧН СНЧН
Гомоцистеин
| [уравнение
Метионин........•*'
( рис. 14-10)
Изолейцин
РИС. 14-6. Некоторые реакции биосинтеза аспарагиновой кислоты; знаком «минус» в
кружочке обозначено ингибирование, знаком «минус» в квадрате — репрессия (по типу
обратной связи).
болические пути суммированы на рис. 14-6. Обратите внимание на
несколько имеющихся мест ветвления. Аспартат может быть непосред-
ственно превращен в аспарагин, в карбамоиласпартат (предшественник
пиримидинов), p-аспартилфосфат или полуальдегид аспарагиновой кис-
лоты. Последний в реакциях одного пути может быть превращен в
лизин, а в реакции другого — в гомосерин. Гомосерин может превра-
титься либо в гомоцистеин и метионин, либо в треонин. Хотя треонин
является одним из конечных продуктов и непосредственно входит в
состав белков, он может далее превратиться в а-кетобутират, являю-
щийся предшественником изолейцина. • : i
106 Глава 14
Большую часть химических стадий мы уже рассматривали. Восста-
новление аспартата через 0-аспартилфосфат проходит стандартным об-
разом. Превращение в метионин может идти двумя путями. У Е. coll
томосерин сукцинилируется за счет сукцинил-СоА. у-Сукцинильная
труппа далее замещается на молекулу цистеина в результате PLP-за-
висимой реакции у-замещения (рис. 14-6). Продукт этой реакции циста-
тионин [уравнение (8-22)] подвергается p-элиминированию с образо-
ванием гомоцистеина. С другой стороны, у нейроспоры происходит бо-
лее прямое у-замещение гидроксильной группы гомоцистеина на
•сульфид-ион. Метилирование гомоцистеина с превращением его в ме-
тионин было рассмотрено ранее [уравнение (8-45)], так же как и пре-
вращение гомосерина в треонин под действием PLP-зависимой трео-
минсинтетазы (гл. 8, разд. Д, 3,а). Стандартное PLP-зависимое fj-эли-
минирование превращает треонин в а-кетобутират, предшественник
изолейцина (рис. 14-10).
Образование аспарагина происходит аналогично образованию глу-
тамина. Однако аспарагинсинтетаза Е. coll [45] расщепляет АТР на
АМР и PPi без образования ADP. Считают, что по ходу процесса об-
разуется p-аспартиладенилат. У высших животных донором аммиака
для синтеза аспарагина служит глутамин, но может быть использован
и непосредственно NH4 [46].
L-аспарагиназа, бактериальный гидролизующий фермент, оказалась
эффективным лекарственным препаратом при лейкемии; при инъици-
ровании в кровь она снижает поступление в опухолевые клетки экзо-
генного аспарагина, необходимого для их быстрого роста [47]. Однако
под действием этого фермента поражаются также ткани с низкой ак-
тивностью аспарагинсинтетазы, что ограничивает клиническое исполь-
зование аспарагиназы.
1. Регуляция реакций биосинтеза из аспартата
У Е. coll имеются три аспартаткиназы, катализирующие превраще-
пие аспартата в fJ-аспартилфосфат. Эти три фермента катализируют
-одну и ту же реакцию, но сильно различаются по своим регуляторным
•свойствам, как это показано на рис. 14-6. Каждый фермент реагирует
на особый набор конечных продуктов. То же относится и к двум аспар-
тополуальдегид-редуктазам, катализирующим третью стадию. Отметим,
нто здесь наблюдаются как репрессия транскрипции, так и ретроинги-
-бирование самих ферментов [48]. Следует также указать, что к схеме,
изображенной на рис. 14-6, можно добавить еще множество других ре-
гуляторных факторов.
2. Лизин, диаминопимелат, дипиколиновая кислота
и карнитин
Хотя животные вообще неспособны синтезировать лизин и он для
них является одной из незаменимых аминокислот, которые должны обя-
зательно поступать с пищей, известно два различных пути его образо-
вания у других организмов. а-Аминоадипинатный путь (рис. 14-2) на-
блюдается лишь у некоторых представителей низших грибов, у высших
трибов и у эвгленид. Исходным соединением служит 5-углеродный
-а-кетоглутарат. Бактерии, другие виды низших грибов и зеленые рас-
тения используют диаминопимелинатный путь (рис. 14-7), начинающий-
ся с четырехуглеродного аспартата. .
Метаболизм азотсодержащих соединений Ю7
а-Аминоадипинатный путь (рис. 14-2) идет параллельно пути 'био-
синтеза орнитина. Происходит элонгация цепи а-кетоглутарата
(рис. 11-7) с превращением его в а-кетоадипинат, который путем пе-
реаминирования преобразуется в а-аминоадипинат. Затем следует
ATP-зависимое восстановление в альдегид. Заключительная стадия пе-
реаминирования идет необычным образом, без участия PLP-зависимого-
фермента: альдегид образует шиффово основание с глутаматом с по-
соо-
Аспартат
'ООС^/Х\,Н
И Альдольная
3 О канденсаци я
Пируват.оос
н^нг н°но
.соо-
о
:=о
НООС СООН
Дипиколиновая кислота,
главный компонент бакте-
риальных спор
-оос
(Переаминирования
Гидролитическое отщепление
сукцината
“ООСХ^~Х/\,СОО-
Нз+N'^H
l, l -диаминопимелинат
(компонент пептидогликанов у
некоторых видов бактерий)
H3+N'^H FT 'NH3+
мезо-Ди аминопимелинат
(компонент большинства пептидогликанов
грамотрицательных и многих других бактерии)
со,
L- лизин
РИС. 14-7. Биосинтез лизина с использованием реакций диаминопимелинатного пути.
следующим восстановлением в сахаропин. Далее следует стадия окис-
ления, в результате которой образуется шиффово основание между
лизином и кетоглутаратом.
В ходе диаминопимелинатного пути синтеза лизина (рис. 14-7) ас-
партат превращается в полуальдегид аспарагиновой кислоты, к которо-
му в результате альдольной конденсации с пируватом добавляется до-
полнительное двухуглеродное звено. Декарбоксилирование на конечной
стадии приводит к образованию лизина. На этом пути возникает ряд
Циклических промежуточных соединений, однако стоит отметить, что
начальный продукт альдольной конденсации (на рис. 14-7 заключен в
скобки) превращается в диаминопимелиновую кислоту через простую
последовательность реакций, включающую а,0-элиминирование гидрок-
сильной группы, восстановление за счет NADPH и переаминирование.
Процесс осложняется естественной склонностью к замыканию кольца.
Стадия сукцинилирования (рис. 14-7) требуется- как- раз для того, что-
108 Глава 14 =
бы сместить равновесие обратно — в сторону соединений с разомкнутой
цепью. Этот путь имеет особое значение для прокариотических организ-
мов по той причине, что при этом как побочный продукт образуется
важная для них дипиколиновая кислота, а на промежуточных стадиях
образуются диаминопимелиновые кислоты. Циклическая дипиколиновая
кислота — это важный компонент бактериальных спор и более в при-
роде почти нигде не встречается. L,L- и л«езо-диаминопимелиновые кис-
лоты являются компонентами пептидогликанов клеточных стенок бак-
терий (гл. 5, разд. Г).
Лизин не только входит в состав белков, но еще может подвергаться
метилированию и последующему расщеплению до у-бутиробетаина [49,
50].
Н3С\ 7снз
n^^^^coo-
н3с/ +
у-бугпиробетаин
Это соединение образуется как промежуточный продукт при биосинтезе
карнитина [50а]:
Лизин ---»- е-Триметиллизин —>• —► —►
[уравнение (10-56)] -
---> у-Бутиробетаин------------->- Карнитин. (14-20)
3. Катаболизм лизина
Катаболизм лизина необычен в том отношении, что между «-амино-
группой и общим «азотным фондом» не устанавливается равновесие.
Однако катаболизм начинается с дезаминирования и дальше идет через
0-окисление. Имеются данные по меньшей мере о шести вариантах
процесса 0-окисления для расщепления лизина. Возникшие в процессе
эволюции различия касаются путей отщепления двух аминогрупп от уг-
леродного скелета. В случае пути, кажущегося наиболее простым (путь
А на рис. 14-8) — этот путь используется Flavobacterium fuscum [51],—
е-аминогруппа отщепляется в результате прямого (но атипичного) пе-
реаминирования. Образующийся полуальдегид а-аминоадипината окис-
ляется в а-аминоадипинат. Последний распадается путем последова-
тельного ряда реакций, характерных для катаболизма аминокислот:
за переаминированием следует окислительное декарбоксилирование об-
разующейся а-кетокислоты и ^-окисление ацил-СоА-производного. При
распаде лизина в последовательность реакций 0-окисления дополни-
тельно включается стадия декарбоксилирования концевой карбоксиль-
ной группы.
Переаминирование, которым начинается путь А, по-видимому, со-
пряжено с определенными химическими трудностями, а потому боль-
шинство организмов использует более сложные последовательности ре-
акций, ведущих к образованию а-кетоадипината. Когда процесс идет
по пути Б (который реализуется в митохондриях печени и считается
основным у млекопитающих) [52], е-аминогруппа в результате реакции
конденсации и восстановления присоединяется к а-кетоглутарату, об-
разуя сахаропин. В последнем окисляется связь по другую сторону от
мостикового атома азота, давая в качестве продуктов глутаминовую
кислоту и полуальдегид а-аминоадипината. Суммарное уравнение про-
цесса совпадает с уравнением прямого переаминирования и, по сути
дела, представляет собой идущий в обратном направлении аминоадипи-
натный путь биосинтеза. j <
Метаболизм азотсодержащих соединений 109
а-Кетоадипинат
Окислительное Iz' СоА
декарбоксилирований
’ООС
Глутарил -СоА
S-CoA
Неполное
^-окисле-
“ООС
S-CoA
Завершение
„ ^-СоА /2-окисления
Кротонил.-СлА. J ц гпиолиз
2Ацет ил- СоА
РИС. 14-8. Катаболизм лизина.
Первоначально считали, что путь В занимает важное место в ме-
таболизме млекопитающих, но, как оказалось, он может быть исполь-
зован только для расщепления D-лизина. Этот путь, установленный для
Pseudomonas putida [53], тоже представляет собой переаминирование,
проходящее через последовательные этапы восстановления и окисле-
ния. На этот раз процесс носит внутримолекулярный характер: высту-
пающая в роли окислителя карбонильная группа образуется путем пе-
реаминирования а-аминогруппы лизина. На пути Г, который, по-види-
мому, используется в дрожжах [54], ацетилирование е-аминогруппы,
предшествующее переаминированию, позволяет избежать образования
промежуточных циклических соединений. Далее а-кетогруппа эффек-
тивно блокируется путем восстановления в спирт, затем отщепляется
ацетильная группа, блокировавшая е-аминогруппы, и этот конец моле-
кулы прямым путем окисляется с образованием карбоксильной группы.
• l‘JO ’ Глава 14 :’
На этой стадии гидроксил, введенный в положение 2, по-видимому,
окисляется обратно в карбонил, в результате чего снова образуется
а-кетоадипинат. (Однако еще не совсем ясно, в какой именно точке
путь Г сливается с другими путями.)
Некоторые бактерии, и в частности Pseudomonas putida [53], раз-
лагают молекулу L-лизина с помощью оксигеназы [уравнение (10-49) ],
превращая ее в б-аминовалерамид:
h3n*
nh2
о
Продукт гидролизуется и окисляется в глутарил-СоА, включаясь та-
ким образом в метаболические пути, показанные на рис. 14-8. Приме-
чательный и совершенно иной подход к разрушению лизина обнаружен
у бактерии рода Clostridium [55], которые получают энергию путем
брожения, описываемого уравнением (14-27).
L-Лизин 2 Н2О ---г- Бутират-+ Ацетат-4-2 NHJ- (14-27)>
Реакция сопряжена с образованием одной молекулы АТР из ADP
и Pi. Процесс развивается двумя путями. В первом из них лизин под.
(14-28>
Метаболизм азотсодержащих соединений 111
действием зависимой от пиридоксальфосфата Ь-лизин-2,3-аминомутазы:
[56] [уравнение (14-28), стадия а] превращается в р-лизин (3,6-диами-
ногексаноат). Последний изомеризуется далее [уравнение (14-28), ста-
дия б] под действием р-лизинмутазы, кофакторами которой являются
одновременно витамин Bi2 и PLP [57]. Последующее окислительное-
дезаминирование, приводящее к образованию 3-кетосоединения [урав-
нение (14-28), стадия в], делает возможным разрыв цепи. Читатель,
сможет сам легко наметить возможные дальнейшие реакции разрыва
цепи, синтеза АТР и элиминирования аммиака [58] с учетом сбаланси-
рованности окислительно-восстановительных звеньев. Существует и дру-
гой путь, начинающийся с действия рацемазы [уравнение (14-28), ста-
дия г] и изомеризации образующегося D-лизина другим В12- и PLP-
зависимым ферментом [уравнение (14-28), стадия д]. Далее, очевидно,,
происходит окислительное дезаминирование. Что же касается меха-
низма разрыва цепи, то в этом вопросе ясности нет. Известно лишь,,
что он происходит между атомами С-4 и С-5, как указано штрихами
в уравнении 14-28.
Чем можно объяснить наличие столь многих путей распада лизина?'
Ответ, вероятно, заключается в той легкости, с какой происходит само-
произвольное замыкание промежуточных соединений в циклы, как это-
наблюдается на пипеколинатном пути (рис. 14-8, путь В). Такие соеди-
нения могут оказаться слишком устойчивыми для эффективного осу-
ществления метаболизма, что и привело к появлению обходных путей.
В случае процесса брожения накладываются дополнительные ограни-
чения, связанные с необходимостью обеспечения сбалансированности
окислительно-восстановительных процессов, понижающих свободную-
энергию.
4. Метаболизм метионина
Метионин включается в белки и как таковой, и .в виде N-формилме-
тионина в качестве N-концевого остатка бактериальных белков
(рис. 14-9, стадии а и б). Как в клетках животных, так и в клетках расте-
ний метионин может подвергаться переаминированию в соответствую-
щую-кетокислоту (стадия в), но в количественном отношении эта реакция
едва ли имеет важное значение. Главный путь превращения метионина
связан с его превращением в S-аденозилметионин (SAM, рис. 14-9,
стадия г). Эта реакция уже обсуждалась (гл. 11, разд. Б, 2); была рас-
смотрена (гл. 7, разд. В, 2) и функция SAM в процессе трансметили-
рования (стадия д). Продукт трансметцлирования S-аденозилгомоцис-
теин превращается в гомоцистеин путем необычной гидролитической
реакции отщепления аденозина (стадия e)1}. Гомоцистеин может быть,
снова превращен в метионин, как показано штриховой линией на
рис. 14-9, а также в уравнении (8-85). Другой важный путь метаболиз-
ма гомоцистеина связан с превращением в цистеин (рис. 14-9, стадии
ж и з). Эта последовательность реакций обсуждается в разд. Ж. Дру-
гим продуктом на этом пути является а-кетобутират, который доступен
окислительному декарбоксилированию с образованием пропионил-СоА
и его дальнейшим метаболизмом или может превращаться в изолейцин
(рис. 14-10).
В растениях SAM может быть использован в качестве субстрата в
интересной реакции, приводящей к образованию этилена [59, 60]. Эти-
И Было показано, что фермент содержит прочно связанный NAD+. Вероятно, он_
Используется для окисления аденозина по 3'-положению, что и приводит к элиминиро-
ванию гомоцистеина. Присоединение воды и восстановление дают аденозин [58а]. -
Я12 Глава 14
---* Метионин
£ синтез белков (гл. i5, разд. В)
7^""* N - формил-Met-* '
АТР
г
б Переаминирование Г—ГОО-
(Уравнение (11-3)] сн> Ь СН2СН2С ООО
Pi + PPi
,NH3+
Аденин
'.'Перенос метильной
и {группы на акцептор
Y— СН3
— Гомоцистеин
Серин -U
сн3
S
S-аденазилгомоцистеин
ОН ОН
$-аденозилметианин
е
но ^.Аденозин
сна ,о. ,
Аденин
Р,
б-метилтиорибозо - 1-Р
Спермидин, спермин
[уравнение (14-20)]
2-амино-
4-бутиролактон
— СН2=СН, + НСОО" + со2 + мн/
(7! Этилен
ОН ОН
5-тиометилоденозин
Аденин
Цистатионин
f-Элиминироеание (рис. д-7)
'ч* Цистеин
сс-Кетобутират + NH4*
Окис л отельное
декарбоксилирование
Пропионил - СоА
РИС. 14.9. Некоторые реакции метаболизма метионина.
лен, как было установлено еще в 1858 г., вызывает у растений утолще-
ние стебля и снижает скорость его удлинения. В 1917 г. было показано^
что это соединение образуется в плодах и что при добавлении этилена
в газовую среду скорость созревания плодов повышается. В настоящее
время твердо установлено, что этилен относится к гормонам растений1,
он вызывает множество эффектов, включая замедление митоза. На син-
тез этилена отчасти влияет гормон ауксин (гл. 16, разд. А, 3), а также
красный свет. Известно, что кетокислотный аналог метионина в присут-
ствии Н2О2 подвергается окислительному декарбоксилированию с об-
разованием этилена и двух молекул СОг. Однако в растениях СОг об-
разуется из атома С-l метионина, а С-2 переходит в формиат (рис. 14-9;
стадия и). Кроме того, —S—СН3-группа каким-то образом вновь по-
ступает в метионин. Если считать, что предшественником этилена яв-
ляется SAM, то другим продуктом должен быть, очевидно, 5'-тиоме-
тиладенозин, как это показано на рис. 14-9. Последнее соединение об-
разуется в организме животных в ходе важной реакции катаболизма
SAM (рис. 14-9, стадия к). Реакция представляет собой внутримоле-
кулярное замещение у-метиленовой группы SAM карбоксилатной
группой.
Метаболизм азотсодержащих соединений
из:
ъ-дланин
р- аланин
•f°°’ со,
О=С ---------------------*Оксалоацетат-
Тиаминдифосфагп
в, разд. Г, 2)
СН3
Пируват
У некоторых
бактерии
(гл. 8, разд. Д,2) .
СОО-
[„Активный I
ацетальдегиср\
Acnapmam
i Черев треонин
(рис. /4-6)
но—с—сн3
I
СН3
а- Ацетолактат
СОО-
С=О
СОО-
но—с—СН2СН;
С=О
I
сн3
СН2
СН3
а-Кетобутират
(гл.8,разд.Л,ирис. US')
СОО“
О=С
СН,
соо-
, I
Элонгация ,Л__А
цепи (рис. И-1У-> у
нс—сн„
СОО“
с\=С Переаминирование
° V —--------------—> Изолеицин
нс—сн„
нс—сн3
Пенициллин
(дополнение 7-D)
НО—Н,С
COO"
н3с сн„
со,
| сн3
СНз ПгреаминированиА
\переаминироаание Аалин
Лейцин
СН,
СН,
[СН2О] из метилен -H4F0I
Аланин [уравнение (I4-33)J
nadph^ Пантоаг-------:---------------• Пантотенат
(pucti-V)
АТТ
i-Cys
АТТ
CMP СТР
+ РР1
РИС. 14-10. Биосинтез лейцииа, изолейцина, валииа и кофермента А.
4' - фосфопантотенат
5. Метаболизм треонина
Излишек треонина расщепляется в основном под действием L-треО-
ниндегидратазы [уравнение (14-29), стадия а] в ходе типичной реакции
₽-элиминирования.
Этот зависимый от пиридоксальфосфата фермент в больших количест-
вах синтезируется в клетках Е. coli, растущих на среде, лишенной глю-
козы и кислорода. В таких условиях данная реакция служит источни-
ком пропионил-СоА, который может быть превращен в пропионат, с ге-
нерацией АТР. Эта биодеградативная треониндегидратаза (треониндез-
аминаза) [61, 62] аллостерически активируется в присутствии АМР,
что и должно быть свойственно ключевому ферменту энергетического
метаболизма. Клетки Е. coll вырабатывают и другую, биосинтезирую-
щую треониндегидратазу, которая избирательно обеспечивает образо-
вание а-кетобутирата, необходимого для биосинтеза изолейцина [63].
114 Глава И 1
I Н а Т II
Н3С—С—С—COO"-------Н3С —СН2—С—СОСГ
| а-Кетобутират
NH3+ .
Н3С—С—СНО
Метилглиоксалъ
(14-29)
В 1956 г. Амбарджер [63а] показал, что данный фермент ингибируется
изолейцином, конечным продуктом на данном пути биосинтеза. Это
открытие сыграло важную роль в формировании представлений об ин-
гибировании по типу обратной связи (ретроингибирование) как о фак-
торе метаболической регуляции (гл. 6, разд. Е, 4), а также представ-
лений об аллостерии.
Другая катаболическая реакция треонина [уравнение (14-29), ста-
дия б]—это расщепление на глицин и ацетальдегид, катализируемое
серин-оксиметилтрансферазой [уравнение (8-19)]. Третьим и количест-
венно более существенным путем является дегидрирование [уравнение
(14-29), стадия в] и декарбоксилирование с образованием аминоаце-
тона [уравнение (14-29), стадия г]. Аминоацетон выводится с мочой,
но он может также быть окислен [уравнение (14-29), стадия б] в ме-
тилглиоксаль, который может подвергаться превращению в D-лактат
под действием глиоксилазы (гл. 7, разд. Л). Аминоацетон служит так-
же источником 1-амино-2-пропанола при биосинтезе витамина Bi2 (ста-
дия е, дополнение 8-Л). Было постулировано, что метилглиоксаль яв-
ляется природным регулятором роста, препятствующим чрезмерной
пролиферации клеток у животных [63b].
Д. Аланин и аминокислоты с разветвленной цепьк>
Как показано на рис. 14-10, пируват является исходным соединени-
ем для образования как L-, так и D-аланина, а также для образования
аминокислот с разветвленной цепью —валина, лейцина и изолейцина.
Vuuua aTHx оеакций уже обсуждалась в разделах, указанных йэ
Метаболизм азотсодержащих соединений I 115
рис. 14-10. У нейроспоры изолейцин и валин синтезируются в митохонд-
риях. Имеются данные, свидетельствующие о том, что пять ферментов,
действующих в виде единого комплекса, осуществляют синтез валина
из пирувата и синтез изолейцина из пирувата и треонина [64]. Еще
одна последовательность реакций [65], показанная на этом рисунке,
ведет к образованию пантоевой кислоты, пантетеина и кофермента А.
В организме животных начальные реакции этой последовательности не
происходят, чем и объясняется наша потребность в пантотеновой кис-
лоте как в витамине. Аланин также служит одним из предшественников
витамина биотина на стадии конденсации аланина с семиуглеродным
остатком дикарбоновой кислоты, входящей в состав пимелоил-СоА;
реакция протекает аналогично реакции, описываемой уравнением (8-20)
[65а, Ь].
Н«. ,NH/
СОО-
н
Н. .NH3+
Н3С.
.С СОО-
НзС^Н
Н3С—Н2С
Н3С
Н3с. Н Н\ ^NH,+
Н3С СН2 СОО-
Валин
Изолейцин
Лейцин
О
О
Н3С.
Н3С
Н3С
Н3С
С.
‘С' S—СоА
НО—Н2С н
>2^ ^с.
Н3С^ ХС 3—СоА
н
н3с.
-СОО-
с"
но—Н2С н
3-оксиизобут арат
I Завершение
\.Р~окисления
о
С^ Г
:с s—СоА
н
CoA-SH
Н2С'
/3 -Расщепление
(тиолиз')
СО2 —» Биотин
АТР
,сх
S—СоА
Н3С II
ООС—Н2С ^С S—СоА
Н
1^-Н2О
СО;
СоА—SH
СН3СН2СНО
|-2Н
Пропионат
Н3С S—СоА
Ацетил- СоА
Н3С СОО-
о=с^Си
Метилмалоновый полуальдегид
S-метилмалонил- СоА
АТР
НСО,-/
с
Пропионил- СоА
ООС—Н2С СН2 S—СоА
fi-Окси-р-метиленутарил - СоА
/ Альдольное
1 расщепление
I Н3С\
[ ^С = °
Распад, как показано нарис.Э-6 ООС Н2С
Ацетоацетат
I АТР
I CoA-SH
^-».С.
Н3С S—СоА
Ацетоацетил СоА
Ацетил-СоА
Н
О
о
о
РИС. 14-11. Катаболизм валина, лейцина и изолейцина.
116 Глава 14
1. Катаболизм
Распад аминокислот чаще всего начинается с переаминирования в
соответствующую а-кетокислоту, которая подвергается далее окисли-
тельному декарбоксилированию (последовательность реакций 7В,
рис. 8-19). Именно так обстоит дело в организме животных с аланином,
валином, лейцином и изолейцином. Аланин непосредственно дает пи-
руват и ацетил-СоА, другие же аминокислоты дают ацил-СоА-произ-
водные, расщепление которых осуществляется по пути р-окисления
(рис. 14-11). При этом наблюдаются некоторые отклонения от стан-
дартной последовательности стадий р-окислеиия, характерной для жир-
ных кислот (рис. 9-1); например, в случае валина эта последователь-
ность реакций соблюдается лишь до стадии присоединения воды с об-
разованием p-оксипроизводного. Последнее превращается в свободный
3-оксиизобутират, дальнейшим окислением которого в полуальдегид
метилмалоновой кислоты процесс р-окисления завершается. Полуаль-
дегид метилмалоновой кислоты декарбоксилируется и превращается в
пропионат [66], переходящий далее в пропионил-СоА, который карбок-
силируется, превращаясь в S-метилмалонил-СоА. Дальнейший путь ме-
таболизма показан на рис. 9-6.
При распаде изолейцина р-окисление идет до конца обычным обра-
зом с образованием ацетил-СоА и пропионил-СоА. Однако в ходе ка-
таболизма лейцина после дегидрирования, которым начинается р-окис-
ление, происходит присоединение двуокиси углерода, осуществляемое
биотинилферментом (гл. 8, разд. В). Двойная связь, сопряженная с
карбонилом тиоэфира, придает этому карбоксилированию сходство со
стандартной реакцией p-карбоксилирования. Зачем понадобился этот
лишний СОг? Метильная группа в 3-положении блокирует полное
р-окисление, но при этом остается возможным альдольное расщепление,
приводящее к образованию ацетил-СоА и ацетона. Дальнейший мета-
болизм ацетона сопряжен с определенными трудностями. В случае при-
соединения СОг продуктом оказывается ацетоацетат, катаболизм ко-
торого легко доводится до конца через его превращения в ацетил-СоА.
Дополнение 14-Б
Болезнь «кленового сиропа»
и «рвотная» болезнь жителей Ямайки
Описано свыше 50 случаев редкого аутосомно-рецессив-
ного нарушения (открытого в 1954 г.), при котором моча
больного и выдыхаемый им воздух имеют запах кленового
сиропаа. В моче обнаруживаются высокие концентрации
а-кетокислот с разветвленной цепью, образующихся при пе-
реаминировании валина, лейцина и изолейцина. Характерный
запах бывает обусловлен продуктами распада этих кислот.
Биохимический дефект кроется в ферменте, катализирующем
окислительное декарбоксилирование кетокислот, как указано
на рис. 14-11.
Болезнь «кленового сиропа» (поражающая одного челове-
ка из ~ 200 000) без соответствующего лечения приводит к
смерти в раннем детстве. Больные могут выжить при соблю-
Метаболизм азотсодержащих соединеиий
и (
дении диеты с низким содержанием белка (желатиновая
диета) с добавлением в пищу незаменимых аминокислот.
Однако лечение протекает трудно, и внезапные рецидивы
могут оказаться роковыми.
Интересно, что подобное же биохимическое нарушение
было отмечено у одной мутантной формы Bacillus subtilis6.
В клеточной оболочке этих бактерий обязательно должны со-
держаться жирные кислоты с разветвленной цепью (гл. 5,
разд. А, 4), а для их синтеза исходным материалом служат
СоА-производные разветвленных жирных кислот (гл. 12,
разд. Д). Если блокировано окислительное декарбоксилиро-
вание необходимых для этого кетокислот, то мутанты могут
расти лишь в среде, содержащей добавленные разветвленные
жирные кислоты.
Редким нарушением катаболизма лейцина является изова-
лериаиовая ацидемия — неспособность окислять изовалерил-
СоА. Симптомы этой болезни наблюдаются при «рвотной»
болезни, распространенной на Ямайке и вызываемой отрав-
лением незрелыми плодами экки-дерева. Эти плоды содержат
токсичный гипоглицин А со следующей структурой®-г:
Гипоглицин А
НгЧ /-СН-СОО-
\7 ।
V NH3+
Токсичный метпоболит
Это соединение является специфическим ингибитором изо
валерил-СоА-дегидрогеназы и вызывает накопление в кров!
изовалериановой кислоты. Существует предположение, чт<
присутствие в крови изовалериановой кислоты оказывав'
угнетающее действие на центральную нервную систему, че1
и обусловлены некоторые симптомы. Однако принято считать
что в особо тяжелых случаях этой «рвотной» болезни смерт,
наступает в результате развивающейся гипогликемиии. Со
держание глюкозы в крови может падать до 0,5 мМ, т. е. д
одной десятой от ее концентрации в норме.
а Dancis J., Levits М., in: The Metabolic Basis of Inherited Diseas
(J. B. Stanbury, J. B. Wyngaarden, D. S. Fredrickson, eds.), 3rd ed
pp. 426—439, McGraw-Hill, New York, 1972.
b Willecke K-, Pardee A. B„ JBC, 246, 5264—5272 (1971).
c Tanaka K-, Isselbacher K. J., Shin V., Science, 175, 69—71 (1972).
d Tanaka K„ JBC, 247, 7465—7478 (1972).
2. Кетогенные и глюкогенные аминокислоты
Согласно издавна используемой классификации, аминокислоты ст
таются кетогенными, если в организме они (подобно лейцину) превр:
щаются в ацетил-СоА (или ацетил-СоА и ацетоацетат). При введени
с пищей голодным животным кетогенные аминокислоты вызывают п<
вышение концентрации ацетоацетата и других «кетоновых тел» в кров
и моче. Глюкогенные же аминокислоты, такие, как валин, при введени
их голодавшим животным способствуют синтезу гликогена (в случг
валина синтез идет через образование метилмалонил-СоА, сукцинат
и оксалоацетата). Посмотрев внимательно на рис. 14-11, можно увидет
118 Глава 14
что изолейцин является одновременно кетогенной и глюкогенной ами-
нокислотой, о чем было известно задолго до полного выяснения путей
его катаболизма.
Е. Серин и глицин
Серин образуется из 3-фосфоглицерата в результате довольно пря-
мой последовательности реакций (путь а, рис. 14-12), включающей в
себя дегидрирование, переаминирование и гидролиз под действием фос-
фатазы. Основной путь катаболизма серина в большинстве случаев,
по-видимому, проходит через его дезаминирование с образованием пи-
рувата (рис. 14-12, путь б); эта реакция уже обсуждалась в гл. 8
(разд. Д, 3). Существует и другой катаболический путь, включающий
этап переаминирования с образованием оксипирувата, который, как
это происходит в растениях (рис. 13-25), может быть восстановлен в
D-глицерат и снова в 3-фосфоглицерат. О важной роли этого пути в
организме человека свидетельствует редкий метаболический дефект —
первичная гипероксалурия типа II, известная также как L-глицерино-
вая ацидурия1) [67—69]. Предполагают, что биохимический дефект мо-
жет состоять в потере способности к восстановлению оксипирувата в
D-глицерат. При накоплении оксипирувата лактатдегидрогеназа вос-
станавливает его в L-глицериновую кислоту, экскретируемую с мочой в
больших количествах (0,3—0,6 г/сут). Удивительно, что это нарушение
сопровождается избыточным образованием оксалата из глиоксилата.
По-видимому, это является косвенным следствием первичного наруше-
ния в метаболизме оксипирувата. Существует предположение, что окис-
ление глиоксилата под действием NAD+ сопряжено с восстановлением
оксипирувата под действием NADH [67].
1. Пути биосинтеза, берущие начало от серина
Как уже обсуждалось в разделах, указанных на рис. 14-12, из L-сери-
на получаются многие соединения, в том числе сфингозин и фосфатиды.
Его превращение в О-ацетил-Ь-серин (рис. 14-12, стадия в) обуслов-
ливает образование цистеина в результате реакции р-замещения.
Серин служит также основным источником глицина (стадия г) и
одноуглеродных остатков, используемых для синтеза метильных и фор-
мильных групп. Основной путь образования глицина из серина [70] —
это реакция, катализируемая сериноксиметилазой (стадия г, рис. 14-12);
в меньшей степени превращение идет через образование фосфатидил-
серина, фосфатидилхолина и свободного холина [уравнение (14-30)].
Вследствие ограниченной способности нашего организма к синтезу ме-
тильных групп холин во многих случаях должен обязательно поступать
в организм с пищей, в связи с чем его причисляют к витаминам. Однако
в присутствии достаточных количеств фолиевой кислоты и витамина В12
организм уже не испытывает абсолютной потребности в холине. Холин
может быть использован непосредственно для превращения обратно в
фосфатидилхолин (рис. 12-8), но его избыток может подвергаться де-
гидрированию в бетаин [уравнение (14-30)]. Последнее соединение,
содержащее четвертичный атом азота, является одним из немногих
метаболитов, которые, подобно метионину, могут поставлять метильные
И Гипероксалуриями называют группу тяжелых заболеваний, характеризующихся
образованием- в тканях кристаллов оксалата кальция; смерть наступает в возрасте ме-
Mfee 20 лет от нарушений функции почеи. 'Ии
Метаболизм азотсодержащих соединении
, 4-MF
3-сроароглицерат -*------------— т>-глицерат
a|NAD+
соо-
I
с=о
СН2О-(Р)
3-фосфооксипируват
(рис. 13'25)
^Аереамипирование
Оксипируват —ъ-глицерат
3-фосфосерин
Pi
'Переаминирование
Н2О
б
О-Аце тип-L-серин
L- Серин
Лируват
NH4+
К б
ГиППуроеая кислота Глутатион
РИС. 14-12. Метаболизм серина и глицина.
группы другим соединениям. Бетаин может также метилировать гомо-
цистеин с образованием метионина. Однако диметилглицин, образую-
щийся из бетаина в ходе реакции трансметилирования, уже не является
метилирующим агентом. Две его метильные группы отщепляются окис-
ГММ?<4''
лительиым путем в виде молекул муравьиной кислоты с образованием
глицина [уравнение (14-30)].
Фоаротидилхолин
Дегидрирование
(CH3)N — СНгСНгОН
Холин
(CH3bN+—СН2СОО-
Бетаин
Гомоцистеин
Метионин \
Диметилглицин
НСОО-
—► Монометилглицин
(саркозин)
^нсоо-
Глицин
(14-30)
Третьим источником глицина служит реакция переаминирования
аминокислот с глиоксилатом (стадия е, рис. 14-12). Вне зависимости от
природы донора аминогруппы константа равновесия в реакции пере-
аминирования в этом случае всегда в сильной степени благоприятствует
образованию глицина.
2. Катаболизм глицина
Если образование глицина из глиоксилата происходит путем пере-
аминирования, то обратное превращение избытка глицина в глиоксилат
может осуществляться с помощью оксидазы аминокислот (табл. 8-4).
О том, что и этот путь в количественном отношении имеет для человека
важное значение, свидетельствует существование гипероксалурии ти-
па I [67]. Полагают, что в этом случае блокируется один из обычных
путей утилизации глиоксилата, вместо которого происходит его окисле-
ние в оксалат. Природа биохимического нарушения еще не ясна, но
возможно, что причина заложена в тиаминзависимом ферменте, ката-
лизирующем конденсацию глиоксилата с а-кетоглутаратом, приводящую
к образованию 2-окси-З-кетоадипината [уравнение (14-31)].
-ООС—СН + О=С—ООО- ----► СО2 + соо-
Глиоксилат НС-ОН
I I
СЩ-СОО- О=С (14-31)
СН2
сн2—соо-
Хотя значение этой реакции неизвестно, легко видеть, что продукт
может подвергаться дальнейшему декарбоксилированию и окислению
с регенерацией а-кетоглутарата. Тем самым фермент обеспечивает на-
личие циклического пути окисления глиоксилата (тесно сопряженного
с циклом дикарбоновых кислот; рис. 9-5), не зависящего от образова-
ния оксалата. Следует иметь в виду, что реакций, в которых наблюда-
Метаболизм азотсодержащих соединений
1X1
ется ферментативная конденсация глнокснлата, продемонстрировано
множество н что метаболизм глнокснлата в большинстве организмов
еще не вполне ясен.
Другой луть катаболизма используется в клетках Diplococcus glyci-
nophilus, способных расти на глицине в качестве единственного источ-
ника энергии, углерода и азота [71]. Начальной реакцией является де-
карбоксилирование глицина с одновременным окислением под дейст-
вием NAD+, освобождением аммиака и переносом а-углеродного атома
глицина на тетрагидрофолиевую кислоту (H4F0I), превращающуюся в
метилентетрагидрофолиевую кислоту. В последнем соединении метиле-
новая группа, занимающая положение С-1, может конденсироваться с
другой молекулой глицина [обращение реакции, описываемой уравне-
нием (8-19)], образуя серин, который в свою очередь может превра-
щаться в пируват [уравнение (14-32)]:
Gly + H^Fot > Метилен - HJol—Gly
NAD+ NADH'y NH<+ Ser
CO2 i
Пируват
(14-52)
Пируват может быть окислен как источник энергии или использован
для синтеза клеточных компонентов. Весь этот путь, по всей видимости,
занимает важное место как в метаболизме растений и животных [72],
так и в метаболизме бактерий.
S SH
I
н—с—СОО-
Gly
+ -
£—PLP
------[—Р2
SH S-----S
H4Fol
Н—с—н
Реокисление
флавопратеидом
РЗ и NAD
Н
Е—N,
NH, + Е—N=PLP
СН2—Hz,Fol
Метилен-Hi, Fol
PLP
(14-33)
N
122 Глава14
Стадия декарбоксилирования, показанная в уравнении 14-32, требует
участия четырех белков, один из которых (Р1, мол. вес ~ 125 000) со-
держит две молекулы PLP и предположительно реагирует с глнцнном,
образуя шиффово основание. Гипотетический механизм дальнейшего
хода реакции [уравнение (14-33)] основан на предположениях, выдви«
нутых Багинским и Хюннеккенсом [73].
На стадии а, вероятно, происходит отщепление одного из а-водородов
глицина и образуется хиноноидное промежуточное соединение, которое
далее (на стадии б) реагирует с белком Р2, небольшой термоустойчив
вой молекулой с мол. весом ~ 10 000, напоминающей тиоредоксин (гл. 8,
разд. И, 2). После декарбоксилирования (стадия в) восстановленный
Р2 освобождается (стадия г) и вновь окисляется на стадии д флаво-
протеидом РЗ (с мол. весом —- 120 000, содержащим одну молекулу!
FAD). Восстановленный РЗ в свою очередь окисляется под действием"
NAD+.
От глицина, присоединенного к PLP в белке Р1, остаются всего лишь.'
СНг-фрагмент и аминогруппа. Читатель легко сможет сам написать ряд!
реакций замещения и элиминирования, в ходе которых азот в 5-м по-'
ложении (N-5) тетрагидрофолиевой кислоты (гл. 8, разд. Л, 1) акцеп-1
тирует СНг-группу и одновременно с образованием внутреннего шнф-’
фова основания между PLP и g-аминогруппой фермента (стадия
происходит освобождение NH3. Роль белка Р4 неизвестна, но возможно^
что он участвует в переносе СНг-группы на тетрагидрофолиевую кисИ
лоту.
3. Пути биосинтеза, идущие от глицина
Как показано на рис. 14-12, из глицина может образоваться мши
жество различных продуктов. Несколько реакций, как это отмечено ня!
рис. 14-12, уже обсуждалось. Образуется также гнппуровая кислота
(дополнение 9-А)—обычный выводимый с мочой продукт «детоксика^
ции» бензойной кислоты; ее синтез проходит через стадию образований
бензоил-СоА [уравнение (14-34)].
Гиппуровая кислота
(14-34)
Два других важных пути метаболизма глицина ведут к образованию]
порфобилиногена и различных получающихся из него пиррольных пир
ментов, а также к синтезу пуринового ядра.
4. Порфобилиноген, порфирины и родственные соединения
В 1946 г. Шемин и Риттенберг [73а] описали один из первых прич
меров успешного использования радиоактивных меток для изучения ме|
таболизма. В этой классической работе было продемонстрировано, чта
атомы порфиринового кольца в молекуле гема происходят из таких
простых соединений, как ацетат и глнцин. Как мы теперь знаем, ацета^
в цикле трикарбоновых кислот превращается в сукцинил-СоА. В мито-]
хондриальном матриксе животных клеток сукцинил-СоА конденсируется!
метаоолизм азотсодержащих ^исдппсппп
Уропарсрариноген Щ
РИС. 14-13. Биосинтез порфиринов из глицина и сукцинил-СоА.
с глицином, образуя б-амннолевулнновую кислоту [уравнение (8-20)]
[ТЗЬ], которая далее превращается в порфобилиноген (гл. 10, разд. Б, 1),
непосредственный предшественник порфиринов. Путем деструкции 14С-
Порфиринов, образовавшихся из меченых молекул ацетата и глицина,
Шемин и Риттенберг установили ту расстановку изотопных меток в
ПиРрольном ядре, какая указана на рис. 14-13 для порфобилиногена.
Черными кружками показаны те атомы, которые первоначально были
Углеродными атомами метильной группы в молекуле ацетата (не сле-
дует забывать, что ацетильные группы ацетил-СоА проходят через цикл
тРикарбоновых кислот более одного раза и метка попадает из метиль-
ных групп ацетата как во 2-е, так и в 3-е положения сукцинил-СоА).
Атомы, отмеченные белыми кружками, в основном происходят от ме-
зильного углерода ацетата и в меньшей степени от карбоксильного
124 Глава 14
углерода. Атомы, отмеченные звездочками, произошли от глицина, а
непомеченные атомы углерода-—от карбоксильного углерода ацетата.
В растениях используется иной путь. В 6-аминолевулинат входит це-
ликом весь 5-углеродный скелет а-кетоглутарата. Возможно, процесс
начинается с внутримолекулярной окислительно-восстановительной ре-
акции (возможно, после предварительного превращения а-кетоглута-
рата в тиоэфир), похожей на идущую в обратном направлении реакцию,
катализируемую глиоксилазой I (гл. 7, разд. Л). Продуктом этой ре-
акции должен быть у,6-диоксовалерат
О
II
-осс—сн2сн2—С—СНО,
который подвергается восстановительному аминированию с образова-
нием 6-аминолевулината [74].
Как показано на рис. 14-13, превращение двух молекул 6-аминоле-
вулиновой кислоты в порфобилиноген является многостадийной реак-
цией, начинающейся с альдольной конденсации (стадия б). Полагают,
что фермент, катализирующий эту реакцию, образует шиффово осно-
вание с карбонильной группой одной из молекул субстрата, как указано
на рисунке [75, 76]. За альдольной конденсацией следует дегидратация
с образованием двойной связи между двумя атомами углерода, а замы-
кание кольца (стадия в) происходит путем последовательных переме-
щений иминной связи, подобных тем, которые были описаны ранее (т. II,
стр. 228). Наконец, для образования порфобилиногена еще требуется
таутомеризация (стадия г). Конденсация молекул порфобилиногена,
приводящая к образованию порфиринов, протекает с участием двух
ферментов, порфобилиногендезаминазы и уропорфириноген Ш-косинте-
тазы. Дезаминаза катализирует стадию д (рис. 14-13). Аммиак в ре-
зультате элиминируется, но это необязательно происходит путем пока-
занной на рисунке реакции прямого замещения. Может наблюдаться
и перемещение электрона из соседнего азота в том же кольце. Нетрудно
представить себе четырехкратное повторение такой конденсации с об-
разованием симметричного предшественника молекулы уропорфирина I
(рис. 10-1). В присутствии косинтетазы протекает реакция иного рода.
Обратите внимание, что пятичленное кольцо в порфобилиногене харак-
теризуется симметричным расположением двойных связей. Таким об-
разом, реакция конденсации может затрагивать любой из атомов, на-
ходящийся в a-положении относительно кольцевого азота. За серией
реакций конденсации (рис. 14-13, стадия е) следуют таутомеризация,
разрыв и воссоединение цикла таким образом, чтобы порядок располо-
жения карбоксиметильных и карбоксиэтильных боковых цепей отвечал
уропорфирпногену III. Последующий ряд реакций декарбоксилирования
и окисления [77] ведет прямо к образованию протопорфирина IX.
Включение в протопорфирин ферро-иона требует участия специаль-
ного фермента, протогем — ферро-лиазы (феррохелатазы) [78, 79]. Уста-
новлено, что этот фермент прочно связан с внутренней мембраной ми-
тохондрий животных клеток, хлоропластов растений и хроматофоров
бактерий. Хотя обычно Fe2+, по-видимому, является единственным ионом
металла, включающимся в порфирин, в дрожжах в заметных количест-
вах накапливается [Zn2+]-протопорфириновый хелат; известен также
комплекс с Си2+ (гл. 10, разд. Б, 1).
а. Хлорофилл [8$, 81]
Первой стадией превращения протопорфирина IX в хлорофилл мо-
жет быть включение Mg2+. Эта реакция самопроизвольно почти не идет
Метаболизм азотсодержащих соединений 125
и требует участия катализаторов. Далее происходит метилирование
карбоксиэтильной боковой цепи кольца III [уравнение (14-35)].
Mg2+ SAM
Лрото-YX ——*• Mg-/7pomo-IX ——- Mg-Прото-} X
(Протопорфирин IX)
(14-35)
Остальные стадии образования хлорофилла представляют собой насы-
щение винильной группы при кольце IV, замыкание кольца V и присое-
динение остатка фитила (см. рис. 13-19, на котором представлены струк-
туры хлорофиллов). Замыкание кольца V происходит вслед за р-окис-
лением трехуглеродной боковой цепи, как показано в уравнении (14-36).
За этим следует окислительное замыкание кольца в протохлорофиллид а.
н
н
I
А‘Окимение-»СН2 СН:{
СН2
I
Н3СО—с=о
н.,со—с=о
(14-36)
Последний соединяется с фитолом (вероятно, с промежуточным обра-
зованием фнтилпирофосфата), в результате чего образуется хлоро-
филл а. Хлорофилл Ь, по всей вероятности, получается из хлорофилла а,
а бактериохлорофиллы синтезируются из хлорофиллнда а, причем фи-
тильные группы присоединяются уже после восстановления кольца IV.
б. Коррины
Образование витамина Bi2 и других корринов требует сжатия цикла
с элиминированием метенового мостика между кольцами А и D порфи-
ринов (дополнение 8-Л). Естественно предположить, что метильная
группа при атоме С-1 корринового кольца образуется из того же атома
углерода, что и -метеновын мостик в порфиринах (нетрудно представить
себе такую модифицированную реакцию конденсации, при которой за-
мыкание кольца на стадии е (рис. 14-13) происходило бы путем нуклео-
фильного присоединения к связи C = N кольца А). Однако данные б. * * * * * * 13С-
ЯМР исключают такую возможность. Когда синтез витамина В]2 про-
водили в присутствии ,3С-метилсодержащего метионина, исследование
Продукта показало, что 13С попал в семь метильных групп. Мечеными
Оказались все «лишние» метильные группы, размещающиеся вдоль пе-
риферии молекулы, а также при атоме С-1 [82]. С помощью других
126 Глава 14
экспериментов было установлено, что уропорфириноген III является
предшественником витамина В^. Из этого следует, что цикл должен
сначала замкнуться обычным способом, а затем снова раскрыться меж-
ду кольцами А и D — с удалением углерода, образующего метиленовый
мостик [83]. Были предложены и альтернативные механизмы [83а].
Дополнение 14-В
Метаболизм железа
Железо является одним из элементов, наиболее распрост-
раненных в земной коре; в обычных почвах его содержание
достигает ~4%. Функции железа в живых клетках много-
численны и разнообразны3-8. Общее содержание железа в
бактериях и грибах составляет в среднем ~ 1 ммоль/кг, но в
тканях животных его, как правило, меньше. 70% из 3—5 г
железа, содержащихся в организме человека, сосредоточено
в эритроцитах, где общее содержание железа составляет
~20 мМ. В остальных тканях общее содержание железа со-
ставляет лишь ~0,3 мМ; в основном оно приходится на раз-
ного рода резервные формы. Суммарное содержание всех
железосодержащих ферментов составляет ~0,01 мМ. Хотя
средние концентрации получаются низкими, железо сконцен-
трировано в окислительных ферментах в мембранах, и,
следовательно, локальные его концентрации могут быть зна-
чительно выше. Удивительно, что одна из групп анаэробных
бактерий, а именно молочнокислые бактерии, которые вообще
не содержит ферментов, реагирующих с кислородом, по всей
видимости, полностью лишена и железа, и меди. Во всех
других организмах железо обязательно должно присутство-
вать.
В тканях человека и других животных, а также в зеленых
растениях и грибах значительная часть железа находится в
форме ферритина, красновато-коричневого водорастворимого
белкаг-е. Ферритин представляет собой резервную форму
Fe(III) в растворимом и нетоксичном состоянии, легко при-
годном для использования. Ферритин — несколько необычный
белок. Содержание железа в ферритине составляет 17—23%,
причем оно находится в виде расположенной в центре плот-
ной массы гидратированной гидроокиси железа (III), запол-
няющей пространство диаметром 7 нм. Эта масса окружена
белковой оболочкой из 24 субъединиц, расположенных в со-
ответствии с кубической симметрией, во многом аналогично
тому, как это показано на рис. 8-17. Внешний диаметр час-
тицы составляет 12 нм. Молекулярный вес апоферритина
равен 445 000, а каждая субъединица имеет молекулярный
вес 18 500. Полностью заполненная (до 23% Fe) молекула
ферритина содержит свыше 2000 атомов железа, упакован-
ных почти как в кристаллической решетке. Сердцевина мо-
лекулы легко различима в электронном микроскопе, и в
микроскопии ферритин часто используют как своеобразный
маркер. Другая резервная форма железа, гемосидерин, по-
видимому, состоит из молекул ферритина вместе с добавоч-
Метаболизм азотсодержащих соединений 1»'
ным количеством железа. При введении в организм избыточ-
ного количества железа отложение гомосидерина. в печени
может дойти до токсического уровня.
Трудная проблема возникает у всех организмов в связи
с относительной нерастворимостью гидроокиси железа (Ш)
и других соединений, играющих роль резерва железа. В свя-
зи с этим железо часто захватывается в хелатной форме и
переносится от одного органического лиганда (чаще всего
белка) к другому, почти не проходя через состояние свобод-
ного Fe3+. Типичные константы образования хелатов Fe2+ ле-
жат между значениями, свойственными комплексам Мп2+ и
Со2+ (гл. 4, разд. В, 8, б; табл. 4-2). Например, для Ре2+-хела-
та ЭДТА log Л) = 14,3. Как и следовало ожидать, железо в
форме Fe3+, имеющее меньшие размеры и более высокий за-
ряд, связывается более прочно (log К\ = 25,0). Важное биохи-
мическое значение имеет тот факт, что Fe3+ оказывает пред-
почтение кислородсодержащим лигандам.
С другой стороны, Fe2+ предпочтительнее связывается с
азотом.
Важно также и то, что Fe3+, связанный с кислородными ли-
гандами, легко обменивается на другие присутствующие вере-
де ферри-ионы, тогда как связанный с азотсодержащими ли-
гандами, в частности с гемом, Fe3+ обменивается очень мед-
ленно. Это свойство может иметь большое значение для сое-
динений, транспортирующих железо, и для железосодержа-
щих ферментов.
Если во внешней среде поддерживается достаточно высо-
кая концентрация железа (например, для Е. coll 50 мкМ и
более), то бактерии и другие микроорганизмы поглощают
это железо без затруднений. Однако при низких концентра-
циях железа во внешней среде для повышения растворимости
железа и переноса его внутрь клетки используются специаль-
ные соединения (сидерохромы)ж. Так, при концентрациях же-
леза 2мкМ или ниже Е. coll и родственные кишечные бактерии
выделяют в среду большие количества специфического хела-
тирующего агента энтеробактина (рис. 2-39). Очень устой-
чивый комплекс этого соединения с Fe3+ переносится внутрь
бактериальной клетки специальной транспортирующей сис-
темой. Внутри клетки энтеробактин разрушается эстеразой,
и диссоциация железа облегчается его восстановлением в
Fe2+. Ряд сидерохромов содержит в центрах связывания же-
леза гидроксаматные группы
О О-
II I
R—С— N—R'
К ним, в частности, относится пептид феррохром (вырабаты-
ваемый некоторыми бациллами). Отметим, что и в этих сое-
динениях связи с железом образует кислород. В феррихроме
Fe3+ связан очень прочно3; log/С для образования комплекса
из Fe3+ и свободного тригидроксаматного лиганда равен 29.
В среднем суточный рацион человека содержит ~15 мг
железа; из них в организме всасывается около 1 мг. Обычно
этого достаточно, чтобы компенсировать небольшие потери
железа, в основном с желчью. В организме человека нет,
по-видимому, механизма, обеспечивающего выведение из ор-
128 Глава 14
ганизма избыточных количеств железа; содержание железа
регулируется только уровнем его поступления в организм.
Этот уровень повышается у женщин во время беременности
и у молодых женщин при менструальном кровотечении (для
возмещения потери железа с кровью). Избыточные количест-
ва железа могут быть сильно токсичны. Механизм регуляции
всасывания железа пока неясен, но установлено, что, ока-
завшись в организме, Fe3+ связывается трансферрином —
белком с мол. весом 80 000, содержащим два центра связы-
вания железа11. Вместе с каждым ионом Fe3+ связывается
сопутствующий анион. Трансферрин цыплят, по-видимому,
идентичен железосвязывающему белку кональбумину, содер-
жащемуся в белке куриных яиц. С другой стороны, лакто-
феррин, красный железосвязывающий белок, присутствующий
в молоке, отличается от трансферрина крови своей амино*
кислотной последовательностью. Железосвязывающие белки,
находящиеся в жидкостях тела, иногда объединяют в общуй
группу с общим названием сидерофилины.
Главной функцией трансферрина является транспорт же-;
леза в организме, но он может служить и буфером, регули-
рующим поступление железа; возможно, всасывание железа
через слизистую кишечника регулируется степенью насыще-
ния железом трансферрина в крови. Для переноса железа из
трансферрина в гем, происходящего в юных клетках крови,
образующихся в костном мозге, Fe3+ должен восстановиться
в Fe2+. Восстановление ферри-иона, вероятно, необходимо и
для освобождения его из ферритина". Механизмы этих про*
цессов не установлены, но известно, что в роли восстанови-
телей могут выступать аскорбиновая кислота или глутатион.
Ферри-ион в гемоглобине (метгемоглобине) восстанавливает-
ся NADH-зависимым ферментом (дополнение 10-А). Наряду:
с этим Fe2+, видимо, должен иногда подвергаться окислениВД
в Fe3+ под действием медьсодержащей ферроксидазы (церу-
лоплазмина; дополнение 10-3). Попав в организм, железо
тщательно в нем удерживается. Так, в результате ежесуточ-
ного разрушения 9 млрд, эритроцитов освобождаются 20—
25 мг железа, которое почти все снова используется или ре-
зервируется в организме.
а Neilands J. В., ed., Microbial Iron Metabolism, Academoc Press, New York,
1974.
6 Jacobs A., Worwood M., eds., Iron in Biochemistry and Medicine, Acade-
mic Press, New York, 1974.
8 O'Dell B. L., Campbell B. J., Compr. Biochem., 21, 179—265 (1970).
r Harrison P. M„ Hoy T. G., in: Inorganic Biochemistry (G. L. Eichhorn, ed.),
Vol. 1, pp. 253—279, Elsevier, Amsterdam, 1973.
л Hoare R. J., Harrison P. M„ Hoy T. G., Nature (London), 255, 653—654
(1975).
c Massover W. H., Cowley J. M., PNAS, 70, 3847—3851 (1973).
ж Neilands J. B., in: Inorganic Biochemistry (G. L. Eichhorn, ed.), Vol. 1,
pp. 167—2020, Elsevier, Amsterdam, 1973.
3 Bosenberg H., Young J. G., in: Microbiol Iron Metabolism (J. B. Neilands,
ed.), pp. 67—82, Academic Press, New York, 1974.
" Aisen P., in: Inorganic Biochemistry (G. L. Eichhorn, ed.), Vol. 1, pp. 280—
305, Elsevier, Amsterdam, 1973.
K Cavill I., Worwood M., Jacobs A., Nature (London), 256, 328—329
(1975).
Метаболизм азотсодержащих соединении
в. Порфирия [84—86]
Организм человека использует не весь образующийся порфобили-
ноген; в норме небольшие его количества обычно выводятся с мочой,
главным образом в виде копропорфиринов (гл, 10, разд. Б, 1). Сущест-
вуют наследственные и приобретенные нарушения, при которых содер-
жание порфиринов в крови повышено и с мочой выделяются значитель-
но большие их количества (порфирия). Бывают случаи, когда порфирия
протекает в легкой форме и почти не сопровождается какими-либо
симптомами, но в других случаях в коже под роговым слоем отклады-
ваются интенсивно флуоресцирующие свободные порфирины, что со-
провождается фотосенсибилизацией и приводит к изъязвлению кожи.
В наиболее тяжелых случаях экскретируемые порфирины придают моче
винно-красный цвет. У больных развиваются тяжелые неврологические
поражения. Наблюдается и целый ряд других симптомов1). При одной
форме врожденной порфирии с мочой выделяются большие количества
уропорфирина I. Биохимический дефект в этом случае, по-видимому,
сводится к недостаточному синтезу косинтетазы, необходимой для об-
разования протопорфирина IX. Другая форма порфирии обусловлена
образованием в печени избыточных количеств 6-аминолевулиновой кис-
лоты. Существует предположение, что лечить таких больных, возможно,
следует введением бензоата или п-аминобензоата [87]. Смысл такого
воздействия состоит в том, чтобы переключить обмен глицина на синтез
гпппуровой кислоты (дополнение 9-А) или ее п-аминопроизводного,
снижая тем самым скорость синтеза порфиринов.
При некоторых легких формах порфирии прием определенных ле-
карственных препаратов может вызвать острый приступ болезни. Ме-
дикаменты н другие химикалии иногда вызывают порфирию в резуль-
тате индукции чрезмерного синтеза 6-аминолевулииат — синтетазы. Сре-
ди соединений, дающих такой эффект, можно назвать гексахлорбензол
н тетрахлордибензодиоксин. Последний является одним из самых силь-
ных известных агентов, индуцирующих образование синтетазы [88].
2,8,7,8 - тетрахлордибензо -
п-диоксин *
г. Желчные пигменты
Ферментативное разрушение гема представляет собой важный мета-
болический процесс уже хотя бы потому, что при этом освобождается
железо, вновь используемое организмом. Некоторые из путей катабо-
лизма гема показаны на рис. 14-14. Считается, что оксигенация (гид-
роксилирование) затрагивает сперва а-метеновый углерод (между коль-
цами А и В). Гидроксилированный продукт расщепляется с освобож-
дением окиси углерода. Реакции катализируются микросомными гидро-
ксилазами [89—90а]. В опытах с использованием 18О2 было показано,
что образующийся дециклизованный тетра-пиррол биливердин содержит
11 Яркое описание проявлений этой болезни, которые, как полагают, наблюдались у
английского короля Георга III, дают Макэлпайн и Хантер [84].
* Нередкое присутствие этого диоксина в виде примеси в гербициде 2,4,5-трихлоро-
феноксиуксусной кислоте (2,4,5-Т) вызвало большую озабоченность. Вполне возможно,
что рассматриваемый диоксин представляет собой наиболее токсичную среди всех из-
вестных малых молекул: при поступлении в организм с пищей LD50 этого соединения
Для морских свинок составляет всего 1 мкг на 1 кг веса [88], К тому же он является
сильным тератогенным'агентом (вызывающим аномалии развития плода).
'130 «пала 14
два атома 18О, а СОг — один атом 18О. Реакции восстановления и окис-
ления биливердина приводят к образованию большого числа различных
нециклизованных тетрапирролов.
Биливердин, первый продукт размыкания цикла, восстанавливается
в билирубин, который транспортируется в печень в виде комплекса с
сывороточным альбумином. В печени билирубин превращается в глю-
курониды [уравнение (12-12)], образующиеся за счет гликозилирования
боковых остатков пропионовой кислоты. Многие из конъюгатов билиру-
бина поступают в желчь. В кишечнике они вновь гидролизуются до-
свободного билирубина, который восстанавливается кишечными бакте-
риями в уробилиноген, стеркобилиноген и .мезо-билирубиноген. Эти сое-
динения бесцветны, но легко окисляются кислородом в уробилин и стер-
кобилин. Некоторая часть уробилина и других желчных пигментов вновь
поступает в кровь и выделяется с мочой, придавая ей всем известный,
характерный желтый оттенок.
Наблюдаемый при желтухе желтый цвет кожи может быть обуслов-
лен чрезмерным разрушением гема (например, в результате избыточ-
ен,
9м “ ДН'3 СН2 ~
НзС-Z^Y уТУ-СН о, ?н
>=NX N—< Z \efll) у> \—N 'N { Н3С^У1 JLSz~CH’ СН2 СН2СН2СОО- | м СН2СОО~ 1 н + 2 М V М Р г м м н н2 н н билирубин +sh| М Е M Р Р М М hl jH JobJr o^N^c^r-r^c/4'N'x:'^''N- н н2 н н2 н на н мезо - билирубиноген -2 Н | М Е M Р Р М М O^N^C^-N^C^r-r^C^N H H2 H н2 н Уробилин IXcL о2-^ ' СО + Fe34 V) М р р М М (у) *— В мезо-биливердине 11 । I । I у обе ванильные группы* J ..J 1 - восстанавливаются | | в этильные н Н 4 / биливердин //ос V х. io И?) < В уробилиногене здесь находится у' винил -, две двойные связи, отме- =1 ценные звездочками, в стеркоби • [ линогене восстановлены fi")«—В уробилине здесь находится J у винил; две двойные связи, отме- _• =1 ценные звездочками, в стеркоби- ./ 1 лине восстановлены / У7 СНз СН3 СН М Р Р М М Е Н нН , Фикоэритробилин
Метаболизм азотсодержащих соединений 131
лого гемолиза), неспособностью печени к образованию конъюгатов би-
лирубина или какими-либо факторами, препятствующими поступлению
продуктов распада гема в кишечный тракт.
Об ациклических тетрапирролах водорослей и о хромофоре фито-
хрома мы уже упоминали (рис. 13-22). Все они происходят от фико-
эритробилина, родственного биливердину, как это показано на рис. 14-14.
Ж. Цистеин и метаболизм серы '
Цистеин является не только существенным компонентом белков, но,
кроме того, относится к тем соединениям, через которые проходит ос-
so/-
атр^ X
[Уравнение (П~4) 'а \
[Уравнение (1p4)J Z
„ /"
Перенос I
сульфурильной -------РАР5
группы .
РР1
Аденилилсульфат \
(APS)
\[уравнение (10-2В),стадия В]
NADPH
SO32~
6\
S,O3a- CN-
Пируват
Роданеза
SCN-
„ [уравнение
Серин (1О-Ы)]
О-ацетил- Зег
d ।
SZ-(HZS) —
О
----* Пируват
NH3 '/
Аспартат
L ./ гх Ацетат*
\(рис.1п)
Гомосерин
Цистеин-]
cuHfnema-h
за У Меркаптопируват
'ООС— С—СН2—SCV
р~Сульфинилпируват
.H2S
Цистеин . -^Ар№
1
а- Кетобутират
+ NH4+
Н
О
cos
NH/ О
Цистеинсульфиновая кислота
H3N+ —СН2СН2—ГОГ
Гипотаурцн
£. colt
Цистатионин
[ 0- Синтетаза
*—блокирование в зтом
пункте приводит к
цистатионурии
О-ацетил серин
Н
н
Qi
[ s NH4+
Серин
so?-
”ООС—С —СНа—S—о~
О
Гомоцистеин
t
\У человека этот
\путь количествен-
| но ограничен
NH3+ О
Цистеиновая кислота
СО2
Метионин
Сульфопируват
1
Сулыролипид
H3N+ — CH2CHtSO/-
Таурин
Желчные кислоты НО—СНаСНг5О^*
(рис. 12 -/6) Изетионовая
кислота..
РИС. 14-15. Пути биосинтеза и катаболизма цистеина и некоторые другие аспекты
метаболизма серы. Сплошными стрелками показаны основные пути биосинтеза, преры-
вистыми стрелками — более специализированные пути. Такими же стрелками показан
ход процессов превращения метионина в цнстеии н распада цистеина в тканях живот-
ных.
1132 Глава 14
новной путь включения неорганической серы в состав органических сое-
динений. В силу этого он участвует во множестве метаболических про-
цессов. Автотрофные организмы осуществляют последовательное вос-
становление сульфата в сульфит и далее в сульфид (H2S). Именно эти
восстановленные соединения серы и включаются в состав органических
соединений. Животные же используют готовые органические соединения
серы, образовавшиеся в организме автотрофов; в организме животных
РИС. 14-16. Особый гем (сирогем),
выделенный из сульфитредуктазы
клеток Е. coll.
эти соединения вступают на путь активного окислительного метаболиз-
ма, в ходе которого они разлагаются, а сера снова окисляется в сульфат.
Некоторые стороны метаболизма неорганической серы уже обсуж-
дались в гл. 10. Так, мы рассмотрели восстановление сульфата до H2S
сульфатредуцирующими бактериями (гл. 10, разд. Е, 2, б). В растениях
и в клетках Е. coli на пути ассимиляторного восстановления сульфата
одной из начальных стадий также служит образование аденилилсуль-
фата (стадия а, рис. 14-15; см. также уравнение (10-38)]. Сульфатре-
дуцирующие бактерии способны восстанавливать аденилилсульфат не-
посредственно в сульфит [уравнение (10-38), стадия б], но у Е. coll
путь ассимиляторного восстановления проходит через образование
3'-фосфо-5'-аденилилсульфата (PAPS); функция этого соединения как
«активного сульфата» уже рассматривалась в гл. И (разд. Б, 3). Вос-
становление PAPS в сульфит (рис. 14-15, стадия г) осуществляется
NADPH-зависимым ферментом.
Восстановление сульфита в сульфид у Е. coli катализируется суль-
фитредуктазой — крупным белком (мол. вес 670 000), в состав которого
входят четыре молекулы связанного рибофлавинфосфата (FMN), четыре
молекулы FAD, 20—21 атомов железа, 14—15 атомов лабильной серы
и 3—4 молекулы особого гема [91]. Фермент использует NADPH в ка-
честве восстановителя и передает электроны по собственной внутримо-
лекулярной цепи переноса электронов на особый гем, содержащий тет-
рагидропорфирин типа изобактериохлорина (в нем восстановлены со-
седние пиррольные кольца; рис. 14-16) [92]. Этот ферментный белок,
по-видимому, имеет следующий состав: asP-t, где a—флавопротеид с
мол. весом -—54 000, а р— гемсодержащий железо-серный белок с мол.
весом 60 000 [93]. Тот же путь обнаружен у Chlorella, однако более
^Существенным у этой водоросли представляется другой путь восстанов-
ления сульфата [94]. Аденилилсульфат переносит свою сульфонильную
группу на тиоловую группу переносчика [уравнение (14-37), стадия а].
Метаболизм азотсодержащих соединений 133
Аденозин —О—Р—О—S—О
о- О
Образовавшийся тиосульфонат восстанавливается под действием фер-
редоксинзависимой редуктазы. Наконец, от —S—5_-группы восстанов-
ленного переносчика сульфидная группа переносится прямо в образую-
щуюся молекулу цистеина путем реакции p-замещения, аналогичной ре-
акции, описываемой в следующем абзаце.
Цистеин образуется из сульфида и серина вслед за ацетилированием
последнего путем переноса ацетильной группы ацетил-СоА (рис. 14-15,
стадия е). Данная реакция представляет собой стандартную пиридок-
сальфосфатзависимую реакцию p-замещения (рис. 8-7) и катализирует-
ся цистеинсиитетазой [94а]. Сходный фермент используется клетками
некоторых микроорганизмов для образования гомоцистеина путем пря-
мого введения сульфид-иона либо в О-сукцинилгомосерин, либо в О-аце-
тилгомосерин, как указано штриховыми стрелками в нижнем левом
Углу рис. 14-15. Однако у Е. coli основной путь образования метионина,
несомненно, проходит через цистатионин, как это отражено в уравнении
(8-22) и указано сплошными стрелками на рис. 14-15 слева.
У животных важную роль играет обратный процесс — превращение
Метионина в цистеин. Животные неспособны к образованию цистеина
134 Глава 14
путем прямого включения сульфида, и поэтому цистеин должен либо
поступать с пищей в готовом виде, либо образовываться из поступаю-
щего с пищей метионина. Последний процесс протекает в ограниченных
масштабах, в связи с чем дети обязательно должны получать цистеин
с пищей. Стадии образования цистеина из метионина показаны на
рис. 14-15 вертикальными штриховыми стрелками. Последовательность
реакций начинается с превращения метионина в S-аденозилметионин
и далее в гомоцистеин в результате метаболического пути, показанного
на рис. 14-9 (стадии г—е). Затем гомоцистеин реагирует с серином
под действием цистатионин-р-синтетазы, а цистатионин распадается на
цистеин и а-кетобутират под действием «у-расщепляющего фермента»,
присутствующего в тканях животных (рис. 14-9, внизу слева). Типы
реакций представлены на рис. 8-7. Этот путь несколько сходен с идущим
в обратном направлении процессом, описываемым уравнением (8-22).
Цистеин может подвергаться катаболизму или включаться в раз-
личные процессы биосинтеза. Простое расщепление цистеина, наблю-
даемое у некоторых бактерий [95], состоит в пиридоксальфосфатзави-
симой реакции а,(3-элиминирования с образованием H2S, пирувата и
аммиака (рис. 14-15, реакция ж; рис. 8-6, реакция б). Другой путь за-
ключается в переаминировании с образованием (3-меркаптопирувата
(рис. 14-15, стадия з). Последний может быть расщеплен восстанови-
тельным путем на пируват и сульфид. Интересная ферментативная ре-
акция (3-замещения (с участием пиридоксальфосфата) приводит к пре-
вращению цистеина в (3-цианаланин — присутствующий в некоторых
растениях фактор, вызывающий у животных латиризм (дополнение
11-Б) [96].
Количественно важный путь катаболизма цистеина у животных свя-
зан с его окислением в цистеинсульфиновую кислоту (рис. 14-15, реак-
ция и); это процесс двукратного гидроксилирования с использованием
О2, NADPH или NADH и Fe2+. Цистеинсульфиновая кислота может
далее быть окислена в цистеиновую кислоту, в результате декарбокси-
лирования которой образуется таурин. Последний является компонентом
желчнокислых солей (рис. 12-16) и, возможно, играет роль нейроме-
диатора (гл. 16, разд. Б, 4). Таурин, вероятно, выполняет еще какую-то
специфическую функцию в фоторецепторных клетках сетчатки. Для ко-
шек он, по-видимому, является незаменимой аминокислотой [96а]. Тау-
рин может быть восстановлен в изетионовую кислоту—компонент нерв-
ной ткани. Цистеиновая кислота может образоваться и другим путем —.
из О-ацетилсерина и сульфита (реакция м, рис. 14-15), а таурин может
образоваться в результате декарбоксилирования цистеинсульфиновой
кислоты в гипотаурин с последующим его окислением (реакция и).
Интересным метаболическим процессом является протекающее в
хлоропластах превращение цистеиновой кислоты в сульфолипид
(рис. 2-32, табл. 13-2). Вероятная последовательность реакций начина-
ется с переаминирования с образованием (3-сульфопирувата, который
далее восстанавливается (предположительно в сульфолактальдегид),
после чего происходит альдольная конденсация с диоксиацетонфосфа-
том, как указано в уравнении 14-38; изомеризация продукта приводит
к 6-сульфохиновозе — сахару, входящему в состав сульфолипида [96b].
Возвращаясь к цистеинсульфиновой кислоте, отметим, что ее пере-
аминирование дает (3-сульфинилпируват — соединение, легко теряющее
SO2 в результате спонтанной реакции, аналогичной декарбоксилирова-
нию оксалоацетата (реакция п, рис. 14-15). У животных таков, вероятно,
один из,-существенна путей отщепления серы из органических соеди-
нений. Одиако для выведения из организма сульфит должен быть спер-
Метаболизм азотсодержащих соединений 135
ва окислен в сульфат. Фермент сульфитоксидаза относится к постепен-
но увеличивающейся группе белков, о которых известно, что они со-
держат молибден (дополнение 14-А). Сульфитоксидаза содержит также
цитохром типа Ь5-, электроны поступают от нее прямо на цитохром с в
митохондриальной цепи переноса электронов. О том, сколь велико зна-
сосг
Цистеиновая Переаминирование Q
кислота i
/ сн
Восстановление/ . 2
нс=о
/ SO3-
уб-Сульфопируват
т ' пц конденсация
нс—он —
CH,SO3
Диоксиацетон-Р
Сульфолакталъдегид
СНО
неон
I
, HOCH
неон
I
неон
I
CH2SO3-
6-сульфохиновоза
(14-38)
чение этого фермента для человека, свидетельствует сообщение о ре-
бенке, не имевшем сульфитоксидазы, не выделявшем с мочой сульфатов
и страдавшем тяжелыми неврологическими нарушениями [97].
Есть еще реакция, которая у животных обычно играет подчиненную
роль, но может приобретать важное значение при недостатке сульфит-
оксидазы: окислительное слияние двух молекул сульфита в тиосульфат
(реакция р, рис. 14-15). Тиосульфат участвует в одной интересной реак-
ции — фермент со странным названием роданеза, найденный в печени,
катализирует вытеснение сульфит-иона из молекулы тиосульфата циа-
нид-ионом [уравнение (14-39)]. Реакция приводит к детоксикации циа-
нид-ионов.
/"+/°"
CN- S—S—О”--> N=C—S“ + SO3- (14-39)
В тканях животных в небольших количествах содержатся органи-
ческие гидросульфидные производные, в том числе тиоцистеин.
^ООС—сн—сн2—S—SH
NH3+
Тиоцистеин
К этому же типу соединений относятся тиоглутатион и более окислен-
ный тиотаурин. Тиоцистеин может появляться при действии цистатио-
нинрасщепляющего фермента на цистин. В этой реакции элиминируется
тиоцистеин, а из остающейся части молекулы цистина образуются пи-
руват и аммиак.
Большая часть сульфата, образующегося в организме, без дальней-
ших изменений выводится с мочой, но значительная его доля этерифи-
Цируется олигосахаридами и фенольными соединениями. В этом случае,
разумеется, используется перенос сульфонильной группы из PAPS
[уравнение (11-4)]. Многие читатели (возможно ~40%) могли заме-’
136 Глава 14
тить, что после приема с пищей спаржи их моча приобретает характер-
ный сильный запах. Такие генетические «скунсы» выделяют S-метилтио-
акрилат
О
II
СН2=СН—С—SCHs
и родственные соединения, но пока природа растительного метаболита,
из которого эти продукты образуются, еще не установлена [98].
3. Метаболизм ароматических соединений
Один из способов образования ароматических колец связан с синте-
зом поликетидов (гл. 12, разд. Ж). Однако более важное значение для
соо- соо-
I , _ I
с-гО-<р) с=о
(сн, СН, Р,
оно 'НОС-Н —/-
НС —он НС —он
I I
НС —он НС —он
I _ I о
сн,о-(р) сн2о-®
СОО- ‘
I
с=о
I
сн2
I
носн
I
НС —он
I
с—он
5-дегидрохинная кислота
О
РИС. 14-17. Биосинтез ароматических соединений с использованием реакций пути ши-
кммовой кислоты. Указаны символы нескольких генов, кодирующих необходимые фер-
менты. Расположение «тих генов на хромосомной карте Е. coll показано на рис. 15-1,
Метаболизм азотсодержащих соединении *<*»
большинства автотрофных организмов1) имеет путь шикимовой кислоты
(рис. 14-17). Этот метаболический путь изучен в основном на мутантах
Е. coli, Aerobacter aerogenes и Neu-rospora, полученных при облучении
микроорганизмов ультрафиолетом. В 1950 г. Дэвис, используя метод
отбора с применением пенициллина (гл. 15, разд. А, 1,в), получил серию
мутантов Е. coli, способных расти лишь в такой питательной среде,
в которую добавлялись ароматические соединения [98а]. Многие му-
танты нуждались в тирозине, фенилаланине, триптофане, п-аминобен-
зойной кислоте и (в следовых количествах) в n-оксибензойной кислоте.
Неожиданно оказалось, что потребность во всех пяти соединениях мож-
но удовлетворить путем добавления шикимовой кислоты, в то время
считавшейся редкой у растений кислотой.
Шикимовая кислота
Таким образом, шикимовая кислота, которая отнюдь не является аро-
матическим соединением, оказалась промежуточным продуктом^ в про-
цессах биосинтеза трех ароматических аминокислот и других сущест-
венных ароматических соединений [98b].
У мутантов, способных расти в присутствии шикимовой кислоты,
система биосинтеза ароматических метаболитов, очевидно, была забло-
кирована на одной или нескольких более ранних стадиях. Среди этих
мутантов были обнаружены пары таких, которые не могли расти в От-
дельности, но обретали способность к росту при их совместном высева-
нии (явление, получившее название синтрофизма). Так, мутант 83-2,
у которого, как мы теперь знаем, блокировано превращение 5-дегидро-
шикимовой кислоты в шикимовую кислоту, извлекая из среды шикимо-
вую кислоту, обеспечивал возможность роста мутантам 83-1 и 83-3,
поставляя им тот предшественник, который они уже сами могли пре-
вращать в конечные продукты [уравнение (14-40)]. В конце концов
о
83-3 7 \ СОО- «1
* |ун / он
но
но
о
(14-40)
’> Животные неспособны синтезировать циклическое ядро ароматических амино-
кислот. Фенилаланин и триптофан относятся к незаменимым аминокислотам. Тирози»
же может быть образован в организме животного путем гидроксилирования фенилала-
нина (разд. 3,5).
138» Глава 14
удалось проследить весь путь биосинтеза. Были выделены и исследова-
ны соответствующие ферменты, удалось установить и расположение
кодирующих генов на хромосомной карте Е. coli [99] (рис. 15-1).
1. Ферменты пути шикимовой кислоты
Шесть углеродов бензольного кольца ароматических аминокислот
лроисходят от четырех углеродов эритрозо-4-фосфата и двух из трех
углеродных атомов фосфоенолпирувата (РЕР). Начальная стадия био-
синтеза (рис. 14-17, стадия а) состоит в конденсации эритрозо-4-фосфа-
та с РЕР. Хотя она во многом аналогична альдольной конденсации,
механизм ее остается загадкой [100]. Если использовать РЕР, содер-
жавший 18О в кислородном мостике, ведущем к фосфорильной группе,
то 18О переходит в элиминируемый фосфат; биохимическая интуиция
скорее подсказала бы, что 18О появится в карбонильной группе продук-
та. У большинства бактерий и грибов имеются три изофермента, каж-
дый из которых ингибируется по принципу обратной связи одним из
трех продуктов — тирозином, фенилаланином или триптофаном. Обра-
зующийся (3-дезокси-2-кето-В-арабимо-гептулозоновая кислота) -7-фос-
фат циклизуется в 5-дегидрохинную кислоту (рис. 14-17, стадии б
и в). Предполагаемое енольное промежуточное соединение (показанное
в прямых скобках на рис. 14-17) должно легко конденсироваться в со-
ответствующий циклический продукт. Было высказано предположение,
что элиминированию фосфата на стадии б способствует временное окис-
ление гидроксильной группы при С-5 в карбонильную группу [101].
Ферментная система требует участия NAD, что говорит в пользу этой
же идеи. Обе стадии бив катализируются одним ферментом — продук-
том гена агоВ.
Стадия г на рис. 14-17 является первой из трех реакций элимини-
рования, необходимых для получения бензольного ядра. Эта дегидра-
тация облегчается присутствием карбонильной группы. После восста-
новления продукта в шикимовую кислоту (стадия д} реакция фосфори-
лирования (стадия е) [102] подготавливает условия для будущей
реакции элиминирования Ру. На стадии ж конденсация с РЕР достав-
S-CHGUnnupyeoUAUltlKtlMarn
Метаболизм азотсодержащих соединений 139
ляет три атома углерода, которые станут а-, ₽- и карбоксильным ато-
мами углерода в фенилаланине и тирозине. Отметим, что реакция про-
ходит путем элиминирования Pi от а-углеродного атома РЕР и напоми-
нает реакцию [уравнение (12-5), стадия а], наблюдаемую в ходе
синтеза N-ацетилмурамовой кислоты. Когда реакция протекает в 3Н-со-
держащей воде, тритий попадает в состав метиленовой группы [ЮЗ],
свидетельствуя в пользу механизма присоединения — элиминирования
[уравнение (14-41)].
После конденсации с РЕР элиминирование Pi [уравнение (7-50)]
дает в качестве продукта хоризмат (хоризмовую кислоту) [104].
2. Хоризмовая кислота
Хоризмовая кислота обладает такими химическими свойствами, ко-
торые и подобает иметь соединению, находящемуся в узловой точке
метаболизма. При нагревании она дает смесь префеновой кислоты (ре-
акция и рис. 14-17) и 4-оксибензойной кислоты (реакция л). Обратите
внимание, что последняя реакция представляет собой простое элимини-
рование енолят-аниона из пирувата. Как показано на рис. 14-17, это
только лишь две из нескольких возможных метаболических реакций,
идущих с участием хоризмат-иона. Образование фенилпирувата (ста-
дии и и к, рис. 14-17) катализируется одним белком, обладающим двумя
четко различающимися видами ферментативной активности [105, 106].
На каждой из этих двух стадий фермент хоризматмутаза-префенатде-
гидратаза ускоряет ход реакций, идущих спонтанно при нагревании в
кислом растворе. Фенилпируват путем переаминирования легко пре-
вращается в фенилаланин, чем и завершается биосинтез этой амино-
кислоты.
Второй фермент — хоризматмутаза-префенатдегидрогеназа — вызы-
вает окислительное декарбоксилирование префената в м-оксифенилпи-
руват, который может путем переаминирования превращаться в тирозин
[105]. И в этом случае один фермент катализирует две стадии и и л;
по одной из своих активностей этот белок является изоферментом пре-
дыдущего белка, катализирующего стадии и и к. Несколько иной путь
образования тирозина был обнаружен у сине-зеленых бактерий. У них
префенат подвергается переаминированию с образованием претирозина,
а последний путем окислительного декарбоксилирования превращается
в тирозин [107].
NHg+
Претирозин сине-зеленых водорослей
Хоризмат может также подвергаться изомеризации, гидролизу и дегид-
рированию с образованием 2,3-дезоксибензоата, предшественника энте-
робактина (рис. 2-44) [107а]. Гены (еп/), кодирующие эти ферменты,
сгруппированы на хромосомной карте Е. coli на расстоянии 14 мин
(рис. 15-1).
3. Антраниловая кислота и триптофан
Триптофан, как и многие другие специализированные метаболиты,
образуется из антраниловой кислоты (о-аминобензойной кислоты) при
участии антраннлатсинтетазы. Одна из двух субъединиц этого фермент^
140 ГЛШ 14 !ni!i !
Ангпранила т
РИС. 14-18. Биосинтез триптофана из хоризмовой кислоты.
содержит глутаминсвязывающий центр, в котором, как полагают, про*
исходит гидролитическое отщепление аммиака (разд. Б, 1). Возможно,
сначала образуется амид хоризмовой кислоты (рис. 14-18, реакция а),
после чего азот переносится на бензольное кольцо с одновременным
элиминированием гидроксил-иона. Из получающегося в результате би-
циклического производного далее элиминируется пируват. Другая воз-
можность состоит в том, что происходит присоединение аммиака
(рис. 14-18, реакция б) с отщеплением гидроксил-иона на первой стадии
и элиминированием пирувата на второй [108, 109].
Изомер антранилата «-амннобензоат является предшественником фо-
лиевой кислоты. Его биосинтез (реакция в, рис. 14-18) имеет много
общего с синтезом антранилата, но происходит путем замещения гид-
Метаболизм азотсодержащих соединений 141
роксильной группы на аминогруппу при том же атоме углерода. Име-
ются данные в пользу образования следующего промежуточного соеди-
нения [ПО]:
В процессе превращения антранилата в триптофан для образования
индольного ядра должны присоединиться еще два атома углерода. Они
поступают из фосфорибозилпирофосфата (PRPP), который является
важным промежуточным соединением в ходе синтеза как нуклеотидов,
так и аминокислот. PRPP образуется из рибозо-5-фосфата путем пере-
носа пирофосфорильной группы с молекулы АТР [111]. Группа НО—
при аномерном углероде рибозофосфата, атакуя атом Рр, вытесняет
АМР из АТР ([уравнение (14-42)], рис. 7-7).
5чросфори6озил-1- пирофосфат
(14-42)
Фосфорибозилпирофосфат служит донором фосфорибозильных групп
в ходе биосинтеза нуклеотидов (разд. Л). В процессе биосинтеза трип-
тофана он превращается в аминогликозид антраниловой кислоты путем
вытеснения пирофосфатной группы аминогруппой (рис. 14-18, стадия г).
Аминогликозид далее подвергается внутримолекулярной окислительно-
восстановительной реакции, известной под названием перегруппировки
Амадори. В ходе этой перегруппировки атом сахара С-1 восстанавли-
вается, тогда как атом С-2 окисляется, переходя в карбонильную груп-
пу. Образуется продукт с разомкнутой цепью. Реакцию можно разбить
на три стадии д, е и ж, проходящие через гипотетические промежуточ-
ные соединения, показанные на рис. 14-18 в прямых скобках. На первой
стадии раскрывается пентозное кольцо и образуется протонированное
шиффово основание; реакцией подобного типа объясняют чувствитель-
ность нуклеотидов к кислотному гидролизу (гл. 2, разд. 3,2). Те же
химические процессы, вероятно, протекают при кислотной модификации
NADH (гл. 8, разд. 3;7, б). Таутомерное превращение шиффова осно-
вания генерирует двойную связь углерод — углерод с енольной струк-
турой. На третьей стадии енол таутомеризуется в более устойчивый
кетон. Декарбоксилирование и замыкание кольца (реакции з, и и к)
приводят далее к образованию индолглицерофосфата.
Реакция p-замещения, катализируемая пиридоксальфосфатзависи-
мой триптофансинтетазой, превращает индолглицерофосфат и серин в
триптофан. Триптофансинтетаза Е. coli состоит из двух видов субъеди-
ниц, ассоциированных в агРг-тетрамер. р-Субъединица содержит пири-
Доксальфосфат и, по-видимому, образует за счет серина шиффово осно-
вание аминоакриловой кислоты, как показано на рис. 14-18. Эта субъ-
единица способна катализировать присоединение к шиффову основанию
свободного индола, приводящее к. образованию триптофана. В то же
342 Глава 14 ' чп: -
время а-субъединица способна катализироивать расщепление (по су-
ществу— альдольную деконденсацию) индолглицерофосфата на глице-
ральдегид-3-фосфат и свободный индол. Можно указать на две возмож-
ности: либо а-субъединица передает на р-субъединицу свободный индол,
прочно связанный с белком, либо комплекс сначала катализирует кон-
денсацию с дегидратированным шиффовым основанием и уже затем
происходит альдольное расщепление, как это показано на рис. 14-18..
Тогда как у Е. coll триптофансинтетаза состоит из двух различных,
субъединиц, у нейроспоры фермент образован единой полипептидиой
цепью. Предполагают, что вначале существовало два отдельных гена
этого фермента, как у Е. coll, но затем в ходе эволюции произошло их
слияние в один ген. Уже после того как было сформулировано это
предположение, слияние генов было продемонстрировано эксперимен-
тально на клетках Salmonella, у которых индуцировали две последова-
тельные «мутации со сдвигом рамки» между двумя генами биосинтеза
гистидина (гл. 15, разд. Г). Из-за сдвига рамки считывания сигнал к
окончанию синтеза белка считывается неправильно, и организм синте-
зирует одну длинную белковую цепь, соответствующую двум генам.
Поскольку известен ряд случаев, когда один и тот же белок проявляет
два четко различающихся вида активности, можно предположить, что
слияние генов может представлять собой обычное природное явление
[111а]. Примерами служат аспартокиназа-гомосериндегидрогеназа
Е. coll, катализирующая реакции айв, показанные на рис. 14-6, а так-
же антранилатсинтетаза в клетках нейроспоры. Последняя, характери-
зующаяся структурой <х2₽2, содержит трифункциональную субъединицу,
которая катализирует стадию г (фосфорибозилантранилат-изомераза)
и стадии д — к (индолглицерофосфат-синтетаза) на рис. 14-18 и имеет
глутаминсвязывающий центр, необходимый для антраиилатсинтетазной
активности (стадия б) [109]. Два других бифункциональных ферменту
упоминались при обсуждении превращения хоризмата в фенилаланин:
и тирозин.
4. Синтез убихинонов, пластохинонов, токоферолов
и витамина К [112—117]
Радиоактивный углерод 14С-шикимата эффективно включается в хи-
ноны и токоферолы, которые рассматриваются в этом разделе. Эти
родственные в химическом отношении окислительно-восстановительные
агенты (гл. 10, разд. Г) родственны и по своему биогенезу, который
наиболее детально выяснен для синтеза убихинона в бактериях. У бак-
терий n-оксибензоат образуется прямо из хоризмата (рис. 14-17), ио в-
растениях он может образовываться из тирозина и n-кумарата, как
указано на рис. 14-19. На том же рисунке показано и превращение
n-оксибензоата в убихиноны. В орто-положение относительно гидрокси-
ла переносится полипренильная группа (гл. 12, разд. 3,4). Далее ряд.
последовательных реакций гидроксилирования и трансметилирования
(из SAM) приводит прямо к образованию убихинонов. Из бактерий:
выделено несколько хинонов, которые могут служить предшественни-
ками убихинонов. Два таких хинона представлены как промежуточные
соединения на рис. 14-19, однако по химическим соображениям можно
думать, что как метилированию, так и гидроксилированию должны
подвергаться восстановленные диоксипроизводиые. Подобный же путь,
возможно проходящий через образование СоА-производного п-оксибен-
«зойной кислоты, используется при синтезе убихинона во внутренней
мембране митрхондрий печени [115].
Метаболизм азотсодержащих соединений 143
Как показали эксперименты с введением метки, в пластохинонах
хлоропластов, равно как и в токоферолах, одна метильная группа (от-
меченная звездочкой на рис. 14-19) происходит от хоризмата. Полага-
ют, что в качестве промежуточного продукта при этом образуется ди-
оксисоединение гомогентизат [116]. В организме животных он является:
обычным катаболитом тирозина (рис. 14-20). В синтезе и пластохино-
РИС. 14-19. Пути биосинтеза убихинонов, пластохинонов, токоферолов н витамина К-
нов и токоферолов на завершающих стадиях требуются реакции пре-
нилирования и метилирования с участием SAM.
Витамины К и другие нафтохиноны, по всей вероятности, образуются
из О-сукцинилбензоата [117] (рис. 14-19), синтез которого из хориз-
мата и а-кетоглутарата может проходить через образование промежу-
точного соединения, прочно связанного с тиаминдифосфатом, как ука-
зано на рис. 14-19. Гипотетическая конденсация, ведущая к образова-
нию О-сукцинилбензоата, сходна по типу с предполагаемой реакцией
144 Глава 14
Динодтирозин ------> —. Тироксин
^)Н3СО Ванилиновая
кислота
РИС. 14-20. Некоторые пути метаболизма фенилаланина и тирозина в организме жй*
вотиых.
превращения хоризмата в антранилат. Остальные реакции декарбокси-
лирования, метилирования и пренилирования (рис. 14-19) сходны С
реакциями, ведущими к синтезу убихинона.
5. Метаболизм фенилаланина и тирозина у животных
и бактерий
На рис. 14-20 показаны основные катаболические пути, а также
несколько реакций биосинтеза, составляющих метаболизм фенилала-
нина и тирозина в организме животных. Переаминирование с превра-
щением в фенилпируват (реакция а) протекает довольно легко, и об-
разующийся продуют может окислительно декарбоксилироваться, пре-
метаболизм азотсодержащих соединений мр
вращаясь в фенилацетат. Последний может быть выведен из организма
в виде конъюгатов глутамина (вспомните эксперименты Кноопа, в ко-
торых у собак фенилацетат экскретировался после конъюгирования с
глицином; дополнение 9-А). Этот путь разрушения фенилаланина ре-
ально существует и у человека, но, по-видимому, в ограниченной сте-
пени, поскольку, если избыток фенилаланина не окисляется в тирозин
(реакция б, рис. 14-20), то он оказывает на человека токсическоее дей-
ствие1*.
Много внимания уделялось зависимому от птеридина гидроксилиро-
ванию фенилаланина в тирозин [уравнение (10-52)], что частично объ-
яснялось наличием такого тяжелого нарушения обмена, как фенилке-
тонурия [118], при которой этой реакции не происходит. Новорожден-
ные с таким нарушением поначалу ничем не отличаются от здоровых
детей, однако вскоре они начинают отставать в умственном развитии.
Если поступление фенилаланина в организм такого ребенка ограничить
до уровня, необходимого лишь для синтеза белков, то можно предот-
вратить развитие тяжелого дефекта. Некоторые дети на такой диете
уже выросли до зрелого юношеского возраста без какого-либо отстава-
ния в умственном развитии, причем с возрастом у них повысилась пе-
реносимость фенилаланина.
а. Катаболизм тирозина
Основной путь разрушения тирозина в организме животных начи-
нается реакцией переаминирования с превращением в п-оксифенилпи-
руват (рис. 14-20, реакция в). Фермент тирозинаминотрансфераза изу-
чен довольно подробно, что объясняется индукцией его синтеза в печени
в ответ на действие глюкокортикоидных гормонов (гл. 11, разд. Е, 7).
Синтез этого фермента контролируется и на уровне трансляции [119],
причем освобождение новообразованного белка из рибосом печени сти-
мулируется циклическим АМР. Кроме того, этот фермент подвержен
постранскрипционной модификации, включающей фосфорилирование
[120], и характеризуется необычно быстрым оборотом [121].
Кетокислота n-оксифенилпируват декарбоксилируется под действием
диоксигеназы, которая рассматривалась в гл. 10 [уравнение (10-55)].
Продукт реакции гомогентизиновая кислота подвергается действию вто-
рой диоксигеназы (рис. 14-20), превращаясь в конечном итоге в фу-
марат и ацетоацетат.
Одним из первых замеченных «врожденных нарушений метаболизма»
была алкаптонурия — отсутствие оксигеназы, расщепляющей кольцо го-
могентизиновой кислоты [122]. Заболевание легко распознать по сле-
дующему признаку: моча при стоянии приобретает темно-бурый цвет
(что объясняется окислением гомогентизата). Алкаптонурия была пра-
вильно охарактеризована Гарродом (дополнение 1-Г) в 1909 г. как на-
рушение катаболизма тирозина.
б. Гормоны щитовидной железы [123, 124].
Гормоны щитовидной железы, основными и наиболее активными
формами которых являются тироксин и трииодтиронин, образуются в
Результате метаболических превращений тирозина. Щитовидная железа
богата иодид-ионами, которые активно поступают из плазмы и концен-
В Однако механизм повреждающего действия избытка этой аминокислоты на мозг
пока неизвестен.
1П_199
?Йв 'Ъйй[’<4:
трируются до концентрации ~ 1 мкМ свободного 1“. Под действием
особой пероксидазы [см. уравнение (Ю-7) и относящийся к нему текст]
иодид-ионы вступают в реакцию, приводящую к иодированию остатков
тирозина в высокомолекулярном (димерном) белке тиреоглобулине
Н
I
оос—с—сн2
NH3+
I
Трииодтиронин
В тироксине зуесл
присутствует
четвертый атом
иода
(мол. вес 660 000) [124а]. Путем такого иодирования нескольких боко-
вых цепей тирозина образуются остатки моно- и дииодтирозина [урав|
некие (14-43)].
I
с=о
- нс—сн2—Zq\-oh -!--HiOi >
HN ' '
Остаток тирозина
в тиреоглобулине
(14-45)
Природа реакции сопряжения колец, с помощью которой аромати^
ческая группа одного остатка моно- или дииодтирозина присоединяется
эфирной связью ко второму такому остатку, пока не ясна. Извести»
однако, что реакция легко протекает в присутствии кислорода и перо!й
сидазы. Нетрудно представить себе, что из иодированного тирозивд
образуется радикал с дефицитом электронов, который подвергается!
P-элиминированию с образованием дегидроаланина и ароматического
радикала. Последний конденсируется со вторым радикалом, образуй
трииодтиронин или тироксин [уравнение (14-44)]. Вторая возможности
сводится к использованию пиридоксальфосфатзависимого р-элиминирф’
вания радикала. Третью возможность составляет окислительная атаК|
на кетокислоты, получаемые из иодотирозинов [125].
Тироксины и трииодтиронин освобождаются из тиреоглобулина под
действием ряда протеиназ. Как действие протеиназ, так и освобождение
гормонов щитовидной железы в кровь стимулируется тиреотропным гор^
моном гипофиза (ТТГ). Этот тиреотропный гормон, подобно глюкагону,^
вероятно, использует в своем действии механизм, связанный с участие^
сАМР. Гормоны щитовидной железы разносятся по всему организму!
связывающим эти гормоны глобулином — специальным белком, выпол^
няющим транспортную функцию. Некоторые молекулы гормонов ne-j
реносятся и другими сывороточными белками. Как тироксин, так и*
трииодтиронин оказывают мощное гормональное воздействие на ткани,j
но для трйиодтиронина лаг-период ответной реакции короче, чем для!
Метаболизм азотсодержащих соединений И?
тироксина. В клетках-мишенях тироксин, по-видимому, сперва теряет
один атом иода и превращается в более активную трииодформу.
Основной функцией тироксина и трииодтиронина является стимули-
рование энергетического метаболизма в других тканях. Уже давно уста-
новлено, что недостаток гормонов щитовидной железы приводит к по-
нижению уровня основного обмена (гл. 3, разд. А, 5). Однако полностью
удовлетворительной химической теории действия этих гормонов пока
нет. Ларди и его сотрудники получили важные данные, показавшие, что
тироксин разобщает окислительное фосфорилирование в изолированных
митохондриях (гл. 10, разд. Д, 5). При сравнении митохондрий, выде-
ленных из тканей животных, получавших избыточное количество тир-
оксина, с митохондриями от контрольных животных оказалось, что в
митохондриях опытных животных скорость переноса электронов выше,
чем в контроле. Однако никакого или почти никакого изменения отно-
шения P/О при этом не наблюдается. Таким образом, in vivo гормон
может, по-видимому, повышать скорость переноса электронов, не сни-
жая эффективности синтеза АТР. Согласно одной из гипотез, разобще-
ние происходит избирательно лишь на одной из стадий фосфорилиро-
вания [126].
Некоторые исследователи полагают, что разобщение фосфорилиро-
вания представляет собой вторичный эффект гормонов щитовидной же-
лезы, а первичный эффект — это индукция набухания митохондрий,
которое может привести к самым различным метаболическим послед-
ствиям.
Имеются данные, свидетельствующие о прямом действии трииодти-
ронина на транскрипцию генов [127]. Наблюдалось связывание этого
гормона с одним из ядерных белков [127а]; он связывается также
другими клеточными компонентами [127b]. Важное значение имеет спо-
собность трииодтиронина стимулировать мобилизацию жиров из жиро-
вой ткани. Высказывалось мнение, что этот эффект обусловлен инги-
бирующим действием гормонов щитовидной железы на связанную с
мембраной фосфодиэстеразу циклического АМ.Р [уравнение (7-25)]
[128].
Известен целый ряд заболеваний щитовидной железы. Обычно они
сопровождаются увеличением ее размеров (развивается зоб). Происхо-
дящие при этом нарушения могут затрагивать транспорт иода в щито-
видную железу и образование иодированного тиреоглобулина. Они мо-
гут также проявляться в низкой эффективности конденсации аромати-
ческих колец с образованием иодированных остатков тиронина [124J1
Й6 . ЙМОЦЧМ Л - , . .
в. Катехоламины
Декарбоксилирование в сочетании с гидроксилированием цикла ти-
розина приводит к образованию производных о-диоксибензола (катехо-
ла), играющих важную роль в качестве нейромедиаторов. Они являются,
кроме того, предшественниками меланина — черного пигмента кожи и
волос. Один из путей образования катехоламинов проходит через де-
карбоксилирование тирозина в тирамин (рис. 14-20, реакция д) с по-
следующим его окислением. Однако количественно преобладает другой
путь — гидроксилирование под действием тирозингидроксилазы [129],
зависящей от восстановленного птерина; в результате образуется 3,4-
диоксифенилаланин, более известный под названием ДОФА. Это соеди-
нение получило широкую известность благодаря его терапевтическому
эффекту при болезни Паркинсона. Сильное ослабление организма, со-
путствующее этой болезни, рассматривается как результат отсутствия
продукта декарбоксилирования ДОФА, дофамина (рис. 14-20), в не-
которых участках мозга. Введение ДОФА в пищевой рацион приводит
к более эффективному образованию дофамина в ткани мозга.
При гидроксилировании дофамина аскорбиновой кислотой в присут-
ствии медьсодержащего фермента [уравнение (10-57)] образуется нор-
адреналин (норэпинефрин). Последующее метилирование приводит к
образованию важного гормона адреналина (эпинефрина). Имеются два
основных пути катаболического разрушения катехоламинов. Они пока-
заны на рис. 14-20 на примере адреналина. Моноаминооксидаза (МАО)
вызывает окислительное расщепление, сопровождающееся дезаминирб-
ванием. Последующее окислительное отщепление боковой цепи в соче-
тании с метилированием дает такие конечные продукты, как ванили-
новая кислота, выделяемая с мочой. Второй катаболический путь со-
стоит в непосредственном О-метилировании под действием катехол-
амин— О-метилтрансферазы (К.ОМТ), очень активного фермента, при-
сутствующего в нервных тканях. Метаболиты почти не обладают какой-
либо заметной физиологической активностью и могут экскретироваться
как таковые или подвергаться дальнейшему окислительному распаду^
г. Меланины [/30] ,1
Диоксифенилаланин (ДОФА) в присутствии кислорода быстро тем^
неет. Процесс сильно ускоряется под действием тирозиназы (дополне-
ние 10-3), катализирующей также окисление тирозина в ДОФА
(рис. 14-20, реакция е). У животных тирозиназа обнаруживается только
в органеллах, называемых меланосомами, которые находятся в мела-
ноцитах— особых клетках, синтезирующих меланин. Пигменты образу-
ются в результате последовательных реакций ферментативного и нефер-
ментативного окисления, декарбоксилирования и конденсации. Началь-
ные стадии приведены на рис. 14-21. Вслед за окислением ДОФА в
дофахинон происходит внутримолекулярная реакция присоединения в
сочетании с таутомеризацией молекулы в производное индола — лейко-
дофахром. За вторым окислением под действием тирозиназы следуют
декарбоксилирование и таутомеризация в 5,6-диоксииндол. Последний
может подвергаться третьей реакции окисления в индол-5,6-хинон. В ре-
зультате конденсации двух последних продуктов (как показано на
рис. 14-21) образуется димер, к которому могут окислительным путем
присоединяться дальнейшие диоксииндольные звенья с образованием в
конечном итоге высокополимерного соединения. Родственная серия
красных полимеров, присутствующих в рыжих волосах и перьях, обра-
зуется путем присоединения цистеина к дофахинону [131]. Присоеди-
Метаболизм азотсодержащих соединений 149
соединения
РИС. 14-21. Некоторые предполагаемые пути синтеза черного пигмента меланина и
пигментов рыжих волос и перьев.
некие цистеина может происходить по нескольким положениям. Обра-
зующиеся в результате аддукты (показан лишь один) могут подвер-
гаться окислительной циклизации, как указано на приведенном рисунке.
Катаболизм фенилаланина,
тирозина и других бензоидных соединений у бактерий
Бактерии играют в биосфере важную роль, разрушая многие арома-
тические соединения, образующиеся в результате метаболических пре-
вращений у растений [132]. К последним относится лигнин, главный
компонент древесины и один из наиболее распространенных раститель-
ных продуктов, количественно уступающий лишь целлюлозе.
В некоторых случаях разрушение ароматических соединений бакте-
риальной клеткой начинается с реакций элиминирования. Так, у неко-
торых бактерий в результате p-элиминирования из тирозина освобож-
дается фенол. Чаще наблюдается гидроксилирование и окислительное
разрушение боковых цепей, ведущее к образованию производных бен-
зойной кислоты или к различным оксибензойным кислотам [133]. Не-
150 Глава 14
сколько примеров приведено на рис. 14-22. Обратите внимание, что в
каждом случае для раскрытия бензольного кольца необходима та или
иная диоксигеназа. Эти пути проходят через интересные стадии изоме-
ризации [134]; некоторые из них уже обсуждались на предыдущих
страницах. ’
Заслуживает упоминания еще один пример разрушения аромати-
ческих соединений, поскольку при этом протекают необычные фермент-
тативные реакции. Имеется в виду разрушение бактериями различный
форм витамина Be [136]. В случае одного из путей первые стадии 3aJ
ключаются в окислении оксиметильной группы в 5-м положении и за-
мещающей группы в 4-м положении с превращением их в карбоксилат-
ные группы. Затем, как показано в уравнении (14-45), происходит
декарбоксилирование под действием необычной диоксигеназы.
бензоат
п-Крезол
J3 - Кетоадипинат
п-Оксибензоат
2 Пируват
Манеилпируеат
Фумарилпируват
,----Сукцинил - Со А
3 - кетоадипоил- Со А
CoASH
Сукцинат Ацетил-СоА
РИС. 14-22. Несколько примеров катаболизма ароматических соединений у бактерий.
Метаболизм азотсодержащих соединений 151
Эта диоксигеназа, выделенная из одного штамма Pseudomonas, со-
держит связанный FAD, который должен восстанавливаться под дей-
ствием внешнего NADH. Фермент, подобно типичной диоксигеназе, вво-
дит в продукт два атома кислорода. Однако он также использует вос-
становленный FAD для восстановления системы двойных связей (либо
до, либо после атаки молекулярным кислородом). Другой фермент тех
__е
2Н,О
Н
I
СНзСОСГ + NH/ + О=С~ СН2СН2СОО~ + со2
(14-45)
же бактерий примечателен тем, что гидролитически разлагает продукт
реакции оксигенации на четыре различных соединения без накопления
промежуточных соединений.
6. Метаболизм фенилаланина и тирозина у растений
Некоторые пути метаболизма этих аминокислот, функционирующие
У животных и бактерий, используются также и растениями. Однако у
растений наиболее важную роль играют' реакции, инициируемые фенил-
аланин — аммиак-лиазой и тирозин — аммиак-лиазой, рассматривавши-
мися в гл. 8, разд. Е, 5 [уравнение (8-36)]. На рис. 14-23 показан ос-
новной путь, ведущий к превращению этих двух аминокислот в транс-
коричную кислоту и в ее моно-, ди- и триоксипроизводные. Циннамоил-
СоА служит источником образования антоцианинов, а также других
флавоноидных пигментов и полимерных конденсированных таннинов
(дополнение 12-Б). Диокси- и триоКсиметилированные продукты явля-
ются исходным материалом для образования лигнинов. Кроме того, на
этом рисунке изображено много других продуктов, обусловливающих
характерный запах некоторых растений, а также различных специй.
Следует, однако, заметить, что протокатехат, являющийся также про-
дуктом бактериального катаболизма (рис. 14-22), в растениях образу-
ется путем простого расщепления 5-дегидрошикимата (рис. 14-17) с
последующей енолизацией. Гидроксилирование протокатехината -ведет
к образованию галлата, который в виде эфиров или других производ-
ных входит в состав «гидролизуемых таннинов». Эти вещества накап-
ливаются в вакуолях растениф, а также откладываются в жоре вместе
152 Глава 14
Фенилаланин
транс- Циннамат
НО
С00-
CN Амигдалин
(в масле горького миндаля)
О
соо-
глюкозил
Кумарин
сн:
но
Эйгенол
3, ^-диоксициннамат
(кофеат )
СНО
Лльдегид коричной кислоты
(составляет 35% коричного
масла)
coo
но
^-оксициннамат
(п-кумарат )
ог
Аскорбиновая
кислота
СОО-
но
Ферулат
НзСО
С00-
Синапат
н3со
Н3СО
н3со
н3со
СН2
Н3СО Злемицин
(мускатный орех )
Пероксидаза
Лигнины
Метилсалицилат (его гликозиды содер-
жатся в масле гаультерии)
Н3СО
=СН2
но
н.со
СНО
Зингерон
(имбирь)
Н3СО
Концфериловый
спирт
СН2ОН
Изоэйгенол
(гвоздики)
нЛсо
Ванилин (ванильные
Н3СО стручки, сосна)
О
н ||
N—С.
н3со
Кайенский перец
О
Пиперидин
Пиперин (черный перец)
РИС. 14-23. Образование некоторых метаболитов феиилаланнна и тирозина у растений.
с «конденсированными таннинами», полимерными флавоноидными сое-
динениями (дополнение 12-Б) [135]. 1
но
но
Галлат
Лигнин представляет собой материал очень сложного состава с мол.
весом более 10 000. Он на редкость устойчив и не растворяется даже в
горячей 70%,-ной серной кислоте. Лигнин часто описывают как «стати-
стический полимер, построенный из оксифеиилпропановых звеньев». Он
Метаболизм азотсодержащих соединений 153
Н2СОН
РИС. 14-24. Предполагаемая структура букового лигнина. Имеется 25 различных
Cg-звеньев; некоторые из них могут быть с той или иной степенью вероятности замене-
ны тремя димерными структурами, приведенными в скобках [139].
образуется путем окислительной конденсации кониферилового спирта
(рис. 14-23) и родственных мономеров [137—139]. Ферментом, ответ-
ственным за полимеризацию, может быть пероксидаза, катализирующая
образование лигнина из мономерных спиртов и Н2О2. Радикал, обра-
зующийся при удалении электрона из фенолят-аниона кониферилового
спирта, существует во множестве резонансных состояний, в которых
Неспаренный электрон может локализоваться не только на кислороде,
но и в положениях, отмеченных на приводимой ниже структуре звез-
дочками:
Конденсация таких радикалов дает начало великому множеству сое-
динений. Например, в. результате димеризации образуется устойчивая
154 Глава 14
структура с эфирными связями, приведенная в уравнении (14-46). i
». . -2 Н
Конидзериловыи спирт -*
Образующийся димер все еще содержит гидроксильные группы, спо-
собные к переходу в радикалы и присоединению следующих звеньев.
Имеется еще не менее десяти других типов межмолекулярных связей
(рис. 14-24). Лигнин представляет исключительную ценность как по-
тенциальный источник сырья, используемого для промышленного полу-
чения ароматических соединений. Однако пока в его утилизации су-
щественных успехов не достигнуто.
Окислительное разрушение лигнина приводит к образованию гуми-
новых кислот, являющихся важным органическим компонентом почв
[138].
Алкалоиды [140, 141]
Идентифицировано свыше 2500 алкалоидов — различных азотсодер-
жащих соединений, образующихся у растений. Особенно много различ-
ных алкалоидов образуется у растений определенных семейств. Алка-
лоиды часто рассматривают как конечные продукты азотистого мета-
болизма у растений. Однако большинство растений вообще не содержит
алкалоидов, и тот факт, что у некоторых растений они образуются,
возможно, связан с экологическими причинами. Многие алкалоиды об-
ладают биологической активностью — оказывают выраженное действие
на организм животных.
Значительная часть алкалоидов образуется непосредственно из аро-
матических аминокислот. Впервые это установил Робинсон [141, а, Ь|
в 1917 г. Робинсон предположил, что алкалоиды могут синтезироваться
в результате реакций Манниха из аминов и альдегидов. В реакции Ман-
ниха [уравнение (14-47)] амин и альдегид (вероятно, образуя шиффово
С —С—N—R'
I I I
R R"
(14-47)
основание) реагируют с нуклеофильным углеродом, таким, как углерод
енолят-аниона. Декарбоксилирование аминокислот может привести к
появлению различных аминов, а альдегиды могут быть образованы
окислительным декарбоксилированием аминокислот (проходящим через
переаминирование и а-декарбоксилирование). Таким образом, амино-
кислоты могут дать начало обоим главным реагентам, используемым в
синтезе алкалоидов. Далее нуклеофильные центры ароматических колец»
в частности находящиеся в пара-положении относительно гидроксиль-
ных Заместителей, часто участвуют в ^конденсации Манниха в биосин-
П1Гта¥ Подобный поимев Приведен на рис.14-25. ДОФА
Метаболизм азотсодержащих соединений 155
РИС. 14-25. Образование нескольких алкалоидов н других соединений из промежуточ-
ных метаболитов тирозина.
декарбоксилируется, превращаясь в дофамин, который окисляется в 3,4-
диоксибензальдегид. Реакция Манниха (через показанное на рисунке
образование шиффова основания) приводит к циклизации. В результате
окисления цикла образуется изохинолиновое ядро — характерный струк-
турный элемент большой группы алкалоидов. Метилирование приводит
к образованию папаверина, образующегося в снотворном маке. Родст-
венный ему алкалоид морфин (рис. 14-25) на первый взгляд не имеет с
ним никакого сходства. Однако при более внимательном подходе мож-
но предложить прямой путь биосинтеза морфина. По существу это
путь такой же конденсации, которая ведет к образованию папаверина,
но в данном случае вместо дофамина используется тирамин. Далее
Два цикла окислительно конденсируются посредством одной связи С—С
и одной эфирной связи.
Хотя идеи Робинсона о биосинтезе алкалоидов первоначально носи-
ли чисто умозрительный характер, затем они нашли экспериментальное
подтверждение в опытах с использованием изотопных меток. Тем не
Менее остается много нерешенных вопросов. Среди промежуточных сое-
динений не оказалось постулированных альдегидов. Можно думать,
что конденсация Манниха происходит при участии кетокислот, пред-
шествуя декарбоксилированию.
Еще одним алкалоидом, происходящим из фенилаланина и тирози-,
на, является колхицин (дополнение 4-А). Шестичленное кольцо полу-'
156 Глава 14о
чается из фенилаланина, а семичленный трополоновый цикл образуете!
путем расширения ядра тирозина.
И. Метаболизм триптофана и синтез NAI
Биосинтез триптофана, обрисованный в общих чертах на рис. 14-18
обсуждался в разд. 3,3. Его катаболизм в тканях животных показа]
схематически на рис. 14-26. Один ряд реакций (начинающийся со ста
дии а) осуществляется бактериями кишечника. Индол, получающийс
путем 0-элиминирования, гидроксилируется и превращается в индоксил
Последний частично поступает в кровь и экскретируется с мочой в вид
индоксилсульфата. В клетках животных основной катаболический пут
триптофана начинается (стадия б, рис. 14-26) с действия триптофан J
Реакции, осуществляемые
кииаечнои
Всасывается
______из кишечника
ОН < и экскретиру-
ется с мочой в
виде индоксил-
сульфата.
Ксантуреновая кислота
Аланин
[уравнение
(8-23)7
I
1
2 Ацетил - СоА
АТР АМР + РРХ
РИС. 14-26. Некоторые реакции катаболизма триптофана И реакции, ведущие к сингё-
v * э зу NAD к NADP.
Метаболизм азотсодержащих соединений 157
2,3-диоксигеназы [уравнение (10-45)]. Этот фермент был предметом
интенсивных исследований, что объясняется его индуцибельностью в
тканях животных, а также тем обстоятельством, что он подвержен гор-
мональной регуляции. Индуцирующими агентами служат как трипто-
фан, так и глюкокортикоиды [17, 142].
Гидролитическое удаление формиата из продукта действия трипто-
фандиоксигеназы приводит к образованию кинуренина — соединения,
на которое могут действовать несколько ферментов. Кинурениназа
[уравнение (8-23)] расщепляет его на антранилат и аланин, а пере-
аминирование приводит к образованию циклической кинуреновой кис-
лоты. Последняя в результате необычной реакции отщепления гидро-
ксила превращается в хинальдиновую кислоту, один из главных про-
дуктов, экскретируемых с мочой.
Другой существенный путь метаболизма кинуренина состоит в его
гидроксилировании с превращением в 3-оксикинуренин (стадия в,
рис. 14-26), который может подвергаться переаминированию с образо-
ванием циклической ксантуреновой кислоты или же расщеплению
кинурениназой с образованием 3-оксиантранилата. В последнем под
действием диоксигеназы происходит размыкание цикла с последующим
распадом до глутарил-СоА, как указано на рисунке. У животных функ-
ционирует и другой путь, имеющий существенное значение для питания.
Альдегид, образующийся в реакции дециклизации, может вновь зам-
кнуться (стадия г) в пиридиновое ядро хинолиновой кислоты. Послед-
няя в ходе реакции, сопровождающейся декарбоксилированием, соеди-
няется с фосфорибозильной группой молекулы PRPP, образуя моно-
нуклеотид никотиновой кислоты. Аденилилирование дает дезамино-NAD,
который превращается в NAD путем аминирования карбоксильной груп-
пы за счет глутамина.
Как показано на рис. 14-26, для формирования NAD может быть
использована и свободная никотиновая кислота. Неудивительно, что в
качестве источника NAD никотиновая кислота, относящаяся к числу
обязательных витаминов, примерно в 60 раз эффективнее триптофана.
Тем не менее рацион с высоким содержанием триптофана частично
компенсирует недостаточное поступление никотиновой кислоты с пищей.
Тот факт, что рацион, в котором единственным источником белка слу-
жит маис, вызывает развитие пеллагры (одна из форм авитаминозов;
Дополнение 8-3), частично объясняется низким содержанием триптофана
в данном белке. У растений, по-видимому, существует другой путь син-
теза хинолината — из аспартата и триозофосфата, — который служит
основным способом природного синтеза никотиновой кислоты.
Триптофан служит предшественником множества алкалоидов и дру-
гих метаболитов. Некоторые из них приведены на рис. 14-27. Алкалоид
Гармин, обнаруженный в растениях некоторых семейств, может обра-
зовываться из триптофана и ацетальдегида (или пирувата) тем же
Путем, какой показан на рис. 14-25 для образования папаверина.
Гидроксилирование триптофана приводит к 5-окситриптофану, кото-
рый путем декарбоксилирования превращается в серотонин, важный
Нейромедиатор. Серотонин встречается как у растений, так и у живот-
ных. Он может подвергаться ацетилированию и метилированию в ме-
латонин— гормон эпифиза (рис. 14-27). Некоторые характерные рас-
тительные метаболиты получаются непосредственно из серотонина;
в частности, таким путем в грибах Psilocybe aztecorum образуется пси-
лоцибин— вещество, вызывающее галлюцинации. Важный гормон рас*
тений индолил-3-ацетат (ауксин) предположительно получается путем
окислительного декарбоксилирования а-кетокислоты, соответствующей
1б8 Глава 14
РИС. 14-27. Структура н пути биосинтеза некоторых нндолсодержащих алкалоидов Д
других продуктов метаболизма триптофана.
триптофану. Промежуточным соединением может служить соответст*
вующий альдегид. Продукт его восстановления индолил-3-этанол также
присутствует в растениях и является активным метаболитом [142а]. Я
Многие годы алкалоид грамин из ячменя рассматривали как биохиЧ
мический курьез, поскольку в его молекуле атом азота отделен от ин-з
дольного кольца только одним атомом углерода. Теперь его считаю^
продуктом распада триптофана, происходящего в результате PLP-за*]
висимой реакции, сходной с реакцией, катализируемой серии-трансокси^
метилазой (гл. 8, разд. Д, 3, в; рис. 14-27). Другие алкалоиды образуют*’
ся более традиционными путями. Конденсация изопентильной группы
с индольным ядром триптамина лежит в основе образования лизерги-
новой кислоты. Индольное кольцо триптофана можно отчетливо раз-
личить в структуре резерпина из Rauwolfia-, это соединение представ-
ляет большой интерес для медицины, поскольку оно понижает кровяное
тетаиилмзм азитиидсрлктдпл
давление, освобождая нервные ткани от избытка серотонина, дофамина
и норадреналина. Резерпин содержит еще и бензольное кольцо, обра-
зующееся нз триптофана в процессе, проходящем через расширение
кольца.
К- Метаболизм гистидина
Последней рассматриваемой в этой главе, но далеко не последней по
важности, аминокислотой является гистидин. Биосинтез этой аминокис-
лоты, которую можно считать «суперкатализатором», присутствующим
в активных центрах ферментов, начинается с примечательной реакции,
идущей с участием АТР, клеточного «суперкофермента». Реакция со-
стоит в замещении атомом N-1 аденинового ядра, расположенного
при атоме С-1 в молекуле PRPP (стадия а, рис. 14-28). Образующийся
Ms В
РР|
©—о—сн,/
ын.
H,N ।
Рибозил®
5-аминоимидазол-4-карбоксамид-
риботид
ЫН,
он он
О=С
©—О—СН2/°'
«с^
HN N (
Рибозил ©
NH;
ОН ОН
Глутамин *R—С
Н H
ГЛ I I
©-О—СН,—С—С
Кетонизации
ОН*ОН С—NH
Имидазол&лии>ерофасфат
®осн2
HtO
Н„ ,
HNX N
| Рибозил®)
His С
Переаминирование
©—о—сн,—с—сн,
Pts В
NH3H
Н
НО—СН2—С—СН2
£ N
ъ-гистидинол
His В
NAD*
NAD*
ъ-гистидио
РИС. 14-28. Биосинтез L-гнстидина.
160 Глава 14
продукт подвергается реакции размыкания кольца (стадия б) с после-
дующей перегруппировкой Амадори (стадия в). Продукт перегруппиров-
ки расщепляется гидролитически с освобождением рибонуклеотида
5-аминоимидазол-4-карбоксамида — промежуточного соединения в про-
цессе синтеза АТР (рис. 14-31). Другой продукт расщепления содержит
пять атомов углерода первоначальной рибозильной группы PRPP и еще
один атом азота и один атом углерода, отщепленные от молекулы АТР.
Глутамин доставляет еще один атом азота, а замыкание кольца (ста-
дия д) приводит к образованию имидазольной группы, прикрепленной
к молекуле глицерофосфата. Глицерофосфатный конец молекулы подвер-
гается дегидратации, образующийся енол кетонизируется в продукт, ко-
торый переаминируется и дефосфорилируется, образуя гистидинол.
Окисление этого спирта приводит к образованию гистидина.
В клетках Salmonella typhimurium ферменты биосинтеза гистидина
детерминируются в общей сложности десятью различными генами. Они
образуют единый кластер — гистидиновый оперон, представляющий со-
бой последовательную группу генов, транскрибируемых в виде единой
молекулы информационной РНК [143]. Символы этих генов His A, His В
и т. д. приведены на рис. 14-28, а их локализация на генетической карте
E.coli показана на рис. 15-1. Ген His В детерминирует сложный белок с
двумя независимыми ферментативными активностями (рис. 14-28).
1. Регуляция метаболизма аминокислот
При избытке гистидина в бактериальных клетках синтез всех фер-
ментов биосинтеза гистидина репрессируется. Объясняется это тем, что
данные гены сгруппированы в единый оперон [144]. Детальные сведения
о функциях оперонов можно найти в гл. 15, разд. Б, 1. Важно помнить,
что «координированная репрессия» ряда ферментов, организованных в
единый оперон, является характерным свойством бактериальных клеток.
Регуляция метаболизма аминокислот у эукариот осуществляется, по-ви-
димому, совершенно иначе и пока еще изучена недостаточно [145].
Сам гистидин тоже участвует в регуляции своего синтеза, являясь
аллостерическим ингибитором первого из ряда ферментов, участвующих
в процессе биосинтеза, т. е. фермента, катализирующего стадию а на
рис. 14-28. Таким образом, при накоплении избытка гистидина биосинтез
немедленно ингибируется.
Подобные явления репрессии и ретроингибирования действуют на
многих путях биосинтеза аминокислот. На эту тему написаны подроб-
ные обзоры [22, 146].
2. Катаболизм гистидина
Первые стадии главного пути метаболического распада гистидина
уже обсуждались. Элиминирование аммиака с последующей гидратаци-
ей и разрывом кольца, ведущим к образованию формиминоглутамата,
производится в результате необычных реакций [уравнение (14-48)], уже
рассматривавшихся ранее. Перенос формильной группы на тетрагидро-
фолиевую кислоту и ее дальнейший метаболизм описаны в гл. 8
(разд. Л, 3).
Среди других продуктов, получаемых из гистидина, следует назвать
обладающий гормональной активностью гистамин, который образуется
путем декарбоксилирования; имидазолуксусную кислоту, являющуюся
продуктом окисления, а также N1- и №-метилгистидины. Гистамин иг-
Метаболизм азотсодержащих соединений 161
рает определенную роль в аллергических реакциях (гл. 5, разд. В, 4)
и для ингибирования реакций, ведущих к его освобождению, широко
используются специальные противогистаминные препараты.
-оос—сн—сн.сн.соо-
NH
I
HC=NH
5-формимино- Hz,Fol (рис. 6-20 и 6-21)
Глутамат
(14-48)
Формиминоелутамат
Л. Метаболизм пиримидинов и пуринов
Все клетки должны быть способны вырабатывать пиримидиновые
и пуриновые основания, используемые в синтезе нуклеиновых кислот и
коферментов. Во многих организмах путь, ведущий к образованию пу-
ринов, используется особенно интенсивно, судя по тому, что главным
продуктом выделения из организма избыточного азота служит мочевая
кислота или родственные соединения. Такова особенность азотистого об-
мена у птиц и пресмыкающихся, которые экскретируют мочевую кисло-
ту, а не мочевину, и у пауков, экскретирующих гуанин.
1. Биосинтез пиримидинов [147, 148]
Перенос карбамоильной группы с карбамоилфосфата на аспартат'
(рис. 14-29, стадия а) приводит к образованию продукта, способного к
немедленной циклизации путем элиминирования воды; в результате об-
разуется дигидрооротат. Карбамоилтрансфераза является в высокой сте-
пени регулируемым ферментом, и в настоящее время она служит объек-
том интенсивных исследований (гл. 4, разд. Г, 8; гл. 6, разд. Б, 7).
Дигидрооротат окисляется особым флавопротеидом за счет NAD+, являю-
щегося внешним окислителем. На следующей стадии (рис. 14-29, ста-
о
Рибоза-Р
Оротидин- 5-фосфо т
(биполярный ионный
таутомер)
(М-49>
Рибоза-Р
УридиН-5-фосфат (UMP)
ия г) образовавшаяся оротовая кислота соединяется с фосфорибозиль-
ым остатком молекулы PRPP [уравнение (14-42)], в результате чего
'бразуется первый нуклеотид, оротидин-5'-фосфат.
Оротидин-5'-фосфат подвергается декарбоксилированию необычного
ипа (рис. 14-29, стадия д), для которого, по-видимому, не требуете^
кофермента. Высказано предположение, что фермент стабилизирует
шполярный ионный таутрмер субстрата. Декарбрксвдцррваник) Цурав^
162 Глава 14
Аспартат
Карбамоил-
фосфат
2 АТР
(Разд. ВЛ)
нсо3- + NH<+
АТР|е
UDP
атр|*
UTP
В грибах.
АТР л
dCTP
Метилен- H^Fol
3 1
^^'.dUMpXdTMP
Рибозо- РРР
СТР
РИС. 14-29. Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов.
dUT^P
NH4+
АТР П
dTDP
АТР Р
dTTP
нение (14-49)] мог бы способствовать расположенный по соседству по-
ложительный заряд [149]. В итоге из аспартата сравнительно прямым и
простым путем образуется уридин-5'-фосфат (UMP). Двукратное
фосфорилирование с помощью АТР дает UDP и UTP.
Цитозиновые нуклеотиды образуются из UTP; начальной стадией
служит аминирование с образованием СТР (рис. 14-29, стадия з). Эта
реакция во многих отношениях сходна с превращением цитрул-
лина в аргинин — реакцией, требующей участия АТР и включающей
перенос азота из молекулы аспартата (разд. В, 2). Однако при образо-
вании СТР донором азота служит амидная группа глутамина (может
быть использован NH4+). СТР включается в состав РНК и в такие про-
межуточные метаболиты, как CDP-холин; может также происходить
Метаболизм азотсодержащих соединений 163
дефосфорилирование СТР с образованием CDP. Именно CDP служит
главным предшественником дезоксирибонуклеотидов dCDP и тимидин-
дифосфата.
а. Образование дезоксирибонуклеотидов
Рибонуклеотиддифосфаты превращаются в соответствующие 2-дез-
оксисоединения (стадия к, рис. 14-29) в итоге цепи реакций, протекаю-
щих с участием NADPH, флавопротеида тиоредоксина (гл. 8, разд. И, 2
и М, 4) и рибонуклеотидредуктазы, как указано в уравнении (14-50).
NADPH
Флавопротеид г.тиоредоксинредуктаза~)
Тиоредоксин
Рибонуклеотидредуктаза
рибонуклеотид 2-дезоксирибонуклеотид
(14-50)
Рибонуклеотидредуктаза Е. coll состоит из двух неидентичных субъ-
единиц, одна из которых содержит негемовое железо [150]. У несколь-
ких видов бактерий и у евглены требуется присутствие витамина В12,
а процесс восстановления происходит на уровне нуклеозидтрифосфатов
[151]. Система, используемая клетками Lactobacillus, описана в гл. 8,
разд. М, 4. Рибонуклеотидредуктаза млекопитающих, возможно сходная
с ферментом Е. coli, рассматривается как подходящая мишень для про-
тивоопухолевых препаратов. Активность фермента регулируется слож-
ным набором механизмов обратной связи, что, вероятно, обеспечивает
синтез предшественников ДНК лишь в тех количествах, какие необхо-
димы для синтеза ДНК [152]. Поскольку избыток одного дезоксирибо-
нуклеотида может ингибировать восстановление всех рибонуклеозидди-
фосфатов, оказывается возможным ингибировать синтез ДНК либо
дезоксиаденозином, либо высокими концентрациями тимидина, хотя оба
эти соединения служат предшественниками ДНК.
Фосфорилирование dCDP с образованием dCTP (стадия л, рис. 14-29)
завершает биосинтез первого из пиримидиновых предшественников
ДНК. Уридиннуклеотиды получаются двумя путями. Восстановление
UDP дает dUDP (стадия к, рис. 14-29). Чаще происходит гидролитиче-
ское дезаминирование дезоксицитидиновых нуклеотидов (реакции м и
м', рис. 14-29). Метилирование, приводящее к образованию тиминнук-
леотидов, осуществляется через образование dUMP. Последний может
быть получен гидролитическим отщеплением фосфата от dUDP или,
у эукариот, путем превращений dCDP->-dCMP->-dUMP (стадии л' и м',
рис. 14-29). С другой стороны, Е. coli использует более обходный путь
dCDP->dCTP->dUTP->-dUMP (стадии л, м и н, рис. 14-29). Одним из
промежуточных соединений является dUTP. Интересно, что ДНК-по-
лимеразы способны включать это соединение в полинуклеотиды. Един-
ственной причиной, по которой этого не происходит в клетках (что при-
11*
164 Глава 14
вело бы к образованию урацилсодержащей ДНК), является то, что
dUTP быстро превращается пирофосфатазой в d(JMP (стадия м,
рис. 14-29).
СН,
н
СН,
N—Еензоил-Gln
Дезоксирибоза - Р
Дезоксирибоза - Р
(dUMP)
О
Дигидрофолат
Метилен
(см. гл. в, разд. )
н
Атака в этом пункте
ионом ОН~соотввтот-
вующего производного,
полученного из dCMP,
дает 3-оксиметип -dCMP
оез окисления с помощью
Н4 Fol
И Тимидилат
О ]\Г
I
Дезоксирибоза -Р
(14-51)
Образование тимидиловой кислоты (dTMP) из dUMP (стадия о,
рис. 14-29) катализируется тимидилат-синтетазой. Реакция, описывае-
мая уравнением (14-51), представляет собой перенос одноуглеродного
остатка, отщепляемого от метилентетрагидрофолиевой кислоты [153].
Несколько иной механизм, предложенный на основании модельных
экспериментов, включает реакцию присоединения к атому С-6, которую
облегчает присутствие соседней нуклеофильной группы [154].
Интересные изменения метаболизма нуклеотидов наблюдаются в
клетках Е. colt, зараженных Т-четными фагами. При этом происходит
транскрипция фаговых генов и синтез клеткой-хозяином соответствую-
щих белков [155]. Среди этих продуктов вирусных генов имеется ряд
ферментов, оказывающих влияние на метаболизм нуклеотидов. Три из
них показаны на рис. 14-30 прерывистыми стрелками. Один фермент ка-
тализирует гидролитическое превращение dCTP в dCMP, а другой осу-
ществляет синтез 5-оксиметилМСМР. Такого типа вирусоспецифиче-
ские ферменты могут оказаться подходящими мишенями для действия
противовирусных препаратов.
dCDP----► dCTP-------
I ^-н2о
|Z
I PP1
dCMP--------
Метилен- J
H4Col I
5-оксиметил - dCMP
I
I
Ф
Включение в
фаговую ДНК
РИС. 14-30. Некоторые изменения метаболизма
нуклеотидов в клетках Е. coll, индуцирован-
ные заражением Т-четными бактериофагами;
(—>) нормальные метаболические пути,
(------->-) метаболические пути, индуцирован-
ные фагами.
Метаболизм азотсодержащих сдйдйиений 165
Дополнение 14-Г
Тимидилат-синтетаза, фермент-мишень
для химиотерапии рака*
о
5-фтордрацил
I
I
5-фтордридин - 5-фосфат —>- —*- Трифоссрат —>-РНК
\ Восстановление
^Е^гоксиуридин\^р,:зяи,росорат'> dUMp^-Метилен-H.FoL
H4F«l _ NADP
5-сРтор~2г-
дезоксиуридин -
5-фосфат
Тимидилат-
синтетаза
dTMP
•Дигидрофолат
[--Антифолаты
>NADPH
Дигидрофолитрсдуктаяа '
(гл. В, разд. Л, 2)
Если клетку, будь то бактериальная клетка или клетка
животного, лишить тимина, то она уже не сможет синтезиро-
вать ДНК. Однако синтез белков и РНК может при этом
продолжаться. Это можно показать экспериментально, исполь-
зуя мутантов, нуждающихся в тимине. Тем не менее эти клет-
ки рано или поздно теряют жизнеспособность и погибают.
Причина такой бестиминовой смерти неясна. Возможно, ти-
мин необходим для репарации повреждений ДНК, и при его
отсутствии происходит транскрипция поврежденной ДНК, что
в конечном итоге приводит к синтезу дефектного белка. Но
какова бы ни была причина, это явление положено в основу
некоторых наиболее эффективных подходов к химиотерапии
рака. Раковые клетки со свойственным им быстрым метабо-
лизмом особенно чувствительны к отсутствию тимина. Поэто-
му тимидилат-синтетаза оказывается одной из наиболее удач-
ных мишеней для воздействия ингибиторами. Одним из мощ-
ных ингибиторов этого фермента является монофосфат
5-фтор-2'-дезоксиуридина. Его ингибирующее действие было
обнаружено, когда выяснилось, что 5-фторурацил можно ис-
пользовать для химиотерапии рака.
Действие фторурацила на клетки может быть различным.
Он может включаться и в состав РНК6, но наиболее важное
значение для химиотерапии рака имеет, по-видимому, инги-
бирование тимидилат-синтетазы продуктом его восстановле-
ния. 5-фтор-2/-дезоксиуридин гораздо менее токсичен, чем
5-фторурацил, и оказался более эффективным лекарствен-
ным препаратом. Следует заметить, что тимидилат-синтетаза
166 Глава 14
требует присутствия метилентетрагидрофолата в качестве вос-
становителя н что важным звеном всего процесса является
восстановление дигидрофолата. Как уже было указано (гл. 8,
разд. Л, 2), к числу наиболее эффективных противоопухоле-
вых препаратов относятся такие аналоги фолиевой кислоты,
как метотрексат (№°-метил-4-амнно-4-дезоксифолиевая кисло-
та). Их действие связано с ингибированием дигидрофолатре-
дуктазы, что (помимо всего прочего) лишает тимидилат-син-
тетазу необходимого для нее субстрата.
2 Таково название разд. V статьи Фридкина Adv. Enzymol., 38, 235—292
(1973), посвященной тимидилат-синтетазе.
6 Horowitz L, Ou C.-N., Ishag М„ Ofehand J„ Bierbaum J., JMB, 88, 301 —
312 (1974).
б. Повторное использование оснований
Точно так же, как оротовая кислота превращается в рибонуклеотид
на стадии г, рис. 14-29, с PRPP могут реагировать и другие свободные
пиримидиновые и пуриновые основания, давая в качестве продуктов мо-
норибонуклеотиды и PPi. Эти реакции составляют путь регенерации, при
помощи которого пуриновые и пиримидиновые основания, освободив-
шиеся при распаде нуклеиновых кислот, могут быть использованы по-
вторно. Однако следует отметить, что тимин обычно повторно не исполь-
зуется. Тем не менее для биохимиков одним из важных эксперименталь-
ных приемов является введение радиоактивного тимина или тимидина
в состав ДНК в живом организме. Тимидин быстро фосфорилируется в
dTTP действующими последовательно киназами. Другой важной реакци-
ей повторного использования пиримидинов является превращение цито-
зина в урацил путем гидролитического дезаминирования аналогично
тому, как это происходит на стадии м, рис. 14-29.
2. Катаболизм пиримидиновых нуклеотидов и нуклеозидов
В клетках (как и в пищеварительном канале) нуклеиновые кислоты
постоянно подвергаются атаке со стороны различных нуклеаз. Напри-
мер, существенным фактором в регуляции синтеза белков является раз-
рушение— как правило, довольно быстрое — информационных РНК-
Хотя ДНК сама По себе очень устойчива, нуклеазы призваны вырезать
поврежденные сегменты из одиночных цепей, что является важной
частью процесса репарации ДНК (гл. 15, разд. 3,2). Таким образом,
наблюдается активное расщепление полинуклеотидов на мононуклеоти-
ды, гидролизуемые далее фосфатазами до нуклеозидов. Нуклеозиды пре-
вращаются в свободные основания под действием нуклеозидфосфорилаз
[уравнение (14-52)]. Дальнейший распад цитозина начинается его де-
p.
Свободное
Нуклеозид - основание + Рибоза - 1-Р
или дезоксирибозе - 1-Р /14-52)
заминированием в урацил в ходе реакции, рассмотренной в предыдущем
разделе. Катаболизм урацила включает в качестве первой стадии вос-
становление под действием NADPH согласно уравнению (14-53). Конеч-
ным продуктом реакции является ф-аланин, который путем окислитель-
Метаболизм азотсодержащих соединений 16
ного расщепления может превращаться в полуальдегид малоновой жис
лоты и в малонил-СоА (рис. 9-6): он может быть также использован Kai
предшественник в биосинтезе пантотеновой кислоты и кофермента 7
(рис. 14-10), а также в биосинтезе пептидов карнозина') ((3-аланилгисти
дина) и его №-метилпроизводного, ансерина, Высокие концентраци:
Урацил
5,6- дигидроурацил
II Н2О
H2N—С—NH —СН2СН2—СОО"---------*
/3- Уреидопропинат
NH/ + СО2 + H2N+—СН2СН2 — СОСГ (14-53)
Аланин
этих пептидов обнаружены в мышцах. Их функции неизвестны, но, воз
можно, они имеют отношение к сильному буферному действию произ
водных гистидина в интервале значений pH между 6 и 7.
Путь расщепления тимина аналогичен показанному в уравненш
(14-53), но сопровождается образованием p-аминоизобутирата. Послед
ний может окислительным путем превращаться в метилмалонат [уравие
ние (14-54)]), который может быть использован в реакциях метилмало
нильного пути (рис. 9-6).
СН3 СН3
h3n+—сн2—сн—соо- -> —>- -оос—сн—соо- (14-54;
3. Биосинтез пуринов
Первые убедительные эксперименты, пролившие свет на процесс био
синтеза пуринов, были проведены на голубях, активно образующие
мочевую кислоту. Эксперименты с использованием изотопной метки по
зволили расшифровать сложную схему происхождения пуринов, пока
занную на вставке в левом верхнем углу рис. 14-31. Два атома углерод;
поступают из глицина, один — из СО2 и два — из формиата. Один атом
азота происходит из глицина, два — из глутамина и один — из аспарта-
та. В случае аденина группа 6-NH2 тоже происходит из аспартата.
Весь путь биосинтеза, идущего с участием ферментов, которые уда
лось выделить и охарактеризовать, представлен на рис. 14-31. Первая
«определяющая стадия» в синтезе пуринов — это реакция PRPP с глу
тамином, приводящая к образованию фосфорибозиламина (стадия а)
Здесь мы сталкиваемся еще с одним примером аминирования за сче1
глутамина. Пирофосфат вытесняется аммиаком, отщепляющимся 01
глутамина (стр. 97). Аминогруппа образующегося при этом промежу-
точного соединения присоединяется обычным путем к глицину (ста
Дня б), и полученный продукт формилируется 5,10-метенилтетрагидро
фолиевой кислотой. При образовании последней используется свобод-
ный формиат согласно схеме, приведенной на вставке рис. 14-31.
'> Не путать с иарнитином (гл. 9, разд. А.6). . р.
res
Глава 14
Аденилосукцинат
О
О
' ФуМарат
/с N
H2N
W-дюрмил H/fFal
N
h2n
H2N N 1
Ъ-рибозил
АМР
(Аденозин— 5'-
манофосфат)
НС-N V
II н *
О Р-рибозил
и
РИС. 14-31. Биосинтез пуриновых нуклеотидов из рибозо-5'-фосфата.
На стадии г (рис. 14-31) осуществляется второе аминирование 3»!
счет глутамина — возможно, путем аминолиза промежуточного енолфос-'
фата. Циклизация при участии АТР и таутомеризация (стадия д) заверь
шают образование имидазольного кольца. Затем происходит включение
СОг (стадия е), которое осуществляется в результате несколько необыч-
ной реакции карбоксилирования. Далее следует двукратное аминирова-
ние (стадии ж и з), в ходе которого происходит перенос азота из аспар-
тата; процесс строго соответствует тому, что наблюдается при синтезе
мочевины, сопровождающемся образованием аргининянтарной кислоты
в качестве промежуточного продукта (рис. 14-4). Как и при образова-
нии мочевины, углеродный остов молекулы аспартата элиминируется
в виде фумарата (стадия з), оставляя аЗОт в составе предшественника
Метаболизм азотсодержащих соединений 16£>
IMP
Фумарат
—2-----► АМР
I
ADP----> dADP
i 1
АТР dATP
Рибозил -Р
GMP
(гуанозинмонофосфат j
GDP ’ dGDP
GTP > dGTP
РИС. 14-32. Превращение инозин-5'-фосфата в аденин- и гуанинрибонуклеотиды и де-
зоксирибонуклеотиды.
пуринов. Последний атом углерода поступает из 10-формилтетрагидро-
фолиевой кислоты (стадия и). Не совсем ясно, почему в этом случае
фермент использует 10-формилтетрагидрофолат, тогда как на стадии в
используется близко родственный 5,10-метенилтетрагидрофолат. Дале&
за самопроизвольной циклизацией следует дегидратация, приводящая к
образованию инозиновой кислоты (инозин-5'-фосфата, IMP). Этот на-
чальный пуриновый продукт затем превращается в АМР в результате
второго двухстадийного аминирования за счет аспартата, проходящего
через промежуточное образование аденилосукцината.
Стадии, ведущие от IMP к АМР и далее к ADP, АТР и соответст-
вующим дезоксирибонуклеотидам, показаны схематически на рис. 14-32.
Кроме того, указано превращение в гуаниловые и дезоксигуаниловые
нуклеотиды. IMP в результате \АЭ+-зависимого окисления превращает-
ся в соответствующий ксантиирибонуклеотид, который аминируется, как
показано на рисунке, за счет амидной группы глутамина.
Синтез пуринов контролируется сложной системой регуляторных фак-
торов. Некоторые из механизмов, обнаруженных у бактерий, приведены
в общих чертах на рис. 6-17. И в этом случае у бактерий все нуклеоти-
ды, образующиеся как конечные продукты, ингибируют начальную ре-
акцию— стадию а на рис. 14-31.
4- Пути реутилизации
В результате катаболизма собственных нуклеиновых кислот, а также
Дереваривания нуклеиновых кислот, поступающих с пищей, организм
Получает готовые пуриновые основания. Как и свободные пиримидины,
эти пуриновые основания способны реагировать с PRPP при участий
170 Глава 14
фосфорибозилтрансфераз (рибонуклеотид-пирофосфорилаз). Известно
два таких фермента, действующих на пурины. Один из них превращает
аденин в АМР и может также действовать на 5-аминоимидазол-4-карбо-
ксамид. Последнее соединение сыграло существенную роль на ранних
стадиях исследования метаболизма пуринов. Это соединение было вы-
делено в 1945 г. из культур E.coli, обработанных сульфонамидами. Яв-
о
II
H2N—
H2N/^'N
н
5-аминоим иаазпл - А -карбоксамид
ляясь антагонистами n-аминобензойной кислоты (дополнение 6-А), суль-
фонамиды препятствовали завершению синтеза пуринов, лишая клетки
производных фолиевой кислоты, играющих столь важную роль в синтезе
пуринов. Структура выделенного соединения сразу навела на мысль, что
5-аминоимидазол-4-карбоксамид может являться предшественником пу-
ринов. Позднее было показано, что основной путь синтеза пуринов
действительно проходит через соответствующий рибонуклеотид1'.
Вторая фосфорибозилтрансфераза (гипоксантин-гуанин •—фосфори-
бозилтрансфераза) действует как на гипоксантин, так и на гуанин.
5. Окислительный метаболизм пуринов
Как показано на рис. 14-33, свободный аденин, образующийся в про-
цессе катаболизма нуклеиновых кислот, может быть гидролитически
дезаминирован в гипоксантин. Аналогично этому гуанин может быть
дезаминирован в ксантин. Ксантиноксидаза — фермент, содержащий мо-
либден (гл. 8, разд. И,6), окисляет гипоксантин в ксантин и далее в
мочевую кислоту. Другая реакция ксантина в некоторых растениях — это
превращение в кофеин, являющийся триметилпроизводным.
В то время как у человека конечным продуктом метаболизма пури-
нов является мочевая кислота, у многих других видов имеется медьсо-
держащий фермент уратоксидаза, превращающая мочевую кислоту в
аллантоин — экскреторный продукт большинства видов млекопитающих,
за исключением приматов. У многих рыб аллантоин гидролизуется, пре-
вращаясь в аллантоиновую кислоту, причем некоторые из них экскрети-
руют это соединение как конечный продукт. Однако у большинства рыб
процесс гидролиза идет дальше, давая в качестве продуктов мочевину и
глиоксилат. У некоторых беспозвоночных мочевина может быть далее
гидполизована до аммиака.
В организмах, гидролизующих мочевую кислоту до мочевины или ам-
миака, этот путь используется только для разрушения пуринов, обра-
зующихся при распаде нуклеотидов. Избыток азота, возникающий при
катаболизме аминокислот, экскретируется либо непосредственно в виде
аммиака, либо превращаясь в мочевину (разд. В, 2).
'> Полагают, что этот же рибонуклеотид служит предшественником пиримидино-
вого кольца тиамина, но конкретный путь биосинтеза неясен [155а].
Метаболизм азотсодержащих соединений 171
Аденин
Гипоксантин
NH/
Ксантиноксидова
Аллантоиновая кислота
РИС. 14-33. Распад пуринов с образованием мочевой кислоты и других экскреторных
продуктов.
6. Цикл пуриновых нуклеотидов
Мышечная работа сопровождается образованием аммиака, непосред-
ственным источником которого служит аденозин-5-фосфат (АМР)
:[156, 157]. Этот факт позволил выявить еще один бесполезный «субстрат-
ный цикл» (гл. 11, разд. Е,6), действующий благодаря присутствию в
одних и тех же клетках ферментов, ответственных за процессы биосин-
теза и распада [уравнение (14-55)]. Насколько этот цикл важен для ра-
боты мышц, пока неизвестно.
Н2О NH3
амр———------------> IMP
Icrajue м, рис-14-31
Фумарат ------Аденилосукцинат
Аспартат
GTP
[стадия л.рис. /4-37
^-♦GDP + Pj
(14-55)
Родственный цикл включает гидролиз АМР с образованием аде-
нозина и гидролитическое превращение последнего в инозин под дейст-
вием аденозиндезаминазы. Для завершения цикла требуется дальней-
ший гидролиз инозина до гипоксантина, превращение последнего в IMP
под действием гипоксантин-гуанин — фосфорибозилтрансферазы и пре-
вращение IMP снова в АМР, как указано на рис. 14-32. Хотя насчет
Важности этого цикла высказывались сомнения [157а], аденозиндезами-
наза привлекает к себе большое внимание, поскольку наследственная
172 Глава 14
недостаточность этого фермента ведет к тяжелому (обычно фатальному}
иммунодефициту, при котором число лимфоцитов в организме резко
уменьшено, что снижает сопротивляемость инфекциям [157b, с]. Обу-
словлено ли это отсутствием именно аденозиндезаминазы или в этом
случае наблюдается недостаток сразу нескольких сцепленных генов,,
пока неизвестно.
Дополнение 14-Д
Подагра и другие нарушения
метаболизма пуринов
Очень распространенным метаболическим, расстройством,
встречающимся примерно у 3 из 1000 человек, является ги-
перурикемия, или подагра3. Как и в случае большинства дру-
гих нарушений метаболизма, существуют различные формы
этой болезни — от легкой до тяжелой. Острый подагрический
артрит характеризуется внезапными приступами, наступаю-:
щими обычно в ночное время, когда в одном или нескольких
суставах выпадают кристаллы урата натрия. В половине слу-
чаев больной просыпается от мучительной боли в большом
пальце ноги. Болезнь чаще всего поражает взрослых мужчин.
Наследственная предрасположенность к подагре носит слож-
ный характер и до конца еще не выяснена. Первичным био-
химическим нарушением при подагре обычно является избь₽-
точное образование мочевой кислоты; по крайней мере в од-4
ном из случаев оно было обусловлено слишком высокой
активностью PRPP-синтетазы6. В других случаях причине#
болезни служат нарушения функции почек, препятствующий
выделению мочевой кислоты. j
При правильном лечении подагра не очень опаснм
К значительно более грозным последствиям ведет сходное нд|
рушение обмена, известное как синдром Леша — Нихана*^
В этом случае наблюдается дефект реутилизирующего фер?
мента, гипоксантин-гуанин — фосфорибозилтрансферазы. Свс^
бодные пурины вместо их повторного использования окисли*:
ются в мочевую кислоту, вызывая симптомы подагры. Болезнь
характеризуется умственной отсталостью, неодолимым стрем*
лением больных младенцев кусать себе руки, повреждая *
руки, и десны. Пока не найдено никаких средств, способный
сколько-нибудь облегчить состояние больных. *
Для лечения самой подагры и ее симптомов при синдроме
Леша — Нихана имеются лекарства. Так, в частности, колхн-
цин (дополнение 4-А), хотя и не ясно, каким путем, облегчав
ет болевые ощущения, вызываемые отложением кристаллбй
урата натрия в суставах и тканях. Более существенно регули*
рование содержания уратов в сыворотке соблюдением о пре*
деленной диеты (с низким содержанием пуринов) и путей
ингибирования ксантиноксидазы. Одним из очень эффектней
ных лечебных препаратов служит изомер гипоксантина, из*
вестный как аллопуринол.
Метаболизм азотсодержащих соединений 173“
У больных, принимающих этот препарат, большая часть
пуринов экскретируется в виде ксантина. Существуют и такие
о
Аллопуринол
препараты, при приеме которых повышается выделение моче-
вой кислоты; экспериментально испытывалась также инъек-
ция уриказы — фермента, гидролизующего мочевую кислоту.
Wyngaarden J. В., Kelley W. N., in: The Metabolic Basis of Inherited Di-
sease (J. B. Stanbury, J. B. Wyngaarden and D. S. Fredrickson, eds.), 3rd
ed., pp. 889—968, McGraw-Hill, New York, 1972.
о Becker M. A., Kostel P. J., Meyer L. J., JBC, 250, 6822—6830 (1975).
B Kelley W. N., Wyngaarden J. B., in: The Metabolic Basis of Inherited Di-
sease (J. B. Stanbury, J. B. Wyngaarden, and D. S. Fredrickson, eds.),
3rd ed., pp. 969—1002, McGraw-Hill, New York, 1972.
M. Фолиевая кислота, флавины
и диметилбензимидазол
Опыты с использованием изотопных меток показали, что и рибофла-
вин и фолиевая кислота происходят от одного из производных гуанози-
на. В продукте сохраняются все атомы пуринового кольца, за исключе-
нием атома С-8 пятичленного кольца. На рис. 14-34 показаны гипотети-
ческие пути, начинающиеся от гуанозинтрифосфата, который служит
исходным соединением по крайней мере у некоторых организмов. Пер-
вая стадия, воспроизведенная в опытах с бесклеточными ферментными
системами, способными синтезировать птерины, сводится к гидролитиче-
скому отщеплению формиата. Далее следует перегруппировка Амадори,
продукт которой подвергается простому замыканию цикла между кар-
бонилом и соседней аминогруппой [158—162]. В результате образуется
дигидронеоптеринтрифосфат (гл. 8, разд. Л), обозначенный на рис. 14-34
буквой X. В его молекуле имеется боковая цепь, показанная в уравне-
нии (14-56). Вслед за альдольным расщеплением протекает серия реак-
ций (рис. 14-34), ведущих прямо к образованию фолатных коферментов.
Образование других птеринов может происходить путем простых моди-
фикаций. Например, биоптерин может быть образован из неоптеринфос-
фата в результате элиминирования фосфата, кетонизации и восстанов-
ления [уравнение (14-56)]. Как инверсия при атоме С-Г, указанная в
он он
J' I I
-с-с-сн2-о-®
н н
Неаптеринмонофоссрат
ОН О НН
I II II
— с—С—СН3 -----* С—С—СНз
I I I
Н он он
биоптерин
(14-56)
этом уравнении, так и промежуточное образование сепиаптерина (гл. 8,
Разд. Л), содержащего З'-карбонильную группу, свидетельствуют о про-
межуточной реакции дегидрирования с образованием C-l'-карбонила,
предшествующей элиминированию фосфата.
174 Глава 14
Пути синтеза рибофлавина схематически показаны на рис. 14-34; они
установлены в результате исследований, выполненных на грибе Еге-
mothecium (дополнение 8-3) и на мутантах Saccharomyces [163—165]. ;
Восстановление продукта перегруппировки Амадори (на рис. 14-34 этот
продукт показан в виде трифосфата, однако не известно, так ли это на
о
HN
нх
®®(рЬо-сн2/°-
NX
2 H,O
О
NH,
HjN
нсоо-
он он
Гуанозинмонофосфат
О
HN
N'
H
.СН2ОН.
ное,
щелление
АМР
R—СН2—О—®®
•О
HN
PP.
HN
N Н—Рибозил (р)
I Перегруппировка
| Амадори
1 Нг Т ?Н ?Н
rN 9-с-с-сп.-°-®®®
, A Jh2h н
Н2ЬГ
Н2О Н
лг^Роамыкание
кольца
h2n
HN
\ H‘N
биоптерин
П - Аминобензоат
coo-
S Дигидроптероевая кислота
N
Н 1г
/ лутамат
Jatp
Дигидродзолиевая кислота
Тетрагидрофолиевая кислота
^лутамагг А ТР
Тетрагидроптероилтриглутамат
Этот углерод ----->
происходит от атома
С- Vриоитцльной
группы
2Н
-PP,
HN
О
ын2
NH
CH2
(НС—ОН),
СН2О®
о -фосфорибищил
NH2
NH
Н I
. л Рибитил
ч-риоитцламин - S-амин — 2,6-диоксипиримидин
Ацетоин (?)
2
-CH3
HN
N СН3
6,7-диметил-Ъ-рибитиллума-
зин
CH3
СН;
Рибитил
Рибофлавин
CH:
N
//
НС
\
N ги
н СНз
Диметилбензимидазол
O'
Витамин Bj
РИС. 14-34. Биосинтез фолиевой кислоты, рибофлавина и
группы витамина В12.
диметилбензимидазольной
самом деле)1’, дезаминирование и дефосфорилирование приводят к об-
разованию предшественника флавина, 4-рибитиламин-5-амин-2,6-диокси-
пиримидина. Дополнительные атомы углерода, необходимые для по-
0 По данным, полученным недавно в работе с мутантом Salmonella, прямым пред-
шественнком рибофлавина служит не трифосфат, показанный на рнс. 14-34, а гуанозия
Г165а1.
Метаболизм азотсодержащих соединений 1751
строения бензольного ядра рибофлавина, поступают в две стадии. Хотя
это точно не установлено, но есть основания считать, что эти атомы по-
ставляет пируват после его превращения в ацетоин [уравнение (9-28) ]
или диацетил.
О..СН,
яоф сн3
Ацетоин
Диацетил
В результате спонтанного соединения диацетила с диаминовым пред-
шественником образуются 6,7-диметил-8-рибитиллумазин. Для заверше-
ния построения флавинового кольца требуются еще четыре атома угле-
рода, которые доставляются второй молекулой диацетила. Это происхо-
дит не прямо, а путем переноса диацетильного остатка от второй моле-
кулы 6,7-диметил-8-рибнтиллумазина, как показано на рис. 14-34.
Реакция на первый взгляд кажется весьма примечательной, но впечат-
ление оказывается менее разительным, если принять во внимание, что
эта бимолекулярная реакция протекает спонтанно в мягких условиях.
Однако ферментативный процесс, изученный Плаутом, может идти не-
сколько иначе, чем неферментативная реакция. Были предложены де-
тальные механизмы этого процесса, который сопровождается регенера-
цией предшественника (4-рибитиламин-5-амин-2,6-диоксиметилпирими-
дина), содержащего две аминогруппы.
Из 6,7-диметил-8-рибитиллумазина может также быть получен диме-
тилбензимидазол в результате процесса, сходного с процессом синтеза
рибофлавина, но при этом образовавшийся рибофлавин распадается,
гидролитически с удалением пиримидинового цикла и образованием ими-
дазольного ядра [166]. Не исключено также, что таким путем реагирует
свободный рибофлавин, составляющий отдельный фонд.
Вопросы и задачи
I. Можете ли вы прокомментировать (с указанием механизма) следую-
щее наблюдение: нитрогеназа восстанавливает ацетилен в этилен, но
не восстанавливает этилен в этан, однако циклопропен восстанавли-
вается в смесь циклопропана и пропена? [см. McKenna С. Е., McKen-
na М, Higa М. Т., JACS, 98, 4657—4659 (1976)].
2. В настоящее время возник интерес к выведению азотфиксирующих
бактерий с повышенной активностью гидрогеназы. Последняя может
окислять Н2 в Н+. Объясните, почему это могло бы привести к более
высокой эффективности фиксации азота в корневых клубеньках бо-
бовых [см. Dixon R. О. D., Nature (London), 262, 173 (1976)].
3. Проследите пути, благодаря которым некоторые бактерии могут пре-
вращать: a) N2 в атом азота глутаминовой кислоты и глутамина;
б) NO3 в атом азота аланина; в) N глутаминовой кислоты в N пор-
фобилиногена; г) N глутамина в N адениловой кислоты; д) N аспа-
рагиновой кислоты в N лизина.
Тропин
4. Какие 10 аминокислот должны обязательно входить в рацион крыс?
Какие аминокислоты являются незаменимыми для человека?
376 Глава 14
5. Что подразумевается под термином «баланс азота»? В какой мере
это понятие может быть использовано при изучении вопросов пи-
тания?
6. Предложите путь биосинтеза тропина, компонента алкалоидов воню-
чего дурмана Datura. Исходным соединением служат глутаминовая
кислота (превращающаяся сначала в орнитин) и ацетоацетат.
7. Предложите подробную схему биосинтеза фузариевой кислоты, про-
дукта одного из видов грибов ряда Fusarium, начиная с аспартата
и ацетил-СоА.
НзС То।
N^COOH
фцзариевая кислота
8. Предложите путь метаболического превращения треонина в глицин
и ацетил-СоА. Этот путь, по-видимому, используется многими бакте-
риями для разрушения треонина [см. Bell S. С., Turner J. М., Bio-
chem. Soc. Trans., 4, 497—500 (1976)].
9. Хотя HCN высоко токсичен для большинства организмов, многие
высшие растения могут использовать HCN в процессах биосинтеза.
Предложите пути превращения серина и HCN в аспарагин и а,у-ди-
аминомасляную кислоту. Предложите путь синтеза в грибах алани-
на из ацетальдегида, HCN и аммиака. (Примечание: соответствую-
щей неферментативной реакцией является хорошо известный синтез
аминокислот путем реакции Штрекера.)
10. Кетопантоат-оксиметилаза E.coli представляет собой фермент, ка-
тализирующий первый «сопричастный» этап биосинтеза пан-
тотеновой кислоты (см. рис. 14-10); фермент не инактивируется бор-
гидридом в присутствии избытка субстрата и активируется ионами
Mg2+. Как бы вы классифицировали этот фермент в соответствии со
схемой, предложенной в гл. 7? [см. Powers S. G„ Snell Е. Е., JBC,
251, 3786—3793 (1976)].
11. Предложите путь биосинтеза эхимидиновой кислоты, продукта неко-
торых растений из семейства Borraginaceae.
^J\.COOH
но неон
сн3
Эхимидиновая кислота
12. Напишите структурную формулу протопорфирина IX. а) Отметьте
звездочками все атомы углерода и кружками все атомы азота, не-
посредственными источниками которых служат углеродный атом
карбоксилатной группы и азот аминогруппы глицина, б) От каких
предшественников произошли остальные атомы? в) Какой дополни-
тельный предшественник передает атомы непосредственно в состав
молекулы хлорофилла? г) Дайте ответ на такой же вопрос в отноше-
нии витамина Bj2-
13. Некоторые растения («цианогенные растения»), такие, как Prunus
amygdalis и Sorghum, используют цианид, превращая его в циано-
генные гликозиды, такие, как амигдалин (рис. 14-23). Считается, что
помимо путей биосинтеза, показанных на рисунке, эти гликозиды мо-
гут образовываться из соответствующих аминокислот следующим
образом: аминогруппа гидроксилируется с образованием N-оксиамп-
Метаболизм азотсодержащих соединений ITT
нокислоты, которая может быть дегидрирована в оксим. Последний
может быть превращен в нитрат и (после еще одной стадии гидро-
ксилирования) в гликозид.
Недавно предложен новый цикл углерод — азот [Thatcher R. Т.,
Weaver Т. L., Science, 192, 1234—1235 (1976)]. Этот цикл функцио-
нирует у всех цианогенных растений, гриба, превращающего цианид
в формамид, псевдомонад и нитрифицирующих организмов Nitroso-
monas и Nitrobacter. Предложите схему предлагаемого цикла и рас-
смотрите химию отдельных реакций.
14. Опишите два главных пути биосинтеза ароматических соединений.
Каким путем, по вашему мнению, могло бы синтезироваться следую-
щее соединение?
.с—о
но
соон
СНз
Деканоровая кислота, продукт лишайника
umbillicaria pustulata
15. Галловая кислота может образовываться в растениях в реакциях пу-
ти шикимовой кислоты (разд. 3,6), но, кроме того, она может быть
синтезирована в грибах через поликетидный путь. Предложите под-
робную схему этого метаболического пути.
16. Предложите трехстадийный путь образования салициловой кислоты
(о-оксибензойной кислоты) из хоризмовой кислоты.
17. Предложите детальный механизм, используемый на стадии г
(рис. 14-31), который заключается в глутамин- и АТР-зависимом
аминировании формилглицинамидриботида. Есть основания думать,
что эта реакция катализируется единственным ферментом.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Dalton Н., Mortensen L. Е., Bact. Rev., 36, 231—260 (1972).
2. Hardy R. W. F„ Havelka U. D„ Science, 188, 633—643 (1975).
2a. Winogradsky S., C. R. Acad. Set., 116, 1385—1388 (1893).
3. Streicher S. L., Valentine R. C., Annu. Rev. Biochem., 42, 279—302 (1973).
3a. Zumf W. G., Mortenson L. E., BBA, 416, 1—52 (1975).
3b. Winter H. C., Burris R. H., Annu. Rev. Biochem., 45, 409—426 (1976).
3c. Skinner R. I., Chem. and Eng. News, Oct. 4, pp. 22—35, 1976.
4. Hardy R. W. F., ed., Dinitrogen Fixation, Wiley (Interscience), New York,
1975.
4a. Yates M. G., Trends Biochem. Sci., pp. 17—20 (Jan. 1976).
5. Eady R. R., Postgate I. R., Nature (London), 249, 805—810 (1974).
6. Postgate J., Nature (London), 256, 363 (1975).
7. Vainshtein B. R., Harutyunyan E. H., Ruranova I. P., Borisov V. V., Sosfenov N.
Pavlovsky A. G„ Grebenko A. I., Ronareva N. V., Nature (London), 254, 163—164
(1975).
8. Appleby C. A., Nicola N. A., Hurrell J. G. R., Leach S. J., Biochemistry, 14, 4444—
4450 (1975).
9. Zumft G„ Mortenson L. E„ Palmer G„ EJB, 46, 525—535 (1974).
10. Bennet L. E., Prog. Inorg. Chem., 18, pp. 1—176 (1973).
И. Yoch D. C„ BBRC, 49, 335—342 (1972).
12. Stiefel E. I., PNAS, 70, 988—992 (1973).
13. Нуликов А. В., Сырцова Л. А., Линкенштейн. Г. И., Писарская Т. Н., Молекуляр-
ная биология, 9, 203—212 (1975).
М. Schrauzer G. N., Riefer G. W., Tano R., Doemeny P. A., JACS, 96, 641—652
(1974).
15. Tano R., Schrauzer G„ JACS, 96, 5404—5408 (1974).
16. Tamelen E. E„ van, Gladysz I. A., Brulet C. R., JACS, 96, 3020 -3021 11974).
178 Метаболизм азотсодержащих соединений
17. Schepartz В., Regulation of Amino Acids Metabolism in Mammals, Saunders, Phila-
delphia, Pennsylvania, 1973.
17a. Каган 3. С., Кретович В. Л., Поляков В. А., Биохимия, 31, 355—364 (1966).
18. Miller R. Е„ Stadtman Е. R„ JBC, 247, 7407—7419 (1972).
19. Brown С. М., Burn V. J., Johnson В., Nature (London), New Biol., 246, 115—116
(1973).
20. Lea P. J., Miflin B. J., Nature (London), 251, 614—616 (1974).
21. Ginsburg A., Adv. Protein Chem., 26, 1—79 (1972).
22. Stadtman E. R., in: The Enzymes (P. D. Boyer, ed.), 3rd ed., Vol. 1, pp. 397—459,.
Academic Press, New York, 1970.
23. Wohlhueter R. M., Ebner E., Wolf D. H„ JBC, 247, 4213—4218 (1972).
24. Adler S. P., Purich D., Stadtman E. R., JBC, 250, 6264—6272 (1975).
25. Deuel T. F., Prusiner S„ JBC, 249, 257—264 (1974).
25a. Tyler B., Deleo A. B., Magasanik B., PNAS, 71, 225—229 (1974).
25b. Shanmugam К. T., Valentine R. C., Science, 187, 919—924 (1975).
26. Buchanan J. M., Adv. Enzymol., 38, 91—183 (1973).
27. Meister A., Science, 180, 33—39 (1973).
28. Werf P. Van Der, Griffith O. W„ Meister A., JBC, 250, 6686—6692 (1975).
29. Rothman S. S., Science, 190, 747—753 (1975).
30. Palade G., Science, 189, 347—358 (1975).
31. Hayashi M., Hiroi Y., Natari Y., Nature (London), New BioL, 242, 163—16&
(1973).
32. Dean R. T., Nature (London), 257, 414—416 (1975).
33. Lazarus G. S., Goggins J. F., Science, 186, 653—654 (1974).
33a. Sletten K., Aakesson I., Alvsaker J. O., Nature (London), New Biol., 231, 118—ll^
(1971).
33b. Karlin J. N., Bowman В. J., Davis R. H., JBC, 251, 3948—3955 (1976).
33c. Krebs H. A., Henseleit K, Hoppe-Seyler’s Z. Physiol. Chem., 210, 33—66 (1932).
34. Ratner S., Adv. Enzymol., 39, 1—90 (1973).
35. Trotta P. P., Wellner V. P., Pinkus L. M., Meister A., PNAS, 70, 2717—2721
(1973).
36. Cohen S. S., Introduction to the Polyamines, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New-
Jersey, 1971.
36a. Bachrach U., Functions of Naturally Occurring Polyamines, Academic Press, New
York, 1973.
37. Wu W. H„ Morris D. R„ JBC, 248, 1687—1695 (1973).
38. Tabor C. W., Tabor H., Annu. Rev. Biochem., 45, 285—306 (1976).
39. Williams-Ashman H. G., lanne J., Coppoc G. L., Geroch M. E., Schenone A., Adv.
Enzyme Regul., 10, 225—245 (1972).
40. Sakai T. T., Cohne S. S., Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 17, 15—4?
(1976).
40a. Mamont P. S., Bohlen P., McCann P. D., Bey P., Schuber F., Tardif C., PNAS, 73„
1628—1630 (1976). '
40b. Tsuboi M., Bull. Chem. Soc. Japan, 37, 1514—1522 (1964).
40c. Flink I., Pettijohn D. E., Nature (London), 253, 62—63 (1975).
41. Bowman W. H„ Tabor C. W„ Tabor H., JBC, 248, 2480—2486 (1973).
42. Tabor H., Tabor C. W., JBC, 250, 2648—2654 (1975).
43 Hardman J. K, Stadtman T. C„ JBC, 238, 2088—2093 (1963).
44 Vanderbilt A. S., Gaby N. S., Rodwell V. W., JBC, 250, 5322—5329 (1975).
45. Cedar H., Schwartz J. H„ JBC, 244, 4112—4121 (1969).
46. Horowitz B., Meister A., JBC, 247, 6708—6719 (1972).
47. Wriston J. C., Jr., Yellin T. 0., Adv. Enzymol., 39, 185—248 (1973).
48 Funkhouser J. D., Abraham A., Smith V. A., Smith W. G., JBC, 249, 5478—5484
(1974).
49 Rodwell V. W., Metab. Pathways, 3rd ed., 3, 317—373 (1969).
50. Tanphaichitr V., Horne D. W„ Broquist H. P., JBC, 246, 6364—6466 (1971).
50a Rebovche C. J., Broquist H. D., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 33, 1545
(1974).
51. Soda K-, Misono H„ Yamamoto T., Biochemistry, 7, 4102—4109 (1968).
62 Grove J. A., Linn T. G., Willett C. J., Henderson L. M., BBA, 215, 191—194
(1970).
53 Miller D. L.. Rodwell V. W„ JBC, 246, 2758—2764 (1971).
54. Rothstein M„ ABB, 111, 467—476 (1965).
55. Stadtman T. C., Adv. Enzymol., 38, 413—448 (1973).
56 Chirpich T. P., Zappia V., Costilow R. N„ Barker H. A., JBC, 245, 1778—178i>
(1970).
57. Baker J. J., Drift C. van der, Stadtman T. C., Biochemistry, 12, 1054—1063
(1973).
58 Leng I.-M., Barker H. A., JBC, 249, 6578—6584 (1974).
58a. Palmer J. L„ Abeles R. H„ JBC, 251, 5817—5819 (1976).
Метаболизм азотсодержащих соединений 1Я
59. Burg S. Р., PNAS, 70, 591—597 (1973).
60. Mur г D. Р., Yang S. F., Plant Physiol., 55, 79—82 (1975).
61. Wood W. A., Curr. Top. Cell. Regul., 1, 161—182 (1969).
62. Rabinowitz K. W., Niederman R. A., Wood W. A., JBC, 248, 8207—8215 (1973)
63. Calhoun D. H„ Rimerman R. H., Hotfield G. W., JBC, 248, 3511—3516 (1973).
63a. Umbarger H. E., Science, 123, 848 (1956).
63b. Svent-Gyorgyi A., Life Sci., 15, 863—875 (1974).
6|4 . Bergquist A., Eakin E. A., Murali D. K, Wagner R. P., PNAS, 71, 4352—4355
(1974).
65. Abiko Y., Metab. Pathays, 3rd ed., 7, 1—25 (1975).
65a. Eisenberg M. A., in: Metabolic Pathways, 3rd ed. (D. M. Greenberg, ed.), Vol. VII,
pp. 27—56, Academic Press, New York, 1975.
65b. Stoner G. L„ Eisenberg M. A., JBC, 250, 4029—4036 (1975).
66. Tanaka K-, Armitage I. M., Ramsdell H. S., Hsia Y. E., Lipsky S. R., Rosenberg L E
PNAS, 72, 3692—3696 (1975).
67. Williams H. E., Smith L. H., Jr., Science, 171, 390—391 (1971).
68. Williams H. E., Smith L. H., Jr., in: The Metabolic Basis of Inherited Disease
(J. B. Stanbury, J. B., J. B. Wyngaarden and D. S. Fredrickson, eds.), 3rd ed.
pp. 196—219, McGraw-Hill, New York, 1972.
69. Nyham W. L., ed., Heritable Disorders of Amino Acid Metabolism, Wiley, New York
1974.
70. Yoshida T., Kikuchi G., J. Biochem. (Tokio), 72, 1503—1516 (1972).
71. Klein S. M„ Sagers R. D., JBC, 242, 297—300, 301—305 (1967).
72. Motokawa Y., Kikuchi G., ABB, 164, 624—633 and 634—640 (1974).
73. Baginsky M. L., Huennekens F. M., BBRC, 23, 600—605 (1966).
73a. Shemin D., Rittenberg D., JBC, 166, 621—625 (1946).
73b. Whiting M. J., Granick S., JBC, 251, 1340—1346 (1976).
74. Beale S. I., Gough S. P., Granick S., PNAS, 72, 2719—2723 (1975).
75. Shemin D., in: The Enzymes (P. D. Boyer, ed.), 3rd ed., Vol. 7, pp. 323—356, Aca-
demic Press, New York, 1972.
76. Goodwin T. W., ed., Porphyrins and Related Compounds, p. 215, Academic Press)
New York, 1969.
77. Poulson R„ Polglase W. J., JBC, 250, 1269—1274 (1975).
78. Sawada H., Takeshita M., Sugita Y., Yoneyama Y., BBA, 178, 145—155 (1969).::'
79. McKay R., Druyan R., Getz G. S., Rabinowitz M., BJ, 114, 455—461 (1969).
80. Goodwin T. W., in: Structure and Function of Chloroplasts (M. Gibbs, ed.), pp. 215—
276, Springer-Verlag, Berlin and New York, 1971.
81. Bogorad L., in: Chemistry and Biochemistry of Plant Pigments (T. W. Gudwin, ed.),
pp. 64—148, Academic Press, New York, 1976.
82. Brown С. E., Shemin D., Katz J. J., JBC, 248, 8015—8021 (1973).
83. Scott A. J., Townsend C. A., Okada K, Kajiwara M., JACS, 96, 8054—8069 and
8069—8080 (1974). H
83a. Scott A. I., Но К S., Kajiwara M., Takahashi T., JACS, 98, 1589—1591 (1976). J.
84. Macalpine I., Hunter R., Sci. Am., 221, 38—46 (Jul. 1969). <s
85. York J. L., The Porphyrias, Thomas, Springfield, Illinois, 1972. V
86. Marver H. S., Schmid R., in: The Metabolic Basis of Inherited Disease (J. B. Stan-
bury, J. B., Wyngaarden and D. S. Fredrickson, eds.), 3rd ed., pp. 1087—1140,
McGraw-Hill, New York, 1972.
87. Piper W. N„ Condie L. W„ Tephly T. R., ABB, 159, 671—677 (1973).
88. Poland A., Glover E„ Science, 179, 476—477 (1973).
89. Heocha С. O., in: Porphyrins and Related Compounds (T. W. Goodwin, ed.), pp. 91—
105, Academic Press, New York, 1969.
90. Tenhunen R., Marver H., Pinstone N. R., Trager W. F., Cooper D. Y., Schmid R-,
Biochemistry, 11, 1716—1720 (1972).
90a. Maines M. D„ Kappas A., PNAS, 71, 4283—4287 (1974).
91. Siegel L. M„ Davis P. S., Karnin H., JBC, 249, 1572—1586 (1974).
92. Murphy M. J., Siegel L. M., Karnin H., JBC, 248, 2801—2814 (1973).
93. Siegel L. M„ Davis P. S., JBC, 249, 1587—1598 (1974).
94. Schmidt A., Abrams W. R., Schiff J. A., EJB, 47, 423—434 (1974).
94a. Cook P. F., Wedding R. T., JBC, 251, 2023—2029 (1976).
95. Collins J. M., Monty K. I., JBC, 248, 5943—5949 (1973).
96. Akopyan T. N., Braunstein A. E., Goryachenkova E. V., PNAS, 72, 1617—1621
(1975).
96a. Hayes К- C., Carey R. E., Schmidt S. Y., Science, 188, 949—951 (1975).
96b. Haines T. H., in: Lipids and Biomembranes of Eukaryotic Microorganisms (J. A. Er-
win, ed.), p. 207, Academic Press, New York, 1973.
97. Cohen H. J., Betcher-Lange S., Kessler D. L., Rajagopalan К. V., JBC, 247, 7759-4-
7766 (1972).
98. White R. H., Science, 189, 810 (1975). : >
98a. Davis B. D., Experientia, 6, 41—50 (1950). . ,. . j*.
4 80 Метаболизм азотсодержащих соединений
98b. Haslam Е., The Shikimate Pathway, Butterworths, London, 1974.
99. Gollub E., Zaltfin H„ Sprinson D. B., JBC, 242, 5323—5328 (1967).
100. DeLeo A. B., Dayan J., Sprinson D. B., JBC, 248, 2344—2353 (1973).
101. Adlersberg M., Sprinson D. B., Biochemistry, 3, 1855—1860 (1964).
102. Huang L., Montoya A. L., Nester E. W„ JBC, 250, 7675—7681 (1975).
103. Bondinell W. E., Vnek J., Knowles P. F., Sprecher M., Sprinson D. B., JBC, 246,
6191—6196 (1971).
104. Morell H., Clark M. J., Knowles P. F., Sprinson D. B„ JBC, 242, 82—90 (1967).
105. Davidson В. E., Blackburn E. H„ Dopheide T. A. A„ JBC, 247, 4441—4446
(1972).
106. Dopheide T. A. A., Crewther P., Davidson В. E., JBC, 247, 4447—4452 (1972).
107. Jensen R. A., Pierson D. L., Nature (London), 254, 667—671 (1975).
107a. Rosenberg H., Young I. G., in: Microbial Iron Metabolism (J. B. Neilands, ed.),
pp. 67—82, Academic Press, New York, 1974.
108. Zalkin H., Adv. Enzymol., 38, 1—39 (1973).
109. Hulett F. M„ De Moss J. A., JBC, 250, 6648—6652 (1975).
110. Hitendorf К H., Gilch H., Lingens F., FEBS., Lett., 16, 95—98 (1971).
111. Schubert К R-, Switzer R. L„ Shelton E„ JBS, 250, 7492—7500 (1075).
Illa. Truffa-Bachi P., Cohen G. N., Annu. Rev. Biochem,, 42, 113—134 (1073).
112. Bentley R., Campbell I. M., in: The Chemistry of the Quinonoid Compounds (S. Pa-
tai, ed.), Part 2, pp. 683—736, Wiley, New York, 1974.
113. Gibson F., Biochem. Soc. Trans., 1, 317—326 (1973).
114. Goodwin T. W., in: Structure and Function of Chloroplasts (M. Gibbs, ed.), pp. 215—
276, Springer-Verlag, Berlin and New York, 1971.
115. Trumpower B. L., Houser R. M., Olson R. E., JBS, 249, 3041—3048 (1974).
116. Towers G. H. N., Subba Rao P. V., Recent Adv. Phytochem., 4, 1—43 (1972).
117. Baldwin R. M., Snyder C. D., Rapoport H., Biochemistry, 13, 1523—1530 (1974).
118. Knox W. E., in: The Metabolic Basis of Inherited Disease, (J. B. Stanbury, J. B. Wyn-
gaarden, and D. S. Fredrickson, eds.), 3rd ed., pp. 266—295, McGraw-Hill, New York,
1972.
119. Chong-Cheng C„ Oliver I. T., Biochemistry, 11, 2547—2553 (1972).
120. Lee K.-L., Nickol J. M„ JBC, 249, 6024—6026 (1974).
121. Johnson R. IV., Kenney F. T., JBC, 248, 4528—4531 (1973).
122. La Du B. N., in: The Metabolic Basis of Inherited Disease (J. B. Stanbury,
J. B. Wyngaarden and D. S. Fredrickson, eds.), 3rd ed., pp. 308—325, McGraw-Hill,
New York, 1972,
123. White A., Handler P„ Smith E. L„ Principles of Biochemistry, 5th ed., pp. 1030—
1041, McGraw-Hill, New York, 1973.
124. Stanbury J. B., in: The Metabolic Basis of Inherited Disease (J. B. Stanbury,
J. B. Wyngaarden and D. S; Fredriskson, eds.), 3rd ed., pp. 223—265, McGraw-Hill,
New York, 1972.
124a. Tata J. R„ Nature (Liondon), 259, 527—528 (1976).
125. Cahnmann H. J., Funakoshi K-, Biochemistry, 9, 90—98 (1970).
126. Lardy H. A., Maley G. F., Recent Prog. Horm. Res., 10, 129—155 (1954).
127. Surks M. J., Koerner D., Dillman W., Oppenheimer J. H., JBC, 248, 7066—7072
(1973).
127a. Spindler B. J., MacLeod К. M., Ring J., Baxter J. D., JBC, 250, 4113—4119
(1975).
127b. Tata J. R„ Nature (London), 257, 18—23 (1975).
128. Armstrong K. J., Stouffer J. E., Inwegen R. G. Van, Thompson W. J., Robinson G. A.,
JBC, 249, 4226—4231 1974).
129. Morgenrath V. H., Ill, Boadle-Biber M., Roth R. H., PNAS, 71, 4283—4287 (1974).
130. Swan G. A., Fortschr. Chem. Org. Naturst., 31, 521—582 (1974).
131. Thomson R. H„ Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 13, 305—312 (1974).
132. Dagley S., Nicholson D. E., An Introduction to Metabolic Pathweys, Wiley, New
York, 1970.
133. Johnson B. F., Stonier R. Y., J. Bacteriol., 107, 476—485 (1971).
134 Patel R. N., Meagher R. B., Ornston L. N.. JBC, 249, 7410—7419 (1974).
135. Thomas M., Ranson S. L„ Richardson J. A., Plant Physiology, 5th ed., Longmans,
Green, New York, 1973.
136. Snell E. E„ Haskell В. E., Compr. Biochem., 21, 47—71 (1970).
137. Schubert W. J., Compr. Biochem., 20, 93—230 (1968).
138. Steelink C., Recent Adv. Phytochem., 4, 239—271 (1972)
139. Nimz H„ Angew. Chem., Int. Ed. Engl., 13, 313—321 (1974) .
140. Pelletier S. W., Chemistry of the Alkaloids, Van Nostrand-Reinhold, Princeton, New
Jersey, 1970.
141. Spencer I. D., Compr. Biochem., 20, 321'—413 (1968).
141a. Robinson R., J. Chem. Soc., Ill, 876—899 (1917).
141b. Robinson R„ The Structural Relations of Natural Products, Oxford Univ. Press,
T ondnn. 1955. . . , ' .
Метаболизм азотсодержащих соединений 181
142. Young S. Н., Oravec М„ Sourkes Т. L„ JBC, 249, 3932—3936; (1974).
142а. Brown Н. М„ Purves W. К., JBC, 251, 907—913 (1976).
143. Brenner М., Ames В. Н., Metab. Pathways, 3rd ed., 5, 349—387 (1971).
144. Goldberger R. F., Kovach J. S., Curr. Top. Cell. Regul., 5, 285—308 (1972).
145. Brashear W. T., Parsons S. M., JBC, 250, 6885—6890 (1975).
146. Sanwal B. D., Kapoor M., Duckwdrth H. W., Curr. Top. Cell. Regul., 3, 1 — Ц5
(1971).
147. Davidson J. N., The Biochemistry of Nucleic Acids, 7th ed., pp. 215—232, Acade-
mic Press, New York, 1972.
148. Henderson J. E., Paterson A. R. P., Nucleotide Metabolism, Academic Press New
York, 1973.
149. Beak P., Siegel B„ JACS, 98, 3601—3606 (1976).
150. Thelander L., Larsson B., Hobbs J., Eckstein F., JBC, 251, 1398—1405 (1976)
151. Hamilton F. D„ JBC, 249, 4428—4434 (1974).
152. Stadtman E. R., in: The Enzymes (P. D. Boyer, ed.), 3rd ed., Vol. 1, pp. 442—443,
Academic Press, New York (1970).
153. Friedkin M., Adv. Enzymol., 38, 235—292 (1973).
154. Santi D. V., Brewer C. F„ JACS, 90, 6236—6238 (1968).
155. Koerner !. F., Annu. Rev. Biochem., 39, 291—322 (1970).
155a. Leder I. G„ Metab. Pathways, 3rd ed., 7, 57—85 (1975).
156. Lowenstein J., Tornheim K., Science, 171, 397—400 (1971).
157. Coffee C. J., Kofke W. A., JBS, 250, 6653—6658 (1975).
157a. Brox L. M„ Henderson J. F., Can. J. Biochem., 54, 200—202 (1976).
157b. Weyden M. B. Van der, Kelley W. N., JBC, 251, 5448—5456 (1976).
157c. Mills G. C., Schmalstieg F. C., Trimmer К. B., Goldman A. S., Goldblum R. M.,'
PNAS, 73, 2867—2871 (1976).
158. Burg A. W„ Brown G. M„ JBC, 243, 2349—2358 (1968).
159. Foor F„ Brown G. M., JBC, 250, 3545—3551 (1975).
160. Cone J., Guroff G„ JBC, 246, 979—985 (1971).
161. Shiota T., Compr. Biochem., 21, 111—152 (1970).
162. Blakley R. L., The Biochemistry of Folic Acid and Related Pteridines, North-Holland»
Amsterdam, 1969.
163. Bacher A., Lingens F„ JBC, 246, 7018—7022 (1971).
164. Plaut G. W. E„ Compr. Biochem., 21, 11—45 (1970).
165. Plaut G. W. E„ Smith С. M., Annu. Rev. Biochem., 43, 899—922 (1974).
166a. Mailander B., Bacher A., JBC, 251, 3623—3628 (1976).
166. Lu S.-H., Alword W. L., Biochemistry, 11, 608—611 (1972).
Глава 15
Биохимическая генетика и синтез
нуклеиновых кислот и белков
Некоторые из наиболее важных открытий последних лет в биологий
связаны с расшифровкой генетического кода (гл. 1, разд. А, 3) и выяс-
нением путей, ведущих к синтезу нуклеиновых кислот и белков. Строе?
ние нуклеотидов и аминокислот (гл. 14), так же как химические основы
процессов полимеризации (гл. 11), разд. Д), мы рассмотрели раньше;
В этой главе пойдет речь о механизмах, контролирующих реакции поли-
меризации и обеспечивающих организацию нуклеотидов и аминокислот
в правильные последовательности. Изучение этих механизмов связано
с развитием генетики и биохимии, что и отражено в названии данной
главы [1, 5]. :
А. Как возникла настоящая концепция
Приведенный в этой главе материал достаточно сложен, и при его
изложении нам придется пользоваться терминами, не знакомыми многим
студентам-химикам. Поэтому представляется целесообразным сначала
осветить вкратце весь вопрос в целом, используя исторический подход.'
В этом разделе мы познакомимся также с методом «картирования» бак-
териальных хромосом, а в последующих разделах — с химическими осо-
бенностями процессов транскрипции и трансляции генетической инфор-,
мации, заложенной в ДНК. В заключение после описания некоторых ге-
нетических методов мы рассмотрим химические аспекты процесса син-
теза ДНК и мутаций.
1. ДНК как генетический материал
Открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты датируется 1869 г., ког-
да Фредерик Мишер выделил новое химическое соединение из лейкоци-
тов (из гноя), а затем и из сперматозоидов. Это вещество получило на-
звание нуклеиновой кислоты. Спустя некоторое время выяснилось, что
оно встречается как у растений, так и у животных, причем оказалось,
что к лучшим источникам нуклеиновых кислот относятся тимус и дрож-
жевые клетки. В результате химических исследований вскоре было уста-
новлено, что нуклеиновые кислоты, выделенные из тимуса и из дрож-
жей, различны. Как мы теперь знаем, тимусные нуклеиновые кислоты
представлены в основном ДНК, а дрожжевые — РНК. В течение неко-
торого времени полагали, что в клетках животных содержится только
ДНК, а в клетках растений — только РНК; так думали до начала 40-х
годов, когда стало ясно, что во всех живых организмах содержатся
оба соединения [5, 6].
Генетика и синтез нуклснниянл лпч»м*
а. «Трансформация» бактерий
В 1928 г. на клетках Diplococcus pneumoniae были выполнены важ-
ные эксперименты, результаты которых показали, что генетическая ин-
формация, контролирующая свойства капсульных полисахаридов (гл. 5,
разд. Г), может передаваться от’одного штамма бактерий к другому,
«Согласно этим экспериментам, какое-то вещество, присутствующее в уби-
тых клетках и бесклеточных экстрактах, стабильно изменяет свойства
капсул, подвергнутых воздействию этого вещества. Данное явление, по-
лучившее название «трансформация» бактерий, много лет оставалось за-
гадкой. В то время когда были выполнены эти эксперименты, не было
даже и намека на генетическую роль нуклеиновых кислот, которые вос-
принимались всеми как довольно странный материал. Более того, к тому
времени еще не была доказана ковалентная природа связей в нуклеино-
вых кислотах. Широко было принято представление о тетрануклеотиде
как о повторяющейся единице какого-то регулярного полимера. Обычно
считалось, что гены имеют белковую природу.
В 1944 г. Эйвери1’ и его сотрудники показали, что очищенные экст-
ракты ДНК пневмококков могут вызвать трансформацию бактерий
{7, 8]. Очищенный трансформирующий агент содержал лишь небольшое
количество белков. Протеолитические ферменты его не инактивировали,
а дезоксирибонуклеаза — инактивировала.
Таким образом, эксперименты по трансформации бактерий убеди-
тельно показали, что ДНК является генетическим материалом. На это
указывали также результаты некоторых других экспериментов. Было
обнаружено, например, что ДНК локализуется в ядрах эукариотических
клеток. Оказалось, что абсолютное количество ДНК в расчете на одну
клетку для организма данного вида — величина постоянная. Тот факт,
что ДНК представляет собой генетический материал определенных ви-
русов, доказали в 1952 г. Д. Херши и Чейз [8а], обнаружившие, ч:то при
заражении клетки вирусом бактерий (бактериофагом) вирусная ДНК
проникает внутрь бактерии, а белковая «оболочка» остается снаружи.
Это удалось продемонстрировать, приготовив два типа меченых бакте-
риофагов Т2 (дополнение 4-Д). В одном из них ДНК была мечена изо-
топом 32Р, а у другого в белок был включен изотоп 35S. Клетки Е. coll
заражали препаратами меченых фагов, а затем энергично перемешивали
в гомогенизаторе Уоринга для удаления фаговых частиц. В результате
произошло следующее: около 80% 35S отделилось от бактерии, большая
же часть 32Р проникала внутрь бактерий и могла быть обнаружена даже
в бактериофагах следующих поколений [3].
б. Двойная спираль [9]
По мере развития новых методов исследования химического состава
нуклеиновых кислот было установлено (Чаргафом), что, несмотря на
очень сильное различие в относительном содержании разных оснований
в различных ДНК, молярное соотношение между аденином и тимином,
так же как и между цитозином и гуанином, во всех исследованных ДНК
составляет приблизительно 1 : 1 [10]. На основе этих данных была вы-
двинута концепция о спаривании оснований в ДНК. Окончательные ре-
зультаты были получены при исследовании вытянутых нитей ДНК ме-
тодом реитгеноструктурного анализа. Из этих исследований следовало,
что молекулы ДНК почти наверняка имеют строение спирали, состоящей
11 Чаргаф указывает, что, сделав это открытие в возрасте 67 лет, Эйвери опровер!
Широко распространенную точку зрения, согласно которой научные открытия делаются
Золько молодыми людьми.
184 Глава 15
более чем из одной цепи. Решающие эксперименты были выполнены
Франклин [И] и Уилкинсом, данные которых использовали Уотсон и
Крик при построении в 1953 г. своей модели двойной спирали [12, 13]
(рис. 2-21). Когда строение ДНК было установлено, оно уже само по
себе подсказывало вывод о кодирующих свойствах молекулы ДНК и о
механизме ее репликации в природе. Казалось очевидным, что основой
генетического кода должна служить последовательность нуклеотидов и
что спаривание оснований представляет собой механизм, делающий воз-
можным разделение двух взаимно комплементарных цепей и последую-
щий биосинтез новой комплементарной цепи (вдоль каждой из родитель-
ских цепей). Таким способом может происходить точное копирование
генов. Аналогично этому молекулы РНК могут синтезироваться вдоль
ДНК-«матрицы», а затем выходить в цитоплазму.
Связь между наличием РНК в цитоплазме и синтезом белка была
установлена благодаря результатам ряда опытов, выполненных в начале
40-х годов [т. е. до того как была расшифрована структура ДНК-—
Перев.]. Вслед за открытием двойной спирали сразу же была предло-
жена концепция, согласно которой ДНК играет роль первичного «шаб-
лона», с которого могут копироваться вторичные шаблоны РНК. РНК-
копии, впоследствии получившие название информационных РНК
(мРНК; гл. 1, разд. А, 4), содержат генетическую информацию, опреде-
ляющую последовательность аминокислот в белке. Поток информации
от ДНК к РНК и к белку может быть символически представлен в
следующем виде:
Гранскрицпия Трансляция . г .
ДНК ---------*" РНК-------► Белки -->- Регуляция метаболизма (10-1)
Белки тем или иным образом контролируют все метаболические про-
цессы, в том числе реакции образования нуклеотидных предшественни-
ков нуклеиновых кислот и реакции, приводящие к полимеризации амино-
кислот и нуклеотидов. Таким образом, поток информации от ДНК к бел-
кам представляет собой лишь часть большей петли метаболических про-
цессов, причем сам процесс репликации ДНК происходит с высокой
степенью точности. Поток генетической информации всегда направлен
от ДНК в клетку, и копии с первичного шаблона передаются от поко-
ления к поколению почти в неизменном виде. Простая концепция, вы-
раженная уравнением (15-1), быстро привлекла к себе внимание учено-
го мира и привела к стремительному развитию биохимической генетики.
в. Хромосомная карта Е. coll
Рассмотрим теперь наиболее важный аспект строения ДНК, а имен-
но последовательность нуклеотидов, в которой и заключена генетическая
информация. В кольцевой молекуле ДНК, образующей хромосому
Е. coll, содержится 3,8 млн. нуклеотидов. В сущности говоря, мы еще
только приступили к детальному изучению нуклеотидной последователь-
ности некоторых участков этой хромосомы. Однако если иметь в виду
не детали, то можно сказать, что о хромосоме мы знаем не так уж
мало. Точно известно, в частности, что индивидуальные гены в этой хро-
мосоме расположены линейно. К 1972 г. было установлено расположе-
ние 460 генов на хромосомной карте (рис. 15-1; см. также табл. 15-1).
Для того чтобы стало понятно, как была получена приведенная на
рис. 15-1 хромосомная карта, необходимо вкратце рассмотреть некото-
рые из методов генетических исследований. (К этому вопросу мы еще
вернемся в разд. Б.) Первые работы по составлению генетических карт
относятся к тому времени, когда было обнаружено, что существуют му-
танты, рост которых зависит от присутствия в среде специфических фак-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот пя>
торов. Обычные клетки Е. coli «дикого типа» могут расти на минималь-
ной среде, содержащей какое-либо углеродное соединение в качестве
источника энергии и неорганические питательные вещества. Ультрафио-
летовое облучение или обработка химическими мутагенами приводит к.
появлению большого числа мутантных клеток, неспособных расти на та-
ага
О А в / о с
РИС. 15-1. Хромосомная карта Е. coli штамма К-12 (данные взяты нз статьиг
Bachman В. J., Low К. В., Taylor A. L., Bacteriol. Rev., 40, 116—167 (1976)). Шкала
времени построена по результатам опытов с прерванной конъюгацией. Точкой отсчета
произвольно выбран локус thr. Перечень генетических символов и пояснения к ним при-
ведены в табл. 15-1. В каждом данном участке генома обычно транскрибируется толь-
ко одна из цепей ДНК. Поскольку цепи ДНК аитипараллельны, то при транскрипции
одна из цепей считывается по часовой стрелке, а другая — в противоположном направ-
лении (условно принято считать, что прн указанной на рисунке ориентации хромосомы^
г-цепь транскрибируется по часовой стрелке). Направления транскрипции различных,
оперонов указаны стрелками. Аналогичными методами была получена также карта для1
Salmonella typhimurium [Sanderson К. Е., Bacteriol. Rev., 36, 558—586 (1972)].
кой минимальной среде. Однако при добавлении одного или нескольких
специфических соединений типа аминокислот или витаминов рост му-
тантных бактерий обычно восстанавливается. Отбор ауксотрофов по-
пищевым потребностям (так называются эти мутанты) чаще всего осу-
ществляют, высевая большое число облученных или химически обрабо-
танных клеток в чашки, содержащие твердую, богатую питательными
веществами среду. Затем, когда из отдельных бактерий образуются ко-
лонии (клоны), производят отбор ауксотрофов методом реплик (отпё«?
Таблица 15-1
Некоторые гены Е. coIP
Символ гена Происх ождение символа Положение на генетической карте, мин6 Другие генетические символы; кодируемый признак
асеА Ацетат 89 Изоцитрат-лиаза
асеВ 89 Малат-сннтетаза А
агаА Арабиноза 1 L-арабинозонзомераза
агаВ 1 L-рнбулокиназа
агаС 1 Регуляторный ген
araD 1 Б-рибулозо-5-фосфат — 4-эпнмераза
ага! 1 Инициаторный локус
агаО 1 Операторный локус
argF Аргинин 6 Орннтин-карбамонлтрансфераза
argG 68 Аргнниносукцннат-сннтетаза
aroB Ароматический 73 Дегидрохнннат-сннтетаза
aroD 37 Дегидрохнннат-дегндратаза
aroE » 71 Дегндрошикиматредуктаза
aroH » 37 б-фосфат-З-дезоксн-О-арабиногепту- лонат — синтетаза (изофермент, ре- прессируемый триптофаном)
aro! Ароматический 37 Возможный локус оператора для
atoA Ацетоацетат 48 СоА-трансфераза
atoB 48 Тнолаза II
atoC » 48 Регуляторный ген
att X Присоединение (attachment) 17 Сайт интеграции профага X
bioA Биотин 17 Группа II; 7-оксо-8-амннопеларгоно- вая кислота (7 КАР)—►7,8-днамн- нопеларгоновая кислота (DAPA)
bioB » 17 Превращение детнобнотина в биотин
bioC 17 Блок на одной нз стадий предшест- вующих синтезу пнмелонл-СоА
bioD 17 Детиобнотнн-синтетаза
bioF 17 Пнмелоил-СоА—►7 КАР
bioO » 17 Оператор для генов от ЫоВ до bioD
bioP 17 Промотор для генов от ЫоВ до BioD
cheA Хемотаксис 42 Хемотаксическая подвижность
cheB 42 То же
crp 73 Белок-рецептор циклического адено- зннмонофосфата
cya 83 Аденнлатцнклаза
dctA 79 Поглощение С^-днкарбоновых кислот
dnaA ДНК (DNA) 82 Синтез ДНК, нарушение инициации
dnaB 91 Синтез ДНК
dnaC 99 dnaD; синтез ДНК, нарушение ннн- цнацни
dnaE » 4 polC; ДНК-полнмераза III и актив- ность мутатора
dnaF 48 nrdA\ рнбоиуклеозндднфосфат-редук- таза
dnaG » 66 Синтез ДНК
dsdA D-сернн 50 - Дезаминаза D-сернна
entA Энтерохелнн 13 2,3-днгндро-2,3-днокснбензоат — де- гидрогеназа
entB 13 2,3-днгндро-2,3-дноксибеизоат — син- тетаза
entC 13 Изохорнзмат-сннтетаза
entD, E, F 13 Неизвестные стадии превращения 2,3-днокснбензоата в энтерохелнн
fab A 22 р-Оксндеканонлтноэфнр — дегидра- таза
gadR 81 Регуляторный ген для gadS
gadS 81 Глутаматдекарбокснлаза
galE Галактоза 17 Урндниднфосфогалактоза — 4-эпи- мераза
galK 17 Галактокиназа
galO 17 Локус оператора
Продолжение
Символ гена Происхождение символа Положение на генетической карте, мии® Другие генетические символы; кодируемый признак
4а/г » 17 Галактоза-1-фосфат — уридилтранс- фераза
aalR gieA .glgB » 61 Регуляторный ген
Гликоген 74 Г ликогенсинтетаза
» 74 а-1,4-глюкан : а-1,4-глюкан — 6-глю-
козилтрансфераза
^IgC > 74 Аденозиндифосфат : глюкоза — пиро-
фософорилаза
Глицин 79 Глицил-тРНК — синтетаза
tfaisA Г истидин 44 Изомераза
his В » 44 Имидазолглицефосфат-дегидратаза,
гистидинолфосфатаза
fiisC » 44 Имидазолацетолфосфат-трансаминаза
.fiisD » 44 Г истидинолдегидрогеназа
hisE » 44 Фосфорибозил-АТР — пирофосфогид-
ролаза
tiisF 44 Циклаза
flisG 44 Фосфорибозил-АТР — пирофосфори-
лаза
hisH Г нстидин 44 Амидотрансфераза
tdsl 44 Фосфорибозил-АМР — гидролаза
JiisO 44 Локус оператора
hsdM Зависимость от спе- 98 Модификация ДНК хозяина: ДНК-
цифического хозяи- на (host specify у) метилаза М Рестрикция ДНК хозяина: эндонукле-
ifisdR То же 98
аза R
ilvA Изолейцин-валин 83 Треониндезаминаза (дегидратаза)
ilvB » 83 Синтетаза I ацетооксикислот
ilvC 83 Редуктоизомераза а-окси-0-кислот
ilvD 83 Дегидраза
ilvE » 83 Трансаминаза В
ilvO 83 Локус оператора для генов ilvA, D, Е
ilvP 83 Локус оператора для гена ilvB
HvQ » 83 Индукция узнающего участка гена
UvC
ilvcY 83 Элемент положительного контроля
&dp индукции гена ilvC
Зависимость от ка- 16 Дефект в поглощении ионов К
lacA лия (K-dependence)
Лактоза 8 Тиогалактозид-трансацетилаза
lac! 8 Регуляторный ген
lacO 8 Локус оператора
lacP 8 Локус промотора
lacY 8 Галактозид-пермеаза (М-белок)
lacZ » 8 Р-Галактозидаза
mot Подвижность (motili- 42 Паралич жгутиков
mutL Мутатор 93 Высокая степень генерализованной
PabB п-Амииобензоат мутабильности (ATs^GC)
40 Потребность в п-аминобензоате
Pit Пили 98 Наличие или отсутствие пилей (вор-
PlsA сииок)
Фосфолипид 11 Глицерол-З-фосфат— ацилтранс-
Pnp фераза
68 Полинуклеотидфосфорилаза
PolA Полимераза 85 ДНК-полимераза I
Pol В 2 ДНК-полимераза II
PtsG Система фосфотранс- феразы Пурии 24 Катаболитная репрессия
PurA 93 Аденилосукцинат-сиитетаза
PurB 25 Аденилосукциназа
PyrB Пиримидин 95 Аспартат-карбомоилтрансфераза
VUrb » 21 Дигидрооротатдегидрогеназа
188 I лава 15
Продолжение-
Символ гена Происхождение символа Положение на генетической карте, мин^ Другие генетические символы; кодируемый признак
гесА Рекомбинация 58 Чувствительность к ультрафиолету и способность к генетической реком- бинации
гесВ » 60 Чувствительность к ультрафиолету, генетическая рекомбинация; субъ- единица экзонуклеазы V
гесС » 60 То же
relA Ослабленный (rela- xed) 59 Регуляция синтеза РНК
гроВ РНК-полимераза 89 РНК-полимераза; 0-субъединица (rif-ген)
rpsL Рибосомный белок, малый (ribosomal protein small) 72 Рибосомный белок S12 (ген str А, устойчивость к стрептомицину)
serA Серин 62 З-фосфоглицерат — дегидрогеназа
serO » 20 Локус оператора
serS » 20 Серил-тРНК — синтетаза
speA Спермидин 63 Аргининдекарбоксилаза
speB » 63 Агматин — уреогидролаза
speC » 63 Орнитиндекарбоксилаза
supB Супрессор 15 Супрессия огЛге-мутаций
supE 15 Супрессия amfcer-мутаций (su-2)
thrA Треонин 0 Комплекс аспартаткиназа — 1-гомосе- риндегидрогеназа I
thrB •» 0 Гомосеринкиназа
thrC » 0 Треонинсинтетаза
trpA Триптофан 27 Триптофансинтетаза, А-белок
trpB » 27 Триптофансинтетаза, В-белок
trpC » 27 N- (5-фосфорибозил) -антранилат
trpD » 27 Фосфорибозил-антраннлат — транс- фераза
trpE » 27 Антранилат-синтетаза
trpO » 27 Локус оператора
tyrA Тирозин 56 Хоризматмутаза, Т-префенат — дегид- рогеназа
tyrT » 27 Тирозиновая tPHKi (ген su-3, amber- супрессор)
ubiA Убихинон 90 4-оксибеизоат—►З-октапреиил-4-окси- бензоат
uvrA Ультрафиолет 91 Репарация ультрафиолетовых по- вреждений ДНК, УФ-эндоиуклеаза
valS Валин 95 Валнл-тРНК — синтетаза
В этом списке приведено лишь 125 из 650 генов, положение которых на генетической карте
установлено.
® Положения генов схематически показаны на рис. 15-1.
чатков), пересевая отпечатки (реплики) полученных колоний в чашки,
содержащие минимальную среду со специфическими добавками1*.
11 Для перепечатывания реплик к чашке с питательным агаром, на котором растут
небольшие колонии бактерий, прижимают стерильную бархатную подушечку, после чего,
ее используют для «перепечатывания» реплик в чашки с минимальной средой. Исход-
ные колонии и колонии, образовавшиеся в чашках-репликах (с минимальной средой),
сравнивают, после чего отбирают колонии ауксотрофов (которые йе росли на минималь-
ной среде). На втором этапе ауксотрофы можно тем же методом реплик перенести
в чашки с минимальной средой, содержащей различные питательные добавки (ами-
нокислоты, пурины, пиримидины, витамины и т. д.). Отбор становится проще при пред-
варительной обработке пенициллином (дополнение 7-Г) облученных клеток в мини-
мальной среде. Пенициллин убивает растущие клетки, тогда как ауксотрофы, которые
не растут на минимальной среде, выживают. В дальнейшем производят разрушение
пенициллина, добавляя пенициллиназу (дополнение 7-Г). В результате этих операций
процентное содержание ауксотрофных мутантов в суспензии значительно увеличи-
вается [3].
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 189
У ауксотрофа по пищевым потребностям имеется обычно дефектный
ген, детерминирующий белок, без которого не может осуществляться
биосинтез питательного компонента, необходимого данному ауксотрофу.
Исходя из этого, выявляют затронутый мутацией ген, которому присваи-
вают соответствующий генетическйй символ. Так, например, ген, детер-
минирующий синтез одной из белковых субъединиц триптофансинтета-
зы, назван trpA. С помощью метода реплик можно определить также и
другие типы мутаций, например мутации, нарушающие подвижность
или другие свойства клетки; и в этом случае мутантные гены получают
соответствующие символы. Некоторые из этих генетических символов
приведены на генетической карте, показанной на рис. 15-1.
Обычно бактерии размножаются простым клеточным делением, т. е.
количество ДНК в хромосоме удваивается, клетки делятся и дочерние
клетки получают идентичные хромосомы. Однако, как показали в 1946 г.
Дедерберг и Татум [13а], бактерии могут размножаться и половым пу-
тем. Прямых данных о спаривании у бактерий первоначально не было,
однако было показано, что если смешать клетки двух различных мутант-
дых штаммов К-12 Е. coll и выращивать их совместно в течение несколь-
ких поколений, то некоторые бактерии вновь обретут способность к ро-
сту на минимальной среде. Поскольку каждый из этих штаммов содеи-
жал по одному дефектному гену, образование особи, не несущей ни од-
ного из этих дефектов, могло произойти лишь в результате комбиниро-
вания генетического материала обеих штаммов. Именно эти опыты по-
служили основанием для вывода о существовании у бактерий конъюга-
ции. В дальнейшем было показано, что в процессе конъюгации может
происходить истинная генетическая рекомбинация. Это означает, что
гены двух спаривающихся клеток могут быть интегрированы с образо-
ванием единой цепи бактериальной ДНК.
г. Факторы пола у бактерий
Сейчас мы знаем, что некоторые клетки E.coll штамма К-12 содер-
жат небольшие дополнительные фрагменты ДНК, играющие роль фак-
тора пола (фактор F, фактор плодовитости). Присутствие фактора F в
•бактериальной клетке как бы определяет ее принадлежность к мужско-
му полу. В числе прочих элементов фактор F содержит гены, необходи-
мые для синтеза F-пилей (половых ворсинок). Эти тонкие отростки диа-
метром 8,5 нм вырастают быстро — в течение 4—5 мин они достигают
длины, равной приблизительно 1,1 мкМ (см. также гл. 1, разд. А, 6;
рис. 4-7). Конец F-пили присоединяется к женской клетке. Бринтон[14]
высказал предположение, что через пили ДНК может переходить из
Мужской клетки в женскую1). Некоторым исследователям действитель-
но удавалось наблюдать цитоплазматические мостики между тесно со-
прикасающимися клетками, однако истинный механизм переноса ДНК
пока еще не выяснен.
Большое значение фактора F для картирования хромосом определя-
ется тем обстоятельством, что изредка он интегрируется с бактериаль-
ной хромосомой. С помощью прямой электронной микроскопии было
Показано, что и хромосома, и фактор F имеют кольцевое строение. Для
Их интеграции обязательно должно произойти ферментативное расщеп-
ление как ДНК хромосомы, так и ДНК фактора F с последующим вос-
соединением концов таким образом, чтобы образовалось непрерывное
11 Не ясным остается, однако, вопрос о том, имеют лн F-пили форму трубочек с
внутренним диаметром около 2,5 нм (рис; 4-7) или же для них характерна более от-
крытая структура. • •
190 Глава 15
Фрагмент ДНК, перене-
сенный в мерозиготпу
РИС. 15-2. Интеграция фактора F с бактериальной хромосомой и перенос некоторых
бактериальных генов в другую клетку. А. Включение фактора F в геном Е. coli и пе-
ренос «плюс»-цепи ДНК в женскую клетку-реципиент. Б. Генетическая рекомбинация!
между фрагментом переиесеииой ДНК и геномом клетки-реципиента.
кольцо (рис. 15-2). Специальные ферменты, катализирующие эти реак-
ции, рассматриваются далее в разд. Ж. Разные факторы F могут вклю-
чаться в хромосому в различных местах. Штаммы бактерий, содержа-
щих интегрированный фактор F, обозначают символом Hfr-штамм (от
англ, high frequency of recombination — высокая частота рекомбинаций).
При конъюгации бактерии Hfr-штамма с бактерией F- (женской)
происходит следующее: в какой-то точке, расположенной близко от кон-
ца интегрированного фактора F, хромосома начинает реплицироваться!»
Генетика к синтез нуклеиновых кислот 19
и бактериальные гены, а вслед за ними и гены фактора F переносятся
в женскую клетку. Согласно существующим представлениям, из клетки-
донора в клетку-реципиент переходит (возможно, через F-ворсинку)
лишь одна из цепей ДНК, обычно обозначаемая как «плюс»-цепь
(рис. 15-2). В клетке-реципиенте синтезируется комплементарная «ми-
нус»-цепь, в результате чего образуется двухцепочечная молекула ДНК,
несущая гены из Hfr-клетки. Только в редких случаях «плюс»-цепь до-
норной клетки переходит в женскую клетку полностью. Чаще всего цепь
ДНК или сама ворсинка разрываются, и происходит перенос лишь ча-
сти хромосомы.
Частичный перенос хромосомы из мужской клетки приводит к тому,
что Р_-клетка становится частично диплоидной (мерозигота), т. е. со-
держащей двойной набор многих генов. В такой частично диплоидной
клетке между двумя хромосомами происходит обмен генетической ин-
формацией (генетическая рекомбинация) (рис. 15-2). Химические реак-
ции, лежащие в основе этого процесса, имеющего важное значение для
всех организмов, размножающихся половым путем, мы рассмотрим в
разд. Ж- В конечном счете рекомбинационный процесс приводит к тому,
что дочерние клетки, образовавшиеся при последующем делении, со-
держат только одну хромосому с обычным числом генов. Однако неко-
торые гены попадают в эту хромосому от каждого из родительских
штаммов. Таким образом, может случиться, что клетка F- мутантного
штамма, неспособная расти на среде без определенных питательных до-
бавок, получит ген из мужской клетки, который позволит ей расти на
минимальной среде. Хотя число таких рекомбинантных бактерий мало,
тем не менее их легко можно отобрать из очень большого числа исходно
смешанных мутантных бактерий.
д. Картирование хромосом методом прерванной
конъюгации
Хромосомную карту E.coli можно получить, если смешать клетки
Hfr и F- и дать возможность конъюгации происходить в течение опре-
деленного интервала времени, а затем клетки интенсивно перемешать,
например, в гомогенизаторе Уоринга. В результате этой процедуры все
конъюгационные мостики разрушаются и процесс спаривания бактерий
прерывается. Спаривание прерывают через разные промежутки времени
и определяют наличие в бактериях-реципиентах генов, перенесенных иа
клеток донорного штамма. При помощи этого метода было показано,,
что для полного переноса хромосомы при 37 °C требуется приблизитель-
но 100 мин и что локализацию любого гена в хромосоме можно прибли-
зительно установить по времени, необходимому для переноса этого гена
в клетку-реципиент. В действительности, однако, все выглядит несколько-
сложнее. Поскольку полный перенос всей хромосомы осуществляется
Редко, в опытах обычно используются разные подштаммы Е. coli К-12,
У которых фактор F расположен в разных местах; во всех случаях гены,
вокализованные по часовой стрелке1’ сразу же за точкой интеграции
(Рис. 15-1), переносятся быстро и с высокой частотой.
При построении карты, приведенной на рис. 15-1, были использова-
ны не только результаты опытов с прерыванием конъюгации, но и дан-
ные, полученные при изучении трансдукции бактериофагом Р1 [15].
Трансдукция фагом, более детально рассмотренная в разд. Г, позволяет
Переносить короткие фрагменты ДНК длиной около 2 мин (см. карту
'> В случае F-фактора одного типа. Другие включаются в противоиоложиом на-
бавлении. . , .
492 Глава 15
Е. coli). Совместная трансдукция, например одновременное включение
.двух генов в хромосому клетки-реципиента, осуществляется с частотой,
коррелирующей с расстоянием между этими двумя генами на карте. Та-
ким путем было произведено уточненное картирование многих участков
хромосомы Е. coli.
Следует иметь в виду, что, хотя карта, приведенная на рис. 15-1, про-
калибрирована в минутах, в недалеком будущем генетическую карту
удастся, вероятно, представить непосредственно в микрометрах длины
ДНК (общая ее длина составляет приблизительно 1100 мкМ) или в ты-
сячах нуклеотидных единиц, называемых часто килобазами (кЬ). Об-
щая длина ДНК составляет приблизительно 3800 кЬЧ
2. Генетический код
Предположение об общей природе генетического кода возникло из
•самой структуры ДНК. И ДНК, и белки представляют собой линейные
полимеры. Отсюда казалось вполне логичным предположить, что по-
следовательность оснований в ДНК кодирует последовательность
аминокислот. Но в ДНК содержатся всего лишь четыре типа осно-
ваний, тогда как в белках (в момент их синтеза) встречается двад-
цать различных аминокислот. Следовательно, каждая аминокислота
Таблица 15-2
Генетический кода
Аминокислота Кодой Общее чис- ло кодонов
Алании Аргинин Аспарагин Аспарагиновая кислота Цистеин Глутаминовая кислота Глутамин Г лицин Гистидин Изолейцнн Лейцин Лизин Метионин (AUG является также ко- доном инициации) Фенилаланин Пролин Серин Треонин Триптофан Тирозин Валин (GUG иногда является кодо- ном инициации) Терминация Общее количество GCX CGX, AGA, AGG AAU, ААС GAU, GAC UGU, UGC GAA, GAG САА, CAG GGX CAU, CAG AUU, AUC, AUA UUA, UUG, CUX AAA, AUG AUG UUU, UUC ССХ UCX, AGU, AGC АСХ UGG UAU, UAC GUX UAA (ochre) UAG (amber) UGA 4 6 2 2 2 4 2 3 о 1 2 4 6 4 1 2 4 3
64
Кодоны для каждой аминокислоты представлены в виде последовательности оснований в мРНК
Слева направо последовательность читается от 5'-конца к З'-концу. Буква X обозначает любое
из четырех оснований РНК. Таким образом каждый кодон, содержащий X, представляет собой
на самом деле группу из четырех кодонов.
° Эти цифровые данные не совсем точные. Так, при составлении карты, приведен-
ной на рис. 15-1, принималось, что общая длина хромосомы составляет 4100 кв а мот
вес 2,7-109 [15].
Генетика и синтез нуклеиновых' кислот 193
должна детерминироваться сочетанием нескольких оснований. Шест-
надцати возможных пар оснований также недостаточно для кодирования
двадцати различных аминокислот. Таким образом, очевидно, что одной
аминокислоте должен соответствовать по меньшей мере триплет, т. е.
группа, состоящая из трех нуклебтидов [16]. Существует 64 (43) таких
триплетных кодона (табл. 15-2 и 15-3).
F Таблица 15-3
Шестьдесят четыре кодона генетического кода
б'-ОН-конце- вое основание Основание в средней части 3 '-ОН-конце- вое основание
и (T) c A G
и(Т) Phe Ser Tyr Cys U(T)
Phe Ser Tyr Cys c
Leu Ser Терминирую- щий кодон Терминирую- щий кодон A
Leu Ser Терминирую- щий кодон Trp G
с Leu Pro His Arg U
Leu Pro His Arg C
Leu Pro Gin Arg A
Leu Pro Gin Arg G
А He Thr Asn Ser U
He Thr Asn Ser C
He Thr Lvs Arg A
Meta Thr Lys Arg G
G Vai Ala Asp Gly и
Vai Ala Asp Gly c
Vai Ala Glu Gly A
Vala Ala Glu Gly G
Кодоны инициации. Кодон метионина AUG является наиболее распространенным кодоном ини-
циации. Однако GUG также может выступать в этой роли. В таких случаях он, как правило»
соответствует не валину, а метионину.
Проще всего было представить, что последовательность аминокислот
в белках однозначно определяется последовательными, неперекрываю-
щимися триплетами. Но поскольку данных в пользу этого предположе-
ния первоначально не было, активно обсуждались другие возможности.
Однако проведенные в течение нескольких лет генетические эксперимен-
ты (некоторые из которых приведены в разд. Г), а также рассмотрен-
ные в следующем разделе исследования чисто химического характера
однозначно доказывают неперекрываемость кода.
Расшифровка кода
Даже после того как триплетная природа генетического кода стала
очевидной, все еще оставалось много нерешенных вопросов. Использу-
ют ли клетки все 64 возможных кодона? Если да, то используются ли
все они для кодирования аминокислот или же некоторые кодоны пред-
назначены для других целей? Сколько кодонов определяют одну амино-
кислоту? «Универсален» ли код для всех организмов или же каждый
организм использует свой код? Как можно расшифровать код? Несмот-
ря на сложность всех этих вопросов, на каждый из них удалось полу-
чить однозначный ответ.
Важный эксперимент провели в 1961 г. Ниренберг1) и Маттеи [17].
О В 1968 г. Ниренберг н Кораиа, а также Холли, которые первыми определили
Нуклеотидную последовательность в транспортной РНК, были удостоены Нобелевской
премии.
194 Глава 15
Используя обычный биохимический подход, Ниренберг выделял рибосо-
мы из Е. coli и смешивал их с неочищенными экстрактами растворимых;
веществ из тех же клеток Е. coli. В экстрактах содержались молекулы
тРНК и ферменты, активирующие аминокислоты; в эту же систему были;
добавлены 20 аминокислот, АТР и ATP-генерирующая система (фосфо-
енолпируват +пируваткиназа). Ниренбергу удалось показать, что в этих
условиях добавление РНК приводит к синтезу белка на рибосомах.
В частности, очень эффективно стимулировала синтез белка РНК ви-
руса табачной мозаики (гл. 4, разд. Г, 2). Решающую роль сыграли, од-
нако, опыты (исходно поставленные просто в качестве «контроля»),
в которых вместо мРНК добавлялся синтетический poly(U) (полинук-
леотид, состоящий только из одних остатков уридиловой кислоты). Этот
полинуклеотид представлял собой как бы синтетическую мРНК, состоя-
щую из многократно повторяющегося кодона UUU. К удивлению Нирен-
берга, рибосомы «прочли» записанную в ней информацию и синтезиро-
вали пептид, состоящий только из фенилаланина. Таким образом, было
установлено, что poly(U) вызывает синтез полифенилаланина и что три-
плет UUU является кодоном, детерминирующим фенилаланин. Итак,
первый нуклеотидный триплет был идентифицирован! Используя этот же
прием, удалось показать, что ССС служит кодоном для пролина, а
ААА — для лизина. Изучение смешанных сополимеров, содержащих два
разных нуклеотида, расположенных в случайной последовательности,
позволило высказать предположение о значении других кодонов. Од-
нако остальные кодоны удалось идентифицировать только спустя не-
сколько лет, после того как Корана предложил методы синтеза олиго*-
нуклеотидов и полимеров с известной регулярно чередующейся после-
довательностью нуклеотидов.
К появлению нового метода привели данные о способности синтети-
ческих тринуклеотидов индуцировать связывание с рибосомами моле-
кул специфических тРНК, «нагруженных» специфическими для них:
аминокислотами [18, 19]. Так, например, тринуклеотиды UpUpU и
АрАрА стимулировали связывание меченных 14С фенилаланил-тРНК и
лизил-тРНК соответственно. Вместе с тем соответствующие динуклеоти-
ды не вызывали подобного эффекта. Эти данные не только позволили
идентифицировать два кодона, но послужили также прямым доказатель-
ством триплетной природы генетического кода. Другой эффективный
подход состоял в использовании синтетических РНК-полимеров, полу-
ченных сочетанием химических и ферментативных методов [20]. Поли-
нуклеотид CUCUCUCUCU, например, вызывал в рибосомах синтез по-
липептида, состоящего из регулярно чередующихся остатков лейцина и
серина.
В табл. 15-2 приведены известные теперь нам кодоны для каждой
из 20 аминокислот. В табл. 15-3 те же 64 кодона расположены по-дру-
гому. Обратите внимание, что помимо кодонов, детерминирующих спе-
цифические аминокислоты, есть три кодона, а именно UAA, UAG и UGA,
получившие название терминирующих кодонов. Их часто называют так-
же nonsense-кодонами, т. е. бессмысленными кодонами. Терминирующие
кодоны UAA и UAG называют соответственно также ochre (охра)- и
amber (амбер)-кодонами1) [21]. Было обнаружено, что кодоны AUG
Происхождение этих терминов объясняется тем, что «всегда безопаснее дать,
новому открытию ничего не значащее название, чем спекулятивно описательное». Тер-
мин amber был предложен для класса мутаций, открытых с участием студеита-старше-
курсника по фамилии Бернштейн (Bernstein), что в переводе означает янтарь (по-
английски— amber) [21].
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 195
(метионин) и значительно реже GUG (валин) играют роль инициирую-
щих кодонов в процессе синтеза белка у бактерий. Таким образом,
N-концевой аминокислотой во вновь синтезируемых белках у бактерий
чаше всего бывает метионин, точнее N-формилметионин. N-формилме-
тионин-тРНК специфически связывается с участками инициации, со-
держащими AUG-кодон в мРНК-рибосомном комплексе. Подробно этот
процесс описан в разд. Б.
Результаты многочисленных исследований свидетельствуют о том,
что генетический код, установленный для Е. coli, является универсаль-
ным. Так, например, в лабораториях Уитмана и Френкель-Конрата пре-
парат РНК, экстрагированный из вируса табачной мозаики, обработа-
ли азотистой кислотой; известно, что при этом происходит дезаминиро-
вание многих остатков цитозина с образованием урациловых остатков,
в результате чего кодоны UCU (серин) превращаются в UUU (фенил-
аланин). Аналогичным путем из кодона ССС (пролин) может образо-
ваться CUC (лейцин). Оказалось, что при заражении растений табака
препаратом РНК, обработанной азотистой кислотой, аминокислотная
последовательность вирусного белка оболочки, выделенного из мутант-
ных штаммов, действительно меняется [22]. Причем многие из проис-
шедших изменений можно было точно предсказать исходя из данных,
приведенных в табл. 15-3. Сходным образом, замены аминокислот в де-
фектных молекулах гемоглобина (рис. 4-17) в большинстве случаев мо-
гут быть обусловлены изменением только одного основания. Так, гемо-
глобин S может образовываться в результате одного из следующих из-
менений в седьмом кодоне: GAA(Glu)->-GUA(Val) или GAG(Glu)-*-
-►GUG (Vai). Еще один аргумент в пользу универсальности генетиче-
ского кода состоит в способности рибосом и молекул тРНК из Е.соН
осуществлять трансляцию цепи мРНК, кодирующей синтез гемоглоби-
на, и синтезировать при этом полноценный гемоглобин [23].
3. Репликация ДНК
Методом микроспектрофотометрии было установлено, что перед деле-
нием клетки количество ДНК в ней удваивается. Было ясно, что обе
дочерние клетки должны получать одну или большее число идентичных
молекул ДНК- Не ясным оставался, однако, вопрос о том, копируется
ли исходная двухцепочечная молекула ДНК таким способом, что сразу
образуется новая целая двухцепочечная ДНК или же две цепи исходной
молекулы разделяются в процессе репликации. В последнем случае
(так называемая полуконсервативная репликация) вдоль каждой из
Двух разделившихся цепей должна синтезироваться новая комплемен-
тарная цепь, в результате чего образуются две новые двухцепочечные
Молекулы.
О получении первых экспериментальных данных, четко указывающих
На полуконсервативный способ репликации, сообщили в 1958 г. Месел-
сон и Сталь [24]. Клетки Е. coli выращивались на среде, единственным
Источником азота в которой были ионы 3 * * * * * * * * * * * 15NH«. ДНК бактерий, появив-
шихся через несколько последовательных делений исходных клеток в
Данной среде, содержала только стабильный изотоп I5N. Такие бактерии
быстро переносили в среду, содержащую I4NHt. Клетки оставляли в сре-
де на время, необходимое, чтобы их количество увеличилось вдвое, вчет-
веро и т. д. На разных стадиях выделяли ДНК и центрифугировали в
гРадиенте плотности хлористого цезия. Небольшие, но легко определяе-
мые различия плотностей позволяли разделять двухцепочечные молеку-
лы ДНК иа три фракции: молекуды, содержащие только ,5N; молекулы,
196 Глава 15
содержащие только частично 15N, и молекулы, содержащие только 14N.
В начале опыта присутствовал лишь один тип ДНК, все молекулы кото-
рой содержали только 15N. Однако в первом поколении, появившемся
после переноса в среду с 14N, плотность всей ДНК указывала на то, что
содержание I5N и 14iN в молекулах ДНК было одинаковым. ДНК поло-
вины бактерий следующего поколения по-прежнему содержала в рав-
ных количествах оба типа изотопов, тогда как у другой половины в
ДНК обнаруживали только I4N. Именно такие результаты можно было
предсказать, исходя из полуконсервативного способа репликации.
Спустя несколько лет Кернс исследовал процесс репликации непо-
средственно, использовав метод радиоавтографии ДНК с применением
тимидина, меченного радиоактивным изотопом водорода — тритием
(3Н) [25]. Клетки E.coli выращивали на среде, содержащей 3Н-тимидин,
в течение разных промежутков времени, но в типичном опыте — около
1 ч (примерно время двух генераций). Клетки затем разрушали, а рас-
правленные молекулы ДНК выделяли на тонких мембранных фильтрах,
после чего готовили радиоавтографы. В результате инкубации с 3Н-ти-
мидином на радиоавтографе можно было обнаружить окружности дли-
ной 1,1—-1,4 мм, соответствующие выделенным расправленным молеку-
лам ДНК- Более того, на радиоавтографах можно было заметить моле-
кулы ДНК, меченные частично и находящиеся в процессе репликации.
Так, после инкубации в течение 2 ч около половины молекул бактери-
альной ДНК были полностью мечены, тогда как у другой половины мо-
лекул наблюдали зоны, содержание метки в которых было в два раза
меньше. Молекулы этих зон несли метку, по-видимому, лишь в одной
цепи и, следовательно, соответствовали нереплицировавшимся участкам
(один цикл репликации в присутствии 3Н-тимидина успели пройти все
молекулы, и это привело к образованию слабо меченных молекул; од-
нако второй цикл у части молекул репликации еще не завершился).
Был сделан вывод, что наиболее интенсивно меченные зоны соответ-
ствуют молекулам, в которых репликация произошла полностью. Форма:
«репликационных фигур» давала основание думать, что синтез ДНК
происходит непрерывно, начинаясь в одной точке и продолжаясь далее
вдоль кольцевой молекулы с постоянной скоростью. Несмотря на то что’
последующие опыты (разд. Д) показали, что репликация чаще всего
происходит не в одном, а в двух направлениях, эксперименты Кернса
имели чрезвычайно важное значение, так как легли в основу метода;
позволяющего непосредственно наблюдать репликацию ДНК in vivo.
а. ДНК-полимеразы
Что же представляют собой предшественники ДНК? В ранних опы-
тах было показано, что нуклеозид 3Н-тимидин интенсивно включается в
ДНК. Однако с точки зрения энергетики представлялось маловероятным,
что тимидин служит непосредственным предшественником. Данные о
том, что роль предшественников играют нуклеозидтрифосфаты, были по-
лучены в 1958 г., когда Корнберг открыл ДНК-полимеразу E.coli. Для
выделения 600 мг фермента Корнберга, называемого обычно ДНК-поли-
меразой I, понадобилось 90 кг бактериальных клеток [4, 26] (в каждой
клетке содержится около 400 молекул фермента). Этот фермент обла-
дал многими свойствами из предсказанных для ДНК-синтезирующего
фермента. Для его работы требовались матричная цепь ДНК и более,
короткая затравочная цепь. Как это видно из уравнения (15-2), ДНК-
полимераза I распознает З'-конец затравочной цепи и присоединяет к:
нему соответствующий нуклеозидтрифосфат, образующий пару со еле-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот
13*
дующим основанием матричной цепи. После этого он катализирует от-
щепление пирофосфата, присоединяя одновременно новый нуклеотид к
З'-концу затравочной цепи. «Работая» таким образом, фермент может
превратить одноцепочечную ДНК-матрицу в двухцепочечную ДНК, при-
чем в каждой точке новосинтезированной цепи этой ДНК будет содер-
жаться основание, комплементарное основанию матричной цепи.
Затравочная цепь
Матричная
цепь
я 3'
Дезокси-
рибоза. — ОН
п *
иснование
Пары основании
Механизм действия ДНК-полимеразы I, описываемый уравнением
(15-2), обеспечивает лишь прямой путь образования комплементарной
цепи ДНК; каким образом может осуществляться копирование двухце-
почечной ДНК, с помощью этого механизма нельзя объяснить. Одна из
проблем состоит в том, что для копирования двухцепочечной ДНК две
цепи должны расплестись и отделиться одна от другой. Если расплета-
ние цепей и репликация происходят лишь в одной репликационной вил-
ке, как это следует из экспериментов Кернса, то для того, чтобы хромо-
сома E.coli могла полностью реплицироваться за 20 мин, вся молекула
должна раскручиваться со скоростью 300 оборотов в 1 с. Кроме того,
для осуществления процесса репликации в хромосоме должно быть
образование типа «шарнира» (или, по крайней мере, «разрыв» в одной
из цепей) [уравнение (15-3)].
РНК-затравка
Дальше двойная спираль
раскроется здесь
Реплицирую-
щиеся фраемен'
ты ДНК
(15-3)
Реп локационная
вилка
Для того чтобы моле-
кула могла образовать
репликационную вилку,
спираль дол>кна быстро
вращаться в указанном
направлении
РНК-затравка
Более серьезная проблема связана с тем, что цепи ДНК ориентиро-
ваны в противоположном направлении. Это означает, что присоедине-
ние новых нуклеотидов к одной из цепей в репликационой вилке долж-
но происходить с З'-конца, а к другой — с 5'-конца. Из этого следует,
что для осуществления специфической полимеризации должно сущест-
вовать два типа ДНК-полимераз, по одной для каждого из концов. Тем
Глава 15
не менее, несмотря на интенсивные поиски, все обнаруженные полиме-
разы (ДНК-полимеразы I, II и III) присоединяют новые остатки только
к З'-концам.
б. Репликационные фрагменты и ДНК.-лигаза
В 1968 г. Оказаки сообщил, что в процессе репликации в бактери-
альных клетках появляются короткие фрагменты ДНК, получившие на-
звание репликационных фрагментов (или фрагментов Оказаки) [27].
В дальнейшем было сделано еще одно важное открытие — был обнару-
жен новый фермент ДНК-лигаза [28, 29], способный объединять два
фрагмента ДНК в непрерывную цепь. Специфическое действие этого
фермента заключается в репарации («залечивании») одноцепочечных
разрывов ДНК- Разорванная цепь молекулы ДНК содержит, как это
видно из уравнения (15-4), свободные З'-гидроксильную и 5'-фосфатную
группы, которые должны быть соединены. ДНК-лигаза E.coli активи-
но о
/ I 5
DHK с одноцепочечньи*
разрывом
NAD*
Никотинамидмо нонуклеатид
Через аденили-
рованную а
форму фермен-
та
рует фосфатную группу необычным способом, а именно путем замеще-
ния никотинамидмононуклеотида аденильной группой от NAD+ [урав-
нение (15-4), стадия а]. Реакция завершается отщеплением АМР [урав-
нение (15-4), стадия б]. Следует отметить, что в клетках, инфицирован-
ных бактериофагом Т4, индуцируется особая лигаза, для активации
которой вместо NAD+ используется АТР.
в. Современное представление о репликации,
требующей участия PH Д-затравки
Недавно было обнаружено, что короткая цепь РНК, образующая
гибрид РНК—ДНК, может служить затравкой для ДНК-полимеразы
in vitro. Эти данные в сочетании с обнаружением фрагментов Оказаки
и лигазы дают основание думать, что в репликационной вилке проис-
ходят следующие события: двухцепочечная ДНК раскрывается в огра-
ниченном участке, вероятно, при участии расплетающих белков
^разд. Д). В специальной затравочной области синтезируется короткий
фрагмент РНК-затравки, образующей пары оснований с ДНК- Далее
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 199
ДНК-полимераза удлиняет эту цепь РНК, используя для синтеза ре-
пликационных фрагментов дезоксирибонуклеозидтрифосфаты. Синтез
происходит вдоль обеих цепей в направлениях, указанных в уравне-
нии (15-3). В дальнейшем затравочные РНК-концы отщепляются.
Бреши в синтезированной цепи, заполняются за счет дальнейшей ра-
боты полимеразы, а надрезы сшиваются под действием лигазы. Соглас-
но этому механизму, одна цепь может синтезироваться непрерывно по
всей длине, а другая должна образовываться дискретно, присоедине?
нием репликационных фрагментов. Однако у некоторых организмов
обе цепи могут синтезироваться дискретно.
Поскольку большая часть новых данных по репликации получена
генетическими методами, представляется целесообразным перенести
дальнейшее рассмотрение этого вопроса в разд. Д.
4. Рибонуклеиновые кислоты и белки
К 1942 г. благодаря данным, полученным при помощи разработан-
ного Касперсоном [30] метода ультрафиолетовой цитофотометрии, а
также результатам цитохимических исследований Браше [31] стало
ясно, что РНК имеет какое-то отношение к синтезу белка. Радиоавто-
графические исследования с использованием 3Н-уридина показали, что
в эукариотических клетках РНК синтезируется в ядрах, а оттуда
транспортируется в цитоплазму [32, 33]. Существование рибосом было
•открыто электронными микроскопистами, изучавшими строение эндо-
плазматического ретикулума цитоплазмы методом ультратонких сре-
зов. Их наличие в клетке было точно установлено в 1956 г., а в 1957 г.
был предложен термин рибосомы. В течение нескольких лет выделен-
ные рибосомы стали объектом интенсивных исследований, целью кото-
рых было выяснение механизма биосинтеза белка. Сначала изучение
синтеза белка in vitro оказалось задачей довольно сложной, поскольку
не было еще метода количественной оценки новосинтезированного бел-
ка. Однако Хогленд и др. [33а] разработали такой метод. Предложен-
ный ими метод был основан на измерении скорости включения в белок
меченных 14С аминокислот. Этот чрезвычайно чувствительный метод
позволил измерять крайне незначительные количества белка, синтези-
рованного в бесклеточных препаратах печени крысы, и открыл путь к
изучению синтеза белка на самих рибосомах.
Сразу же после появления в 1953 г. гипотезы Уотсона и Крика было
высказано предположение, что рибосомная РНК (рРНК), на долю
которой в некоторых клетках приходится до 90% общего количества
РНК, является переносчиком генетической информации из ядер в ци-
топлазму. Однако к 1960 г. было показано, что это предположение
неправильно. Так, в частности, несмотря на значительные различия
нуклеотидного состава ДНК, размер и нуклеотидный состав РНК в
рибосомах различных бактерий оказались весьма близкими (гл. 2,
разд. Г, 8) [34]. Кроме того, к этому времени стало ясно, что пере-
нос информации осуществляется при помощи относительно нестабиль-
ной, короткоживущей формы РНК, тогда как рибосомная РНК оказа-
лась очень стабильной [35].
а. Информационная РНК (мРНК)
Данные о существовании лабильной формы РНК были получены в
1956 г. Волкиным и Астраханом {35а], обнаружившими быстро метя-
щуюся РНК в бактериальных клетках, инфицированных фагом. Важ-
20б Глава 15
ную роль в обнаружении мРНК сыграли также результаты индукции
ферментов (гл. 6, разд. Е, 2), показавшие, что многие бактерии, и в
том числе Е. coli, растущие на среде,, содержащей в качестве един-
ственного источника энергии глюкозу, при переносе в среду с лактозой
не сразу приобретают способность к усвоению нового сахара. Однако
через 2 мин после переноса в среду с лактозой у них начинают синте-
зироваться новые белки, необходимые для метаболизма лактозы.
К числу этих новых белков относятся такие ферменты, как пермеаза
для лактозы и ^-галактозидаза, расщепляющая дисахарид на глюкозу
и галактозу. Когда запас лактозы в среде истощается, активность инду-
цируемых ферментов почти так же быстро падает. Эти результаты сви-
детельствовали о том, что РНК, переносящая генетическую информа-
цию для синтеза новых ферментов, по-видимому, нестабильна. Она
должна быстро синтезироваться в ответ на появление индуцирующего
сахара и быстро исчезать в его отсутствие.
В 1961 г. Жакоб и Моно [36] постулировали существование корот-
коживущей информационной РНК (мРНК)- К этому времени сущест-
вовало множество других доводов, свидетельствующих в пользу такого
предположения. Было обнаружено, например, что молекулы РНК,
образуемые после заражения Е. coll бактериофагом Т4, гибридизиру-
ются (гл. 2, разд. Г, 10) с денатурированной ДНК бактериофага. Более
того, оказалось, что эта вирусоспецифическая мРНК связывается с
предсуществующими рибосомами бактерий и служит матрицей для
синтеза фаговых белков [37]. Этот эксперимент уже непосредственно’
указывал на транскрипцию мРНК с генов вирусной ДНК.
б. Транспортная РНК.
В 1957 г. Крик [37а] предположил, что для расположения амино-
кислот в ряд, соответствующий расположению их кодонов в транскри-
бированной РНК, необходимы специальные «адапторные» молекулы.
Крик считал, что адаптерами могут служить полинуклеотиды. К тому
времени в результате химических исследований клеточной РНК было
обнаружено, что в клетках на долю РНК с низким молекулярным ве-|
сом приходится до 15% общего количества РНК. В том же году (1957) '
открытие Хоглендом ферментативной «активации» аминокислот перед
их включением в состав белка позволило предположить, что молекулы
именно этой низкомолекулярной РНК играют роль постулированных
адапторов. Было предложено называть эту РНК транспортной РНК
(тРНК, рис. 2-24).
В последние годы «армия» усердных исследователей синтеза белка
значительно пополнила наши знания по этому вопросу. А теперь нам
представляется более целесообразным перейти от прослеживания исто-
рических событий, связанных с проблемой синтеза белка, к рассмот-
рению некоторых деталей, начиная с транскрипции РНК — процесса,
изученного достаточно полно.
Б. Транскрипция молекул РНК
Копирование генетической информации, заложенной в ДНК, с обра-
зованием молекул мРНК представляет собой первый этап в цепи ре-
акций, приводящих к синтезу большого множества жизненно необхо-
димых клетке белков. Поэтому неудивительно, что этот процесс нахо-
дится под строгим контролем.
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 201
1. Оперон
Индукция ферментов — одно из тех явлений, которые подвели Жа-
коба и Моно [36] к модели оперона, описывающей механизм регулиро-
вания транскрипции мРНК с ДНК. За эту работу они получили в
1965 г. Нобелевскую премию. В'своем окончательном виде [38—40]
гипотеза Жакоба — Моно приведена на рис. 15-3. Оперон представляет
( Транскрипция оперона инициируется в результате
j связывания РНК-полимеразы со специфическим сайтом
1 промотором р *
S результате связывания
аллостерического белка
(СЬРили CRP) димерный белок
приобретает способность свя -
зываться с промотором и уве-
личивать скорость инициации
и транскрипции
сАМР
Структурные гены
Синтез белка
Неактивный репрессор
не связывается с
оператором
► Индуктор I,
аллостерический
эффектор. Индуктором
для 1ас~оперона служит
аллолактоза
Эта мRNA, /
транскрибирован- (
ная с регуляторноХ
го гена, транслируй
ется на рибосомах с R
образованием
специального
белка- репрессора
РИС. 15-3. Схематическое изображение /ас-оперона Е. coli н его регуляции.
Сразу же за промотором расположен оператор о,
специальный участок связывания репрессора R.
Когда репрессор связан с оператором, транскрипция
блокирована
fi -Галактозидаза Пермеаза Трансацетилаза
У . а ,
Единая полигенная (полицистронная)
мРпК}синтезируемая о результате
транскрипции этих трех генов начи-
ная с 5~ конца цепи.
собой регулируемую группу генов. На рис. 15-3 показан /ас-оперон
Е. coli. Этот оперон, обнаруживаемый на генетической карте (рис. 15-1)
на участке, соответствующем 8 мин, можно, пожалуй, считать наиболее
полно исследованной группой генов Е. coli. В его состав входят три
структурных гена, кодирующих аминокислотные последовательности
Р-галактозидазы (z-ген)1’, пермеазы (у-ген) и трансацетилазы с неопре-
деленной функцией (a-ген). Для того чтобы объяснить очевидную син-
хронность регуляции этих трех генов, Жакоб и Моно предположили^
что они образуют одну транскрипционную единицу, которая транскри-
бируется в виде одного «куска» мРНК.
•> В табл. 15-1 и на рис. 15-1 использованы генетические символы lac Z, lac Y и
т. д. Одиако эти же гены часто обозначают (как это сделано здесь) строчными бук-
вами.
Глава 15
В отличие от других транскрипционных фрагментов оперон нахо-
дится под контролем специального участка молекулы ДНК, располо-
женного в начале (на З'-конце матричной цепи) оперона. Первая часть
этого регуляторного участка известна под названием промотора (р).
Промотор — это участок ДНК, в котором происходит в самом начале
присоединение РНК-полимеразы к ДНК; значения констант связыва-
ния, характеризующих присоединение РНК-полимеразы к промоторам,
•очень велики. Сильное влияние на скорость ассоциации и инициации
могут оказывать специальные регуляторные белки. Один из них —
сАМР-рецепторный белок (САР)—имеет важное значение для
Jac-оперона. Он также связывается в промоторном участке (рис. 15-3).
Непосредственно по соседству с промотором расположен оператор
(о)—место связывания репрессора (R). Когда оператор свободен,
транскрипция запускается и, пройдя операторный участок, доходит до
генов, детерминирующих синтез трех указанных выше белков. Но если
оператор связан с репрессором, транскрипция блокируется. В то время
когда была впервые предложена модель оперона, химическая природа
репрессора была неизвестна. Сейчас, однако, уже известно, что в неко-
торых случаях репрессорами служат белки. Все хорошо изученные
репрессоры представляют собой олигомерные белки, способные под-
вергаться аллостерическим изменениям. Так, /ас-репрессор состоит из
четырех идентичных субъединиц с мол. весом 37 200, каждая из кото-
рых содержит 347 аминокислотных остатков. В каждой субъединице
имеется один участок для связывания с оператором и другой (аллосте-
рический) для связывания с эффектором (на рис. 15-3 для простоты
вместо четырех субъединиц изображены только две).
/ac-Оперон обычно находится в репрессированном состоянии и акти-
вируется лишь в присутствии индуктора1). На основании этого Жакоб и
Моно постулировали, что с оператором связывается свободный репрес-
сорный белок. В присутствии индуктора конформация репрессора изме-
няется, и сродство репрессорного белка к операторному участку в ре-
зультате нарушается. Таким образом, при наличии индуктора оператор
не блокирован и гены транскрибируются [36].
Важную роль в контролировании оперона играет регуляторный ген,
детерминирующий синтез репрессорного белка. В случае /ас-оперона
данный ген (известный под названием i-гена) локализован непосредст-
венно перед /ac-опероном (рис. 15-3). Однако регуляторный ген неко-
торых других оперонов располагается на значительном расстоянии от
них. Так, £а7-оперон Е. coli [41] (детерминирующий синтез фермен-
тов, участвующих в метаболизме галактозы) расположен на карте в
положении, соответствующем 17 мин, а его регуляторный ген — в поло-
жении, соответствующем 61 мин.
Скорость транскрипции регуляторных генов обычно очень низка, но
держится на постоянном уровне. Возможно, это объясняется тем, что
РНК-полимераза медленнее инициирует синтез цепей РНК на промо-
торных участках регуляторных генов. Так, в каждой клетке Е. coli в
норме содержится всего лишь около 10 молекул /ас-репрессорного
белка. Поскольку репрессоры имеют очень важное значение для регу-
ляции метаболизма, регуляторные гены представляют чувствительные
участки для мутаций. Так, например, мутация регуляторного гена мо-
жет привести к образованию дефектного репрессора, неспособного более
>> Длительное время считали, что роль индуктора играет сама лактоза. Однако в
действительности оказалось, что эта роль принадлежит аллолактозе (0-D-Gal-p-(l—>-
—►6)D-Glc). В экспериментальных исследованиях чаще всего используют нефизиоло-
гические индукторы типа изопропил-р4>-тиогаЛактозида.
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 203
связываться с оператором. В этом случае транскрипция оперона не
будет контролироваться и мРНК начнет синтезироваться быстрее.
В таком мутантном штамме (в отличие от обычного штамма i+ его
обозначают i~) синтез фермента, за который ответственен данный ген,
становится «конститутивным», т. е. таким же, как синтез ферментов
центральных путей метаболизма. Последние синтезируются регулярно
в больших количествах, выйдя из под контроля репрессором. Хорошо
известны также и конститутивные операторные мутанты (ос). В этом
случае репрессор не может связываться с операторным участком ДНК
из-за измененной нуклеотидной последовательности в операторе.
а. Нуклеотидная последовательность регуляторного участка 1ас-оперона
Замечательное достижение последних лет состоит в установлении
нуклеотидной последовательности ДНК Е. coli, в цромоторно-оператор-
ном участке /ас-оперона. Эта последовательность включает конец t-гена
и начало 2-гена (рис. 15-4) [39]. Детальное генетическое картирование
этой области позволило точно установить нуклеотидную последователь-
1-ген
Промотор, места связывания •
САР 1 РНК-полимеразы
Оператор
| Ген z
Защищена
репрессорам
» * * * ♦
mRNA
I е з
I I <
cctttcgcccgtcactcgcgttgcgttaattacactcaatcgagtgactaatccgtggggtccgaaatgtgaaatacgaaggccgagcatacaacacaccttaacactcgcctattgttaaagtgtgtcctttgtcgatactggtac
20
30
во 70 ао ?
Повторяющийся
пентамер GAAAT
90
100
14)
120
Последовательность оператора
ррь A A U U G U G A G С G G A U А А С A A U U U С А С А С A G G А А А С A G С U AUG ACC AUG
Не Hi г Asp Ser Leu Aia
A U U A CG GAU U C~A C U G G
В
РИС. 15-4. А. Нуклеотидная последовательность /ас-промоторно-операторного участка
хромосомы Е. coli [43]. Показаны предполагаемые положения гена I, промотора с
участками связывания САР- и РНК-полимеразы, оператора и начало гена z (0-галак-
тозидазы). Обратите внимание на два участка, обладающих вращательной симметрией
второго порядка (отмечены горизонтальными линиями) и на повторяющийся пентамер.
Б. Нуклеотидная последовательность молекулы мРНК, синтезированной на /ас-промо-
торно-операторном участке мутантного штамма Е. coli с измененным промотором [46,
47]. Место инициации синтеза пептида обозначено символом fMet. Показаны также ко-
доны для последующих аминокислот N-концевого участка ^-галактозидазы [46].
В. Крестообразная структура, которая может образовываться при выпячивании ком-
плементарных цепей ДНК в САР-связывающем участке. САР — белковый активатор
катаболизма (сАМР-связывающий белок).
ность операторного и промоторного участков. Обратите внимание на
расположенный на левом конце ряд кодонов, определяющих последо-
вательность пептида Glu-Ser-Gly-Gln-стоп. Эта последовательность
соответствует С-концевой последовательности репрессора, синтез кото-
Ш' Глада» 15
рого кодирует i-ген. На правом конце находятся три кодона, кодирую-
щие формил-МеЕТЬг-МеРМ-концевую последовательность (3-галакто-
зидазы, за синтез которой отвечает z-ген. Была расшифрована также
последовательность 63 оснований фрагмента мРНК, считываемого с
данного участка /ас-оперона [42]. мРНК-транскрипт, как это показано
на рис. 15-4, начинается с операторного участка1’. Инициаторный кодон
гена z отстоит от конца на 39 нуклеотидов. Фрагмент с расшифрован-
ной последовательностью нуклеотидов кодирует синтез восьми амино-
кислот галактозидазы.
Нуклеотидная последовательность в операторном участке была
установлена [43] путем расщепления ДНК дезоксирибонуклеазой в
присутствии репрессорного белка. Будучи связанным, репрессор защи-
щает участок, состоящий из 27 нуклеотидных пар (показано на ри-
сунке). Поразителен тот факт, что центральная часть оператора распо-
лагается в участке с вращательной симметрией второго порядка (гл. 2,
разд. Г, 11). В результате цепь ДНК оказывается способной образовы-
вать петли, благодаря которым структура ДНК приобретает крестооб-
разную форму (рис. 2-30 и 15-4) [44]. Есть все основания думать, что
такая структура может легче связываться с тетрамерным репрессор-
ным белком, чем линейная форма.
Переход линейной двойной спирали в крестообразную структуру j
требует значительного распрямления спирали, откуда следует, что мо-
лекулы с отрицательными супервитками ДНК должны связывать ре-
прессор более прочно, чем ДНК без суперспиральных витков (гл. 2,
разд. Г, 9). Экспериментальные данные указывают на то, что развер-1
тывание /ас-репрессором может осуществляться всего лишь на 40—90°.
Таким образом, связывание /ас-репрессора сопровождается, по-видимо-
му, слабым нарушением двухспиральной структуры [45]. Тем не менее .
симметрия второго порядка имеет, по-видимому, важное значение для .
прочного связывания двух субъединиц симметричного тетрамерного .
белка.
Возможно также, что молекулы репрессора движутся вдоль цепей
ДНК по законам одномерной диффузии и что симметрия операторного
участка облегчает его узнавание белком, движущимся к нему в любом
из двух направлений.
б. Положительный контроль
Роль важного регуляторного агента в бактериальных клетках играет
циклический АМР (сАМР, гл. 7, разд. Д, 8). Примером процесса, опо-
средованного участием сАМР, может служить катаболитная репрес-
сия. Сущность этого процесса состоит в ингибировании (катаболитом)
транскрипции генов, детерминирующих синтез ферментов, необходимых
для катаболизма лактозы или других энергетических субстратов, когда
в среде присутствует глюкоза — более эффективный источник энергии.
Механизм этого процесса не известен, однако установлено, что в при-
сутствии глюкозы концентрация сАМР снижается.
Было показано, что сАМР стимулирует инициацию транскрипции
многих оперонов у бактерий. Эта реакция протекает с участием спе-
циального связывающего белка, для обозначения которого обычно ис-
пользуют сокращения САР2) или CRP3’ [46]. Комплекс САР — сАМР,
’> В действительности мРНК последовательность которой расшифрована, была вы-
делена из штамма, несущего мутацию в области промотора. Считается, что у Е. coli
дикого типа сайт инициации мРНК может быть локализован несколько левее.
2) От английского catabolyte activator protein (белок — активатор катаболизма).
»> От английского cAMP receptor protein (сАМР-рецепториый белок).
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 205
по-видимому, связывается с промотором на участке, прилегающем к
месту связывания РНК-полимеразы. Считают, что непосредственно
местом связывания является второй из предполагаемых центров сим-
метрии второго порядка [39] в молекуле ДНК (рис. 15-4). Молекула
САР представляет собой димер, состоящий из двух идентичных субъ-,
единиц (с мол. весом ~ 22 000), симметричное расположение которых
способствует связыванию в этом участке. Остается еще один важный
вопрос: «Каким образом связывание комплекса САР—сАМР приводит
к повышению скорости инициации транскрипции мРНК?» К этому во-
просу мы вернемся несколько позже, после того, как обсудим свойства
РНК-полимераз.
Другой тип положительного контроля известен для арабинозного
{ага) оперона (положение, соответствующее 1 мин на хромосомной
карте Е. coli). В этом случае индуктор не только вызывает отщепление
репрессора от операторного участка, но и превращает его в активатор,
который, подобно комплексу САР—сАМР, вызывает более эффектив-
ную инициацию транскрипции.
в. Репрессия по принципу обратной связи
Репрессию по принципу обратной связи (гл. 6 разд. Е,2) конечными
продуктами биосинтетических реакций можно представить путем про-
стой модификации модели оперона, показанной на рис. 15-3. В таких
случаях какой-то продукт, например аминокислота, связывается с ано-
репрессором, вызывая его аллостерическую модификацию. В этом'
случае это будет не апорепрессор, а комплекс эффектор — репрессор^
связывающийся с опероном и включающий транскрипцию [47]. Роль
корепрессоров для оперонов определенных аминокислот, отвечающих,
например, за синтез гистидина и валина, играют молекулы аминоацил—
тРНК, полученные из этих же аминокислот [48, 49]. В случае оперона
триптофана Е. coli транскрипция предотвращается в результате связы-
вания с опероном триптофан-репрессорного комплекса. Был обнару-
жен, однако, и другой механизм регуляции [50]. Транскрипту гена в
мРНК предшествует «лидирующий» участок, состоящий приблизитель-
но из 160 нуклеотидов (последовательность которых известна). Соот-
ветствующая последовательность в ДНК содержит два палиндрома,
которые играют предположительно роль аттенюаторов (участков зату-
хания синтеза РНК). Если эти места связываются соответствующим
белком, то происходит преждевременная терминация цепи и пять по-
следующих генов в опероне не транскрибируются [50].
2. РНК-полимеразы н их регуляция
РНК-полимеразы — это ферменты, осуществляющие транскрипцию
генетической информации с цепи ДНК. Поскольку ДНК в клетке со-
стоит из двух цепей, невольно возникает вопрос: каким образом на
двухцепочечной матрице может образовываться одноцепочечная РНК?
Частичный ответ на этот вопрос следует из того факта, что очищенные
РНК-полимеразы способны также синтезировать РНК из четырех
рибонуклеозидтрифосфатов, используя в качестве матрицы одноцепо-
чечную ДНК. Этот факт позволяет предположить, что механизм транс-
крипции, подобно механизму репликации ДНК, включает в себя спа-
ривание оснований. С этим выводом хорошо согласуется способность
РНК-полимеразы превращать одноцепочечную ДНК из бактериофага
ФХ174 (дополнение 4-В) в двухцепочечную гибридную молекулу
206 Глава 15
РНК—ДНК. Однако в тех случаях, когда матрицей служит двухцепо-
чечная ДНК, образуются свободные одноцепочечные молекулы РНК-
Из сказанного следует, что в месте действия РНК-полимеразы двухце-
почечная ДНК кратковременно разделяется на отдельные цепи, одну из
которых и копирует РНК-полимераза.
Удивительно, что внутри клеток в данном генетическом участке
обычно транскрибируется только одна из двух цепей двойной спирали
ДНК. Это было четко показано на примере двухцепочечной реплика-
тивной формы ДНК фага 0X174. Эта ДНК представляет собой коль-
цевую молекулу, одна из цепей которой активно транскрибируется в
клетках Е. coli, инфицированных этим бактериофагом. Оказалось, что
транскрибированная таким образом и выделенная из бактерий мРНК
не гибридизуется с одноцепочечной ДНК фага 0X174, выделенной из
зрелых вирусных частиц. Эту цепь ДНК обычно называют «плюс»-
цепью. Это значит, что транскрибированная РНК также представляет
собой «плюс»-цепь и, следовательно, транскрибируется с «минус»-цепи
репликативной формы ДНК- Подтверждением этому выводу служит
тот факт, что выделенная РНК легко гибридизуется с денатурирован-
ной двухцепочечной репликативной формой ДНК, в которой содержатся
как «плюс»-, так и «минус»-цепи.
РНК-полимеразы представляют собой крупные белковые молекулы;
некоторые из этих белков состоят из субъединиц [40, 51—53]. Любо-
бытно следующее: митохондриальная РЙК-полимераза эукариотических
клеток может быть мономерным белком с мол весом 64 000 и иметь
более простое строение, чем фермент бактерий. Вирусы бактерий иногда
индуцируют свои собственные РНК-полимеразы, также имеющие моно-
мерное строение. Так, фаг Т7 индуцирует РНК-полимеразу с мол.
весом 100 000, представляющую собой одну длинную полипептидную
цепь. Наиболее хорошо изученная РНК-полимераза — это РНК-поли-
мераза Е. coli, представляющая собой олигомер с мол. весом ~ 500 000,
состоящий из субъединиц четырех типов а, Р, ст и содержащий свя-
занные ионы Zn2+. Состав олигомера описывается следующей форму-
лой: аг, Р, Р', ст. Молекулярные веса а-, ст-, Р- и р'-субъединиц равны
соответственно 39000, 86000, 155 000 и 165000. Субъединица ст играет
особую роль в инициировании транскрипции. Она необходима для пра-
вильного выбора промоторных участков и начала синтеза, но после того-
как синтез РНК уже начался, для элонгации цепи РНК она больше не
нужна. В эукариотических клетках обнаружено по меньшей мере три
различных класса РНК-полимераз. Полимераза I (или А) обнаружена
в ядрышке; она транскрибирует, вероятно, гены пре-рРНК (разд. Б, 3).
Полимеразы II (или В) и III (или С) были обнаружены в нуклеоплаз-
ме. Согласно имеющимся данным, ферменты типа II транскрибируют
большую часть генов, тогда как ферменты типа III транскрибируют
гены транспортных РНК. Подобно полимеразе бактерий, РНК-полиме-
разы эукариотических клеток имеют сложное олигомерное строение
[53, 53а].
а. Инициация транскрипции
Согласно современным представлениям о процессе инициации,
РНК-полимераза многократно связывается с ДНК в случайных местах
и отщепляется от нее до тех пор, пока она не свяжется с промоторным
участком. При этом считается, что фермент «узнает» промотор, специ-
фически взаимодействуя с основаниями большой бороздки спирали ДНК
(рис. 2-23). Согласно расчетам, для возникновения уникальной после-
довательности, «узнающей» РНК-полимеразу, необходимо вполне опре-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 207
деленное сочетание приблизительно 12 пар оснований, случайное появ-
ление которого в хромосоме Е. coli маловероятно [40].
Исходный специфический комплекс полимераза — промотор назы-
вают закрытым комплексом, так как считается, что основания в цепи
ДНК остаются все еще спаренными. Постулируется, что закрытый
комплекс находится в равновесии с открытым комплексом, готовым к
началу синтеза мРНК; переход закрытого комплекса сопровождается
значительными конформационными изменениями [39, 40]. В открытом,
комплексе водородные связи между комплементарными основаниями
ДНК-матрицы уже разрушены и основания матрицы доступны для,
спаривания с поступающими рибонуклеозидтрифосфатами.
Еще раз вернувшись к рис. 15-4, А, обратим внимание на последо-
вательность GAAATGTGAAAT (в нижней цепи). В этой последователь-
ности нет участков с локальной симметрией, однако есть дважды пов-
торяющийся пентамер GAAAT. Находясь в центре гипотетичного1
участка связывания с полимеразой, он может играть роль распознаю-
щей области промотора. Асимметричность строения может быть нужна
для связывания белка, функция которого состоит в продвижении в
определенном направлении. Кроме того, этот участок обогащен
АТ-парами, и, следовательно, спираль раскрывается в этом месте легче,
чем в участках, богатых GC-парами (гл. 2, разд. Г, 6). Таким образом,
местом присоединения РНК-полимеразы в процессе образования откры-
того комплекса может служить именно этот участок [39].
Диксон и др. высказали предположение, что более легкое присое-
динение РНК-полимеразы к прилегающему промоторному участку в.
присутствии комплекса САР—сАМР обусловлено, вероятно, тем, что-
этот комплекс способствует дестабилизации GC-богатых участков меж-
ду местами связывания САР и полимеразы [39]. После того как от-
крытый комплекс уже образуется, полимераза должна (как это сле-
дует из рис. 15-4) еще передвинуться на небольшое расстояние вдоль
цепи ДНК к стартовой точке синтеза мРНК-
Инициация синтеза цепи РНК начинается реакцией АТР или GTP'
со второй молекулой рибонуклеозидтрифосфата [уравнение (15-5)],
приводящей к образованию динуклеотида, с 5'-концом которого все еще
связан трифосфат.
АТР (GTP) + ХТР -> PPt 4- pppPupX. (15-5}
В дальнейшем за счет реакций этого типа нуклеотидные субъедини-
цы присоединяются к З'-концам. Скорость транскрипции составляет при
этом приблизительно 50 нуклеотидов в 1 с при 25 °C, что приблизитель-
но в 30 раз ниже скорости репликации ДНК-
б. Действие антибиотиков
Антибиотик рифамиции, по-видимому, препятствует инициации кон-
курируя с исходным пуриновым нуклеозид-5'-трифосфатом за место
связывания (дополнение 15-А). В бактериальной клетке та же РНК-
полимераза, которая синтезирует мРНК, катализирует также синтез
рРНК и тРНК- Таким образом, рифамиции ингибирует в бактериях
синтез всех форм РНК- При воздействии на популяцию бактерий этим
антибиотиком некоторые особи выживают. У этих устойчивых к рифа-
мицину мутантов чувствительность к антибиотику утрачена. Среди
резистентных мутантов есть бактерии, продуцирующие РНК-полимера-
зу с измененным строением р-субъединицы. Поскольку такие мутантные
полимеразы ие связывают рифамицина, был сделан вывод, что рифами-
цин связывается с р-субъединицей и что за синтез этой субъединицы
отвечает геи устойчивости к рифамицину геи гооВ. или rif Гпппткрим^
208 Глава 15
на карте — 89 мин; рис. 15-1), который и является геном, кодирующим
0-субъединицы РНК-полимеразы.
Ряд других антибиотиков также препятствует транскрипции. Стреп-
толидигин ингибирует как инициацию, так и элонгацию цепей РНК-
Актиномицин D ингибирует как ДНК-полимеразы, так и РНК-полиме-
разы, причем последние даже при концентрации 10“6 М (дополне-
ние 15-Б). Эукариотические РНК-полимеразы не ингибируются рифами-
цином, однако две из них, а именно РНК-полимеразы II и III, пол-
ностью ингибируются а-аманитином, представляющим собой сильный
яд, содержащийся в некоторых грибах (дополнение 15-В).
Дополнение 15-А
Антибиотики рифамицин и рифампицин3
сн3 СНз
он
но но
о
Рифамицин В
Рифамицин, антибиотик, продуцируемый Streptomyces
mediterranei, широко используется в медицине, поскольку он
действует как на кислотоустойчивые, так и на грамположи-
тельные бактерии. Полусинтетический рифампицин оказался
особенно эффективным при лечении туберкулеза. Обратите
внимание на правое кольцо в структурной формуле. Эфирная
связь разрывается, и образующийся гидрохинон окисляется
до хинона в бактериальной клетке.
Рифампицин — чрезвычайно эффективный ингибитор бак-
териальной РНК-полимеразы; при концентрации антибиотика
2-10 8 М степень ингибирования достигает 50%. Рифампицин
не препятствует связыванию полимеразы с ДНК, но ингиби-
рует инициацию транскрипции. У мутантов Е. coli, резистент-
ных к рифампицину (rif-ген), образуется РНК-полимераза с
измененной 0-субъединицей (иногда это проявляется и в из-
менении электрофоретической подвижности). Родственный
антибиотик стрептолидигии также связывается с 0-субъедини-
цей РНК-полимеразы и блокирует элонгацию. На хромосом-
ной карте мутации, обусловливающие резистентность к этому
антибиотику, располагаются очень близко к rif-мутациям.
• Goldberg J. Н., Friedman Р. A., Annu. Rev. Biochem., 40, 775—810 (1971).
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 209
Дополнение 15-Б
Актиномицин D, токсичный антибиотик
Актиномицины — антибиотики, продуцируемые Streptomy-
ces, — не только убивают бактерии, но обладают также силь-
ным противоопухолевым действием3. Однако из-за исключи-
тельно высокой токсичности они не могут быть использованы
для лечения рака. Актиномицин находит широкое примене-
ние в биохимических исследованиях, что объясняется его спо-
собностью подавлять с высокой степенью специфичности дей-
ствие РНК-полимераз.
Молекула актиномицина D (актиномицина С1) содержит
плоский феноксазоновый хромофор, несущий две карбоксиль-
ные группы. Обе эти группы соединены с одинаковыми цик-
лическими пептидами, состоящими из остатков L-треонина,
D-валина, L-пролина, саркозина (N-метилглицина) и L-ме-
тилвалина.
фенокса- Я ... цис „ иие п
— С—L-Thi—о-Vai----l-Рго----Саркозин
зон
с-метил-Уа!
О---с=о
Метилвалиновый остаток пептида соединен эфирной
связью сгидроксильной группой; боковой цепи треонина.
2Й 1*Лава 15 ’ л
Кроме того, имеются еще две quc-пептидные связи. Если не
учитывать очевидных структурных различий с двух сторон
феноксазинового кольца, то можно считать, что актиномицин
обладает приблизительной симметрией второго порядка.
В результате биохимических исследований было установлено,
что этот антибиотик прочно связывается с двухцепочечной
ДНК в участках, содержащих гуанин.
Комплекс (2:1) дезоксигуанозин — актиномицин был по-
лучен в кристаллическом виде, и его строение исследовано
методом рентгеноструктурного анализаб-г. Оказалось, что
феноксазиновое кольцо расположено в центре комплекса,
одна пептидная петля находится над ним, а другая — под ним
(на рисунке справа). Строение пептидной цепи наиболее
удобно можно проследить для верхней петли. В дидезокси-
гуанозиновом комплексе сохраняется та же симметрия вто-
рого порядка, что и в самом актиномицине. Фенаксозиновое
кольцо удерживается между плоскими гуанозиновыми коль-
цами за счет сил Ван-дер-Ваальса. Обратите внимание, что
две аминогруппы гуаниновых колец образуют прочные водо-
родные связи с карбонильными группами остатков треонина.
Наряду с ними имеются также более слабые, нелинейные
водородные связи между атомами N-3 гуанинов и NH-rpyn-
пами тех же остатков треонина. Симметричная пара водо-
родных связей соединяет две карбонильные и NH-группы
D-валиновых остатков в пептидных петлях.
Исследования с использованием пространственных моде-
лей показали, что аналогичный комплекс может быть обра-
зован актиномицином и с двухцепочечной ДНК. Обратите
внимание на то, что в то время, как показанные на рисунке
две аминогруппы гуаниновых колец образуют водородные
связи с актиномицином, другие водородные атомы тех же
аминогрупп, так же как и атомы водорода при N-1 и карбо-
нильные группы гуанинового кольца, доступны для водород-
ных связей, образующих ГЦ-пары. Таким образом, показан-
ная на рисунке структура может быть легко превращена в
часть двухцепочечной молекулы ДНК, в которой феноксази-
новое кольцо актиномицина интеркалировано между двумя
GC-парами (рис. 2-21). Для того чтобы это произошло, ДНК
должна развернуться на 18° в месте включения дополнитель-
ного кольца.
Изучение структуры кристаллического актиномицин-дезок-
сигуанозинового комплекса имеет прежде всего то значение,
что позволяет графически доказать реальную возможность
интеркалирования плоских колец в молекулы нуклеиновых
кислот. Этот метод показывает также, каким образом спе-
циальный реагент, обладающий приблизительной симметрией
второго порядка, может избирательно связываться с участка-
ми молекулы ДНК, также обладающими осью симметрии вто-
рого порядка.
Структурные исследования имеют важное значение и для
медицины. Зная механизм токсического действия актиноми-
цина, мы, возможно, сумеем осуществить такую химическую
модификацию молекулы антибиотика, при которой его ток-
сичность для нормальных клеток снизится, а для клеток опу-
холи останется прежней6. Другой путь, предложенный Собел-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 21J
лом, — это получение актиномициноподобного антибиотика,
способного специфически взаимодействовать с двойной спи-
ралью вирусной РНК-
* Perlman, D., in: Medicinal Chemistry (A. Burger, ed.), 3rd ed., Part I,
pp. 309—316, Wiley (Interscience), New York, 1970.
® The Structure, as sketched here, is slightly distorted from the computer-
generated drawings of Sobell to show the bonding arrangement more
clearly. H. M. Sobell, Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 13, 153—190
(1973).
» Sobell H. M., Jain S. C., Sakore T. D., Pontlcello G., Cold Spring Harbor
Symp. Quant. Biol., 36, 263—270 (1971).
r Sobell H. M„ Sci. Am., 231, 82—91 (Aug. 1974).
Дополнение 15-B
Сильный яд грибов: а-аманитин
Некоторые смертоносные виды грибов рода Amanita про-
дуцируют бесцветные, токсичные октапептиды, аманитины®.
Молекула высокотоксичного а-аманитина содержит два ос-
татка глицина, один остаток L-изолейцина, один остаток не-
обычного 1-диоксиизолейцина, один остаток L-аспарагина и
один остаток L-оксипролина. Расположенный в центре моди-
фицированный остаток триптофана путем окисления связан с
S—Н-группой остатка цистеина. Величина LD50 для мыши
составляет 0,3 мг-кг-1 (для гибели человека может оказаться
достаточным 50 г свежих грибов Amanita phalloides). Амаии-
тины действуют медленно: мышь невозможно умертвить рань-
ше, чем через 15 ч, независимо от дозы. При замене диок-
сиизолейцинового остатка а-аманитина на негидроксилиро-
ванный лейцин образуется амануллин — абсолютно нетоксич-
ное соединение.
а-Аманитин полностью блокирует транскрипцию под дей-
ствием эукариотических РНК-полимераз II и III. Полимера-
за II представляет собой, по-видимому, основную ядерную
полимеразу, и ее ингибирование практически полностью бло-
кирует синтез белка в клетке. Обратите внимание, что, на-
добно' актиномицину (дополнение 15-Б), молекула аманитида
Ш 'Ща 15 •'
в целом имеет полусимметричную структуру с выступающей
в центре ароматической группой. Не исключено, что аманити-
ны, подобно актиномицину, взаимодействуют с симметричным
участком полимеразы или комплекса полимераза—ДНК.
В тех же грибах содержится ряд быстродействующих ток-
сичных гептапептидов, фаллоидинов, строение которых сход-
но со строением аманитинов. Однако в отличие от аманити-
нов они содержат восстановленный атом серы (—S—), иг-
рающий роль мостика. Механизм действия фаллоидинов не
известен. Эти грибы содержат, кроме того, антаманид — про-
тивоядие фаллоидинам. Этот циклический декапептид
Pro —>- Ala —*- Phe —Phe —> Pro
t I
Pro *— Vai *— Phe *— Phe *— Pro
Антаманид
подобно токсинам, состоит только из L-аминокислот. Анта-
манид конкурирует с фаллоидинами за связывающие места.
К сожалению, при отравлении грибами он не дает эффекта.
Антаманид — ионофор, специфически связывающий натрий
(рис. 5-5).
а Wieland Т., Wieland О., Microb. Toxins, 8, 249—280 (1972).
в. Выбор нуклеотида при спаривании оснований
Каким образом клеткам удается достичь столь высокой степени
точности в выборе нужного основания в процессах репликации и
транскрипции, а также при спаривании кодона с антикодоном в про-
цессе синтеза белка? В ранних работах исследователи часто выска-
зывали мнение, что специфичность спаривания оснований определя-
ется исключительно образованием двух (или соответственно трех) во-
дородных связей и стабилизацией за счет взаимодействия соседних
участков спирали. Оказалось, однако, что свободная энергия образо-
вания пар оснований мала (гл. 2, разд. Г, 6), а дополнительная сво-
бодная энергия, обусловленная связыванием основания с концом уже
существующей цепи, не в состоянии обеспечить специфичность спари-
вания. Исходя из современных энзимологических данных, можно
предположить, что важную роль в обеспечении правильности спарива-
ния играет сам фермент. РНК- и ДНК-полимеразы — достаточно круп-
ные молекулы. Следовательно, связывающее место фермента может
полностью окружить двойную спираль. Если это так, то нетрудно
представить себе, что лроцесс выбора основания может протекать так,
как это показано на рис. 15-5. На приведенном рисунке изображено
гуаниновое основание матричной цепи молекулы ДНК, расположен-
ное в месте наращивания комплементарной цепи (ДНК или РНК) с
З'-конца. Для образования правильной пары оснований соответствую-
щий нуклеозидтрифосфат должен быть пристроен до того, как про-
изойдет реакция замещения, в результате которой нуклеотид присоеди-
нится к растущей цепи. Предположим, что у фермента есть связы-
вающие места для дезоксирибозного компонента матричного нуклеоти-
да и для сахарного компонента включающегося нуклеозидтрифосфата,
причем эти места расположены на строго определенном расстоянии
друг от друга. Как показано на рис. 15-5, в каждом связывающем
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 213
участке может присутствовать также какая-либо группа Н—Y, обра-
зующая водородную связь с азотом или водородом (обозначены тол-
стыми жирными стрелками). Следует отметить, что такие водородные
связи в одном и том же положении относительно дезоксирибозных
или рибозных колец могут образовывать все четыре основания. Далее
мы можем представить себе, что гидрофобная область (на рисунке
она соответствует заштрихованным участкам) способствует дополни-
тельной стабилизации. Данная упорядоченная структура позволяет
Гидрофобные области
Вандероваальсовы
контуры Т и А
Размерь/ этого пространства
достаточны лишь для U(T)uau
С, и лишь С может образовать
водородные связи в нужном
положении
а-рибоза
Аюбые нуклеотиды могут
образовывать водородные
связи с этими группами,
служащими донорами
протонов
Место прямого связывания
дезоксири базы
РИС. 15-5. Выбор правильного нуклеотида для следующей структурной единицы рас-'
тущей цепи РНК или ДНК. Показан дезоксигуанозин матричной цепи, связанный с
гипотетическим участком ДНК-полимеразы.
Рибоза или
d-рибоза
наглядно представить себе, как может быть выбран правильный ну-
клеозидтрифосфат независимо от того, каким из четырех оснований
занято место связывания в левой части рисунка. (Контуры колец
тимина и аденина изображены пунктирными линиями: пунктирная
линия обозначает тимин, а штриховая — аденин.)
Существенная деталь схемы, показанной на рис. 15-5, состоит в том,
что если пурин находится с левой стороны (как это показано на ри-
сунке), то на правой стороне остается место лишь для пиримидино-
вого кольца. Таким образом, вероятность наличия на правой стороне А
и G исключена и остается выбирать только между С и U (или Т).
Однако U не подойдет, потому что диполь, необходимый для образо-
вания водородной связи, расположен в этом основании в неправиль-
ном направлении. В растворе эти биполярные группы гидратированы.
Маловероятно, чтобы эти группы отщепляли связанные с ними моле-
кулы воды до образования водородных связей внутри пары оснований.
Связыванию будет препятствовать, однако, не только то обстоятель-
ство, что молекулы U (или Т) неспособны образовывать прочные во-
дородные связи внутри свободного участка, показанного на рис. 15-5,
но также наличие электростатического отталкивания одноименно
заряженных концов диполей. В результате сродство РНК-полимеразы
к неправильно спариваемым основаниям окажется сниженным. Сни-
жение сродства (увеличение значения кажущейся Лм) удалось наблю-
дать в эксперименте, по крайней мере для ДНК-полимеразы бактерио-
фага Т4, для которой известны мутантные формы. Одна из них, «му*
FAa«al5
таторная» полимераза, при спаривании оснований делает намного
больше ошибок именно потому, что она не способна со столь же вы-
сокой точностью различать основания в процессе спаривания, как это
делает полимераза дикого штамма. Аналогично «антимутатррная»
полимераза делает меньше ошибок, чем полимераза дикого штамма,
причем комплементарные пары оснований она связывает еще более
прочно относительно неком-
Н
Если пары основании
О Уотсона-Крика сформи-
рованы правильно, то по-
явление в этом месте
отрицательного заряда
вызовет указанный поток
электронов
Группа У-Н показанная на рис. 15-5 >
поток электронов может вызывать
распространяющиеся на большое рас-
стояние таутомерные переходы а
инициировать нуклеофильную атаку
в активном участке полимеразы
7> 7
н Н
РИС. 15-6. Гипотетическая схема пути, по ко-
торому через пару оснований может быть по-
слан электронный сигнал для инициации реак-
ции в активном участке полимеразы нуклеи-
новых кислот.
плементарных, чем это делает
фермент дикого штамма [53b].
Более подробно этот вопрос
рассматривается в работе
Дрейка и Балца [53с].
Пары оснований обладают
интересными таутомерными
свойствами, в связи с чем на-
прашивается предположение,
что многообразие таутомерных
форм способствует правильно-
му спариванию оснований и пе-
редаче какого-то сигнала на
активный участок полимеразы,
на котором происходит образо-
вание новой фосфодиэфирной
связи. Чисто гипотетическая
схема того, как это может
происходить, показана на
рис. 15-6. На этом рисунке группе Н—Y, изображенной на рис. 15-5,
соответствует имидазольная группа, которая связана водородной
связью с какой-то другой группой молекулы белка, способной к тауто-
мерным переходам (гл. 6, разд. Д, 5, е). Как показывают изогнутые
стрелки, пары электронов могут смещаться от атомов азота кольца.
Такое смещение, возможно, обусловлено влиянием какой-нибудь отри-
цательно заряженной группы белка. Если водородные связи образо-
ваны правильно, то электроны могут направленно двигаться через
пару оснований на группу Н—Y и далее через постулированную тауто-
мерную цепь. Если пара оснований образована неправильно, то пере-
дача сигнала невозможна (за исключением тех случаев, когда непра-
вильное спаривание происходит с минорным таутомером — гл. 2,
разд. Г, 7). Следует иметь в виду, что возможен также и обратный
электронный транспорт в направлении, противоположном указанному
на рисунке, через ту же пару оснований. Сходные таутомерные пере-
ходы возможны для всех правильных пар оснований. Показанный на
рисунке сигнал, вполне вероятно, также может возникать в результате
присоединения какого-нибудь нуклеофила к пуриновому или пирими-
диновому кольцу, например, как это показано на рис. 15-6, к атому
С-6 цитозинового кольца. В случае рибосом подобные электронные
сигналы могут передаваться через любую из пар оснований, участ-
вующих в распознавании кодона антикодоном; они могут передавать-
ся также и через пары оснований, которые образуются внутри шпи-
лек рибосомной РНК- Хотя это не доказано, но вполне возможно, что
пуриновые и пиримидиновые основания нуклеиновых кислот и кофер-
ментов служат местом активных изменений электронной конфигурации
в процессе функционирования соответствующих соединений.
Следует помнить, что рассмотренные выше идеи носят спекулятив-
ный характер: и могут рказаться совердаеино неверными. Было пока-
: :. . ' г^^исгяж» и апптта ядиывниовых 215
зано, что РНК-полимераза может включать в РНК трифосфат деаза-
небуларина — нуклеозида, обладающего цитотоксическим действием,—
который замещает (частично) либо аденозин, либо гуанозин [54].
Деазанебуларин может образовывать одну водородную связь с U,
но не способен образовывать водородные связи с обычным таутоме-
ром С, из чего был сделан вывод, что при выборе основания главную
рибозил
Деазанебуларин
роль играют стерические факторы, а образование водородных связей
не имеет существенного значения. Хотелось бы надеяться, что чита-
тель сам рассмотрит приведенные аргументы и сформулирует собст-
венное мнение о механизмах выбора оснований, имеющего важнейшее
значение для всех биологических процессов.
г. Т ерминация транскрипции
В ДНК закодированы не только сигналы инициации транскрипции,
но также и сигналы терминации. Как происходит терминация роста
цепи РНК, пока еще точно не установлено. Известно лишь, что неко-
торые сигналы терминации бактериальная РНК-полимераза распозна-
ет сама, тогда как для распознавания других сигналов необходимы
дополнительные белки. Одним из таких белков, возможно, служит
ро-фактор (р), индуцирующий терминацию цепей РНК in vitro [55].
р-Фактор Е. coli представляет собой белок с мол. весом 200 000, обла-
дающий АТРазной активностью [55а].
д. Процессинг мРНК
Конечным результатом действия РНКчполимеразы у бактерий явля-
ется образование ряда молекул мРНК различной длины, причем неко-
торые из них соответствуют полицистронным (полигенным, см.
разд. Г, 3) оперонам, а другие — моноцистронным. Большинство обра-
зованных молекул мРНК нестабильно — средняя продолжительность
их «жизни» составляет приблизительно 2 мин. Однако некоторые из
них, например молекулы мРНК, синтезируемые бактериями перед
самой споруляцией, могут «жить» значительно дольше. Прежде чем
попасть в рибосомы, молекулы мРНК подвергаются процессингу
(«созреванию»). Так, например, после заражения клеток Е. coli
фагом Т7 специфическая рибонуклеаза расщепляет крупный (мол. вес
1,8-106) «ранний» РНК-транскрипт (разд. Г, 8) вирусной РНК на пять
строго определенных фрагментов [56], каждый из которых содержит
информацию, соответствующую одному вирусному гену. Процессинг
информационной РНК в эукариотических клетках (разд. Б, 5) проте-
кает значительно более сложно, чем у бактерий.
3. Рибосомная РНК (рРНК)
В количественном отношении наиболее важная роль принадлежит
рибосомной РНК — на ее долю приходится до 90% всего количества
клеточной РНЮ Синтез рРНК должен протекать быстро, поскольку^.
' Генетика и синтез нуклеиновых кислот 217
0,5 мкм
РИС. 15-7. А. Электронная микрофотография. Запечатлен момент транскрипции ненден-
тифицированного оперона Е. coli. Видна двухцепочечная нить ДНК (расположена го-
ризонтально) и цепи мРНК с присоединенными к ним рибосомами. С правой стороны,
где транскрипция только началась, цепи РНК короче, а левее, где транскрипция про-
должалась в течение определенного времени — они длиннее (фотография из статьи
Miller et al., Science, 169, 392—335). Б. Транскрипция генов рибосомной РНК эмбрио-
на Drosophila melanogaster (плодовой мушки). Наверху слева видна полностью активи-
рованная транскрипционная единица. Более короткие матрицы, которые видны внизу,
еще не сформированы до конца. Обратите внимание на плотно упакованные рибонук-
леопротеидные нити, содержащие растущие транскрибированные рРНК, и на характер-
ные гранулы на концах нитей (фотография из статьи [59с]). В. Электронная микрофо-
тография нерибосомной транскрипционной единицы эмбриона Oncopeltus fasciatus.
Г. Рисунок, проясняющий микрофотографию, приведенную на рис. В. Пунктирными
линиями обозначен хроматин, а сплошными — рибонуклеопротеидные нити. В результа-
те тщательных измерений было установлено, что увеличение длины этих 29 нитей от
самой короткой (обозначена буквой а) до самой длинной (обозначена буквой <о)
пропорционально расстоянию вдоль нити хроматина. Прямая, построенная по методу
наименьших квадратов, которая графически изображает зависимость длины рибонук-
леопротеидных нитей от расстояния, пересекает ось X в точке, показанной на рис. В н
Г стрелками. Считают, что транскрипция начинается где-то рядом с этой точкой и
распространяется приблизительно на 6,0 мкм до точки терминации. Самая длинная
рибонуклеопротеидная нить на микрофотографии находится на расстоянии 5,8 мкм от
исходной точки. Согласно полученным результатам, длина ДНК на этом участке ча-
стично свернутого хроматина составляет 9,6 мкм, что соответствует приблизительно
21 000 паре оснований (рисунок и микрофотография из работы [59а]).
одной клетке Е. coli в 1 с образуется 5—10 новых рибосом или
2-104 молекул РНК в расчете на одно поколение. Каждая рибосома
содержит три молекулы РНК. Ниже приведены константы седимента-
ции, молекулярные веса и количества нуклеотидов для РНК несколь-
ких бактерий.
Константа седимен-
тации (S)
23
16
5
Мол. вес Число нуклео-
тидов
1,1 -106 3300
0,56-10» 1700
4,1-Ю4 120
Все три молекулы рРНК существуют в клетках в форме молекул-
предшественников большего размера (пре-рРНК), содержащих избы-
точные нуклеотидные последовательности как с 3'-, так и с 5'-концов.
У Е. coli идентифицированы два предшественника 5S-PHK, один из
которых содержит 150 нуклеотидов, а другой— 180.
Сейчас принято считать, что в хромосоме Е. coli существует при-
близительно шесть участков, кодирующих рРНК- Каждый из этих
участков представляет собой одну транскрипционную единицу, содер-
жащую по одному гену для каждой из трех видов (16S, 23S и 5S)
РНК. Расположены эти гены в той последовательности, в которой
здесь перечислены соответствующие РНК. Единый транскрипт (кото-
рый у определенных штаммов может иметь константу седиментации
30S) расщепляется под влиянием эндонуклеазы (РНКазы III) на
более мелкие молекулы пре-рРНК [57, 58].
518 Глава IS
Удивительно точное подтверждение этих данных было получено
при электронно-микроскопическом изучении активных участков хро-
мосом растущих клеток Е. coli: удалось увидеть находящиеся в про-
цессе формирования цепи, представляющие собой, очевидно, 16S- и
23S-PHK [59, 59а—с] (рис. 15-7).
4. Транспортная РНК (тРНК)
Наиболее хорошо изученной формой РНК являются небольшие
45-молекулы тРНК с мол. весом приблизительно 26000, состоящие
из 75±5 нуклеотидов (рис. 2-24 и 15-8). Похоже, что по размерам и
основным структурным характеристикам тРНК бактериальных и эука-
риотических клеток не различаются. Наличие «адапторов», необходи-
мых для переноса аминокислот в соответствующие участки матричной
цепи мРНК, было предсказано еще до открытия тРНК- Предполага-
лось, что в молекуле «адаптора» должна иметься нуклеотидная после-
довательность, образующая антикодон, который должен точно распо-
лагаться против соответствующего кодона, в каком-то связывающем
участке белоксинтезирующей системы. Как теперь известно, молекулы
тРНК действительно обладают предсказанными свойствами, однако
при изучении их химических свойств было обнаружено много неожи-
данного. Во-первых, молекулы тРНК оказались длиннее, чем это не-
обходимо для формирования адапторов, а во-вторых, многие основа-
ния, входящие в их состав, сильно модифицированы по сравнению с
исходными соединениями [60].
Еще одна удивительная особенность, характерная для строения
молекул тРНК, состоит в том, что в состав антикодонов входят не
только «стандартные» основания. Так, например, в состав некоторых
антикодонов входит гипоксантин (нуклеозидом которого является
инозин).
На рис. 15-8, А приведено общепринятое изображение молекулы
тРНК в виде «клеверного листа». Трехмерная структура тРНК, опре-
деленная независимо двумя группами исследователей [61, 62], схема-
матически показана на рис. 15-8, Б,
Рассмотрим четыре «стебля», образованных нуклеотидными пара-
ми, связанными при помощи водородных мостиков (рис. 15-8). Один
из этих «стеблей» заканчивается акцепторным концом, т. е. участком,
в котором происходит связывание аминокислоты. Акцепторный конец
присоединяет и переносит активированную аминокислоту, генерируе-
мую в соответствии с уравнением (11-2). Три остальных «стебля» за-
канчиваются петлями, в состав которых обычно входит значительное
число модифицированных оснований. Дигидроуридииовая петля, на-
пример, содержит 5,6-дигидроуридин в различном количестве и в раз-
личных положениях. В антикодоиовой петле всегда находится антико-
дон, расположенный в клеверном листе на конце, прямо противопо-
ложном акцепторному концу. На стороне б'-конца антикодона всегда
находится U (на рисунке обведен кружком), за которым следует еще
один пиримидиновый нуклеотид. Со стороны З'-конца антикодона
обычно находится так называемый «супермодифицированный» нуклео-
тид. ТфС-петля содержит специфическую нуклеотидную последова-
тельность, от которой и происходит ее название. У бактерий последо-
вательность ТфС была обнаружена во всех изученных бактериальных
тРНК, участвующих в синтезе белка; в молекулах же инициаторной
тРНК эукариотических клеток вместо этой последовательности может
"находиться последовательность UCG'4^—65].
Генетика н синтез нуклеиновых кислот 219
> 3'
1
Акцепторный участок
(связывающий, амино—
кислоту)
Дигидроуридиловая
петля
hzU'G-
h U
5„G •
. С •
I
G •
I
G
А •
I
U •
U •
(S)
G,
20
А
т2 д'
С - U - С- G
G - А - G - С,
G
Всегда только
пиримидин
Метилирование
рибозы
m----?с
m
С
G
С то
।
и
1
и
А
А
G-- А-С- A-(C)
m^-C-U-G-U-@
CZ 50
U. _ _7
Акцепторный стебель
ТфС '-петля
во
,С (ду-т
.т7
С •
I
С •
30 G •
I
/ А •
g^G
I
G
I
U
С""!5 40
G—m
G
"С
Риботимидцн
Вариабельная петля
Антикодоновая петля
Y -*—„Сверхмодифицированное основание'
/
G — А — А -*— Антикодон
с - и - и
f V
Неоднозначное (wobble)положе-
ние-
3'
Ь‘—~ Цепь мРНК
Кодон мРНК
РИС. 15-8. Наверху. Схематическое изображение молекулы фенилаланиновой тРНК из
дрожжей: структура клеверного листа. Точками обозначены водородные связи (две или
три). Нуклеотиды, встречающиеся в молекулах почти всех тРНК, обведены кружком.
Отмечены также м другие особенности, свойственные молекулам почти веек тРНК.
В нижней части рисунка показано, иах антикодон может взаимодействоватв е кадоиом
uDWK Ямияи Тпехмеонйя стпуктуоа Ленилаланиновой тРНК из лмжхе11611.
220 Глава 15
Гены, кодирующие синтез молекул тРНК, как у бактерий, так и
у млекопитающих, объединены в кластеры, т. е. в определенные груп-
пы, при транскрипции которых образуются крупные молекулы — пред-
шественники РНК, содержащие иногда молекулы более чем одного
вида тРНК [66—69]. Для формирования зрелых молекул тРНК путем
«разрезания и обстригания» («cutting and trimming») их предшест-
венников необходимы по меньшей мере три различные нуклеазы [57,
66, 69].
Так, в случае тирозиновой тРНК0 Е. coli в молекуле непосредст-
венного предшественника (рис. 15-9) содержится 129 нуклеотидов —
на 44 больше, чем в молекуле зрелой тРНК. Из этих избыточных ну-
клеотидов 41 расположены с 5'-конца и три — с З'-конца. Специальная
нуклеаза (РНКаза Р) разрывает лишь одну связь в молекуле-пред-
шественнике, отщепляя с б'-конца фрагмент, состоящий из 41 нуклео-
тида. В результате действия другой нуклеазы (РНКаза PI1I) с про-
тивоположного конца отщепляется фрагмент, состоящий из трех ну-
клеотидов [66]. Дальнейшее разрушение отщепившихся фрагментов
происходит под воздействием дополнительных ферментов [70].
Важным достижением химии явился синтез двухцепочечного
фрагмента ДНК, кодирующего тирозиновую тРНК [71] Е. coli и ее
предшественник [71а], осуществленный Кораной и его сотрудниками.
Эти исследователи продолжили свою работу, чтобы охватить участок,
терминирующий считывание гена, расположенный вне участка, коди-
рующего синтез CCA-конца тРНК. Была определена последователь-
ность 23 нуклеотидов цепи ДНК, расположенных за участком, коди-
рующим синтез CCA-конца тРНК [72, 73] (рис. 15-9). Здесь следует
отметить две особенности. Первая из них состоит в наличии участка,
обладающего вращательной симметрией второго порядка (на рис. 15-9
он обозначен вертикальными линиями и точкой в центре), который
может служить сигналом терминации. Вторая особенность связана с
наличием двух участков, в которых короткие последовательности ну-
клеотидов повторяются, но в обратном направлении, например
TGAAGT. Играют ли эти участки роль генетических сигналов, пока
неизвестно2).
Участок из 29 нуклеотидов, расположенных перед геном тирозино-
вой тРНК, содержит оператор, последовательность которого также не
установлена [75].
Процесс формирования окончательных молекул тРНК помимо
«обстригания» предшественника нуклеазами сопровождается также
значительными модификациями пуриновых и пиримидиновых основа-
ний [64]. Известно шестьдесят или даже больше реакций, приводящих
к таким модификациям; число и степень таких модификаций неоди-
наковы для разных видов. Строение некоторых модифицированных
оснований показано на рис. 15-10. На примере уридина, приведен-
ного на рис. 15-10, можно видеть, что возможны различные типы мо-
дификаций. Одной из наиболее типичных модификаций является ме-
тилирование, которое может цроисходить как по основанию, так и по
’) Минорная тирознновая тРНК, кодируемая супрессорным геном supF (разд. Г,6).
2> Для обозначения участков двухцепочечной ДНК, обладающих симметрией второ-
го порядка, часто используют слово «палиндром» (гл. 2, разд. Г, 11). К сожалению,
Корнберг [73] и другие исследователи воспользовались этим термином также и для
обозначения примыкающих друг к другу участков одноцепочечной ДНК с обращен-
ной последовательностью. Хотя такой палиндром должен как будто считываться оди-
наково в обоих направлениях, тем не менее ни одна ферментная система, движущаяся
вдоль двухцепочечиой (или даже одноцепочечной) ДНК, не сможет, его прочитать
Одинаково. :>-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 221
, Часть нуклеотидной последова
телъности ДНК .расположенная
о гене после ССА - конца гена тРНК
3' 5'
Т • А
£ С . G
Л • Т
*” А • Т
A U
G А
С • А
С • G
С . G Ср
U.G и
U*A -д-5
С • G С
pppG •caggccaguaaaagcauuacccg*c
U • А
З-канец тРНК -iG • С
G • С во
С • G
С • G
С • G
Т • А
G • С
А • Т
А • Т
А • Т |
А • Т
С * G
Т • А
Т • А
Т • А
С • G
А • Т
С • G
_Т_ • А
А • Т
С • G
С • G
5' 3'
Участки, содержащие
повторяющиеся е обрат-
ной последовательности
сегменты
-----З'-конец тРНК
U • А
G • С
5G • С
70 I ] д
С и UC С и А
G • С
G A A G G и ц С65
С 60 * Ч
и и т Ф
С _ • А
50
А • U 40 -* ф
С А
и А-Га
35с и А
РИС. 15-9. Предполагаемая вторичная структура предшественника тирозиновой тРНК
Е. coli. Нуклеотиды, которые обнаруживаются в зрелой тРНК в модифицированной
форме, представлены на рисунке с соответствующими модификациями (Schaeffer К. Р-.
Altman S., Soil D., PNAS, 70, 3626—3630, 1973). Показана также часть нуклеотидной
последовательности участка гена, кодирующего тРНК и расположенного после
CCA-конца. Обратите внимание на участок, обладающий вращательной симметрией
второго порядка (обозначен вертикальными линиями и точкой) и на два участка с об-
ращенными нуклеотидными последовательностями.
2'-гидроксильной группе сахарного остатка. Метилирование уридина
по положению 5' приводит к образованию риботимидина. По
этому же положению может быть модифицирован и цитидин. При
восстановлении двойной связи между С-5 и С-6 образуется дигидро-
уридин. Замещение кислорода в положении 4 на серу дает 4-тиоури-
дин. На рис. 15-10 показано место возможного метилирования гуано-
ЙЙ Глава 15,
Указанная модисрикация аденозина
в 6-м положении приводит к образованию
треонилкарбамоиладенозина (tA}
Псевдоуридин (ф)
С —ОСНз
Рибоза СН3
Рибоза
N 6- (д2-изопеп тенил) аденозин
(сокращенно iA)'t обнаружен на 3-конце
антикодонов, оканчивающихся А (соот-
ветствующие им кодоны начинаются с U)
РИС. 15-10. Строение некоторых обнаруженных в молекулах тРНК нуклеозидов, со-
держащих модифицированные основания. Положения, в которых может осуществлять-
ся метнлнрованне, обозначены буквой т.
зина. Для обозначения метилирования оснований нуклеиновых кислот
часто используют символ m (диметилирование обозначают ш2).
Большой интерес представляет собой превращение уридина в
псевдоуридин (ф). Известно, что псевдоуридин образуется в резуль-
тате перегруппировки уридина, осуществляемой в первоначальном
транскрипте, однако химия такого превращения еще неясна. Сущест-
венным является то, что псевдоуридин, так же как и урацил, может
«спариваться» с аденином. Основание, обозначаемое буквой Y, пред-
ставляет собой сильно модифицированный гуанин. На рис. 15-10 по-
он он
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 223
казаны два «сверхмодифицированных» аденозина. На З'-концах анти-
кодонов, «спаривающихся» с кодонами, начинающимися с U, обнару-
живается №-изопептеннладенозин. Интересно, что у растений именно
это соединение служит гормоном, известным под названием цитоки-
нина (гл. 16, разд. А, 3).
Другой сильно модифицированный пурин — треонилкарбамонладе-
нин — обычно примыкает к тому концу антикодонов, которые взаимо-
действуют с кодонами, начинающимися с А. Функция этих сильно
модифицированных оснований неясна, однако похоже, что они нужны
для правильного связывания тРНК с рибосомами. Специфический
фермент, осуществляющий перенос изопентенильной группы с изопен-
тилпирофосфата, был выделен в чистом виде (гл. 12, разд. 3) [76].
Интересная особенность метаболизма тРНК, которую мы до сих
пор не рассматривали, связана с З'-концевой группой, состоящей из
трех нуклеотидов: ССА. Эта легко отщепляемая и вновь синтезируе-
мая группа неизменно присутствует в молекулах всех тРНК. Скорость
«оборота» этой группы достаточно высока для того, чтобы включить
«в работу» приблизительно 20% молекул тРНК в промежуток между
двумя делениями клетки, однако она значительно ниже той скорости,
с которой молекулы тРНК участвуют в синтезе белка. Таким обра-
зом, этот процесс, по-видимому, непосредственно не связан с образо-
ванием пептидной связи.
5. Транскрипция в эукариотических клетках
В клетках с истинным ограниченным мембраной ядром молекулу
информационной РНК живут сравнительно долго. За время своей
жизни они должны выйти из ядра в цитоплазму, к местам синтеза бел-
ка. Помимо очевидной необходимости жить дольше и перемещаться
на большие расстояния по сравнению с бактериальным мРНК эука-
риотические мРНК отличаются от них еще по целому ряду до конца
не изученных параметров. Вполне возможно, например, что в случае
эукариот молекулы мРНК транскрибируются с отдельных генов и по-
лигонные опероны у них обычно не функционируют. В эукариотиче-
ских клетках был обнаружен новый тип РНК, получивший название
гетерогенной ядерной РНК (Г-яРНК). Существует предположение, что
эта РНК, на долю которой приходится основная часть ядерной РНК,
служит предшественником мРНК. Подобно мРНК эта РНК похожа
по нуклеотидному составу на ДНК. Мол. вес этой РНК лежит обычно
в пределах от 105 до 2-Ю7 (что соответствует содержанию 1500—•
30 000 нуклеотидов). Для молекул Г-яРНК характерна способность к
быстрым превращениям — для большинства из них время полужизии
не превышает 10 мин. Однако некоторые из Г-яРНК могут существо-
вать и 20 ч. Вызывает удивление тот факт, что из ядра выходит лишь
около 10% Г-яРНК, а большая ее часть распадается в ядре, так
и не переходя в цитоплазму [77—79].
Неожиданное открытие помогло подтвердить, что Г-яРНК действи-
тельно является предшественником мРНК. Было показано, что как у
Г-яРНК, так и у мРНК эукариот на З'-конце находятся длинные цепи
полиадениловой кислоты [поли(А)]. (Исключение, по-видимому, со-
ставляют молекулы мРНК, кодирующие синтез гистонов — основных
ядерных белков,, обнаруживаемых в эукариотических клетках.) Обыч-
но к концу цепи Г-яРНК присоединяется 200 остатков адениловой кис-
лоты—по-видимому, прн помощи, специфического фермента, действую-
щего уже послезавершенияпроцессатранскрипцни[79а]^
224 Глава 15
Имеются даннь1е о том, что поступающая в цитоплазму мРНК,
образовавшаяся в результате расщепления Г-яРНК, все еще содер-
жит 50—75 остатков адениловой кислоты. Эти остатки постепен-
но (однако, по-видимому, не полностью) отщепляются от мРНК.
Какова функция таких участков поли (А)? Мы не знаем ответа на
этот вопрос. Согласно одному из предположений, поли (А) зачем-то
нужны для транспорта мРНК из ядра. Существует и другое предпо-
ложение, а именно что после каждого акта трансляции, когда мРНК
покидает рибосому, от ее З'-конца отщепляется один или несколько
нуклеотидов. Таким образом, согласно этому объяснению, отдельные
звенья З'-концевых участков поли (А) — это как бы «билеты», каждый
из которых дает ей право на одну «поездку» через рибосому. Состоя-
ние, когда все остатки А уже израсходованы, служит клетке сигналом
для разрушения мРНК. Хотя считается, что наличие участков поли (А)
в мРНК является характерной особенностью эукариотических клеток,
быстро распадающиеся последовательности поли (А) обнаруживаются
также и у Е. coli [80].
Другая удивительная особенность мРНК, которая была обнару-
жена сравнительно недавно, состоит в том, что, как у эукариот, так и
у вирусов 5'-концы молекул многих мРНК прикрыты концевыми «кол-
пачками», имеющими специфическую структуру и содержащими
7-метилгуанозин в виде биполярного иона, образующегося в результа-
те отщепления протона [81—83]. Обратите внимание на трифосфат-
ный мостик, при помощи которого 7-метиладенозин соединен с мРНК.
Он может образовываться следующим способом [82]. На 5'-конце
РНК-транскрипта первоначально находится трифосфатная группа, по-
скольку при инициации транскрипции затравкой служит нуклеозидтри-
фосфат. Одна из таких фосфатных групп может отщепляться, после
чего остается дифосфат, который и взаимодействует с GTP. После
этого 7-метильная группа, а также 2'-метильная группа рибозы1', на-
ходящейся на 5'-конце полинуклеотида, переносится с S-аденозилме-
тионина при помощи соответствующей метилазы.
мРНК полиовируса необычна в том отношении, что в инфицирован-
ных клетках она остается неприкрытой концевым колпачком [83а].
Ядрышко
В результате многочисленных исследований было окончательно
установлено, что местом синтеза рибосомной РНК является ядрышко
(в ядре может быть одно или несколько ядрышек). Рибосомы эука-
» Следующий остаток рибозы также иногда метилируется, и №-метиладенозин мо-
жет находиться на З'-конце рядом с участком Ноли (А) [83].
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 225
риотических клеток содержат четыре различных типа молекул РНК,
размеры которых указаны ниже.
Константа седимен- Мол. вес Число
тации (S) нуклеотидов
28 1,7-10е 5000
18 0,65-10е 2000
5,8 5-10* 150
5 4-Ю4 120
28S, 18S и 5,8S образуются ИЗ ВЫСО
Молекулы !
(4-Ю6) 45S-npe-pPHK- Этот
центральной зоне ядрышка. При
ружную «кору» она поэтапно
[57, 84, 85].
предшественник транскрибируется в
выходе молекулы пре-рРНК в на-
распадается [уравнение (15-6)]
285
(1.7-10е)
32S 7
(2-110eN5,8S
(5 104)
41S 7
(3.0-10»)^
20S
(0,9-10е)\ 18S
(0,65-10е)
Методом электронной микроскопии было прямо подтверждено на-
личие взаимосвязи одной молекулы-предшественника с другой
(рис. 15-11) [85а, Ь]. Заметим, что ближе других к 5'-концу нахо-
дится 185-субъединица 45S-PHK, точно так же, как 16S-pPHK в боль-
45S
(4,1 10е)
(15-6)
! Б
РИС. 15-11. А. Электронная микрофотография 455-предшественника рРНК клеток
Hela после «распрямления» молекул в 80%-ном растворе формамида и 4М мочевине.
Изображение молекулы получено методом негативного контрастирования. Б. Контуры
молекулы, изображенной на рис. А. Видны несколько участков, обладающих вторичной
структурой двухцепочечных шпилек. Показаны участки, соответствующие 28S- и
18S-pPHK. В. 32S-pPHK. Г. 28S-pPHK. Обратите внимание, что в 28S-pPHK можно ви-
деть те же вторичные структуры, что и в ее 32S- и 455-предшественниках [85а].
15—422
гG—G-A-U-G—С-С
G ' I • I I
4 C-C-C-A-U-G-G
U
A
G
U • G
G • U
U - A
G - C
G - C
G - C
G - C
G - C
i i
U - A
G-u-G-a'A'g
III I
A-A-C-U „,A
G
C
c
/
r^C-C-C-U
A' I I I I
' .G-G—G—A
U-A \
C _ A A
(j • и ,
P-G ‘-°
G A и • G
G - C
U-C-C-A-Cx
III C
U-G-G-U-c'
-°Gcg
C"c^ z / C1
uwG
C - G
C - G
A - U
G-C
G - C
C - G
A-6P
H0U
Б
В
РИС. 15-12. Нуклеотидная последовательность рибосомной 5S-PHK клеток человека
(KB-карцинома). А и Б. Две возможные структурные формы (Sirlin J. L. «Biology
of RNA», p. 67, Academic Press, New York, 1973). В. Возможные варианты спаривания
оснований в молекулах, 5S-PHK эукариот (сверху) и 5S-PHK прокариот снизу.
Буквами внутри петель обозначены общие нуклеозиды для 5S-PHK KB-клеток человека,
X. laevis и Т. utilis (сверху) и для 5S-PHK Е. coll, Р. fluorescens и В. stearothermophi-
lus (внизу). Нуклеотиды, обведенные в рамкн, обнаруживаются в указанных местах
5S-PHK как эукариот, так и прокариот (Nishikawa К., Такешига S., J. Biochem., Tokyo,
76. 935—947. 1974).
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 22Т
шом транскрипте генов рРНК прокариот (разд. Б,3). Возможно, что
число этапов в действительности больше, чем показано на рисунке.
Так, образованию 45S-PHK может предшествовать образование 46S-
и 475-молекул.
Необычайно важную роль в исследовании ядрышка сыграло прямое
наблюдение неупорядоченной центральной зоны ядрышек при помощи
электронного микроскопа [59, 86]. На ДНК-цепях пре-РНК-генов
удалось увидеть образующиеся нити РНК, покрытые белком,
(рис. 15-7). С одного гена одновременно транскрибируется приблизи-
тельно 80—100 РНК-цепей разной длины. Общая длина гена, соглас-
но электронно-микроскопическим данным, составляет 2,3 мкм, что
лишь ненамного меньше рассчитанной длины полностью вытянутой
молекулы ДНК (в В-форме). Однако, судя по длине образующихся
транскриптов, цепи пре-рРНК многократно сложены с образованием
компактной структуры.
У любых организмов в гаплоидном наборе генов содержится, как
правило, лишь один ген данного типа. Что же касается рибосомной
РНК, то ее гены представлены в одном геноме множеством копий*.
Так, например, у дрозофилы обнаруживается 130—190 копий гена
45S-pPHK.
Ген рибосомной 5S-PHK у эукариот не связан с геном 45S-PHK и
локализован не в ядрышке. У дрозофилы около 500 копий гена 5S-PHK
расположены в правом плече хромосомы 2. За синтез 5S-PHK (ну-
клеотидная последовательность которой показана на рис. 15-12) ответ-
ственна РНК-полимераза III. Характерная особенность 5S-PHK со-
стоит в том, что она может быть сложена по-разному, и до сих пор.
не ясно, каким способом или способами она укладывается в рибо-
сомах [87].
В. Трансляция генетической информации.
Синтез белка
Белоксинтезирующаяся система Е. coli включает 15 000 рибосом,
которые составляют одну четвертую часть общей массы клетки. Вы-
яснение устройства и механизма функционирования этих маленьких
молекулярных машин, которые под электронным микроскопом имеют
вид всего лишь неясных точек, является одним из основных направ-
лений исследований современной молекулярной биологии [88].
1. Химический состав рибосом
Масса рибосом Е. coli составляет приблизительно 2,7-10® дальтон;
около 65% ее веса приходится на долю РНК, остальные 35% — на
белок. В эукариотических клетках масса рибосом больше, чем в бак-
териальных, приблизительно в 1,6 раза (4,3-10® дальтон). При опре-
деленных условиях, и в частности при низкой концентрации ионов
Mg2+, цельные рибосомы (для бактерий это 705-рибосомы) диссоции-
руют на две субчастицы неодинакового размера — 30S- и SOS-рибо-
сомные субчастицы. 505-субчастица приблизительно в два раза боль-
ше 305-субчастицы; в ее состав входят две молекулы РНК (23S и
5S) (табл. 15-4). Меньшая (30S) субчастица содержит одну молекулу
16S-PHK, полинуклеотидная цепь которой включает 1700 нуклеотидов;
ее длина (если ее целиком распрямить) может превысить 500 нм.
Нуклеотидная последовательность этой РНК полностью расшифрр;
вана. ' ",
Глава: 15- -щ wcr •
Таблица 15-4
Масса рибосом Е. coil
Частица Рибосома, дальтоны (X 108) РНК, дальтоны (X I0S) Белок (по раз- ности) дальто- ны (X ЮЗ)
505-субчастица —1,8 — 1,1 (23S) —0,04 (5S) —0,7
308-субчастица —0,9 —0,56 (16S) —0,3
708-субчастица —2,7 ,7 — 1,0
Помимо сильно «упакованных» молекул РНК в состав ЗОБ-субча-
стицы входит приблизительно 21 белковая молекула, различающаяся
по аминокислотному составу и по аминокислотной последовательно-
сти (табл. 15-5). Многие из этих белков (их обозначают символами
Si, S2, S3 и т. д.) имеют сравнительно небольшой мол. вес. Кроме
того, многие из них обладают сильно выраженными основными свой-
ствами. Они содержат большое число остатков лизина и аргинина,
которые бесспорно обусловливают взаимодействие этих белков с мо-
лекулами РНК- Вместе с тем в состав SOS-субчастиц входит также
несколько кислых и нейтральных белков. Рибосомная SOS-субчастица
содержит — 34 различных белка, причем в одной субчастице может
находиться несколько молекул белка одного и того же типа. Белко-
вый состав рибосом может подвергаться изменениям, и установить его
точно — задача довольно трудная. Большая часть белков (обычно их
называют структурными единицами) присутствует в соотношении
1:1. Другие белки могут отсутствовать в некоторых рибосомах. Ана-
логично дополнительные копии некоторых субчастиц могут содер-
жаться лишь в части рибосом. В процессе синтеза белка с функцио-
нирующими рибосомами временно может связываться ряд других
белков.
Установление точных размеров и формы рибосом представляет
собой трудную задачу. В настоящее время считают, что диаметр бак-
териальных рибосом составляет приблизительно 22 нм, а длина части-
цы, возможно, 30 нм. Рибосомы эукариотических клеток имеют при-
близительно в 1,17 раз большие линейные размеры и содержат значи-
тельно большее число белков — около тридцати в малой субчастице
и около сорока в большой [89]. Однако есть основание думать, что
число белков, существенных для функционирования, в рибосомах
эукариотических клеток такое же, как и в рибосомах Е. coll [90].
Интересно, что белки эукариотических рибосом (так же, как и моле-
кулы рРНК) значительно крупнее, чем белки бактериальных рибосом.
Митохондриальные рибосомы в некоторых отношениях напоминают
бактериальные, но имеют большие размеры и содержат приблизитель-
но 66% белка (в рибосомах Е. coli содержание белка составляет
лишь 35%).
Многочисленные данные свидетельствуют о том, что белки в рибо-
сомах находятся в форме компактных молекул, у которых для добав-
ляемых реагентов наиболее доступна поверхность. Молекулы РНК
также в основном доступны для воздействий извне. Около 50% общей
массы рибосом находится в гидратированном состоянии. Таким образом,
рибосомы представляют собой структуры, в которые сравнительно легко
может проникать растворитель. Большая часть РНК (возможно, 60—
70%) складывается, образуя петли со спаренными основаниями, как это
имеет место в тРНК. Для выяснения физических основ, обусловливаю-
щих связывание различных рибосомных субчастиц друг с другом, было
Генетика н синтез нуклеиновых ннслбт 229
Таблица 15-5
Рибосомные белки
Белки рибосомных ЗОБ-субчастиц I Белки рибосомных 505-субчастиц
обозначение мол. вес | связывание3 обозначение | мол. цес связывание3'
S1 65 000 L1 22 С00
S2 27 ОСО L2 28 000 +
S3 28 000 L3 23 000
S4 25 000 + L4 28 500
S5 21 000 L5 17 500
S6 17 000 L6 21 000 Г
S7 26 000 + L7 15 500 -
S8 16 000 + L8 19 000
S9 17 500 L9J
S10 17 000 L10 21 000
S11 LH 19 000
S12 17 000 L12 15 500
S13 14 000 L13 20 000
S14 15 000 L14 ; 18 500
S15 13 000 + L15 17 000
S16 13 000 L16 22 000 +;
S17 10 000 L17 15 000 + -
S18 12 000 L18 17 000 +
S19 14 000 L19 17500 +
S20 13 000 + L20 16 000 +
S21 13 000 L21 14 000
Сумма 405 000 L22 17 000
L23 12 500 +
L24 14 500 +
L25 12 500 +
L26 12 500
L27 12 000
L28 15 000
L29 12 000
L30 10 000
L31
L32
L33 9 СОО
L34
Сумма 549 000
Знак + обозначает связывание непосредственно с рибосомной РНК-
проведено большое число экспериментов. При этом было обнаружено,
что белки S4 и S20 связываются непосредственно с 16S-PHK вблизи от
ее б'-коица, белки S8 и S15 — йримерно в центре, а белок ST —около
З'-конца; Было высказано предположение, соглаошэ котооому особо важ-
230 Глава 15
ную роль в организации рибосомы играет белок S4 [88]. Сейчас разра-
ботаны методы, позволяющие осуществлять полную диссоциацию рибо-
сомных 30S- и 505-субчастиц [91, 92] Е. coli на индивидуальные белки
и РНК с последующей их реконструкцией в функционально активные
рибосомы. В такого рода экспериментах было установлено, что важное
значение для правильной реконструкции имеет последователность добав-
ления белков. Результаты этих опытов дают основания считать, что кро-
ме белков S4, S7, S15 и S20
РИС. 15-13. Две проекции 708-рибосомы Е. coli.
Цифрами обозначены места связывания специфи-
ческих антител к определенным рибосомным бел-
кам (нумерация такая же, как в табл. 15-5). Бук-
вы S и L не указаны, так как из рисунка и так
ясно, в какой из субъединиц находится белок.
В тех случаях, когда для какого-то одного анти-
тела обнаруживается более чем одно место связы-
вания, эти места обозначены буквами А, В, С и
D. В других проекциях можно было бы увидеть
много других идентифицированных мест связыва-
ния [97].
с 16S-PHK связываются так-
же белки S9, S13 и S17, а
белок S16 связывается с бел-
ками S4 и S20 [93]. Осталь-
ные белки не нужны для
восстановления структуры
рибосомы, но необходимы
для функционирования ри-
босомы. к НИМ относятся
белки S3, S10, S12, S14 и
S19. У большинства рибо-
сомных белков ферментатив-
ной активности не обнару-
жено, однако вполне воз-
можно, что они обладают
какими-либо еще не уста-
новленными каталитически-
ми свойствами.
Было показано, что бел-
ки L5, L18 и L25 SOS-субча-
стицы специфически связы-
ваются с молекулой 5S-PHK,
последовательность основа-
ний в которой установлена (рис. 15-12). Известно также, что комплекс
L5-L18-L25-5S-PHK связывается с олигонуклеотидом ТрфрСрОр. Сле-
довательно, можно предположить, что 5S-PHK взаимодействует с
ТфС-плечом молекулы тРНК при ее связывании с рибосомой. Кроме
того, было обнаружено, что L18+L5 (или L25) обеспечивают связы-
вание 5S-PHK с 23S-PHK. В табл. 15-4 указаны остальные белки ри-
босомных SOS-субъединиц, связывающиеся с РНК-
Сейчас проводится много экспериментов с использованием реаген-
тов, образующих поперечные связи между белковыми молекулами.
В частности, используются бифункциональные соединения, способные
ковалентно связываться с двумя различными —SH- или —МНг-груп-
пами [93—95]. Использование этого подхода дало возможность иден-
тифицировать следующие связанные поперечными связями пары
[93, 95]: S2-S3, S4-S6, S4-S8, S4-S9, S4-S12, S5-S8, S5-S9, S7-S8,
S7-S9, S11-S18, S13-S19 и S18-S21. Другой подход состоит в том,
чтобы получать специфические антитела к отдельным рибосомным
белкам и изучать при помощи электронного микроскопа места их свя-
зывания на поверхности рибосомных субчастиц [96, 97]. Этим мето-
дом была установлена локализация многих белков на поверхности
как 30S-, так и 508-субчастиц (рис. 15-13). В ряде случаев антитела
к определенному белку связывались сразу в нескольких участках. Тот
факт, что связывающие места для антител к белкам S2, S12, S15 и
S18 отстоят друг от друга на 8—19 нм, свидетельствует о том, что эти
белки в 30§-субчастице находятся в вытянутой, , фибриллярной
Генетика и синтез нуклеиновых кисло! 231
конформации (рис. 2-12). На основании аналогичных данных счи-
тают, что белок S4 также имеет вытянутую форму, достигая в длину
17 нм [95], что обусловливает способность этого белка образовывать
большое число поперечно связанных пар. Все это свидетельствует о том.
что рибосома — это чрезвычайно сложная машина.
2. Синтез белка
Образование полипептидных связей на рибосомах обычно подраз-
деляют на три процесса; инициацию, элонгацию и терминацию [98].
Синтез белка начинается с инициирующего кодоиа; чаще всего им
является кодон метионина AUG. Кодон GUG, расположенный надле-
жащим образом в цепи мРНК, также может служить инициирующим
кодоном. В этом случае он детерминирует метионин, а не валин. Для
распознавания «стартового» сигнала важную роль может играть так-
же последовательность оснований, предшествующая инициирующему
кодону. На это указывает тот факт, что кодоны AUG и GUG встре-
чаются не только в точках инициации.
а. Инициация [99]
В случае бактерий пептидные цепи всегда начинаются аминокис-
лотой N-формилметионином. Таким образом, первый этап в синтезе
белка состоит в выстраивании инициирующего кодона в требуемом
месте на рибосоме и в связывании с ним молекулы тРНК, «напру-
женной» Й-формилметионином1*. Этот процесс сравнительно сложен.
Отчасти это связано с тем, что рибосомы должны выбрать истинный
инициирующий кодон из многих кодонов AUG и GUG, содержащихся
в середине цепи мРНК. Это достигается, по-видимому, за счет спа-
ривания оснований ACCUCCU, расположенных на З'-конце 165-рибо-
сомной РНК, и комплементарной инициирующей последовательности
в мРНК (рис. 15-14) [100, 101]. Для такого связывания нужен также
рибосомный белок S1 (известный также под названием t-фактора).
Считают, что его функция состоит в удерживании З'-конца 16S-PHK,
находящейся в «открытой» конформации, а не в виде Шпильки [102].
Кроме рибосомных белков существуют еще три необходимых для
инициации белка, известных под названием факторов инициации:
IF-1, IF-2 и IF-3. Последний существует по меньшей мере в двух фор-
мах: IF-За и IF-Зр. Роль фактора инициации IF-3 состоит, по-видн-
мому, в образовании инициационного комплекса мРНК—16S-PHK
(рис. 15-15, стадия а) и в его стабилизации. На этой стадии «нагру-
женная» молекула формилметионил-тРНК (fMet-тРНК) связывается
со вторым фактором инициации IF-2, который до этого уже связался
с молекулой GTP (стадия б)2). Далее этот комплекс связывается с
305-субчастицей предположительно таким образом, что антикодон
тРНК комплементарно «спаривается» со стартовым кодоном мРНК
(рис. 15-5, стадия в). Связыванию IF-2 комплекса каким-то образом
помогает третий инициирующий фактор IF-1, роль которого до конца
не выяснена. Теперь IF-3 покидает комплекс (стадия г) и происходит
О Это связывание сопровождается побочным эффектом: сдвигом равновесия меж-
ду 30S- и 505-субъедииицами и интактными 705-рибосомами в сторону усиления дис-
социации [91].
2> Некоторые исследователи считают, что комплекс fMet-тРНК—IF-2 свизывается
с рибосомной 305-субчастицей.раньше, дем мРНК.[103]. ....
В& .Или» 15
присоединение рибосомной 505-субчаСтицы с образованием целой ри1-
босомы, после чего IF-1 отщепляется (стадия д).
В вопросе о том, что происходит на самом деле при этих реак-
циях, еще очень много неясного, однако сейчас можно считать твердо
установленным, что «нагруженная» молекула метионил-тРНК действи-
тельно связывается, как это показано на рис. 15-5, с так называемым
(G)G Ат?
G А т!
GeC
А = U
U - G
G-C
С ее G
. C = G
А = U
А = U G G
U ~А с
GSC
G = C
А = U
т А С А с
г U А Л
S' и с G
Фрагмент, 6ырезанн1>1а
из 16S-PHK колицином
А 3
дт'
иА
U“A
G
(G)
G
G = C
G = C
А - U
U - G Комплекс
G -С
С = G
CeG
А = U
А = U
U — GGAUCACCUCCUUA0H
G .....
G
А А
С А
g(jUUGGAGGAUCCUUA 5'
AU
С
и AUG CGAGCUUUUAGUG 3*
5' AUUCCUAGGAGGUUUGACCU AUG CGAGCUUUUAGUG 3'
, Участок инициации
РИС. 15-14. Предполагаемая схема расположения водородных связей между фрагмен-
том 16S-PHK и участком инициации А-белка в РНК фага R17. Предполагается, что
вторичная структура изображенного на этой схеме фрагмента 168-РЙК при физиологи-
ческих условиях стабильна. На рисунке не показана другая схема расположения во-
дородных связей, соответствующая столь же стабильному комплексу оснований, высту-
пающая петля которой увеличивается до 9 оснований, а четверка оснований CCUU,
расположенная на З'-конце, спаривается с AAGG на 5'-конце нижней части стебля
[Ю1].
Р-участком (пептидильный участок) рибосомной SOS-субчастицы. Со-
гласно более раннему предположению, которое и сейчас нельзя счи-
тать до конца опровергнутым, начальное связывание происходит в
«A-участке» (аминоацильный участок), а уже в дальнейшем проис-
ходит транслокация на P-участок. Основанием для такого предполо-
жения послужило то обстоятельство, что на последней стадии инициа-
ции (рис. 15-15, стадия е), на которой IF-2 освобождается в комп-
лексе с GDP, происходит гидролиз GTP. Из данных, которые будут
рассмотрены в следующем разделе, следует, что гидролиз GTP необхо-
дим для транслокации в процессе роста (элонгации) пептидной
цепи.
О том. что гидролиз GTP действительно необходим для процесса
инициации, свидетельствует тот факт, что на начальной стадии связы-
вания вместо GTP можно использовать б'-гуанилметилендифосфонат
(аналог GTP, в котором центральный и последний атомы фосфора
соединены метиленовым мостиком). Этот аналог может заменять
GTP на всех начальных стадиях процесса инициации вплоть до свя-
зывания с SOS-рибосомой, но не способен функционировать на по-
следнем этапе, поскольку он не гидролизуется. Значение гидролиза
GTP до настоящего времени точно не установлено. Не исключено, что
он служит источником энергии, необходимой для перегруппировки
составных частей рибосомы (о чем уже шла речь выше), или нужен
просто для освобождения комплекса IF-2—GDP (если, например,
комплекс IF-2—GTP связей прочно, а комплекс IF^2—GDP —слабо).
Генетика и синтез нуклеиновых кислот
IF-3
РИС. 15-15. Инициация синтеза белка в рибосомах бактерий.
Очевидно, что оба эти предположения о возможном значении гидро-
лиза GTP не исключают друг друга.
Некоторую информацию о пространственном расположении рибо-
сомных белков, участвующих в инициации, можно получить на осно-
вании того, что антитела к белкам S19 И S21 блокируют образование
инициирующего комплекса с fMet-тРНК. Известно также, что антите-
ла к белкам S2, S18 и S20 блокируют связывание фактора IF-3.
Эксперименты с использованием агентов, образующих поперечные
мостики, показали, что IF-2 и S19 расположены близко друг 'к другу,
а IF-З находится рядом с S12.
б. Элонгация пептидных цепей [J04]
После того как инициирующий комплекс f'Met-тРНК занял свое
место иа P-участке, может начаться рост пептидной цепи, в процессе
которого аминокислотные остатки поочередно присоединяются к
С-концу растущей полипептидиой цепи. Элонгация протекает в три
следующих этапа, которые повторяются вновь и вновь до тех пор,
пока не закончится образование всего полипептида:
S34 Глава 15
1. Кодонспецифическое связывание молекулы тРНК, «нагружен-
ной» очередной аминокислотой, с А-участком.
2. Образование пептидной связи. На этом этапе тРНК, находя-
щаяся в P-участке, освобождается и вместе с растущей пептидной
цепью переносится в А-участок.
3. «Транслокация» пептидил-тРНК с A-участка на P-участок. На
этом этапе также происходит освобождение использозванной тРНК с
P-участка и перемещение мРНК, в результате которого очередной
РИС. 15-16. Элонгация растущей пептидной цепи.
кодон попадает в A-участок. Энергия, необходимая для процесса
транслокации, образуется за счет гидролиза одной молекулы GTP.
Первый из этих трех этапов, а именно связывание аминоацил-
тРНК с A-участком, зависит от фактора элонгации Т, или EF-T, имею-
щего белковую природу. Этот фактор представляет собой смешанный
димер Ts-Tu, один из компонентов которого Ts — стабильный белок с
мол. весом ~ 42 000. Другой компонент Ти — белок, связанный с мем-
браной '[104а]; его мол. вес равен приблизительно 44 000, а содержа-
ние в EF-T в несколько раз превосходит содержание Ts. Белок Ти
образует комплекс с GTP и с молекулами аминоацил-тРНК (но плохо
связывает fMet-тРНК). Как показано на рис. 15-16, при взаимодей-
ствии GTP с комплексом Ts-Tu освобождается белок Ts и образуется
комплекс GTP-Tu (стадия а), который затем связывается с амино-
ацил-тРНК и с рибосомой (стадии бив). Эти реакции происходят в
пептидилтрансферазном центре на бОБ-субъединице, в участке, в со-
став которого входят белкй L7 и L12.
Генетика н синтез нуклеиновых кислот 23Б
На следующей стадии (стадия г) пептидная цепь переносится к
-аминогруппе аминоацил-тРНК, занимающей A-участок, путем простой
реакции замещения. Однако на .деле эта реакция протекает сложнее,
чем это показано на рисунке. Она сопровождается расщеплением свя-
занного GTP и освобождением Pi и комплекса Ти—GTP. Последний,
как показано на рисунке, взаимодействует с Ts; при этом вновь обра-
зуется димер Tu-Ts и освобождается GDP. Таким образом, суммар-
ная реакция состоит в расщеплении GTP, сопряженном с синтезом пеп-
тидной связи. Химия реакции не требует гидролиза GTP. Мы, однако,
ле знаем, насколько близко друг к другу располагаются концы двух
соседних молекул тРНК- Расстояние между ними может быть доста-
точно большим. Белки L7 и L12 содержат необычайно много алани-
на и характеризуются высоким относительным содержанием а-спи-
ральных участков. В этом отношении они напоминают мышечный
белок миозин. В связи с этим было высказано предположение, что эти
белки служат частью «мини-мышцы», которая, используя энергию,
освобождающуюся при гидролизе GTP, перемещает определенные
участки рибосомного комплекса, сближая между собой аминогруппу
и пептидильную группу в пептидилтрансферазной реакции.
Интересным с химической точки зрения и вместе с тем трудным
представлялся вопрос о том, какая из гидроксильных групп, (2'- или
3'-) концевого остатка аденозина тРНК несет активированную амино-
ацнльную или пептидильную группу. В настоящее время считается,
что между этими группами через ортоэфир (тетраэдрический аддукт)
может быстро устанавливаться равновесие [уравнение (15-7)].
о=с NH»*
RZ Н
Модифицированный комплекс фенилаланил — тРНК дрожжей,
оканчивающийся З'-дезоксиаденозином, присоединяет аминогруппу
при помощи фермента, активирующего аминокислоту (аминоацил-
тРНК—синтетазы) [уравнение (11-2)], в то время как фенилаланин-
тРНК, оканчивающаяся 2'-дезоксиаденозином, в реакцию не вступает.
Это дает основание думать, что местом исходного аминоацилирования
служит 2'-гидроксильная группа. Вместе с тем изучением способности
синтетической 2'-фенилаланил — тРНК, оканчивающейся З'-дезоксй-
аденозином, играть роль акцептора пептида в пептидилтраисферазной
23С Глава 15
реакции на рибосомах было установлено, что она не активна в этой
реакции. Активным оказался З'-фенилаланилдезоксиизомер [105],.
Таким образом, аминоацилирование скорее всего исходно осуществля-
ется в 2<-положении, а затем перед транспептидазной реакцией
происходит изомеризация [уравнение (15-7)] с образованием З'-ами-
ноацил-тРНК. Однако в результате более поздних исследований было
показано, что как у пекарских дрожжей, так и у Е. coli одни тРНК
исходно аминоацилируются по 2'-гидроксильным группам, другие — по
З'-гидроксильным группам [106, 107].
Третья стадия элонгации полипептидной цепи на рибосомах зави-
сит от другого «фактора элонгации», а именно от EF-G, который обла-
дает1 «ОТРазной» активностью. Имеются данные о том, что фактор G
также связывается с рибосомными белками L7 и L12 или в непосред-
ственной близости от них и конкурирует за местоположение с EF-Tu.
Роль фактора EF-G так же, как и фактора EF-T, не ясна, однако из-
вестно, что для осуществления реакции транслокации необходим гидро-
лиз GTP, а использованная тРНК не может отделиться от P-участка до
тех пор, пока не свяжется с EF-G.
Были обнаружены мутанты по генам, кодирующим факторы EF-Tu,
EF-Ts и EF-G, что может облегчить изучение in vivo роли этих белков
(аналогичные мутанты для факторов инициации IF-1, IF-2 и IF-3 еще
не получены).
в. Терминация синтеза полипептида [208]
Рибосомы надежно осуществляют трансляцию генетической инфор-
мации, присоединяя аминокислоты к пептидной цепи до тех пор, пока
не будет достигнут стоп-кодон. После этого начинает действовать
фактор терминации, который, по-видимому, связывается непосредст-
венно со стоп-кодоном и с мРНК- Согласно имеющимся данным, у
Е. coli фактор терминации RF-1, белок с мол. весом ~ 44 000, распо-
знает кодоны UAA и UAG, тогда как фактор RF-2 (мол. вес ~47 ООО)
может распознавать UAA или UGA. В клетке насчитывается несколько
сотен молекул этих факторов терминации. Каким-то образом фактор
терминации не просто должен распознавать правильный кодон, но дол-
жен еще и катализировать гидролитическое отщепление пептидной
цепи от тРНК- После того как была расшифрована значительная часть
нуклеотидной последовательности молекул вирусных мРНК, неожидан-
но обнаружилось, что гены, кодирующие белки оболочки РНК-содержа-
щих фагов (рис. 15-19), иногда оканчиваются двумя следующими один
за другим стоп-кодонами. Очевидно, этим обеспечивается надежность
прекращения трансляции даже в том случае, когда один из стоп-кодо-
нов утерян. Заметим, что на конце t-гена /ас-оперона Е. coli наряду с
показанным на рис. 15-4 кодоном TGA имеется второй стоп-кодон, рас-
положенный на пять кодонов правее. В настоящее время не ясно, на-
сколько общий характер носит удвоение стоп-кодонов на концах генов.
г. Полирибосомы
При определенных условиях выделенные из клеток рибосомы осажг
даются в виде кластеров (полирибосом), состоящих из шести или боль-
шего числа рибосом. Можно показать, что в этих пцлирибосомах (или
полисомах) рибосомы соединены друг с другом цепью мРНК. Сейчас
принято считать, что образование полирибосом связано с тем, что одна
мРНК транслируется одновременно цескблькими рибосомами.
Генетика и синтез иуклеииовых кислот 237
Как только 5'-конец мРНК покидает рибосому, он может сразу же
связаться с другой рибосомой, инициируя трансляцию следующей пеп-
тидной цепи и т. д. Количество-рибосом, объединяемых в полирибосо-
му, определяется длиной мРНК.
д. Синтез белка в эукариотических клетках
Между синтезом белка в бактериальной и эукариотической клетках
много общего. В случае эукариот роль инициаторной тРНК играет
специальная метионил-тРНК (Met-тРНКн). (Индекс указывает на то,
что эта тРНК может быть формилирована ферментной системой бакте-
рий. Однако в эукариотической клетке данная метионил-тРНК остается
без формильной группы.) Так же как и у бактерий, включение метио-
нина во внутренние положения белка осуществляется при помощи дру-
гой транспортной РНК (Met-тРНКм). Для синтеза белка в эукариоти-
ческих клетках необходимы по меньшей мере три фактора инициации:
eIF-1—eIF-3 [109]. Существенное отличие от прокариотических систем
состоит в том, что в эукариотической клетке сначала с рибосомой свя-
зывается инициаторная аминоацнл-тРНК и только после этого мРНК.
Для распознавания eIF-З на 5'-конце мРНК в случае эукариот может
требоваться наличие «колпачка», содержащего 7-метилгуанозин [109а].
В эукариотических клетках содержатся также факторы элонгации
[ПО] EF-1 и EF-2 и лишь один фактор терминации, а не два, как у
бактерий.
е. Спаривание кодона с антикодоном
Теперь мы вновь возвратимся к фундаментальной проблеме: как
обеспечивается попадание нужной аминокислоты в нужный момент в
рибосому в процессе синтеза полипептидной цепи. Этот процесс осно-
ван на правильном «узнавании» антикодоном тРНК комплементарного
кодона в мРНК- Неожиданным явилось наличие инозина (I) в анти-
кодонах тРНК дрожжей (но не в большинстве тРНК Е. coli). Неожи-
данным было также и то, что в одной клетке находится меньше 61 типа
молекул тРНК (61 = 64—3 стоп-кодон). Основываясь на этих фактах,
Крик сформулировал в 1966 г. так называемую wobble-гипотезу (гипо-
тезу неоднозначного соответствия, или гипотезу «качаний») [111]. Со-
гласно этой гипотезе, первые два основания на 5'-конце кодона (и на
З'-конце антикодона) должны спариваться по тем же законам, что и
основания в ДНК- Что же касается третьей пары оснований (З'-конец
кодона и 5'-конец антикодона), то для нее стерические ограничения
не столь жестки, т. е. в этом случае возможны некоторые отклонения
от точной комплементарности. Крик предложил следующее «правило»
для спаривания третьего основания:
Основание в анти- Спаренное основание
кодоне в кодоне
G С или U
С G
A U
U А или G
I С, А или U
Исходя из гипотезы, можно объяснить все наблюдаемые отклонения
от образования классических пар оснований (AU, CG) в спирали
Уотсона—Крика. Так, антикодон с G на б'-коине может тяпиш™.™
238 Глава 15
с кодонами, оканчивающимися С или U. Антикодоны, оканчивающиеся
С нли А, будут спариваться точно. Антикодоны, оканчивающиеся U,
могут образовывать пары с кодонами, у которых в З'-положении нахо-
дится А или G. Антикодоны с I в 5'-положении могут узнавать кодоны
н
н N OIIIIIIIIH—N Н
Н^с^\ // \ /
I С—С с—с
I / \ // \
% /N—С N — Н IIIIIIII N С —Н
Рибоза \ / \ /
Н О Рибоза
Инозин ------ Цитозин
Инозин -------Аденин
с любым из этих трех осно-
ваний в третьем положении.
Сопоставляя все эти сообра-
жения с данными, приведен-
ными в табл. 15-2, можно
сразу понять, почему одной
клетке может оказаться до-
статочно меньше 61 антико-
дона. Одной и той же ами-
нокислоте соответствует не-
сколько кодонов, и часто
природа основания, находя-
щегося в З'-положении, не
играет роли для значения
кодона. Благодаря этому в
природе существует опреде-
ленная экономия, которая
состоит в использовании не
всех, а только части антико-
донов. Крик показал, что с
химической точки зрения его
Инозин
Урацил
I_________________________J I_________________________I
Антикодон Кодон
„ Неоднозначность " позволяет
этому основанию образовы-
вать водородные связи в не-
стандартных парах оснований
РИС. 15-17. Спаривание инозииа с цитозином
(спаривание по Уотсону — Крику) и инозина с
урацилом (неоднозначные пары) (Уотсон Дж. Мо-
лекулярная биология геиа, М., Мир, 1978).
предположение возможно,
если даже допустить, что
пространственные соотноше-
ния между основаниями при
«неоднозначном» спарива-
нии отличаются от классиче-
ского уотсон-криковского-
спаривания. Это проиллюст-
рировано на рис. 15-17, где
показано связывание инози-
на с С (обычная пара осно-
ваний по Уотсону — Крику),,
а также с А и U. Термин
wobble (качать, колебаться)
не очень хорошо отражает
сущность гипотезы, однако
сама гипотеза позволила
сделать ряд правильных
предсказаний. Так, напри-
мер, в соответствии с этой.
гипотезой для распознавания шести кодонов серина достаточно всего
лишь трех тРНК- И действительно, у Е. coli было обнаружено три
тРНК для серина.
ж. Аминоацил-тРНК.-синтетазы [112]
Важное значение для синтеза белка имеет также другой процесс,
связанный с узнаванием. Это осуществляемый аминоацил-тРНК—син-
тетазой выбор нужной аминокислоты и ее перенос в активированной
форме на соответствующую тРНК [уравнение (11-2)]. У бактерий для
каждой из 20 аминокислот имеется одна аминоацил-тРНК—синтетаза..
Генетика и синтез нуклеиновых кислот
239
Каждая такая синтетаза должна выбирать специфичную аминокислоту
и соответствующую ей тРНК; тот же самый фермент может переносить
аминокислоту на все изоакцепторные тРНК, специфичные для дан-
ной аминокислоты.
Было предпринято много попыток с целью определить, какая имен-
но часть (или части) молекул тРНК принимает участие в их распо-
знавании синтетазой. С этой целью были сопоставлены нуклеотидные
последовательности в изоакцепторных тРНК и проведены исследования
химически модифицированных и фрагментированных молекул тРНК.
Был использован также целый ряд других подходов. Результаты всех
этих исследований позволили предположить, что не существует универ-
сального метода узнавания. В ряде случаев, когда строение антикодо-
на было нарушено, синтетаза не присоединяла аминокислоты к хими-
чески модифицированной тРНК- Это примечательный факт, поскольку,,
как показали опыты с кристаллическими тРНК, кодон отстоит пример-
но на 7,5 нм от CCA-конца тРНК (рис. 2-24). Несмотря на то что син-
тетазы являются крупными ферментами (мол. вес большинства из них
равен приблизительно 100 000), все же трудно понять, как может
происходить точное узнавание антикодона без того, чтобы молекулы
тРНК не подвергались значительным конформационным изменениям,,
сближающим антикодон с CCA-концом тРНК- У некоторых тРНК ан-
тикодон не участвует в узнавании. Так, например, в случае Phe-тРНК
дрожжей было доказано, что решающее значение в узнавании играют
остатки, расположенные в стебле дигидроуридиновой петли и в верх-
ней части акцепторного стебля [112].
Рич обратил внимание на то, что одна из сторон молекулы тРНК
в ее нормальной конфигурации имеет относительно постоянное строе-
ние, и предположил, что эта часть предназначена для взаимодействия
с какой-то частью рибосомной системы. Строение другой стороны мо-
лекулы тРНК (рис. 2-24), включающей дигидроуридиновую петлю и
акцепторный стебель, значительно более вариабельно. Возможно, что
местом связывания аминоацил-тРНК — синтетаз служит именно эта
часть. Высказывалось также предположение, согласно которому ами-
ноацилирование и связывание с рибосомами могут сопровождаться из-
менениями конформации в одном или в нескольких местах молекулы
тРНК [ИЗ]. Возможно, что петля TipCG, недоступная в нативной
тРНК, открывается и взаимодействует с 5S-PHK в рибосоме. Короткое
плечо этой структуры может качаться относительно конца более длин-
ного плеча, несущего антикодон. Наиболее эффективным методом обна-
ружения конформационных изменений является метод протонного маг-
нитного резонанса (ПМР) (гл. 2, разд. 3,7), позволяющий получить
сигналы непосредственно от каждого протона молекулы тРНК, участ-
вующего в образовании внутримолекулярной водородной связи [114].
Выбор соответствующей аминокислоты аминоацил-тРНК—синтета-
зой имеет чрезвычайно важное значение. Однако трудно представить
себе активный центр, способный четко различать структуру двух таких
похожих соединений, как изолейцин и валин. Одним из путей точного
выбора аминокислоты мог бы служить кинетический механизм «кор-
ректирования», аналогичный тому, который был описан для ДНК-поли-
меразы I (разд. Д, 4). Действительно, было показано, что валин, оши-
бочно присоединенный к изолейциновой тРНК, подвергался под дейст-
вием синтетазы быстрому гидролизу [114а], значительно уменьшая ве-
роятность включения валина в белок в неправильном положении.
з. Действие антибиотиков на рибосомы
В основе действия многих известных в настоящее время наиболее
эффективных антибиотиков лежит блокирование синтеза белка на ри-
босомах. Высокая эффективность этих замечательных лекарственных
препаратов объясняется тем, что они подавляют синтез белка бакте-
риальными 705-рибосомами, не влияя при этом на рибосомы эукарио-
тических клеток. В других случаях избирательная токсичность антибио-
тиков обусловлена значительно более высокой проницаемостью бакте-
риальных мембран по сравнению с мембранами животных клеток.
Список антибиотиков, действующих на уровне рибосом, весьма ве-
лик [115, 116]. Он включает, в частности, соединения, сыгравшие важ-
ную роль при выяснении механизма синтеза белка. Хотя аминоглико-
зидный антибиотик стрептомицин (дополнение 12-А), неомицины и ка-
намицин содержат в своем составе одну общую структурную группу,
тем не менее все они связываются с рибосомами по-разному. В резуль-
тате своеобразного действия стрептомицина рибосомы начинают не-
правильно считывать код. При этом неправильно считывается главным
образом первое основание кодона. Так, например, если использовать в
качестве информационной РНК поли(О), то вместо обычного полифе-
нилаланина образуется продукт, содержащий 40% изслсйцина.
Подвергнув популяцию бактерий действию антибиотиков, можно
отобрать мутанты, способные расти в присутствии соответствующего
антибиотика. Этим путем были получены, в частности, мутанты Е. coli,
устойчивые к стрептомицину (однако следует сказать, что частота их
появления была очень низкой: примерно 10-12). Было установлено, что
измененный ген (rpsL или strA) расположен на генетической карте
в области, соответствующей 72 мин1*. В дальнейшем было показано,
что стрептомицин связывается с рибосомным белком S12, a rpsL — ген
этого белка. Среди устойчивых к стрептомицину бактерий можно ото-
брать мутанты, ставшие зависимыми от этого антибиотика и не способ-
ные расти в его отсутствие. Было показано, что такая зависимость от
стрептомицина возникает в результате изменений рибосомного белка
S4. Из этих экспериментов отчетливо видно, что для существенного
изменения чувствительности живого организма к определенному ток-
сину или даже для того, чтобы организм сделался зависящим от этого
токсина, оказывается достаточно единичной точковой мутации, изме-
няющей всего лишь одну аминокислоту.
Как следует из анализа резистентных мутантов, антибиотик спекти-
номицин связывается с белком S5. Положение гена spcA картировано
на 64-й минуте, в связи с чем считают, что в этом участке хромосомы
Е. coli расположен оперон рибосомного белка. Казугамицин ингибирует
связывание fMet-тРНК (инициацию). В этом случае появляются рези-
стентные мутанты, у которых модифицирована не белковая субъедини-
ца, a 16S-PHK; у мутантных штаммов 16S-PHK метилирована в мень-
шей степени, чем у нормальных.
Вкратце можно упомянуть еще некоторые другие антибиотики.
Тетрациклины (рис. 12-10) ингибируют связывание аминоацил-тРНК с
A-участком ЗОБ-субчастицы рибосом. Линкомицин, спарсомицин и
хлорамфеникол (рис. 14-25) ингибируют образование пептидной связи
и действуют на 50Б-субчастицу. Хлорамфеникол вызывает также на-
копление соединения ppGpp (разд. В,2,к). Действие полипептидных ан-
!> В этом же положении обнаруживаются гены, ответственные за синтез рибосом-
ного белка S7 и факторов элонгации EF-G и EF-Tu. Считают, что все оии являются
частями одной и той же транскрипционной единицы [116а].
Генетика и синтез нуклеиновых кислот
241
NH,
ОН
Кордицепин (3-дезоксиаденозин)
избирательно ингибирует
синтез рибосомной и (проспорен-
ный РНК
Формации
Пуромицин-сравните его строение
со строением аминоацил -т РНК
Цитозинарабинозид (ora-C}- наиболее эффек-
тивный препарат, используемый при лечении
леикемии. В процессе метаболизма образуется
ага-СТР—мощный ингибатор синтеза ДНК
РИС. 15-18. Строение некоторых ингибиторных аналогов нуклеозидов, встречающихся
в нуклеиновых кислотах (Suhadolnik R. J., «Nucleosid Antibiotics» Wiley-Interscien-
ce, New York, 1970, and R. Meyers, V. A. Malathi, R. P. Cox, S. Siler, JBC 248, 5909—
5913, 1973).
тибиотиков — тиострептона, бриамицина и сиомицина— связано с влия-
нием на факторы G и Ти. Эритромицин (рис. 12-10), а также другие
макролидные антибиотики, циклогексимид (рис. 12-10) и фузидиевая
кислота (гл. 12, разд. И, 4) блокируют транслокацию. Фузидиевая кис-
лота, кроме того, ингибирует накопление ppGpp. Пуромицин (рис. 15-18)
связывается с SOS-субчастицей и вызывает преждевременную терми-
нацию синтеза полипептидной цепи. Достаточно взглянуть на его
формулу, чтобы понять, каким образом осуществляется это его дей-
ствие. По своему строению пуромицин вплоть до тончайших деталей
напоминает З'-конец молекулы тРНК, нагруженной аминоацильной
группой, с той лишь разницей, что у пуромицина нет аминоацильной
группы, и как только растущая полипептидная цепь переносится на не-
го, дальнейшее удлинение становится невозможным.
и. Изучение нуклеотидных последовательностей в мРНК
Лишь в недавнее время удалось установить нуклеотидные последо-
вательности фрагментов молекул мРНК и непосредственно изучить за-
кодированную в них информацию. Удобным источником молекул мРНК,:
242 Гд«а 15
несущих только одну информацию, служат РНК-'Содержащие бактерио-
фаги [117]. Генетическая информация для этих вирусов, переносится
молекулами РНК, построенными всего лишь из 3500—4500 нуклеоти-
дов и содержащими только три гена (дополнение 4-Г). Довольно по-
дробно были исследованы РНК фагов f2, R17, MS2 и более далекого
им фага Qp. Были полностью установлены аминокислотные последова-
тельности в некоторых белках, кодируемых этими молекулами РНК,-
а также полная нуклеотидная последовательность одной из молекул
вирусной РНК [П8].
Удобный метод для идентификации начала гена предложила Стейц
[119]. Сущность этого метода состоит в следующем. Выделенные ри-
босомы Е. coli ингибируют в условиях, при которых они связываются
с мРНК, образуя инициаторный комплекс (рис. 15-15). В отсутствие
дополнительных аминокислот н молекул тРНК инициаторный комплекс
сохраняет стабильность. Если обработать этот комплекс панкреатиче-
ской или Ti-РНКазой, то большая часть РНК окажется гидролизован-
ной, однако один из участков будет защищен рибосомой, с которой он
связан. Установлено, что защищенный участок РНК фага QfJ имеет
следующую последовательность:
5AAUUUGAUCAUGGCAA AAUUAG AGAC—3'
fMet Ala Lys Leu Glu Thr
Защищенный рибосомой 5'-конец участка РНК, кодирующего белок оболочки QP
Заметим, что в состав защищенного участка входит инициирующий
кодон AUG и что последовательности расположенных вслед за ним
кодонов в точности соответствуют известной последовательности
аминокислот N-конца вирусного белка оболочки. Еще одна интересная
особенность этой последовательности состоит в том, что два участка,
обозначенные фигурными скобками со звездочками, могут спариваться
друг с другом. В результате инициирующий кодон может образовывать
петлю (шпильку). Такие шпильки в инициаторных участках РНК обра-
зуются не всегда, однако они встречаются достаточно часто.
Если пройти несколько дальше влево по нуклеотидной последова-
тельности фага Qp, то можно встретить группу из четырех нуклеоти-
дов, которая может связываться с 16S-PHK так же, как это показано
на рис. 15-14 для инициаторного участка А-белка в РНК фага R17.
Аналогичные защищенные рибосомами инициаторные последовательно-
сти были обнаружены в молекулах многих вирусных РНК, а также в
молекулах некоторых специфических мРНК [101, 102].
Для РНК фага MS2 была установлена полная последовательность
всех 3569 нуклеотидов [118]. Некоторые участки этой последователь-
ности показаны на рис. 15-19. 5'-конец (средняя часть структуры, изо-
браженной в верхнем левом углу) все еще несет трифосфатную группу
инициаторного GTP. После ряда шпилек следует защищенный рибосо-
мой участок [119а], который начинается инициаторным кодоном GUG.
Этот факт служит прямым доводом в пользу того, что GUG, так же
как и AUG, играет роль биологически важного инициаторного кодона.
Нуклеотидная последовательность, расположенная вслед за инициатор-
ным кодоном, в точности кодирует почти полностью установленную
аминокислотную последовательность вирусного белка. Терминирующий
кодон UAG обведен на рисунке рамкой. Вслед за ним расположена
короткая межгенная область, включающая одну сторону шпильки, на
конце которой расположен инициаторный кодон AUG для следующего
гена. Далее расположена последовательность нуклеотидов, точно соот-
ветствующая экспериментально уставовленной последовательности ами-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 243
РИС. 15-19. Отдельные участки нуклеотидной последовательности РНК бактериофага
MS2 и схематическое изображение нх вторичной структуры. Инициирующие н терми-
нирующие кодоны каждого из трех генов, кодирующих А-белок, белок оболочки и реп-
лнказу, а также второй стоп-снгнал, находящийся в фазе с геном, кодирующим А-белок,
но не с геном, кодирующим белок оболочки, взяты в рамки. Показан весь ген, кодиру-
ющий белок оболочки, однако последовательность нуклеотидов приведена менее чем для
одной его трети '[118, 119а, 120].
нокислот N-конца белка оболочки [120]. Другой интересной особен-
ностью приведенной последовательности является наличие в ней тер-
минирующего кодона UGA (обведен рамкой), который располагается
сразу же вслед за началом гена, кодирующего белок оболочки (поло-
жение 1390). Этот терминирующий сигнал находится вне фазы иници-
ирующего кодона AUG, и, следовательно, он не может служить терми-
национной точкой гена белковой оболочки. В то же время он находится
в одной фазе с кодоном UAG — терминирующим кодоном А-белка.
В присутствии различных а/пЬег-супрессорных генов клетки-хозяина
(разд. Г, 5 и Г, 6) полипептидная цепь А-белка удлиняется и ее синтез
заканчивается этим UGA-сигналом.
Ген оболочки, содержащий всего лишь 390 нуклеотидов, показан
полностью. Предложенная модель ‘ Вторичной его структуры напоми-
244 Глава 15
нает цветок [120]. Ген заканчивается двойным стоп-сигналом UAAUAG.
Далее следует межгенная последовательность из 36 нуклеотидов, после
которой кодоном AUG начинается очень длинный ген репликазы. Этот
ген заканчивается 3395-м нуклеотидом, после которого со стороны
З'-конца следует нетранслируемый участок из 174 нуклеотидов.
Другим интересным примером использования рибосом для защиты
нуклеиновой кислоты от ферментативного гидролиза могут служить
опыты с одноцепочечной ДНК бактериофага ФХ174 [121]. В этом слу-
чае рибосомы защищали последовательность нуклеотидов, в состав
которой входил инициаторный кодон ATG. Этот кодон и следующие за
ним семь других кодонов соответствовали известной N-концевой ами-
нокислотной последовательности детерминируемого геном G белка ши-
пов этого бактериофага.
Дополнение 15-Г
Репликация РНК-содержащих бактериофагов
Мелкие икосаэдральные РНК-содержащие бактериофаги
представляют интерес в связи с тем, что они содержат не-
большое количество генов — обстоятельство, дающее возмож-
ность детально разобраться в механизмах их репликации3’6.
В настоящее время полностью расшифрована последователь-
ность 3569 нуклеотидов в РНК фага MS2 (рис. 15-19). Три
гена этого фага кодируют белок А (белок созревания фага),
белок оболочки и субъединицу репликазы. В зрелой вирусной
частице содержится одна молекула белка А. Этот белок не-
обходим для правильной инкапсуляции РНК и для связы-
вания фага с пилями клетки-хозяина. Молекула РНК окру-
жена оболочкой, построенной примерно из 180 молекул белка.
Репликаза необходима для удвоения молекул РНК. Не-
сколько более сложно устроен фаг Qp; его РНК имеет длину
4,5kb; причем наряду с белком созревания, который назы-
вается белком А2, он содержит также несколько молекул
четвертого белка Аь Белок Ai необычен в том отношении,
что на его N-конце имеется та же последовательность
130 аминокислот, что и в белке оболочки. Синтез белка
оболочки терминируется стоп-кодоном UGA. Однако даже в
клетках Е. coli дикого типа имеется небольшое число UGA-
специфической супрессорной тРНК, благодаря которой
трансляция может продолжаться, охватывая приблизительно
еще 270 остатков, пока не достигнет двойного стоп-сигнала
UGAUAA, который и вызывает терминацию цепи. В резуль-
тате образуется много белка оболочки и мало белка А2.
Репликаза фага Qp исследована довольно детально. Для
образования полного репликазного комплекса кроме субъ-
единицы, детерминируемой геномом фага, нужны еще три
бактериальных белка. Это рибосомный белок S1 и факторы
элонгации EF-Tu и EF-Ts. Все эти три белка обычно участ-
вуют в трансляции мРНК. Однако фаг использует их спо-
собность связываться с РНК совсем для другой цели.
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 245
Репликация одноцепочечного фага должна протекать в
две стадии. Сначала на содержащейся в фаговой частице
плюс-цепи образуется -комплементарная минус-цепь. Для
инициации этой стадии необходимы еще один бактериальный
белок, а именно фактор HF6, и GTP. Образующиеся минус-
цепи не остаются связанными с плюс-цепями. Они, по-внди-
мому, освобождаются от репликазы в одноцепочечной форме
и складываются, образуя высокоупорядоченные молекулы с
большим числом шпилек. (Как и в случае плюс-цепей РНК
фага MS2, показанных на рис. 15-19.) Далее минус-цепн
копируются (фактор HF для этого не нужен), образуя боль-
шое число новых плюс-цепей, которые включаются в готовые
фаговые частицы.
Репликаза фага QP способна in vitro синтезировать цепи,
полностью комплементарные как плюс-, так и минус-молеку-
лам вирусной РНК- Система, однако, специфична для вирус-
ной РНК и не может копировать никаких других полинуклео-
тидов. Возможно, что для инициации процесса репликации
нужно, чтобы на З'-конце имелись определенные последова-
тельности. В пробирке репликация протекает с ошибками,
такими, в частности, как преждевременная терминация цепи
и неправильное спаривание оснований. В результате проис-
ходит образование мутантных форм РНК, что дает возмож-
ность получать -молекулы РНК, размеры которой будут зна-
чительно меньше, чем у вирусной РНК, и которые будут
при этом легко реплицироваться репликазной системой фага
Qp. Была установлена нуклеотидная последовательность
одного из таких фрагментов, включающего всего лишь
114 нуклеотидов®.
а Weissman С., FEBS, Letters, 40, S10—S78 (1974).
6 Senear A. W„ Steitz J. A., JBC, 251, 1902—1912 (1976).
° Mills D. R., Kramer F. R., Dobkin C., Nishihara T., Spiegelman S., PNAS,
72, 4252—4256 (1975).
к. Другие функции рибосом
Рибосомы не только производят белки, но и активно участвуют в
регуляторных механизмах, оказывающих влияние на всю клетку. Одно
такое загадочное явление известно под названием «stringent» (строгого)
ответа [122, 123]. Многие нуждающиеся в аминокислотах ауксотрофные
мутанты Е. coli и других бактерий при недостатке в среде какой-нибудь
незаменимой аминокислоты сразу же отвечают понижением синтеза ри-
босомной РНК, рибосомных белков, пуриновых нуклеозидтрифосфатов,
липидов и других необходимых соединений, однако мутации гена rel (от
англ, relaxed — ослабленный) приводят к тому, что рРНК продолжает
синтезироваться даже в отсутствие требуемой аминокислоты (строгий
ответ как бы «ослаблен»). Кроме этого и без того непонятного пове-
дения было еще обнаружено, что в строгих штаммах (rel+) накапли-
ваются гуанозинполифосфаты ppGpp и pppGpp (сначала их называли
MS или соединения «magic spot»), тогда как в ге/^-штаммах этого не
происходит. Концентрация ppGpp достигает при этом 1мМ. В настоя-
щее время ясно, что гуанозинполифосфаты синтезируются на рибосо-
мах путем переноса пирофосфорильной группы от АТР:
АТР -|- GDP (GTP) -* ppGpp (pppGpp) + AMP. (15-8)
246 Глава 15
Для этой реакции необходим специальный stringent-фактор — ри-
босомный белок, состоящий из одной полипептидной цепи с мол. весом
приблизительно 75000 [124]. Рибосомы при этом должны быть свя-
заны с мРНК и содержать в A-участках отобранные кодоном нена-
груженные тРНК.
Мутации гена г el аннулируют регуляторные эффекты, блокируя
синтез гуанозинполифосфатов. Связывание же фузндиевой кислоты
и тетрациклина имитирует эти мутации, способствуя продолжению
синтеза рибосомной РНК в строгих штаммах при недостатке амино-
кислоты. Каким образом ppGpp и pppGpp действуют на синтез тРНК
или рРНК, точно не установлено; вполне возможно, что этот процесс
опосредован регуляцией транскрипции при участии сложной фермент-
ной системы [125—127].
Неожиданно было обнаружено, что фосфатидилсерин-синтетаза
Е. coli прочно связывается с рибосомами [128]. Этот фермент, обес-
печивающий включение серина в фосфолипиды (стадия ж на
рис. 12-8), ответствен за синтез основных липидных компонентов
мембран Е. coli. Локализация этого важного фермента иа рибосомах,
возможно, каким-то образом связана с наличием общей регуляции
синтеза белков и липидов.
Г. Генетические методы
Трудно переоценить значение генетических методов в формирова-
нии наших современных представлений в области молекулярной био-
логии. Поэтому важно, чтобы биохимики представляли себе эти мето-
ды. Биохимическая литература все больше заполняется генетической
терминологией. Более важное значение, однако, имеет то обстоятель-
ство, что генетические методы используются для исследования многих
сложных биохимических явлений. Более того, заглядывая в будущее,
мы явно ощущаем необходимость в понимании проблем, связанных
с мутациями и с вариабельностью генов.
1. Типы мутаций
Изменения в структуре ДНК встречаются очень редко. Так, на-
пример, в среднем ген может удвоиться 106 раз, прежде чем произой-
дет заметная мутация [128а]. Тем не менее, работая с бактериями
нли бактериофагами, мы можем обследовать чрезвычайно большое
число особей в поисках мутаций. Если, например, посеять один мил-
лион вирусных частиц на чашку с агаром в условиях, позволяющих
распознать мутацию определенного гена, то в среднем мы можем на-
деяться обнаружить один мутант. Наиболее часто встречаются мута-
ции, обусловленные заменами пар оснований (танковые мутации).
Они происходят в результате включения неправильного основания при
репликации или репарации ДНК. При таких мутациях одно основа-
ние в триплете кодона замещается другим. В результате возникает
другой кодон, что приводит к замене в соответствующем белке одной
аминокислоты на другую1). Замену одного пиримидина на другой
С—>-Т или Т—>-С) или одного пурина на другой пурин иногда назы-
вают транзицией, тогда как замену пурина на пиримидин или,
*> Изменение одного основании ие обязательно приводит к замене аминокислоты
из-за «вырожденности» кода, т. е. из-за того, что одну аминокислоту кодируют несколь-
ко кодонов.
Генетика и синтез нуклеиновых кйслдт 247
наоборот, пиримидина на пурин называют трансверсией.
Транзиции встречаются значительно чаще, чем трансверсии.
Одной из возможных причцн таких мутаций может явиться
спаривание одного из оснований с минорным таутомером (гл. 2,
разд. Г, 7)1). Так, А может спариться с минорным таутомером С, вызы-
вая замену Т на С. Заметим, что появление неправильного основания
в одной цепи может привести к тому, что при последующей реплика-
ции в результате правильного спаривания в одной из двойных цепей
дочерней ДНК вместо пары АТ появится пара GC или наоборот.
Исходя из наблюдаемой скорости появления точковых мутаций
(одна мутация на 106 удвоений гена), мы можем подсчитать, что одна
мутация приходится на 109 репликаций единичного нуклеотида. Точ-
ковые мутации имеют тенденцию к обратному мутированию, причем
обратные мутации часто происходят с такой же скоростью, как и
прямые. Это значит, что в одной из 109 «обратных» мутаций будет
мутировать тот же самый нуклеотид, в результате чего ген вернется
к исходному виду. Это явление легко можно объяснить. Например,
если Т будет замещен на С, поскольку С образует минорный таутомер
и спаривается с А, то мутация приведет к тому, что в двойной спи-
рали ДНК-потомков появится пара GC. При репликации этой пары
существует хотя и малая, но определенная вероятность того, что С в
цепи материнской ДНК вновь образует минорную таутомерную струк-
туру и образует пару с А, а не с G, что в свою очередь приведет к
обратному мутированию.
Скорость спонтанных мутаций невелика, однако она может быть
значительно увеличена воздействием химических мутагенов (разд. 3,1)
или излучения. Этот подход дал возможность легко измерять скорости,
прямых и обратных мутаций. После того как такие измерения были
осуществлены, оказалось, что, хотя мутации, вызываемые определен-
ными химическими соединениями, например акридиновыми красите-
лями, могут быть обращены, частота такого обращения значительно
ниже частоты обычных обратных мутаций. Было показано, что эти
мутации происходят в результате либо делеций (выпадений) одного
или нескольких нуклеотидов из цепи, либо вставок (включений) до-
полнительных нуклеотидов. Мутации типа делеций и вставок возни-
кают, по-видимому, в результате ошибок в процессе генетической ре-
комбинации и репарации поврежденной цепи ДНК.
Мутации, в результате которых происходит делеция или вставка
одного или нескольких нуклеотидов, называют мутациями со сдвигом
рамки. Представим себе РНК, транскрибируемую с ДНК, в которой
произошла делеция или вставка. Информационная РНК считывается
белокоинтезирующей системой с некоторой начальной точки. При счи-
тывании кодонов, каждый из которых содержит по три основания, ами-
нокислоты включаются в белок в порядке расположения соответст-
вующих кодонов. Если же в ДНК, а следовательно, и в мРНК, встре-
чается делеция или вставка, то все последующие кодоны будут
считываться неправильно, так как «рамка считывания» окажется сдвину-
той вперед или назад на один или два нуклеотида* 2). В результате бу-
дет синтезироватся белок, мало похожий на белок, синтезируемый в
ч Существует вероятность того, что пуриновое основаине может спариться с дру-
гим пуриновым Основанием, если последнее находится в энергетически менее выгодной
сия-конфигурацнн (гл. 2, разд. Г,4) [129а]. , .
2) В случае если рамка считывания сдвинута на три нуклеотида, образуется нор-
мальный белок, в котором, однако, либо иехватает одного аминокислотного остатка,
либо имеется одни лишний остаток. '
248 Глава 15
немутантном организме; обычно такие белки оказываются полностью
лишенными функциональной активности. Однако сдвиг рамки вблизи
З'-конца гена может вызвать «перескок» через терминирующий кодон
и привести к синтезу функционально активного белка с удлиненным
С-концом. Считают, что именно этим путем могли возникнуть не-
сколько типов гемоглобинов [129а,Ь].
Мутации со сдвигом рамки делят на + или — в зависимости от
того, происходит ли вставка или делеция небольшого числа основа-
ний. Таким образом, мутации со вставкой можно обозначать 4-1;
4-2 и т. д. Встречаются также мутации, при которых включаются
или выпадают большие участки ДНК. Так, например, большая вставка
может иметь место при включении в ген длинного участка чужерод-
ной ДНК. Потери или добавки больших кусков хромосом также мо-
гут быть отнесены к мутациям типа делеции или вставки.
2. Картирование хромосомы бактериофага
Большая часть наших знаний в области биохимической генетики
была получена в результате исследования бактериофагов. Интенсив-
ное изучение «Т-четных» фагов Т2, Т4 и Тб было начато еще в
1938 г. Максом Дельбруком и его сотрудниками. Хотя размеры ис-
следованных ими вирусов малы, тем не менее оказалось, что они
относятся к числу наиболее сложно устроенных из известных вирусов
(дополнение 4-Д). Генетической информации, содержащейся в одной
линейной молекуле ДНК, которая в случае фага Т4 содержит 2-105 пар
оснований, достаточно для кодирования примерно 200 генов. Удалось
установить положение 60 из этих генов на генетической карте. Ниже
мы рассмотрим вкратце метод, при помощи которого это было сделано.
Инфицирование клетки Е. coli бактериофагом происходит следую-
щим путем: фаг впрыскивает свою ДНК через клеточную стенку в ци-
топлазму. Приблизительно через 20 мин после этого клетка лопается,
и из нее выходит около 100 полностью готовых копий исходной вирус-
ной частицы. Такая высокая скорость размножения позволяет прово-
дить в пробирке в течение 20 мин генетические эксперименты, для ко-
торых потребовалось бы все население земного шара, если бы эти
опыты проводились на людях. Главные принципы, лежащие в основе
этого метода, были ясно изложены Бензером [130], который впервые со-
ставил карту тонкого строения гена. Частицы бактериофагов, подобно
бактериям, можно «посеять» в чашке с агаром. Отличие заключается
лишь в том, что агар должен содержать однородную суспензию бакте-
рий, чувствительных к вирусу. В какой бы участок чашки ни попали
вирусные частицы, они заражают какую-либо бактерию. Вскоре инфек-
ция распространяется на соседние бактерии и в результате образуется
стерильное пятно (рис. 15-20). Число основных вирусных частиц, со-
держащихся в суспензии, можно легко определить, сосчитав число сте-
рильных пятен, образовавшихся в результате посева.
Мутантные бактериофаги могут быть обнаружены различными спо-
собами, однако наиболее просто это можно сделать по внешнему виду
образующихся пятен. Другой тип легко обнаруживаемых мутантов —
это мутанты е нарушением специфичности к определенным штаммам
бактерий-хозяев. Ключевым открытием, позволившим проводить ге-
нетическое картирование бактериофагов, явились данные о том, что
внутри бактерии-хозяина может происходить генетическая рекомбина-
ция между двумя частицами фага. Рекомбинация может быть проиллю-
стрировала следующим Образом. Два разных мутантных штамма бак-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 249
териофагов выращивают в больших количествах и смешивают их,
добавив большой избыток бактерий. При этом в потомстве обнаружи-
вается некоторое число вирусов, обладающих мутантными признаками
обоих штаммов, и такое же число вирусов «дикого типа». Хотя ре-
комбинации между близко расположенными в ДНК мутациями проис-
ходят редко, их частота все же значительно превосходит частоту появ-
ления новых мутаций. Таким образом, описанный выше эксперимент.
хотя и не позволяет говорить о
природе событий, происходя-
щих при рекомбинации, все
же однозначно указывает на
то, что рекомбинация происхо-
дит.
Изучение частот рекомби-
наций между различными
штаммами фагов вскоре пока-
зало, что некоторые сайты му-
таций тесно сцеплены друг с
другом. Рекомбинация между
такими сайтами происходит
редко. Другие же сайты сцеп-
лены слабо друг с другом, и
рекомбинации между ними
происходят часто. Эта ситуация
напоминает обнаруженную на
много лет раньше ситуацию с
генами плодовой мушки (дро-
зофилы)1), кукурузы и других
высших организмов. Главная
идея, на которой основано кар-
тирование хромосом любого
организма, состоит в пред-
положении, что частота рвКОМ- РИС. 15-20. Стерильные пятна, образованные бак-
л,териофагом Ф11, растущим на Staphylococcus
ин Ции между двумя мута- aureus Каждое прозрачное темное пятно образо-
циями прямо пропорциональна вано в результате лизиса бактерий, вызванного
расстоянию между местами потомством одной частицы (фото любезно предо-
этих мутаций на генетической ставлено Pater Pattee).
карте. Для фага Т4 за единицу
длины принята частота рекомбинаций, равная 1%. Вся карта Т4 состо-
ит из 700 таких единиц. Тот факт, что это значение превышает 100%,
означает, что если гены расположены на противоположных концах хро-
мосомы, то рекомбинация между ними может происходить многократ-
но. В действительности же между двумя отдаленными друг от друга
генами удается наблюдать максимально 50% кроссинговера, а линей-
ный характер зависимости частоты рекомбинации от расстояния на кар-
те сохраняется лишь для расстояний, не превышающих 10 единиц [131].
Как можно быстро обнаружить рекомбинантный бактериофаг?
Бензер использовал в качестве клеток-хозяев два штамма Е. coll:
штамм В и штамм К- Бактериофаги с мутантным геном rll образовы-
вали характерные пятна в чашках с бактериями штамма В, но не росли
на бактериях штамма К. Для того чтобы определить частоту рекомби-
наций между двумя разными r/7-мутантами, вирусы добавляли к жид-
*> Рекомбинацию хромосом у дрозофилы путем кроссинговера впервые обнаружили
в 1911. г. Морган н его сотрудники. '.О ' . > . . .г:
250 Глава 15
кой культуре В-клеток, в которых они реплицировались. В результате
происходящей в этих условиях рекомбинаций появились не только фаги
с обоими типами мутаций, но также и «стандартные» фаги, у которых
в результате рекомбинации исчезали оба типа мутаций. Поскольку в
клетках штамма К растут только рекомбинанты последнего типа, среди
миллиардного потомства удается идентифицировать наличие даже еди-
ничного рекомбинанта. Предположим теперь, что суммарная длина ДНК
фага Т4 составляет 200 000 пар оснований, т. е. на единицу длины
карты приходится 286 пар. Частота рекомбинаций между двумя мута-
циями, равная 0,01%, означает, что в цепи ДНК эти мутации разделе-
ны всего лишь тремя парами оснований. Исходя из сказанного, Бензер
пришел к выводу, что даже в тех случаях, когда мутации затрагивают
основания ДНК, расположенные в непосредственной близости друг от
друга, частота ожидаемой рекомбинации между этими двумя мутация-
ми легко может быть определена.
Для того чтобы тонкое генетическое картирование можно было осу-
ществить на практике, необходим еще один метод. Была составлена
генетическая карта для ряда мутантных бактериофагов с делениями,
захватывающими большие участки гена rll. С помощью этих мутантов
можно было легко определить, в каком именно участке гена соответ-
ствующего мутанта находится данная мутация. Последующие экспери-
менты по рекомбинации с использованием предварительно идентифи-
цированных мутаций позволяют уточнить локализацию мутации в ранее
исследованном участке гена. Таким способом Бензеру удалось иденти-
фицировать более 300 мутаций в гене rll. Он пришел к выводу, что
минимальное расстояние между двумя мутантными участками пол-
ностью согласуется со строением гена, предложенным Уотсоном и
Криком.
3. Цистрон
Как можно ответить на вопрос о том, локализованы ли мутации в
одном и том же гене, в близко расположенных генах или же в генах,
отстоящих друг от друга на некотором расстоянии? Ответ на этот во-
прос можно получить с помощью теста на комплементацию. Если два
мутантных бактериофага несут мутации в разных генах, то при зара-
жении бактерии обоими мутантными фагами одновременно часто ока-
зывается, что бактериофаги могут размножаться в бактерии-хозяине.
Поскольку в этбм случае у каждого фага есть неповрежденный ген для
одного из двух затронутых белков, все генетические функции в этом
случае выполняются. Если же у обоих мутантных фагов поврежден
один и тот же ген, то такие фаги не смогут дополнять функции друг
друга при совместном заражении. Такой эксперимент часто называют
Чнс-тракс-сравнением. Одновременное заражение двумя различными
мутантами — это транс-тест. В качестве же контроля используют цис-
тест. бактерию заражают одновременно рекомбинантом, несущим обе
мутации в одной и той же ДНК, и стандартным фагом. В этом случае
репликация должна протекать нормально.
Когда с помощью цис-транс-теста были исследованы фаги с разными
мутациями в области rll, то стало ясно, что существуют два гена—rllA
и rllB, причем они обнаруживались лишь по комплементации в
цис-транс-тесте. Для обозначения участка ДНК, идентифицируемого
как генетическая единица, Бензер предложил термин цистрон. Для
большинства целей термины ген и цистрон—синонимы, и оба эти тер-
мина достаточно свободно используются в биохимической литературе:
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 251
Однако с генетической точки зрения более точным является термин
цистрон.
В то время когда проводилось картирование г//-области, мало что
было известно о функциях белков, детерминируемых этими двумя ци-
стронами. Сейчас же мы знаем, что как белок rllA, так и белок rllB
включаются в мембраны бактериальных клеток, инфицированных фа-
гом [132, 133]. Там они облегчают лизис зараженных клеток, в резуль-
тате чего стерильные пятна, образуемые г//-мутантами, бывают больше
по размеру, а их края — более четкими, чем в случае стандартных
бляшек.
4. Установление соответствия между генетической картой
и аминокислотными последовательностями
Хотя исследования /"//-области хромосомы бактериофага Т4 показа-
ли, что генетическое картирование может быть выполнено на уровне
отдельных нуклеотидов в ДНК, необходимо было все-таки доказать
наличие линейного соответствия между последовательностями нуклео-
тидов в ДНК н аминокислотными последовательностями в белках. Это
удалось сделать Яновскому и сотр. [134] в опытах с триптофансинте-
тазой Е. coli, а также Сарабхай и др. [134а] при изучении белка обо-
лочки фага Т4.
Триптофансннтетаза (стр. 141) состоит из двух субъединиц А и
В (или аир), первая из которых содержит всего лишь 268 амино-
кислот. Тонкую структуру гена А удалось картировать следующим об-
разом. Было выделено большое число мутантных бактерий, неспособных
расти на среде, не содержащей триптофана (ауксотрофы по триптофа-
ну). Генетические скрещивания проводились с помощью специального
трансдуцирующего бактериофага Pike [134]. В процессе размножения
в чувствительных к ним бактериях трансдуцирующне бактериофаги
иногда включают в собственную ДНК часть бактериальной хромосомы.
В дальнейшем, когда такой фаг заражает другие бактерии, часть его
генетической информации может переноситься в результате рекомбина-
ции в хромосомы бактерий, переживших инфекцию. Используя серии
мутантов с делениями аналогично тому, как это было сделано при
картировании гена rll, удалось разделить ген А на ряд участков,
а исследование частоты рекомбинаций позволило осуществить точное
картирование.
Вторая часть доказательства коллинеарности между нуклеотидной
последовательностью в ДНК и последовательностью аминокислот в
белках включала в себя определение полной аминокислотной последо-
вательности триптофансинтетазы и картирование пептидных фрагмен-
тов мутантных ферментов (гл. 2, разд. 3,2). Пептидные карты позво-
лили идентифицировать дефектные пептиды и точно установить приро-
ду аминокислотных замещений в большом числе различных ауксотро-
фов по триптофану. Когда это было сделано, оказалось, что мутациям,
локализованным очень близко друг к другу, соответствовали аминокис-
лотные замещения в непосредственно (или очень близко) прилегающих
друг к другу участках полипептидной цепи.
Изучением той же проблемы занимались Сарабхай и сотр. [134а],
которые исследовали nonsence-мутации (разд. 5) , приводящие к преж-
девременной терминации синтеза полипептидной цепи. На поздних
стадиях заражения Е. coli фагом Т4 белковый синтез направлен в ос-
новном на синтез одного белка, а именно белка головки вируса. После
проведения синтеза белка в »и&йпиоовяйвык'"4#ле<г*гя-г п •
252 Глава 15
специфически меченных 14С аминокислот клеточные экстракты обраба-
тывали трипсином или химотрипсином; пептиды белка головки фага
разделяли методом электрофореза и с полученных электрофореграмм
снимали радиоавтографы. Было показано, что ряд nonsence-мутантов
фага Т4, у которых мутации локализованы в пределах гена белка обо-
лочки, синтезируют неполные цепи белка оболочки фага, причем полу-
ченные пептидные фрагменты были разной длины. Исследуя радиоавто-
графы, полученные с электрофореграмм ферментативно фрагментиро-
ванных пептидов, можно было расположить мутанты в ряд по умень-
шению длины образуемых пептидов. При этом удалось показать, что
полученная таким образом последовательность соответствует той по-
следовательности, которую можно предсказать, исходя из результатов
генетического картирования.
Выше уже говорилось о том, что коллинеарность последовательностей
кодонов и аминокислот была доказана путем прямых определений ну-
клеотидных последовательностей в молекулах РНК и ДНК и соответ-
ствующих последовательностей аминокислот в белках (разд. В, 2, и).
Еще до того как была окончательно установлена триплетная приро-
да кодонов, Крик и его сотрудники, остроумно использовав мутации
со сдвигом рамки, доказали, что генетический код действительно состав-
лен из нуклеотидных триплетов. Рассмотрим, что произойдет при спа-
ривании двух штаммов бактерий, каждый из которых несет мутацию со
сдвигом рамки (например, делению —1). В результате генетической
рекомбинации могут образоваться мутанты, содержащие обе мутации
со сдвигом рамки. Однако распознать такие рекомбинанты будет труд-
но, так как (согласно практически любой теории кодирования) они
по-прежнему будут продуцировать полностью дефектные белки. Крику
и его сотрудникам удалось, однако, ввести в тот же ген третью мута-
цию со сдвигом рамки того же типа и наблюдать, что рекомбинанты,
несущие все три делеции (или вставки), были способны синтезировать,
по крайней мере частично, активные белки. Это объясняется просто.
Делеции одного или двух нуклеотидов полностью инактивируют ген,
тогда как при делеции трех нуклеотидов, расположенных в пределах
одного гена и близко друг от друга, ген укорачивается лишь на три
нуклеотида. В гене будет содержаться в этом случае лишь небольшая
область с измененными кодонами. Кодируемый белок будет нормаль-
ным, за исключением небольшого участка, в котором некоторые из
аминокислот будут заменены, а одна будет полностью отсутствовать.
Мы уже знаем, что в большинстве белков полностью инвариантна лишь
сравнительно небольшая доля аминокислот. Таким образом, очень часто
ген, в котором модифицирована небольшая область, может синтезиро-
вать функционально активные продукты при условии, что не произош-
ло сдвига рамки считывания.
5. Условно-летальные мутации
Изучение ауксотрофов по питательным веществам сыграло важную
роль в развитии биохимии, но, к сожалению, с помощью этого метода
можно изучать только один ген или группу генов, участвующих в син-
тезе какого-либо конкретного субстрата. Было бы желательно, однако»
располагать методами обнаружения мутаций всего набора генов, со-
держащихся в клетках. Но этому препятствовало то обстоятельство,
что большинство мутаций детальны, причем во многих случаях устра-
нить этот эффект добавлением всевозможных субстратов не удается.
Ранние генетические - исследования показали, что летальные мутации
Генетика н синтез нуклеиновых кислот 253
особенно широко распространены среди высших организмов. Однако5
поскольку в эукариотических клетках существуют пары гомологичных
хромосом, летальные мутации в одной из хромосом могут и не приво-
дить к гибели организма. У бактерий и вирусов есть только одна хро-
мосома, в связи с чем организмы с летальными мутациями выжить
не могут.
Ауксотрофы по питательным веществам можно назвать условно-
летальными мутантами. Это означает, что они могут выжить лишь при
условии, что в среде имеется субстрат, синтез которого катализируется
утерянным ферментом. Были обнаружены другие типы условно-леталь-
ных мутаций, позволяющие изучать почти любой ген в организме.
Один класс таких мутаций называют температурочувствительными
[135, 136]. Температурочувствительные (ts— от англ, temperature sen-
sitive) мутанты отлично растут при низкой температуре, например при
25 °C, но не растут при более высокой температуре, например при 42 °C.
При многих температурочувствительных мутациях имеет место такая
замена аминокислот, в результате которой вновь образованный дефект-
ный белок оказывается менее устойчивым к нагреванию, чем белок
дикого типа. При других мутациях теряется способность к синтезу
белков по причинам, которые не всегда ясны. Многие температурочув-
ствительные мутации, несомненно, встречаются в природе. В качестве
примера можно указать на ген, контролирующий окраску волос у сиам-
ских кошек [136]. Ген (или его продукт) неактивен при температуре
тела, но активен в плохо обогреваемых частях тела —в лапках, в хво-
сте и в области носа. В результате шерсть кошки окрашена лишь в
этих участках.
В результате поиска условно-летальных температурочувствительных
мутантов бактериофага Т4 были обнаружены сотни различных мутан-
тов с беспорядочным распределением мутаций по всей длине фаговой
хромосомы. С помощью комплементационного анализа были выявлены
отдельные соответствующие им гены, для которых раньше было уста-
новлено только общее число (рис. 15-21). В дальнейшем были опреде-
лены специфические функции многих из этих генов [137, 138]. Так,
оказалось, что продукт гена 42 представляет собой специфический фер-
мент, необходимый для синтеза оксиметил-dCMP (гл. 14, разд. Л,1).
Гены 20—24 в числе прочих, по-видимому, кодируют синтез белков
головки фага, так как при мутациях этих генов образуются нормаль-
ные отростки, но белки головки не синтезируются. Ген 23 кодирует,
по-видимому, синтез основных субъединиц головки, а ген 20 как-то свя-
зан с процессом образования «колпачка» (capping) на конце головки.
Эти мутанты образуют цилиндрические «полиголовки» вместо обычных
головок. У мутантов с измененными генами 25—29 нарушено строение
базальной пластинки и совсем не образуется отросток, а у мутантов
с измененными генами 34—38 отсутствуют нити отростка.
Второй тип условно-летальных мутаций связан с превращением
какого-нибудь из аминокислотных кодонов в один из трех кодонов тер-
минации полипептидной цепи UAG, UAA и UGA (табл. 15-2) [139, 140].
Эти мутации часто называют nonsense-мутациями в отличие от mis-
sense-мутаций, при которых происходят аминокислотные замены. У му-
танта с преждевременным окончанием синтеза полипептидной цепи син-
тезируется только часть продукта дефектного гена, после чего из-за
наличия терминирующего кодона полипептидная цепь освобождается
с рибосом. Интересная особенность мутаций с терминацией цепи за-
ключается в том, что они могут быть супрессированы другими мута-
циями, локализованными в более Ьтдаленных участках хромосомы
25* Глав»: 15'••«чк--:,.
вируса или бактерии. Так, например, многие условно-летальные мута-
ции бактериофага Т4 были обнаружены благодаря их способности расти
в определенных мутантных штаммах Е. coli (содержащих супрессорные
гены) [140а] и неспособности расти в нормальном штамме В. Три
различных супрессорных гена supD, supE и supF, для которых исполь-
зают также обозначения sul, su2 и su3l\ супрессируют мутации, приво-
РИС. 15-21. Генетическая карта бактериофага Т4 (Sober Н. A., ed., CRC Handbook of
Biochemistry, 1st ed., p. 1—25, Chem. Rubber Publ. Co., Cleveland, Ohio, 1968, and Eiser-
ling and Dickson, Annu. Rev. Biochem., 41, 467—502 (1972).
Сокращения: Г — головка, О — отросток, НО — нити отростка, БГТ — базальная пла-
стинка, Е — белки, у которых ферментативная функция выражена сильнее, чем струк-
турная. Стрелки, идущие вдоль окружности, охватывают группы совместно транскри-
бируемых генов.
дящие к появлению кодона UAG. Гены этого типа называют обычно
а/этбег-супрессорными генами (см. ссылку на стр. 194). Были обнару-
жены и другие супрессоры этого класса. Другой класс мутаций, вызы-
вающих преждевременную терминацию цепи, супрессируется генами
supB и supC и включает мутацию к UAA. Обычно их называют ochre-
мутациями. Сравнительно недавно были найдены супрессоры мутаций,
приводящих к появлению кодона UGA [140в].
Подобно температурочувствительным мутантам, amber- и ochre-
мутанты могут быть получены практически для любого гена бактерио-
фага. Мутантов с терминацией цепи, у которых утерянные гены не
имеют жизненно важного значения для бактерий, можно распознать,
обеспечив перенос генов либо путем скрещивания, либо путем вирус-
» Обозначения sup D, supЕ и supF были предложены Бахманом и др. [15J.
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 255
ной трансдукции в штамм (sup+), содержащий необходимый супрес-
сорный ген.
Условно-летальные мутанты сыграли чрезвычайно важную роль в
изучении генетики бактериальных вирусов. Они были использованы
также в качестве мощного метода при изучении сложных проблем,
связанных с физиологией бактерий. Так, например, насколько сложно
устроена система, необходимая бактерии для того, чтобы почувствовать
наличие в среде питательного вещества и «подплыть» к нему? Оказа-
лось, что бактерии «запрограммированы» чувствовать градиенты кон-
центрации химических аттрактантов и менять направление движения
таким образом, чтобы оказываться в области с более высокой концент-
рацией [141, 143]. Было бы интересно узнать, какое количество
белков необходимо для того, чтобы чувствовать аттрактант, передавать
необходимый информационный сигнал жгутикам (дополнение 4-Б) и
направлять движение последних, вызывая их вращение, приводящее
либо к передвижению вперед, либо к беспорядочному подергиванию
(гл. 16, разд. Б,7).
Несмотря на то что сейчас выяснены лишь некоторые ключевые
моменты тех химических процессов, которые лежат в основе всех этих
явлений, использование температурочувствительных мутантов и тестов
на комплементацию поможет установить суммарное число генов, при-
нимающих участие в этих процессах, а также локализацию этих генов
в хромосоме Е. coli. В ряде случаев это может способствовать более
полному пониманию биологического явления.
6. Природа супрессорных генов
Какие химические процессы лежат в основе супрессии (подавления)
одной мутации другой мутацией, локализованной в иной точке хромо-
сомы? Однозначного ответа на этот вопрос дать нельзя. Редко мутация
супрессируется другой мутацией, локализованной в пределах того же
самого гена. Такой эффект может быть назван внутригенной компле-
ментацией. Предположим, что мутация приводит к такой аминокис-
лотной замене, которая нарушает стабильность структуры или функ-
цию белка. Возможно, что мутация в другом сайте, захватывая остаток,
взаимодействующий с замещенной аминокислотой, меняет характер
взаимодействия двух остатков, что приводит к восстановлению функ-
циональной активности белка. Так, например, если боковая цепь первой
аминокислоты мала, а в результате мутации она замещается на более
длинную боковую цепь, то вторая мутация, приводящая к уменьшению
размера другой боковой цепи, может позволить образующемуся белку
свертываться и функционировать подобно нормальному белку. Такой
случай был обнаружен среди мутантов трнптофансннтетазы [144]. Му-
танты этого белка, у которых Gly-211 был заменен на Glu или Туг-175—
на Cys, синтезировали неактивные ферменты, тогда как двойной му-
тант, т. е. мутант, в котором имели место обе эти замены, синтезиро-
вал активную триптофансинтетазу. Считают, что в большинстве случаев
внутригенной супрессии происходят изменения во взаимодействии субъ-
единиц олигомерных белков.
Наиболее хорошо изучены супрессорные гены, подавляющие боль-
шое число различных мутаций, ведущих к преждевременной термина-
ции цепи. Объяснить химическую природу этих генов удалось только
частично при помощи опытов с переносом супрессорного гена supF
(su3) в ДНК бактериофага. Оказалось, что эта ДНК специфически
гибридизуется с минорными видами тирозиновой тРН.К (тиоовинлиой
256 глава 15
tPHKi). Последующие исследования показали, что sum, служит струк-
турным геном для минорной тирознновой тРНК, У которой обычный
антикодон GUA замещен на триплет CUA, способный спариваться с
терминирующим кодоном UAG (amber-кодон). В результате в месте
терминирующего сигнала, вызванного ат&ег-мутациями, будет происхо-
дить включение тирозина. Несколько странно, что тРНК, предотвра-
щающая терминацию цепи, не препятствует синтезу других важных
белков в бактериальной клетке. Однако эффективность супрессии не
превышает обычно 30%. Следовательно, синтез многих полипептид-
ных цепей заканчивается нормально. Если наличие двух сигналов тер-
минации цепи является общим свойством генов, то синтез большей
части белков в присутствии супрессорной тРНК должен заканчиваться
нормально. Однако преждевременная терминация цепи, вызванная
amfter-мутациями, будет при этом частично ингибирована, что позволит
клетке синтезировать необходимое для выживания количество недо-
стающего фермента. Нуклеотидные последовательности supF-тРНК и
ее более длинного предшественника показаны на рис. 15-9.
Был выявлен также ряд других супрессорных генов, являющихся
структурными генами специфических тРНК [140]. Недавно была обна-
ружена, например, супрессорная мутация со сдвигом рамки в гене гли-
циновой тРНК Salmonella typhimurium [145]. В этой тРНК на месте
антикодона находится не обычный триплет ССС, а четыре основания
СССС. Это единственная из известных тРНК, у которой в антикодоно-
вой петле не семь неспаренных нуклеотидов, как обычно, а восемь.
Супрессорные гены встречаются не только у бактерий. Так, мутация
vermilion у дрозофилы супрессируется мутацией гена триптофановой
тРНК [140]. При мутации vermilion не происходит синтеза коричного
пигмента в глазу, что объясняется инактивацией триптофаноксигеназы
[уравнение (10-45)]. Было обнаружено, что триптофаноксигеназа му-
танта vermilion ингибируется одной из двух триптофановых тРНК, а
именно тРНКгТгр. При супрессорной мутации тРНК меняется таким об-
разом, что ингибирование снимается [140].
Миллер, Лу и их сотрудники [145а, Ь] с успехом использовали су-
прессорные мутации и получили с их помощью около 300 мутантных ти-
пов /ас-репрессорного белка Е. coli. На первом этапе вводили amber-
мутации приблизительно в 80 положений гена. Далее с целью клони-
рования мутантные гены переносили в эписомы (см. следующий раз-
дел) . Затем эти вирусоподобные эписомы использовали для заражения
пяти штаммов бактерий, несущих супрессорные мутации, благодаря
которым считывание кодона UAG (терминирующего) приводило
к включению в белок различных аминокислот. Из этих инфицирован-
ных бактерий выделяли большие количества мутантных форм 1ас-
репрессора. Оказалось, что многие мутации, локализованные вблизи от
N-конца, влияют на связывание репрессора с ДНК, тогда как мутации,
локализованные в центральной части, влияют на связывание с индук-
тором.
7. Плазмиды и эписомы
Эффективный метод исследования основан на существовании в бак-
териях небольших генетических элементов, существующих вне хромо-
сомы. Об одной группе таких элементов (или факторов), получившей
название F-факторов, уже шла речь выше (разд. А, 1, г). Эти элементы,
представляющие собой небольшие кольцевые молекулы ДНК, являются
представителями группы; включающей большое число подобных аген-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот
257
тов, известных под общим названием плазмид и эписом [14, 146, 147].
К этой группе относятся также колициногенные факторы и фак-
торы устойчивости к антибиотикам (R-факторы). Репликация плаз-
мид происходит независимо от репликации хромосомы, причем на одну
хромосому в бактерии может приходиться одна или несколько одина-
ковых плазмид. Эписомы — это плазмиды, способные включаться в
хромосому бактерии. Некоторые внехромосомные элементы могут вести
себя как эписомы в одних бактериях и как плазмиды в других. Плаз-
миды могут быть инфекционными (переносимыми) или неинфекционны-
ми. В первом случае они содержат гены для синтеза половых пилей
(разд. А, 1, г) и спосо!бны переносить свою ДНК в другую клетку. Если
плазмида способна интегрироваться с хромосомой, а потом и выходить
из нее, захватывая с собой при этом другие гены, то такую плазмиду
называют фактором пола. Выше уже шла речь о том, что процесс пере-
носа генов с помощью фактора F был широко использован при карти-
ровании бактериальных хромосом.
Размеры плазмид и эписом могут быть различными. Половой фак-
тор F-1 представляет собой кольцевую суперспирализованную ДНК,
мол. вес которой составляет приблизительно 62-10®. Такой размер
достаточно велик для того, чтобы этот фактор мог содержать около
90 генов и иметь длину порядка 30 нм, что составляет 2,5% размера
хромосомы Е. coli. Колициногенные факторы [148], которые также
могут присутствовать в клетках Е. coli в количестве 10—15 копий на
одну бактериальную хромосому, имеют обычно меньшие размеры: их
мол. вес составляет приблизительно 4-10®—5-106. Некоторые более
крупные колициногенные факторы одновременно являются и половыми
факторами. Эти плазмиды переносят гены, детерминирующие синтез
токсических белковых антибиотиков, известных под названием колици-
нов, способных атаковать другие штаммы Е. coli. Плазмида переносит
также ген (или гены), придающий устойчивость по отношению к ток-
синам, в бактериальную клетку-хозяина. Действие колицина Е-3 со-
стоит в том, что он проникает в чувствительную к нему бактериальную
клетку и подавляет синтез белка, отсекая маленькие фрагменты от
З'-конца каждой молекулы бактериальной 16S рРНК [149] (рис. 15-14).
Большое внимание было уделено факторам устойчивости к анти-
биотикам. В связи с тем что антибиотики находят широкое применение,
возникает важная проблема, связанная с быстрым развитием у бакте-
рий устойчивости к ним. Эта проблема может приобрести особенно
важное значение в случаях, если антибиотики используются без спе-
циального выбора, поскольку гены устойчивости могут свободно пере-
даваться от одной бактерии к другой при помощи инфекционных плаз-
мид R-факторов [150—152]. Поскольку одна и та же плазмида может
переносить гены устойчивости к самым различным антибиотикам, могут
образовываться «супербактерии», устойчивые к действию самых разных
антибиотиков. Появление таких бактерий, вероятность которого осо-
бенно велика в больницах, может повлечь за собой серьезные эпидемии
инфекционных заболеваний, устойчивых к антибиотикам. Механизмы
резистентности часто связаны с инактивацией антибиотиков. Аминогли-
козиды, такие как, например, стрептомицин (дополнение 12-А) и ка-
намицин, инактивируются ферментами, катализирующими процессы
фосфорилирования или аденилирования специфических гидроксильных
групп сахарных колец. Пенициллин (дополнение 7-Г) инактивируется
пенициллиназой, расщепляющей гидролитически кольцо р-лактама.
Хлорамфеникол (рис. 14-25) инактивируется путем ацилирования одной
или двух гидроксильных групп.
268 ' Глава 15
Каково происхождение факторов устойчивости к антибиотикам?
Почему в природе так широко распространены гены, обеспечивающие
инактивацию столь необычных молекул, как антибиотики? Возможно,
это объясняется тем, что гены устойчивости к антибиотикам в обычной
ситуации выполняют какие-то нормальные биосинтетические функции,
но наличие в среде антибиотиков приводит к отбору мутантов, гены
которых способны обеспечивать их инактивацию. Тем не менее до
конца не ясно, почему факторы, обеспечивающие устойчивость к лекар-
ственным препаратам, появляются так часто именно в популяции, обра-
ботанной антибиотиком. Частичным решением проблемы устойчивости
послужило создание полусинтетических модификаций антибиотиков,
встречающихся в природе. Поскольку R-факторы переносят гены, от-
ветственные за синтез ферментов, изменяющих специфические участки
антибиотика, иногда удается химически изменить эти участки таким
образом, чтобы они больше не участвовали в ферментативной реакции,
индуцируемой R-фактором.
Часто отмечают сходство между инфекционными плазмидами и ви-
русами [153]. Так, например, нитевидные бактериофаги (дополнение
4-В и рис. 4-8) [154] выходят из бактериальной клетки благодаря на-
коплению в толще мембраны гидрофобных белковых субъединиц, фор-
мирующихся в тонкие микротрубочки диаметром около 6 нм, внутри
которых содержатся молекулы ДНК, готовые для переноса в другие
бактериальные клетки. Фаг адсорбируется на F-пилях бактерии муж-
ского пола, после чего ДНК с помощью пока еще не изученного меха-
низма проникает в клетку [155]. Точно так же как нитевидные бак-
териофаги переносят гены, обеспечивающие синтез белковых субъеди-
ниц их оболочки, половые факторы F переносят гены, ответственные за
синтез пилинов. Пилнн также накапливается в клеточной мембране и,
вытеспяясь, расходуется на генерирование F-пили. Таким образом,
можно думать, что между плазмидами и вирусами существует тесная
взаимосвязь. Одним из результатов переноса ДНК от штамма Hfr
к бактериям F- является проникновение копии фактора F в женскую
бактерию. Поскольку при этом клетка-реципиент превращается из-
женской в мужскую, Бринтон назвал «пол бактерий вирусным забо-
леванием». Очень близкое сходство существует также между эписо-
мами, способными включаться в бактериальные хромосомы, и «уме-
ренными» бактериофагами, о которых пойдет речь в следующем раз-
деле.
8. Умеренные бактериофаги. Фаг X
Когда ДНК бактериофага проникает в бактериальную клетку, она
обычно практически мгновенно начинает контролировать работу ме-
таболического аппарата клетки и направляет его полностью на обра-
зование новых вирусных частиц. В результате приблизительно через
20 мин образуется 100—200 новых вирусных частиц, что приводит
к лизису клетки и ее гибели. Принципиально отлично от этого ведут
себя умеренные фаги. Проникнув в клетку, ДНК умеренного фага может
репрессироваться и интегрироваться с бактериальным геномом точно так
же, как фактор F (рис. 15-2). При этом он переходит в состояние профага
и вступает в так называемую лизогенную фазу развития: репрессиро-
ванная ДНК фага реплицируется как часть генома бактерии, не при-
чиняя вреда клетке до тех пор, пока какой-нибудь фактор не снимет
репрессию и не «активирует» интегрированный генетический материал.
После этого происходят репликация фага и лизис бактерии. Умеренные
Генетика и синтез нуклеиновых кислот
259
фаги могут существовать так же, как плазмиды (например, фаг Р1).
Наиболее хорошо изученным умеренным фагом является фаг-лямбда,
живущий в клетках Е. coli [156—158]. По своему строению фаг л, для
которого характерно наличие отростка, чем-то напоминает Т-четные
фаги (дополнение 4-Д), однако его ДНК-геном имеет меньшие разме-
ры: мол. вес ДНК фага л составляет приблизительно 31-Ю6, что со-
ответствует 46 500 парам оснований. В бактериальной клетке концы
ДНК фага % могут соединяться друг с другом, образуя замкнутую ре-
пликативную форму вируса. Во многих зараженных клетках (пример-
но в 30%) ДНК фага 7. интегрируется с бактериальной хромосомой в
определенном сайте, att локализованном на карте хромосомы Е. coli
в положении, соответствующем 17 мин. Интегрированная ДНК фага
представляет собой линейный фрагмент, составляющий около 1,2%
общей длины хромосомы Е. coli. Он реплицируется вместе с остальной
частью хромосомы и в большинстве случаев остается незамеченным.
Интерес биохимиков к бактериофагу 7. объясняется рядом причин.
Наиболее важная из них состоит в том, что, изучая этот бактериофаг,
можно было надеяться получить ответы на основные вопросы о регу-
ляции транскрипции. Мы можем, например, спросить, как это полу-
чается, что большая часть генов профага X может не проявляться на
протяжении многих поколений, а затем при определенных условиях
вновь запускать синтез активных вирусов. Небольшие размеры генома
фага л позволяют надеяться, что мы сможем достаточно точно понять
его устройство0. Бактерия-хозяин Е. coll К12 также хорошо изучена
с генетической точки зрения; к тому же у этих бактерий есть очень
«удобные» а/Дщг-суп рессоры, благодаря которым можно легко опре-
делить мутации у бактериофага. Более того, интегрированный профаг
может подвергаться мутациям практически любого типа, в том числе
и большим делециям, что позволяет исследовать комплементарность с
другими штаммами этого вируса. Известно целое семейство Модифи-
цированных дефектных фагов X. Поскольку при исключении из бакте-
риальной хромосомы профаг иногда захватывает соседние гены бакте-
риальной хромосомы, удалось выделить группу трансдуцирующих фа-
гов 7., т. е. фагов, несущих определенные гены бактериальной хромосомы
и способных передавать эти гены таким бактериям, у которых их нет.
Предположение о возможности подобного переноса генов в геномы
растений и других высших организмов привлекло значительный инте-
рес и вызвало возбужденные дебаты. Другим результатом изучения
фага X явился метод, позволяющий более точно картировать положе-
ния генов. '
а. Контроль на уровне транскрипции
Ответ на вопрос о том, почему гены фага 7. могут в течение опре-
деленного времени не проявлять себя, был дан после того, как был
обнаружен репрессорный белок [159, 161]. Один короткий опррон про-
фага X постоянно транскрибируется РНК-полимеразой Е. coli. Этот
оперон содержит гены с! и тех. Как показано на рис. 15-22, считыва-
ние этих генов начинается с 1-цепей ДНК профага. Белок, кодируемый
геном с/, играет роль репрессора. Репрессор представляет собой оли-
гомер (чаще всего димер), мол. вес одной субъединицы в котором
составляет 27 000. Этот белок связывается с двумя операторными
участками ДНК профага. Один оператор (оь) расположен слева, а дру-
’ В настоящее время нуклеотидная последовательность фага X долиостью рас-
шифрована.— Прим. ред.
268 глава 15
Концы просрага а,а
г-цепь
I п t- интеграция
txis-исключение (excision)
Рекомбин ация
Отросток
фага
1% расстояния на карте
соответствует 465
парам оснований 1-цепь
Позднии правый оперон
"I
G
Репрессорный оперон (L1)
Область иммунности
Головка фага
Поздний индуктор
Ранний левый
оперон (L2)
ori-начоло репликации
ДНК (origin)
т = нулевая точка Лизоцим
на генетической (
карте
т = О mf — ЮО/о\ Дизис
Контроль
ранних
генов
М
Н
Раннии
(КП
опероп
Фибрилла отростка
правый
Точки т и т'у репликативной
формы дзага и у профага соединены,
тогда как у зрелого фага здесь
расположены липкие концы
Развернутая диаграмма области иммунности
L2- оперон , ,
j Ll-оперон
___________________________________________________________________________у
С/ц N гех С/ tof СП Q р *
r-цепь i i j I i p °я tn: t/a 5
1 * 1 . я
' ' l~ ............ ...
R 1-оперои
РИС. 15-22. Генетическая и физическая карта генома фага X [156]. Более детальная
диаграмма области иммунности приведена в работе Honigman A., Hu S-L., Chase R.,
Szybalski W., Nature (London), 262, 112—116 (1976).
гой (оЛ) —справа от гена с! (рис. 15-22). Изучение фрагментов ДНК,
защищаемых репрессором от воздействия нуклеазы, позволило сделать
вывод, что на каждом операторе есть три субучастка, последовательно
заполняемых шестью мономерами репрессора (слева направо для оь
и справа налево для од). Была расшифрована последовательность
нуклеотидов в этой области, причем оказалось, что каждый из гипо-
тетичных субучастков имеет ось приблизительной вращательной сим-
метрии второго порядка (т. е. имеет место почти палиндромная после-
довательность). Каждый субучасток содержит 17 пар оснований, при-
чем одна половина участка содержит последовательность TATCACCGC
или очень похожую на нее, тогда как другая половина несколько более
изменчива. Возможно, что при связывании димерного репрессора с
каждым из субучастков его мономеры находятся в квазиэквивалентных
конформациях [159].
Блокируя эти операторы, репрессор предотвращает синтез фермен-
тов, необходимых для исключения ДНК фага А, из бактериальной хро-
мосомы, а также для репликации и транскрипции остальных генов.
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 261
В действительности дело обстоит сложнее, поскольку, по-видимому, для
установления исходного лизогенного состояния необходимы продукты
генов раннего левого (сП!) и раннего правого (сП) оперонов, стимули-
рующих транскрипцию гена cl. Однажды «сработав», эти гены больше
не функционируют, так как они никогда не транскрибируются.
Считают, что в клетке есть всего лишь несколько молекул репрес-
сора фага Л. В обычном состоянии этого достаточно для того, чтобы
поддерживать состояние профага. Вместе с тем ультрафиолетовое облу-
чение бактерии (действующее, по-видимому, опосредовано, через подав-
ление синтеза ДНК) приводит к инактивации репрессора и транскрип-
ции других оперонов фага Л.
Транскрипция левого оперона начинается в точке pL- Продуктом
первого гена N является белок, разрешающий продолжение тран-
скрипции в точках 1Ъ и tn [161]. Этот белок неустойчив — время полу-
жизни его молекул (Л/г) составляет приблизительно 2 мин {162]. Лево-
сторонняя транскрипция идет через гены ехо и 0, принимающие участие
в процессе рекомбинации, и ген xis, необходимый для исключения
(excision) фаговой ДНК из хромосомы. При включении ДНК фага
X хромосома Е. coli разрывается в точках аа' (рис. 15-22) и ДНК
включается сразу же справа от gaZ-оперона (рис. 15-1). Теперь тран-
скрипция профага может продолжаться с точки а' на гены бактерии.
Трансляция мРНК, транскрибированной с этого раннего левого оперо-
на, приводит к появлению ферментов, необходимых для освобождения
профага и образования кольцевой репликативной формы фаговой ДНК-
Исключение ДНК из бактериальной хромосомы происходит также
вблизи точки а', причем легко видеть, что при исключении фаг X может
иногда захватывать с собой соседние гены gal клетки-хозяина.
Продукт гена N делает возможной также и правостороннюю транс-,
крипцию через гены О, Р и Q и далее уже с меньшей скоростью вдодь
остальной хромосомы до точки а. Гены О и Р детерминируют синтез
белков, позволяющих репликационной системе бактерии-хозяина начать
образование новых молекул фаговой ДНК. Репликация начинается в
точке ori и протекает в обоих направлениях, как это описано в разд. Д.
Ген Q детерминирует синтез белка, который значительно ускоряет
транскрипцию поздних генов, начиная с промотера Pr.
Как показано на рнс. 15-22, хромосома обычно подразделяется на
четыре оперона: короткий — продуцирующий репрессор, ранний левый,
ранний правый и поздний1). Ранние опероны детерминируют в основном
синтез ферментов, обеспечивающих репликацию и рекомбинацию, а так-
же синтез регуляторных белков. Поздний оперон связан с синтезом бел-
ков, необходимых для организации вирусных частиц; он должен
транскрибироваться с более высокой скоростью, которая обеспечива-
ется продуктом гена Q. В пределах позднего оперона гены от А до
F участвуют в упаковке ДНК фага X и в образовании головок, тогда
как гены от z до j обеспечивают синтез и сборку отростков. Гены
S и R продуцируют белки, вызывающие разрушение мембраны бактерии-
хозяина и лизис клетки. На последних стадиях фазы литического раз-
вития большая часть ранних генов выключается другим репрессором
фага X (кодируемым геном его). Из сказанного видно, что регуляция
транскрипции даже у вирусов может представлять собой достаточно
сложный процесс.
о Несколько сходная организация генов обнаружена в Т-четном фаге, в фаге. Т7.
и в других бактериофагах. • ; : /,
262 Глава IS-
б. «Липкие концы» молекул ДНК.
Если репликативная форма ДНК фага Л замкнута в кольцо, то
ДНК зрелых частиц имеет, как известно, линейную форму. В отличие
от линейной ДНК Т-четных фагов ДНК фага Л, при освобождении из
вириона самопроизвольно образует либо кольца, либо линейные «агре-
гаты». Это свидетельствует о том, что ДНК фага Л имеет «липкие»
концы, соединяющиеся друг с другом за счет специфического спарива-
ния оснований. Непосредственное определение нуклеотидной последова-
тельности подтвердило это предположение. На рис. 15-23 показана
m
3' —Т G G
5'—А С С
G С А Т Т G —5'
С G Т А А С —3'
A G
Эндонуклеаза
3‘ —Т GGGCGCTCCAGCGGCGG G —5' (1)
5—А С С С G С G
+ m
G С А Т Т G—5'
(г) AGGTCGCCGCCCCGTAA С —3'
Липкие концы
РИС. 15-23. Липкие концы ДНК фага и их образование из репликативной формы под
действием эндонуклеазы. Обратите внимание на ось локальной приблизительной симмет-
рии второго порядка (местоположение которой обозначено жирной точкой), которая
служит специфическим участком взаимодействия с симметричным димерным ферментом.
Симметрично расположенные пары оснований заключены в рамки. Точки тт' соот-
ветствуют этим точкам на генетической карте (рис. 15-22).
нуклеотидная последовательность вблизи точек т, т' (рис. 15-22),
в которых происходит раскрыв репликативной формы ДНК, а также
в липких концах I- и r-цепей. Считают, что кольцевая форма раскры-
вается под действием эндонуклеазы. Существование липких концов
подтверждается не только определением нуклеотидных последователь-
ностей. Оказалось, что две точки, в которых происходят гидролитиче-
ские разрывы связей (на рис. 15-23 эти точки обозначены стрелками),
разделены 12 парами нуклеотидов, образующими участок ДНК с пора-
зительно высокой степенью симметрии [163, 164]. Таким образом, здесь
мы опять сталкиваемся с палиндромом, образующим на сей раз спе-
цифический участок в молекуле ДНК-
в. Гетеродуплексы и картирование генов
физическими методами
Наличие фагов со значительными делециями в различных участках
генома позволило разработать новый метод картирования генов с ис-
пользованием непосредственных электронно-микроскопических наблю-
дений [165]. Сначала выделяют ДНК из двух различных штаммов фа-
гов, например из дикого штамма типа Л. и из мутантного штамма с де-
лениями определенного гена или генов. Полученную ДНК легко
денатурировать, после чего г- и f-цепи можно разделить. Если Т-цепй
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 263
одного штамма смешать с r-цепями другого штамма и подвергнуть их
«отжигу», то будет наблюдаться образование двухцепочечной ДНК-
Поскольку, однако, в одном штамме имеется делеция, гомологичная
область нормальной ДНК фага К образует одноцепочечную петлю,
которую можно легко увидеть при помощи электронного микроскопа.
На рис. 15-24 в качестве примера показана электронная микрофотогра-
фия такой гетеродуплексной молекулы с делеционной петлей. На этой
фотографии виден также «пузырь» («bubble»), образованный в том
месте, где в одну из нитей был включен фрагмент негомологичной ДНК
РИС. 15-24. А. Электронная микрофотография гетеродуплексной молекулы ДНК, обра-
зованной из комплементарных нитей фагов лЬ2 и Итт 434. В фаге ХЬ2 участок ДНК
фага X образует делеционную петлю (обозначена Ь2), а в фаге uinm 434 часть ДНК
замещена на ДНК фага X, в результате чего образуется «пузырь негомологнчности»
(обозначен г 434/i X). Липкие концы ДНК обозначены V. е. Б. Увеличение изображения
пузыря негомологнчности. В. Рисунок, поясняющий изображение, приведенное на
рис. Б. Стрелкой показана короткая (20—150 нуклеотидов) гомологичная область
(Westmoreland В. С. et al., Science, 163, 1343—1348, 1969).
[165]. Поскольку на электронных микрофотографиях можно достаточ-
но точно измерить расстояния, этим путем можно получать точные
«физические карты». Хромосомная карта, показанная на рис. 15-22,
является такой «физической картой», и поэтому приведенные на ней
расстояния более точны, чем на генетической карте Е. coli, приведен-
ной на рис. 15-1. Описанный метод был использован также для иссле-
дования колициногенных факторов [166].
9. Генетика эукариотических организмов
Если в быстро растущей бактерии синтез ДНК происходит практи-
чески непрерывно, то в эукариотических Клетках репликация занимает
значительно более ограниченную часть клеточного цикла '[Е67]. В?клёт*
264 Глава 15
ках млекопитающих собственно митоз занимает обычно около 1 ч
(рис. 15-25). За ним следует «пауза», обозначаемая Gb продолжитель-
ность которой может сильно меняться в зависимости от снабжения
клетки питательными веществами, а также от других факторов. Обыч-
но эта «пауза» составляет приблизительно 10 ч. Во время фазы S (за-
нимающей около 9 ч) активно происходит репликация ДНК. Далее
наступает вторая «пауза» (G2), продолжающаяся 4 ч при общей 24-ча-
совой продолжительности клеточного цикла (рис. 15-25). Следует
Митоз М
РИС. 15-25. Клеточный цикл. Указанные вре-
мена характерны для клеток млекопитающих.
Для клеток других организмов оии могут быть
совсем другими. Для обозначения периода
Gi + S+G2 используют также термин интер-
фаза.
иметь в виду, что продолжи-
тельность отдельных этапов
клеточного цикла сильно отли-
чается у разных организмов.
Все сказанное выше относится
к быстро растущим культурам,
где для всех, или по крайней
мере для большинства, клеток
характерен одинаковый цикл.
Особенность клеток взрослого
организма состоит в том, что
деление большинства из них
в течение большей части вре-
мени ингибировано. Это обсто-
ятельство послужило основа-
нием для ряда критических за-
мечаний в адрес концепции
клеточного цикла [168].
Прежде чем перейти к рас-
смотрению генетики высших
организмов, напомним вкратце
некоторые сведения о процес-
сах клеточного деления, из-
вестных под названием митоз
и мейоз.
а. Митоз
Распределение хромосом между дочерними клетками при делении
соматических клеток осуществляется путем митоза (гл. 1, разд. В,3).
Последовательные фазы митоза называются профазой, метафазой, ана-
фазой и телофазой (рис. 15-26). При конденсации хромосом во время
профазы можно видеть, что они действительно состоят из двух отдель-
ных нитей, переплетенных друг с другом. Эти нити называются хрома-
тидами. Каждая хроматида представляет собой одну из двух идентич-
ных двухцепочечных молекул ДНК (или группы молекул), образован-
ных в процессе репликации ДНК, т. е. во время фазы S клеточного цик-
ла. По мере спирализации хромосом (во время профазы) ядерная обо-
лочка полностью фрагментируется или растворяется.
Важным событием, предшествующим основным стадиям митоза,
является возникновение в клетке полюсов. В клетках животных полюсы
образуются центриолями, которые расходятся в противоположных на-
правлениях и занимают положения на противоположных сторонах
клетки. Каждую из центриолей сопровождает более мелкая «дочерняя»
центриоль, располагающаяся под прямым углом по отношению к ро-
дительской. В клетках растений, где нет центриолей, границы полюсов
фиксированы не столь четко. По мере того как клетка готовится к ми-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 265
тозу, можно наблюдать появление тонких микротрубочек (диаметром
около 15 нм), расходящихся в радиальных направлениях от полюсов.
К концу профазы микротрубочки проходят расстояние от одного по-
люса до другого, образуя так называемое веретено. Они также соеди-
нены с центромерами хромосом.
В метафазе хромосомы выстраиваются в центре клетки,
метафазную пластину, после чего центромера разделяется, и
образуя
сестрин-
ские хроматиды в результате
полностью отделяются друг от
друга. В анафазе разделенные
хроматиды, которые теперь
уже называются дочерними
хромосомами, движутся к про-
тивоположным полюсам так,
как будто бы они растаскива-
ются в результате сокращения
волокон веретена. Механизм,
лежащий в основе перемеще-
ния хромосом, еще не раскрыт.
В последней фазе деления
клетки — телофазе, во время
которой воцруг каждого набо-
ра дочерних хромосом образу-
ются новые ядерные оболочки,
клетка либо делится на две,
либо (в случае растений) в
центре клетки образуются но-
вые плазматические мембраны
и клеточная стенка.
б. Мейоз
Механизм, при помощи ко-
торого хромосомы распределя-
ются в половых клетках (га-
метах), например при форми-
ровании яйцеклетки и сперма-
тозоидов, называется мейозом
(гл. 1, разд. В, 3). При образо-
Телофаза,
РИС. 15-26. Митоз. На рисунке показана схе-
ма митотического деления клетки с одной
гомологичной парой хромосом (Mazia D., Sci.
Am., 205, 101—120, Sept. 1961).
вании гамет число хромосом
в клетке уменьшается вдвое, причем в каждую из гамет попадает лишь
одна хромосома из каждой гомологичной пары. О генах, локализован-
ных в одной хромосоме, говорят, что они сцеплены, поскольку обычно
они передаются потомству все вместе, в виде единого набора. Гены же,
локализованные в разных хромосомах, не сцеплены друг с другом, и
их наследование характеризуется случайным расщеплением, установлен-
ным еще в знаменитых исследованиях Менделя.
Простого факта, что генетический материал упакован в виде обо-
собленных частиц (хромосом), в принципе уже достаточно для того,
чтобы обеспечить возможность значительного перераспределения гене-
тической информации между разными индивидуумами при половом
размножении. Заметим, однако, что изменениям в пределах самих хро-
мосом это отнюдь не способствует. Перераспределение генетической ин-
формации внутри хромосом происходит путем генетической рекомбина-
ции в процессе кроссинговера. Эта особенность мейоза имеет чрезвы-
,;ш Тлава 15
Яйцеклетка или '----------------------v----------------------->
сперматид Когда образуется яйцеклетка, три другие клетки
распадаются, превращаясь в полярные тельца- при
образовании спермы все четыре клетки превращают-
ся в сперматозоиды
РИС. 15-27. Мейоз. Деление клетки, приводящее к образованию гаплоидных гамет.
чайно важное биологическое значение. В фазе S, предшествующей
мейозу, ДНК. удваивается точно так же, как и перед митозом. В ре-
зультате генетического материала оказывается достаточно для образо-
вания четырех гаплоидных клеток. Мейоз состоит из двух последова-
тельных клеточных делений (рис. 15-27). Кроссинговер происходит пе-
ред первым делением на стадии четырех нитей. Две гомологичные хро-
мосомы объединяются, образуя бивалент (или тетраду), состоящий из
четырех хроматид. В точках, называемых хиазмами, каждая хрома-
тида вступает в тесный контакт с хроматидой другой гомологичной хро-
мосомы. Во время метафазы первого мейотического деления гомологич-
ные хромосомы (каждая из которых по-прежнему все еще содержит
две хроматиды) расходятся. Каждая хроматида теперь несет некото-
рую генетическую информацию, находившуюся ранее в другом члене
гомологичной шары, й наоборот (рис. 15^27). Затем >без дальнейшей
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 26?
репликации ДНК происходит второе мейотическое деление, при кото-
ром хроматиды расходятся, образуя гаплоидные клетки.
В процессе кроссинговера гены, сцепленные в одной хромосоме, мо-
гут разделяться. При этом распределение генетических признаков в по-
томстве не будет подчиняться предсказанному теорией Менделя. Крос-
синговер впервые достаточно полно исследовал Морган на плодовой
мушке Drosophila melanogaster. При составлении первых генетических
карт исходили из предположения, что частота кроссинговера непосред-
ственно зависит от линейного расстояния между генами в хромосоме.
Таким образом, мы видим, что основная идея, лежащая в основе опи-
санного выше метода составления генетических карт Е. coli по ре-
зультатам измерения частоты различных рекомбинаций, была исполь-
зована еще раньше при изучении кроссинговера в хромосомах дрозо-
филы. Для четырех хромосом дрозофилы были составлены детальные
генетические карты, включающие большое число мутаций. Сходные ме-
тоды были также использованы при изучении многих других организ-
мов, в том числе кукурузы, дрожжей и грибов типа Neurospora crassa
и Aspergillus nidulans.
Важное преимущество грибов с точки зрения их использования для
генетических исследований состоит в том, что, подобно прокариотам,
они на протяжении большей части жизненного цикла сохраняют гапло-
идный набор хромосом. Это позволяет легко выявить биохимические
дефекты, связанные, в частности, с нарушением синтеза определенных,
необходимых для их существования соединений. В то же время грибы
можно скрещивать и определять частоту кроссинговеров, используя эти
данные для составления генетических карт. Именно поэтому изучение
ауксотрофов нейроспоры, начатое в 1940 г. Бидлом и Татумом, обычно
считают началом биохимической генетики. Явление рекомбинации у бак-
терий было открыто Ледербергом несколькими годами позже.
в. Политенные хромосомы
Большинство клеток высших организмов обычно имеет диплоидный
набор хромосом, однако в некоторых из них набор хромосом может
быть удвоен или увеличен в еще большее число раз. Клетка, в которой
число хромосом увеличено по сравнению с диплоидным в два раза,
называется тетраплоидной, а в большее число раз — полиплоидной. Се-
лекционерам удалось получить много разновидностей тетраплоидных
цветковых растений, размеры которых, как правило, больше диплоид-
ных, Большинство клеток нашего организма также диплоидные, одна-
ко и у нас имеются полиплоидные клетки. Некоторые из них, напри-
мер, обнаруживаются в печени. Наиболее выразительным примером
увеличения содержания ДНК в клетке могут служить гигантские поли-
тенные хромосомы личинки двукрылых. ДНК клеток слюнных желез и
некоторых других частей этих личинок может удваиваться без деле-
ния клетки приблизительно в 13 раз, причем количество ДНК мо-
жет возрастать при этом в несколько тысяч раз (например, в 213 раз).
Сусперспирализованные удвоенные молекулы ДНК располагаются ря-
дом друг с другом в более вытянутой форме, чем в обычных хромосо-
мах. Общая длина четырех гигантских хромосом дрозофилы составляет
приблизительно 2 мм, тогда как в обычной диплоидной клетке их дли-
на равна ~7,5 мкм. Гигантские хромосомы имеют поперечнополо-
сатую структуру; по всей длине хромосомы можно видеть прибли-
зительно 3000 поперечных дисков. Поскольку было установлено наличие
корреляции между видимыми изменениямидэтцх.дисков!и конкретными
868 Глава 15
мутациями в ДНК, изучение политенных хромосом стало вторым важ-
ным методом картирования генов в хромосомах плодовой мушки.
Генетические карты, полученные обоими методами, хорошо согласуются
друг с другом.
г. Картирование хромосом человека
До недавнего времени мало было известно о локализации генов в
хромосомах человека. Исключение составляли лишь признаки, сцеплен-
ные с полом (гл. 1, разд. В, 4), которые могут быть локализованы в
Х-хромосомах. Ряд исследований, проведенных в последнее время,
ознаменовались успехами и привели к систематическому картированию
большого количества генов человека [169—171]. Наиболее важным
оказался при этом метод слияния соматических клеток (дополнение
15-Д). Для слияния человеческих лимфоцитов с клетками грызунов
часто используют инактивированный вирус Сендай, обладающий способ-
ностью вызывать сначала адгезию, а затем слияние клеток. Из гибрид-
ных клеток, полученных в результате слияния человеческих клеток с
клетками мыши или хомяка, можно получить линии клеток, ядра в
которых также сливаются. Хотя такие клетки могут размножаться,
давая много поколений, тем не менее они склонны утрачивать >при этом
хромосомы, особенно те из них, которые ведут свое происхождение от
клеток человека. Наблюдая за утратой определенных биохимических
признаков, например некоторых ферментов, специфических для чело-
века (которые могут быть отделены от ферментов хомяка методом элек-
трофореза), можно установить наличие или отсутствие определенного
гена в данной хромосоме. Очевидно, что для этого необходимо одно-
временно следить за потерей хромосом на каждой стадии эксперимен-
та. Новые методы 'окрашивания дозволяют идентифицировать каждую
из 26 пар хромосом человека. В настоящее время разрабатываются
методы точного генетического картирования применительно к культуре
клеток [171].
Дополнение 15-Д
Гаплоидные растения и слияние клеток
Недавно разработанные методы, позволяющие получать
целые растения из единичных клеток, а также осуществлять
слияние растительных клеток, могут иметь революционизи-
рующее значение для селекции растений. Они могут послу-
жить также основой нового метода изучения фенотипическо-
го выражения генов у растений. Так, например, из гаплоид-
ных ядер пыльцевых зерен удалось вырастить целые гапло-
идные растения3. Поскольку клетки гаплоидных растений
содержат, по-вндимому, только по одной копии большого
числа генов, то в таких растениях легко обнаружить мутации,
вызванные облучением или химическими агентами, что в свою
очередь может способствовать значительному ускорению се-
лекционных работ.
В другой серии экспериментов дифференцированные, со-
держащие хлорофилл мезофильные клетки листьев табака
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 269
(Nicotiand) обрабатывали для удаления клеточной стенки
ферментами, разрушающими целлюлозу и пектин. Затем вы-
зывали слияние образующихся протопластов с протопласта-
ми других видов табака, получая в результате гибриды, обра-
зованные неполовым путем6. Хотя на пути к практическому
применению этого метода придется преодолеть многие пре-
пятствия, тем не менее с его помощью, по-видимому, можно
будет получить большое число новых растений.
а Nitsch J. Р., Z. Pflanzenziiecht, 67, 3—18 (1972).
6 Carlson Р. S., Smith Н. Н., Dearing R. D., PNAS, 69, 2292—2294
(1972).
д. Цитоплазматическая наследственность
Не все наследуемые признаки подчиняются закону Менделя, относя-
щемуся к генам, локализованным в хромосомах. Некоторые признаки
наследуются непосредственно от материнской клетки так, как будто
соответствующие гены находятся не в ядре, а в цитоплазме [172].
Примером может служить Chlamydomonas (рис. 1-9) с цитоплазмати-
ческой локализацией некоторых мутаций, обеспечивающих устойчи-
вость к стрептомицину. Известно еще много других примеров для боль-
шого числа организмов. Один из цитоплазматических генов вызывает
«мужскую стерильность» кукурузы. Материнской цитоплазмой перено-
сится ген, предотвращающий образование у растения жизнеспособных
зрелых пыльцевых зерен. Были обнаружены, однако, мутации генов,
локализованных в ядрах, нейтрализующие описанный выше эффект и
восстанавливающие плодовитость [173]. Эти мутации были эффективно
использованы для получения гибридных семян кукурузы. У материнских
растений с цитоплазматическим геном мужской стерильности нет необ-
ходимости «удалять метелки» для предотвращения самоопыления. Если
такие растения опылить пыльцой другой линии, ядра клеток которой
несут восстанавливающий ген, то образующиеся гибридные семена бу-
дут давать начало самооплодотворяющимся растениям, необходимым
для получения урожая. К сожалению, мутантный ген цитоплазматиче-
ской мужской стерильности делает растение крайне восприимчивым к
определенному типу грибов Helminthosporium maydis, вызывающих
южный гельминтоспориоз кукурузы. В 1970 г. в сельском хозяйстве
США сложилось почти катастрофическое положение из-за того, что
это заболевание поразило обширные районы страны. В связи с этим
использование таких линий было практически прекращено.
В каком месте клетки находятся цитоплазматические гены? Извест-
но три места их локализации: митохондрия, хлоропласты и некоторые
участки, связанные с мембранами [174, 175]. Примером последнего
могут служить клетки штаммов-убийц у дрожжей. Клетки, содержащие
признак «убийц», выделяют токсин, убивающий чувствительные по от-
ношению к нему клетки, в то время как сами устойчивы к этому ток-
сину. Соответствующие гены переносятся при помощи не ДНК, а двух-
цепочечной РНК, причем они чем-то напоминают колициногенные фак-
торы кишечных бактерий. Сходные частицы (A-факторы) обнаружива-
ются у Paramecium >[176].
Митохондриальная ДНК как переносчик цитоплазматической на-
следственности изучена наиболее полно [177—179]. В клетках животных
митохондриальная ДНК представлена кольцевыми двухцепочечными
379 Глава 15
молекулами, длина которых составляет приблизительно 5 мкм (мол.
вес 107), что соответствует приблизительно 15 000 парам оснований е
информационной емкостью, включающей приблизительно 15 генов.
Молекулы митохондриальной ДНК Tetrahymena имеют несколько боль-
шие размеры (длина их окружности составляет приблизительно
15 мкм), а в случае растений эти размеры могут быть еще большими.
Размер кольцевых молекул митохондриальной ДНК дрожжей состав-
ляет 25—26 мкм. Существуют убедительные доводы в пользу того, что
митохондриальная ДНК детерминирует специфическую рибосомную
РНК митохондрии. Митохондриальная ДНК детерминирует также не-
сколько типов молекул тРНК. У животных 20—25% митохондриально-
го генома, по-видимому, участвует в выработке молекул рРНК и тРНК-
Веские доводы, свидетельствующие о том, что какая-то часть осталь-
ных генов митохондриальной ДНК детерминирует синтез белков, необ-
ходимых для функционирования митохондрий, были получены в опы-
тах с так называемыми petite-мутантами дрожжей. Эти спонтанно обра-
зующиеся мутанты легче всего могут быть получены при обработке
дрожжевых клеток высокими концентрациями интеркалирующих аген-
тов типа этидиумбромида (рис. 2-27). Длительная обработка такими
соединениями вызывает практически полный распад митохондриальной
ДНК и образование мутантов, вырастающих лишь до небольших раз-
меров и практически полностью лишенных митохондрий. Поскольку
дрожжи способны расти в анаэробных условиях (используя энергию,
освобождающуюся при брожении), такие мутантные клетки могут ока-
заться жизнеспособными. Несмотря на то что большая часть митохон-
дриальных белков синтезируется под контролем ядерных генов, потеря
ДНК, вызванная этидиумбромидом, приводит либо к полному исчезно-
вению митохондрий, либо к образованию митохондрий, лишенных
цитохромов — компонентов цепи переноса электронов. Таким образом,
митохондриальная ДНК несет, очевидно, какую-то важную информа-
цию. Внутримитохондриальные гены детерминируют синтез нескольких
белков внутренней мембраны митохондрий. Три из них — субъединицы
цитохромокспдазного комплекса, в состав которого входят также че-
тыре субъединицы, синтезируемые в цитоплазме [179]. Четыре гидро-
фобных белковых субъединицы внутренней мембраны митохондрий, син-
тезируемые митохондриальными рибосомами, связаны с Fi-АТРазным
комплексом (гл. 10, разд. Д, 8).
ДНК хлоропластов приблизительно в 10 раз больше, чем митохонд-
риальная ДНК животных (их мол. вес составляет приблизительно
1 • 108) [179а]. Она способна детерминировать синтез примерно 150 бел-
ков. В каждом хлоропласте может быть от 10 до 100 копий [180].
Так же как и ДНК митохондрий, ДНК хлоропластов детерминирует,,
по-видимому, синтез молекул рибосомной и транспортной РНК. Установ-
лено также, что информация о синтезе основной субъединицы (мол.
вес которой равен приблизительно 55 000) рибулозодифосфат-карбокси-
лазы (гл. 7, разд. К, 3, ж) закодирована в ДНК хлоропластов [181,
182]. Синтез же меньшей субъединицы (мол. вес которой равен прибли-
зительно 15 000) того же фермента закодирован в ядре. Несколько гид-
рофобных мембранных белков хлоропластов также синтезируются на
рибосомах хлоропластов, используя мРНК, транскрибированную с хло-
ропластной ДНК. Существуют данные о том, что в хлоропластах Chla-
mydomonas содержатся некоторые гены, ответственные за синтез белков
хлоропластных рибосом [183].
Этидиумбромид ингибирует репликацию также и ДНК хлоропластов
й вызывает частичную деградацию уже- имеющейся в хлоропластах
Генетика н синтез нуклеиновых кислот 271
ДНК, не влияя при этом на репликацию ДНК в ядре. Этот эффект
сходен с описанным выше действием этидиумбромида на митохондри-
альную ДНК- Вместе с тем клетки Chlamydomonas, обработанные эти-
диумбромидом, способны в дальнейшем восстанавливать содержание
ДНК в хлоропластах. При интерпретации этих данных было высказано
предположение о существовании «исходных копий» хлоропластной ДНК
в специально защищенных участках. При такой интерпретации необ-
ходимо учитывать также данные, свидетельствующие о том, что, хотя
репликация ДНК в ядре и в других органеллах происходит в разные
периоды клеточного цикла, соотношение между содержанием ДНК в
ядре и органеллах поддерживается на постоянном уровне. Должен,
по-видимому, существовать какой-то регуляторный механизм, обуслов-
ливающий сопряжение процессов репликации ДНК в ядре, митохонд-
риях и хлоропластах [184].
Д. Репликация ДНК
Вернемся теперь к вопросу, который в свое время казался сравни-
тельно простым, а именно к синтезу ДНК. Сегодня мы знаем, что ре-
пликация — это сложный процесс, для осуществления которого необхо-
димо кооперативное действие как минимум десяти продуктов различ-
ных генов, и, возможно, связывание с мембранными участками [185].
Длительное время не удавалось создать удовлетворительную систему
для изучения синтеза ДНК in vitro. Проблема синтеза ДНК приобрела
еще большее значение после того, как было установлено, что ферменты,
принимающие участие в репликации ДНК, могут быть необходимы
также для процессов генетической рекомбинации, репарации (восста-
новления) поврежденных молекул ДНК, а также функционированйя
определенных защитных систем клеток. >’
1. Физические и топологические проблемы
В хромосоме Е. coli содержится ДНК длиной больше 1 мм, упако-
ванная в клетке, длина которой не превышает 2 мкм. Длина диплоид-
ной ДНК, содержащейся в клетках человека, размер которых не пре-
вышает 20 мкм, достигает 1,5 м. Расплетание двойных спиралей ДНК
в репликационных вилках требует быстрого вращения цепей
(разд. А, 3,а). Хотя с чисто химической точки зрения процесс распле-
тания 3000 оснований за одну секунду не представляет проблемы,
все же трудно представить себе, как две копии реплицируемой хромо-
сомы даже в клетках Е. coli могут разделяться, не запутываясь. Ча-
стично ответить на этот вопрос можно, если вспомнить о существовании
ДНК-расплетающих белков (разд. Д, 5, в), а также «ДНК-релаксирую-
щих», или «раскручивающих», ферментов [185, 186] (см. также
рис. 2-27). Важную роль играет при этом также организация хромо-
сомы.
Проведенные в последнее время эксперименты подтвердили пра-
вильность уже давно выдвинутого предположения о том, что хромосо-
ма Е. coli прикреплена во многих специфических участках к мембране
[187]. Спираль ДНК очень плотно упакована в форме 12—80 суперспи-
рализованных петель. Об этом важно помнить при рассмотрении элек-
тронных микрофотографий, например, таких, как приведенная на
рис. 15-26. Перед тем, как получить эти фотографии, молекулы ДНК
раскручивали до открытой кольцевой или какой-либо другой неком-
пактной формы. Вполне возможно,, что участки, в которых пррис$оди4г-
репликация, специфично локализованы на мембране таким образом,
что ДНК, передвигаясь через этн точки репликации, подвергается воз-
действию комплекса связанных с мембраной ферментов. Сходным об-
разом в случае эукариотических клеток удалось показать, что ДНК
связывается с ядерной мембраной [188а, 189].
2. Направление репликации
Согласно современным представлениям, репликация ДНК протекает
по механизму, приведенному в уравнении (15-3). По мере того как
ДНК раскручивается в репликационной вилке, вдоль родительских це-
пей происходит синтез новых кусков ДНК- Возникает важный вопрос:
происходит ли репликация только в одном направлении или же в на-
чальной точке, с которой начинается транскрипция, образуются две
вилки, которые далее перемещаются в противоположных направлениях
вокруг хромосомы? Ответить на этот вопрос удалось в результате со-
четания генетических методов и электронной микроскопии.
Один из методов, использованных для выяснения направления ре-
пликации у Е. coli, состоял в следующем. В хромосому бактерии в сай-
те att (рис. 15-1) встраивали профаг h, а во многие другие сайты, лока-
лизованные вдоль хромосомы, встраивали ДНК фага Ми-1 [189].
Особенно удобно использовать в этом случае фаг Ми-1, поскольку его
включение может происходить во многих сайтах, локализованных в
пределах хорошо картированных генов. Включение в пределах какого-то
гена инактивирует этот ген (мутация добавки), что позволяет точно
определить место локализации профага Ми-1. Удалось получить целую
серию штаммов бактерий, содержащих как профаги X, так и фаг Ми-1,
причем последний был локализован в различных участках хромосомы.
Эти бактерии были, кроме того, ауксотрофны по определенным амино-
кислотам. Благодаря этому репликацию можно было останавливать,
Ж мам * • «'
РИС. 15-28. Двусторонняя направленность репликации хромосомы Е. coli. Радиоавто-
графическое изображение пары репликационных вилок, полученное на хромосоме, реп-
ликация которой осуществлялась в присутствии 3Н-тимина (5 Ки/ммоль), причем на оп-
ределенной стадии репликации клетки инкубировали в течение 6 мин с 3Н-тимидином
с очень высокой удельной радиоактивностью (52 Ки/ммоль). Общая длина линии, со-
держащей зерна серебра, составляет 370 мкм (Kuempel Р. L. et al., in: DNA Synthesis
in Vitro, R. Wells and R. Inman, eds., pp. 463—472, Copyright 1972 University Park Press,
Baltimore).
лишая бактерии необходимой аминокислоты. (Однако уже начатый
Цикл репликации бактерии обычно завершали.) Когда в питательную
среду добавляли недостающие аминокислоты, репликация возобновля-
лась, начинаясь с исходной точки. Одновременно с аминокислотами в
среду добавляли бромурацил, включающийся в ДНК вместо тимина.
Таким образом, новосинтезированные цепи ДНК имели более высокую
плотность, чем исходные. Через разные промежутки времени, проходя-
Генетика и синтез нуклеиновых иислот 278
щего с момента начала репликации15, вновь образованные цепи ДНК
выделяли центрифугированием в градиенте плотности CsCl (гл. 2,
разд. 3, 1,д), после чего оценивали их способность гибридизоваться как
с ДНК фага Л, так и с ДНК фага Ми-1.
По соотношениям между ДНК фагов Ми-1 и X для различных штам-
мов можно было картировать распространение репликации, начиная с
исходной точки, расположенной вблизи гена ilv, соответствующего
РИС. 15-29. Фрагмент реплицирующейся ДНК хромосомы из разрушенных ядер Dro-
sophila melanogaster [191]. Расправленная в присутствии формамида ДНК содержит
несколько «глазков», образованных в местах репликации РНК. См. рис. 2-23, Б.
74 мин (рис. 15-1). Было показано, что репликация распространяется
в двух направлениях вдоль хромосомы и заканчивается между генами
trp и his приблизительно на 25-й мин.
Радиоавтографические исследования подтвердили двустороннюю
направленность процесса репликации у Е. coli в опытах с использова-
нием особых штаммов ауксотрофов по аминокислотам, характеризую-
щихся низким содержанием нуклеозидтрифосфатов. Добавление амино-
кислот после голодания вызывало инициацию репликации с лаг-перио-
дом, равным всего 6 мин. Клетки метили 3Н-тимидином, а после того,
как репликационные вилки продвигались на небольшое расстояние от
места начала репликации, 'клетки кратковременно метили (импульсная
метка) 3Н-тимидином с очень высокой удельной радиоактивностью. При
этом на радиоавтографах можно было четко видеть двусторонне на-
правленные репликационные вилки [190] (рис. 15-28).
Репликация ДНК в хромосомах дрозофилы была исследована также
в быстро делящихся ядрах методом электронной микроскопии [191].
*> После добавления аминокислот репликация начиналась не одновременно во всех
клетках, в связи с чем вновь синтезированные молекулы ДНК имели разную длину.
#4 Глава 15
Скорость репликации в этих ядрах оказалась равной приблизительно
300 000 оснований в одну секунду, причем, согласно данным, получен-
ным в этой же работе, репликационные внлки в хромосомах животных
не могут двигаться быстрее, чем со скоростью ~50 оснований в секун-
ду. Таким образом, можно было ожидать, что в хромосоме имеется как
минимум 6000 вилок или одна вилка на 10 000 оснований. И такое боль-
шое число вилок в действительности удалось обнаружить [191]. Вилки
появляются попарно, причем при внимательном изучении оказалось,,
что во многих коротких участках содержится одноцепочечная ДНК, т. е.
как будто бы одна цепь в вилке реплицируется быстрее другой. Строе-
ние одноцепочечных областей между двумя образующими пары вилками;
указывает на двустороннюю направленность репликации (рис. 15-29).
Репликация в случае Bacillus subtilis также протекает в двух направ-
лениях, однако вилки перемещаются в двух направлениях с разной ско-
ростью [192]. Репликация ДНК фагов X и Т7 также протекает в двух,
направлениях [193], тогда как митохондриальная ДНК мыши репли-
цируется лишь в одном направлении [194].
3. Денатурационные карты
Процесс репликации ДНК в фагах и в митохондриях мышиных клеток,
был исследован методом электронной микроскопии с использова-
нием в качестве маркеров денатурационных петель. Эти петли пред-
ставляют собой небольшие участки ДНК, денатурирующиеся в процес-
се подготовки препаратов для электронно-микроскопических исследо-
ваний. Возможно, что эти петли ДНК образуются в участках с низким
содержанием GC-nap или в участках, обладающих по каким-либо дру-
гим причинам пониженной стабильностью по сравнению с остальными
участками ДНК. Петли чем-то напоминают гетер оду плексьь
(разд. Г, 8, в), однако возникают они по другой причине. В кольцевой
митохондриальной ДНК мыши можно видеть две такие петли, отстоящие-
одна от другой приблизительно на 180° и отличающиеся друг от друга.
Использование этих петель в качестве маркеров позволило проследить,
направление репликации. В настоящее время этот метод широко ис-
пользуется.
4. Ферменты синтеза ДНК
После того как была идентифицирована ДНК-полимераза Г
(разд. А, 3, а), считалось, что обнаружен основной фермент, обеспечи-
вающий элонгацию цепи при синтезе ДНК. Однако открытие amber-
мутанта Е. coli, у которого отсутствовал ген, кодирующий полимеразу Г
(ген polA; рис. 15-1), а синтез ДНК тем не менее протекал нормально,
стимулировало интенсивный поиск новых ДНК-полимераз. Были обна-
ружены два других фермента — ДНК-полимераза II (ген polB) и
ДНК-полимераза III, содержание которых не превышало 25% содержа-
ния ДНК-полимеразы I [195, 196]. По своим свойствам оба фермента-
Напоминали ДНК-полимеразу I, однако в некоторых отношениях эти
ферменты значительно различались.
Одно из свойств ДЙК-полимеразы I, о котором мы не упоминали
ранее, состоит в том, что фермент не только катализирует рост цепей
ДНК с З'-конца цепи-затравки, но и вызывает также протекающее в;
10 раз медленнее гидролитическое отщепление нуклеотидов с З'-конца.
Кроме того, тот же фермент может катализировать гидролитическое от-
щепление нуклеотидов с В'-коица ЦепёЙ ДНК. Было показано, что
Генетика н синтез нуклеиновых кислот 275
описанные активности локализуются в разных частях одной и той же
белковой молекулы, как будто ДНК-полимераза I представляет
собой продукт двух слившихся генов [197]. В отличие от ДНК-поли-
меразы I ДНК-полимеразы 11 и III не катализируют гидролитическое
отщепление нуклеотидов с 5'-конца.
Предполагают, что 3'—5'-экзонуклеазное действие позволяет ДНК-
полимеразе I играть роль как бы «корректора». Эта полимераза дейст-
вует на З'-конце растущей цепи ДНК. Согласно предположению о роли
ДНК-полимеразы I как корректора, прежде чем передвинуться в сле-
дующее положение1), фермент проверяет правильность образования пре-
дыдущей пары оснований. Если предыдущая пара сформирована непра-
Участок белка с активностью
ДНК-полимеразы / и 3-5'-
указанных стрелками
Если новая пара оснований
образована правильно, то
полимераза действует в
этом месте
Если полимераза находится
на конце одноцепачечного
разрыва, то в точке указан-
ной стрелкой начинается
б'-З-экзонуклеазное действие
РИС. 15-30. Схематический рисунок, показывающий три типа ферментативной актив-
ности ДНК-полимеразы I. Верхний рисунок иллюстрирует 3'-5'-экзонуклеазную нли
«корректирующую» активность фермента. Хотя на рисунке показано, что фермент пере-
двигается иа одно положение вперед до того, как произойдет следующий этап, на са-
мом деле момент, когда происходит передвижение, ие установлен. Нижний рисунок
иллюстрирует реакцию полимеризации и 5'-3'-экзонуклеазное действие.
вильно, то фермент работает как экзонуклеаза, удаляя неправильно
присоединенный нуклеотид, что позволяет полимеразе присоединить
затем нужный нуклеотид. Таким образом, каждая пара оснований про-
веряется дважды — первый раз до полимеризации и второй раз — после
полимеризации. Схематически этот процесс показан на рис. 15-30. На
рисунке видно, каким образом может реализоваться 3'—5'-экзонуклеаз-
ная активность после того, как фермент достигнет конца промежутка.
>) Неизвестно, когда полимераза проверяет правильность спаривания оснований, де
или после передвижения к следующему месту полимеризации. Точно установлено лишь
то, что фермент удаляет с З'-конца любой неправильно спаренный нуклеотид.
Важную информацию удалось получить при изучении процесса ре-
пликации при помощи генетических методов [196, 198]. Была получена
серия температурочувствительных мутантов Е. coli, не способных к син-
тезу ДНК- С их помощью в разных точках хромосомной карты удалось
идентифицировать гены dnaA, В, С, D, Е, F и G. Продукты генов А
и, возможно, С, необходимы для инициации репликации, но не нужны
для элонгации. Гены В, D, Е и G участвуют в элонгации. Гены С и D
расположены на карте очень близко друг от друга (89 мин). Сейчас
есть основания считать, что они представляют собой один ген. Воз-
можно, что этот ген кодирует синтез бифункционального белка, способ-
ного катализировать как процесс инициации, так и процесс элонгации.
Продукт гена F был идентифицирован как рибонуклеотидредуктаза
[уравнение (14-50)]. Итак, остаются продукты генов В, D, Е и G, иг-
рающие, по-видимому, важную роль в элонгации. Ни один из этих генов
не детерминирует синтеза ДНК-полимеразы I. Для ДНК-полимера-
зы III был идентифицирован ген dnaE. Таким образом, ключевая роль
этой полимеразы подтверждается генетически. Однако эта полимераза
сама по себе не способна реплицировать двухцепочечную ДНК; для ее
функционирования необходимо наличие других белков.
Среди ДНК-полимераз эукариотических клеток различают а, р- и
у-формы, которые обнаруживаются в ядрах (a-форма была обнаружена
и в цитоплазме), а также митохондриальный (mt) фермент [199].
Если тот факт, что репликация ДНК У Е. coli начинается процессом
специфической инициации, за которым следует элонгация вдоль хромо-
сомы в двух направлениях, установлен вполне надежно, то вопросы,
касающиеся терминирования процесса репликации, изучены значи-
тельно хуже. В результате ряда экспериментов было установлено, что
терминация каким-то образом запускает синтез специфической мРНК
и белка, необходимых для деления клетки [200]. Таким образом, клеточ-
ный цикл состоит как бы из серий последовательно протекающих собы-
тий, каждое из которых «включает» следующее событие.
5. Репликация вирусной ДНК
Пытаясь найти по возможности более простые системы для изуче-
ния синтеза ДНК, многие исследователи обратились к мелким ДНК-
содержащим вирусам типа ФХ174 и М13. Они не обошли при этом вни-
манием бактериофаги, снабженные отростками: фаги X, Т7 и Т4, а
также плазмиду колицина Е-1. Преимущество этих систем состоит в
том, что для них легче смоделировать репликацию ДНК в клеточных
экстрактах, а кроме того, ДНК вирусов и плазмид хорошо изучены с
генетической точки зрения. Во многих случаях репликация зависит как
от генов вируса, так и от генов клетки-хозяина. Так, например, мута-
ции генов dnaB, D, Е, F и G приводят к потере способности поддер-
живать рост фага Е точно так же, как и в случае, когда инактивированы
ts-гены. Вместе с тем фаг X сохраняет способность к репликации в
бактериях с мутантными генами А и С. Многие вирусы, в том числе
Т-четные фаги, содержат гены, кодирующие синтез своих собственных
специфических ДНК-полимераз и других белков, необходимых для
репликации.
а. Репликативные формы
Было установлено, что на первом этапе репликации вирусов ФХ и
М13 присходит превращение одноцепочечной замкнутой кольцевой ДНК
инфицирующей вирусной частицы в кольцевую двухцепочечную репли-
кативную форму (RF). Двухцепочечные кольцевые молекулы далее не-
сколько раз подвергаются репликации, в результате чего образуется
большое число кольцевых молекул RF, играющих роль матриц для
синтеза большого числа одноцепочечных вирусных (+)-ДНК, из кото-
рых образуются зрелые вирусы. Оба этапа — превращение одноцепо-
чечной ДНК в репликативную форму и удвоение последней — в настоя-
щее время интенсивно исследуются [201], Для осуществления первого
этапа у вирусов ФХ и М13 геном бактерии-хозяина должен обязательно
содержать активный ген ДНК-полимеразы III (dnaE)l\ Тем не менее
оказалось, что если при проведении реакции в пробирке ввести в нее
предварительно очищенную ДНК-полимеразу III, то она не проявляет
активности. Дальнейшие 'попытки получить чистый фермент привели к
выделению нового продукта гена dnaE, который получил название
ДНК-полимеразы III*. Этот фермент является, судя по всему, более
высокомолекулярным полимером, чем ДНК-полимераза III [202]. Для
осуществления репликации необходим, однако, еще один белок с мол.
весом 77000, известный под названием кополимеразы III*. Наиболее
активен тетрамер кополимеразы III* и полимеразы III [202]. Для функ-
ционирования системы необходимо также наличие спермидина и АТР
(во время инициации процесса полимеризации АТР расщепляется до
ADP и Pi), а также всех четырех дезоксирибонуклеозидтрифосфатов.
б. РНЕ-затравки
Исследователей репликации вирусов М13 и ФХ ожидал еще один
сюрприз. Оказалось, что для образования RF-ДНК необходима
РНК-полимераза. Это послужило одним из многих доводов в пользу
предположения, согласно которому для того, чтобы начать синтез ДНК
необходим небольшой фрагмент (затравка) РНК [уравнение (15-3)].
Аналогичные наблюдения были сделаны при изучении репликации ДНК
плазмиды колицин Е-1. Этот процесс чувствителен к рифампицину —
специфическому ингибитору РНК-полимеразы (дополнение 15-А). Для
репликации ДНК наряду с дезоксирибонуклеозидтрифосфатами необхо-
димы также четыре рибонуклеозидтрифосфата [203].
В результате последующих исследований было установлено, что в
кольцевой ДНК плазмид присутствуют фрагменты РНК, которые мо-
гут содержаться также и в ДНК вирусов и Е. coli. В случае фага ФХ
синтез этой РНК обеспечивает специальная резистентная к рифампи-
цину РНК-полимераза с мол. весом приблизительно 64 000, синтез кото-
рой закодирован в гене dnaG Е. coli. Возможно, что именно этот фер-
мент необходим для нормального первичного синтеза ДНК у Е. coli
[204]. В удалении РНК-затравки определенную роль может играть
специальная рибонуклеаза РНКаза Н, специфически расщепляющая
цепь РЦК из комплекса РНК—ДНК- В результате действия РНКазы Н
в цепи будет образовываться промежуток, ликвидировать который
может ДНК-полимераза [205]. Однако вопрос о том, какой фермент на
самом деле удаляет РНК-затравку, остается открытым. В опытах in
vitro РНКаза Н удаляет РНК не полностью. Не исключено, что РНК-
затравка удаляется за счет 5'-экзонуклеазной активности ДНК-полиме-
разы I (рис. 15-30) [205а].
Репликация фага Ф X. требует также продуктов генов dna В, C, D к G, «распле-
тающего белка» (разд. Д,5,в) и двух других «факторов».
zro шила, is
в. «Расплетающие» белки
При генетическом анализе процесса репликации ДНК фага Т4 ока-
залось, что для образования вирусной ДНК в клетках Е. coli необхо-
димо по меньшей мере пять вирусных генов. Один из них, а именно
ген 43, кодирует синтез ДНК-полимеразы фага Т4, тогда как ген 32
кодирует белок, известный под названием ДНК-расплетающего белка
[206]. Этот белок, обладая большим сродством к одноцепочечной ДНК,
чем к двухцепочечной, связывается с концевым одноцепочечным
участком двойной спирали ДНК, расплетая ее и делая доступными пу-
риновые и пиримидиновые основания матричной цепи. В результате
генетических исследований было установлено, что этот белок необходим
как для репликации, так и для генетической рекомбинации. Был выде-
лен аналогичный белок, синтез которого индуцируется фагом Т7; дру-
гой белок этого же типа удалось выделить из неинфицированной Е. coli
[207, 208]. У эукариот также имеются белки, связывающиеся с ДНК
[208а]. Истинная функция этих «расплетающих» белков на молеку-
лярном уровне все еще не установлена. Таким образом, дальнейшие ис-
следования процесса репликации ДНК должны быть направлены на
идентификацию необходимых белков и на изыскание способов осущест-
вления репликации в пробирке при помощи систем, обеспечивающих
реализацию этого процесса в живой клетке.
г. Репликация вирусных двухцепочечных RF-молекул
Известно, что для инициации процесса репликации ДНК фага ФХ
необходимо наличие в геноме фага специфического гена А. Недавно
было показано, что этот ген детерминирует синтез белка с мол. весом
56 000 — специфической эндонуклеазы надрезающей вирусную цепь
RF-формы, что необходимо для начала процесса репликации [209].
По-видимому, после появления такого разрыва стимулируется синтез
небольшого участка РНК-затравки. Репликация ДНК протекает в
большинстве случаев в двух направлениях (разд. Д, 2), однако репли-
кативная форма Ф X образуется, вероятно, только в одном направлении
по механизму «разматывающегося рулона» (rolling circle) '[210]. В со-
ответствии с этим механизмом [уравнение (15-9)], по мере того как
вновь образующаяся цепь вирусной ДНК синтезируется вдоль компле-
ментарной (минус) цепи-матрицы, исходная вирусная ДНК (плюс-
цепь) вытеснется в виде одноцепочечного «хвоста».
После этого образуется цепь (возможно, в форме отдельных фрагмен-
тов), комплементарная одноцепочечному «хвосту». При полном оборо-
те кольца получается цепь вирусной ДНК в два раза длиннее обычной.
Процесс репликации завершается ее расщеплением при помощи соот-
ветствующей эндонуклеазы и сшиванием комплементарных нитей в
кольцо лигазой.
Е. Рестрикция и модификация ДНК
Между вирусами и бактериями беспрестанно продолжается борьба,
причем как атакующий фаг, так и бактерия-хозяин пользуются разно-
образными орудиями защиты и нападения. Так, например, после втор-
1 енетнка и синтез нуклеиновых кислот «у
жения в бактериальную клетку многие вирусы не только выключают
синтез клеточной ДНК, до и разрушают ее благодаря наличию специ-
фических ферментов (как эндонуклеаз, так и экзонуклеаз), синтез ко-
торых закодирован в геноме вируса [211—214]. С другой стороны, бак-
терии-хозяева используют имеющееся у них оружие и часто с его по-
мощью модифицируют ДНК вируса, защищаясь таким образом от его
разрушающего действия1). Так, ферменты, детерминируемые Т-четными
•фагами, превращают цитидинмонофосфат в б'-окснметил-СТР, причем
модифицированные нуклеотиды обнаруживаются в вирусных ДНК
[212]. Более того, вновь образованная гидроксильная группа может
•быть в различной степени глюкозилирована (гл. 2, разд. Г, 8).
1. Рестриктирующие эндонуклеазы
Бактерии часто переваривают и разрушают ДНК вторгшихся в них
вирусов или ДНК, попавшую в клетку при спаривании с бактерией
несовместимого штамма. В результате исследований этого интересного
явления, получившего название рестрикция, было обнаружено, что
ДНК вирусов, способных к репликации лишь в определенных клетках-
хозяевах, в специфических местах каким-то образом маркирована. При-
чем во многих случаях метками являются метильные группы. Оказа-
лось, что соответствующим образом метилированная ДНК не расщеп-
ляется бактерией, тогда как неметилированная ДНК расщепляется
высокоспецифичной эндонуклеазой именно в тех местах, в которых
обычно происходит метилирование. У каждого вида бактерий (а часто
даже и у отдельных штаммов в пределах данного вида) имеются свои
собственные рестриктирующие ферменты. Рестриктирующие ферменты
обладают очень высокой степенью специфичности и часто разрезают
ДНК всего лишь в нескольких точках (или рядом с ними), для кото-
рых характерна уникальная последовательность оснований. В настоя-
щее время удалось выделить около 45 таких ферментов с разной спе-
цифичностью.
Рестриктирующие эндонуклеазы, детерминируемые хромосомой
Е. coli, — это крупные белки с мол. весом порядка 300 000—400 000,
состоящие из полипептидных цепей трех типов. Они явно связываются
со специфическими участками и неспецифически разрушают прилегаю-
щие к ним участки. Для их действия необходимо наличие АТР, ионов
Mg2+ и S-аденозилметионина. Уникальная особенность этих белков со-
стоит в способности вызывать гидролиз необычно больших количеств
АТР [215]. Значение всех этих свойств рестриктирующих ферментов
остается до сих пор неясным. Второй класс рестриктирующих фермен-
тов состоит из относительно небольших мономерных или димерных бел-
ков с мол. весом 50 000—100 000. Местом атаки этих ферментов служат,
как правило, нуклеотидные последовательности с локальной симмет-
рией второго порядка [217]. Так, например, для двух рестриктирующих
эндонуклеаз, детерминируемых ДНК плазмиды R-фактора Е. coli, и
рестриктирующего фермента Hemophilus influenzae были идентифици-
рованы следующие участки расщепления (в приведенной ниже схеме
стрелками показаны места расщепления, звездочками — места мети-
лирования, а точками — локальная ось симметрии второго порядка):
*> Любопытно, что бактерии развиваются таким образом, чтобы не мешать росту
•фагов. Многие мутанты, однако (grov), блокируют рост фагов %, ТЗ, Т4, Т7 и т. д„ на
сами растут при этом нормально. Тот факт, что такие бактерии не превращаются л
днкнй тип, указывает, какое важное значение для бактерии имеет их сосуществование
с фагом. '• ’
R-фактор E. coli (Есо RI)
5' — (Т или А)—G—А—А—Т — Т—С—(А или Т)—3'
3'—(А или Т)—С—Т—Т—A-j-A-—G—(Т или А) — 5'
* t
R-фактор Е. coli (Есо RII)
I *
5'—G—С—С—A—G—G—С—3'
3'—С—G—G—Т—С—С —G—5'
* t
Н. influenzae (Hind III)
* I
5' —A — A—G—С — T—T—3'
3'—T —T—C—G—A—A—5'
t *
Во многих случаях рестриктирующие ферменты образуют разрывы в
каждой из двух цепей в местах, расположенных симметрично относи-
тельно оси симметрии второго порядка. Этого и следовало ожидать в
случае, если димерный фермент связывается с большой или с малой
бороздкой двойной спирали и каждый активный центр взаимодействует
с одной из полинуклеотидных цепей.
2. Модифицирующие метилазы
Перенос метильных групп от SAM на специфические участки ДНК—
самая распространенная модификация ДНК. Наиболее часто метили-
руются аминогруппа в 6-м положении аденина и 5-й углеродный атом
цитозина. Обычно каждую рестриктирующую нуклеазу сопровождают
метилазы.
3. Рестриктирующие ферменты при расшифровке нуклеотидной
последовательности ДНК
Благодаря способности расщеплять цепи ДНК в участках со строго
специфичными нуклеотидными последовательностями, которые могут
встречаться лишь по несколько раз на протяжении всей длины моле-
кулы ДНК, рестриктирующие эндонуклеазы широко используются при
определении последовательностей ДНК 1[217]. Их использование во
многом напоминает применение трипсина для расщепления полипептид-
ных цепей на более мелкие фрагменты (гл. 2, разд. 3,2). Хорошим при-
мером использования рестриктирующих ферментов может служить
изучение нуклеотидной последовательности ДНК вируса SV40 ([218,
219]. Этот вирус млекопитающих, способный включаться в геном
клетки-хозяина, превращая клетку в опухолевую, содержит кольцевую
двухцепочечную ДНК, состоящую приблизительно из 5000 нуклеотид-
ных пар. Один нз рестриктирующих ферментов Hemophilus influenzae
расщепляет ДНК вируса SV40 на 11 фрагментов, тогда как в резуль-
х спсгили и синтез иуклеиновык кислот зоя
тате действия фермента Hemophilus parainfluenzae образуются только
четыре фрагмента. Фермент Есо RI из Е. coli разрывает кольцевую ДНК
лишь в одной-единственной уникальной точке. Анализ продуктов ча-
стичного гидролиза и перекрывающихся фрагментов позволил устано-
вить местоположение всех фрагментов на кольцевой карте. Используя
импульсную метку тимином, удалось сопоставить положение начальной
точки и направлений двусторонней репликации с положением фрагмен-
тов, образующихся под действием рестриктирующих ферментов. Анало-
гичным образом было установлено направление ранней и поздней
транскрипции в продуктивно инфицированных клетках. Изучение ну-
клеотидных последовательностей отдельных фрагментов продвигается
столь успешно, что в ближайшее время, возможно, удастся расшифро-
вать полную нуклеотидную последовательность молекулы вируса
SV40. Аналогичные методические подходы уже используются для изу-
чения митохондриальных и хлоропластных ДНК, а также отдельных
фрагментов хромосомной ДНК.
Ж. Рекомбинация, интеграция и исключение
Рассмотрим теперь вкратце не совсем понятные химические явления,
лежащие в основе таких явлений, как генетическая рекомбинация, ин-
теграция вирусной ДНК с геномом клетки-хозяина и исключение про-
фага из хромосомы клетки-хозяина. О сложности процесса рекомбина-
ции свидетельствует тот факт, что у мутантов, дефектных по способности
к рекомбинации, мутации локализуются не в одном, а в нескольких
участках (генах) хромосомы Е. coli; соответствующие гены обознача-
ются через гесА, В, С, F, G и Н. Бактерии с мутациями в некоторых из
этих генов необычайно чувствительны к ультрафиолетовому облучению,
что свидетельствует об их неспособности репарировать (восстанавли-
вать) повреждения ДНК, вызванные действием ультрафиолета (гл. 13,
разд. Г, 2). Из этого следует, что некоторые из ферментов, обеспечиваю-
щих процесс рекомбинации, нужны клетке также и для восстановления
повреждений, вызванных действием ультрафиолетового излучения.
Однако специфические функции большинства продуктов этих генов все
еще до конца не выяснены. Считают, что у Е. coli имеются две полно-
ценные системы общей рекомбинации. В геноме фага X имеются
гены, кодирующие другую рекомбинационную систему, функцио-
нирующую независимо от продуктов генов фага Л, inf и xis
(рис. 15-15), необходимых для интеграции и исключения генетического
материала вируса и обеспечивающих процессы сайт-специфической
(для определенных участков геномов) рекомбинации между генами
клетки-хозяина и вируса.
1. Механизмы рекомбинации
Наиболее непонятным в процессе рекомбинации является вопрос О'
том, каким образом объединяются гомологичные участки двух различ-
ных двухцепочечных молекул ДНК- Как схематически показано в урав-
нении (15-10), обмен участками полинуклеотидных цепей должен
происходить точно в одной и той же точке каждой из двухцепочечных
молекул.
(15-10)
"SSH Глава 15
В основе одного из первых механизмов, предложенных для объяс-
нения генетической рекомбинации, лежало предположение, что рекомби-
нация непосредственно связана с синтезом ДНК. Согласно этому меха-
низму «выбора копии», репликация протекает вдоль одной из цепей
ДНК ДО какой-то случайной точки, в которой полимераза перескаки-
вает на вторую из двух гомологичных хромосом и начинает копировать
ее. Согласно этому механизму, вновь образованная молекула ДНК бу-
дет частично комплементарна одной родительской двухцепочечной мо-
лекуле ДНК> а частично — другой. Чтобы проверить правильность
этого предположения, Меселсон и Вейгле {220] заражали Е. coli двумя
.штаммами фага Л, содержащими ДНК, меченную стабильными изото-
пами соответственно углерода (13С) и азота (15N). Центрифугирование
в градиенте плотности показало, что рекомбинантная ДНК содержала
как 13С, так и 15N. Таким образом, стало ясно, что в рекомбинант-
ную ДНК потомства включается ДНК обоих родителей. Этот результат
не подтвердил гипотезы выбора копии и свидетельствовал в пользу ме-
ханизма, предполагающего, что рекомбинация сопровождается расщеп-
лением цепей.
Если рекомбинация осуществляется путем ферментативного расщеп-
ления двух гомологичных двухцепочечных молекул ДНК (с последую-
щим воссоединением), то возникает вопрос: каким образом удается
при этом избежать инактивации генов за счет добавления или выпаде-
ния генетического материала? Представляется невероятным, чтобы ре-
комбинация могла происходить за счет случайного действия неспеци-
фических ферментов и случайных воссоединений. Вместе с тем, как
показывает опыт, общая рекомбинация может происходить в любой
точке генома с достаточно постоянной частотой по всей длине цепи
ДНК. Очевидно, что эти факты можно понять, только исходя из воз-
можности комплементарного спаривания оснований гомологичных
участков единичных цепей двух разных двухцепочечных молекул ДНК.
В основу одной из моделей рекомбинации были положены данные,
полученные при изучении фагов Л, и Т4. Согласно этой модели, ген ехо
•фага X (рис. 15-22) не нужен для репликации, но необходим для
•общей рекомбинации. Продуктом этого гена является, как это было
показано, 5'-3'-экзонуклеаза. Возможный механизм действия этого фер-
мента в процессе рекомбинации показан на рис. 15-31. Процесс начи-
нается действием эндонуклеазы, осуществляющей одноцепочечные раз-
рывы в произвольных местах двухцепочечных молекул ДНК- Затем
вступает в действие специальная экзонуклеаза, которая расширяет эти
разрывы, превращает их в незаполненные промежутки. Оставшиеся при
этом «открытыми» гомологические участки одних молекул будут стре-
миться присоединить комплементарные участки других молекул
(рис. 15-31, стадия б) и образовывать Н-образные гетеродуплексные
структуры. Перемещение точки ветвления (рис. 15-31, стадия в)
приведет к удлинению гетеродуплексного участка и появлению корот-
кой ветви. В случае реплицирующего фага Т4 были получены электрон-
ные микрофотографии [221] разветвленных молекул ДНК такого типа,
как показанные на рис. 15-29. В результате действия эндонуклеазы на
разветвленные структуры (рис. 15-31, стадия г) будут образовываться
«надрезы». Любые одноцепочечные промежутки могут быть заполнены
лри помощи ДНК-полимеразы (рис. 15-31, стадия в), а разрывы могут
быть сшиты полинуклеозид-лигазой.
Против такого механизма рекомбинации свидетельствует то обстоя-
тельство, что он требует образования достаточно длинных одноцепочеч-
лых участков в молекулах ДНК. Учитывая это, Холидей [222] пред-
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 1®а.;
?Жи1111111111111П111111111111111[11111ПГПГ?
i 1 kMUI I iJILx.-. J »IMAI 4 1 К .Лх. W . .,>. . „л__
SSSS^SSSSS!
Две гомологичные, но генетически неидентичные
двухцепочечные молекулы ДНК. Стрелками пока-
замы места случайных одноцепочечных точечных
разрывов, осуществляемых при помощи эндондклеа
— I Под деистбием 5~3~экзонуклеаз точечные разрывы
J. расширяются, образуя бреши в одной цепи; в резуль-
W тате комплементарные участки разных молекул ДНК
_ (обозначены скобками') обнажаются1*
1|1111111111111|111111П111111|||||||||||||||||||ПГ
Неспаренные основания
гетеродуплекса
шшпшшшш
Короткие ветви этого
типа Видны на электрон-
ных микрофотографиях
мешается
В результате действия эндону-
клеаз в точках, обозначенных
стрелками, образуется рекомби-
- Восстанобление точечных разрыбоб
' (лигаза + полимераза )
И
Участок гетеродуплекса
РИС. 15-31. Возможный механизм рекомбинации, включающий образование точечных
разрывов в произвольных местах гомологичных двойных цепей ДНК, расширение этих
разрывов до незаполненных промежутков и ассоциацию комплементарных участков.
Механизм миграции боковой цепи позволяет далее заполнить образовавшиеся проме-
жутки н снова «заправить» все пропуски, в результате чего образуется рекомбинант-
ная молекула ДНК.
ложил модель, не требующую образования подобных «хвостов». Про-
цесс рекомбинации может начинаться в особых точках двухцепочечных
молекул ДНК, распознаваемых ферментом рекомбинации (рис. 15-32,Л).
После раскручивания ДНК на небольшом участке произойдет обмен
между двумя разорванными цепями, которые затем воссоединятся при
помощи лигазы, как это показано на рис. 15-32, Л. При вращении обоих
спиралей вокруг своих осей точки перекреста будут перемещаться вверх
ssw? глава lb ; ।
или вниз по цепям, что приведет к образованию участков гетеро-
дуплексной ДНК. Возможность остановки процесса на любом расстоя-
нии от начальной точки позволяет объяснить универсальность генети-
ческих рекомбинаций. Процесс закончится разрывом нити и воссоеди-
нением двух цепей. В случае воссоединения тех цепей, которые были
разорваны в процессе инициации (разрыв в точках аа' на рис. 15-32,Л),
гены, расположенные вне участка гетеродуплекса, не будут рекомбини-
роваться, но разрыв других цепей (точки bb') приведет к рекомбинации
этих генов. Промежуточные состояния, предсказываемые моделью
Холидея, удалось непосредственно наблюдать при помощи электронного
микроскопа (рис. 15-32, Б) [222а].
Гетеродуплексныи
участок
Гомологичные цепи
разрываются и воссое-
диняются , образуя
перекрещенную струк-
туру
При разрыве и соеди-
нении в точках bub
образуются два пере-
крещенных дуплекса,
что, возможно, и обус-
ловливает появление
видимой хиазмы в
мейотических хромо-
сомах
При разрыве и воссое-
динении в точках а
и а' образуются две
параллельные спирали,
в каждой из которых
имеется гетеродуплекс-
ныа участок
РИС. 15-32. А. Механизм рекомбинации по Холидею с
одиоцепочечиыми обменами.
Генетика и синтез нуклеиновых кислот285
Б. «х-форма» ДНК плазмиды колицииа EI. Считают, что эти формы образуются из
промежуточных молекул холидеевского типа, имеющих форму «восьмерки», длина
которых в два раза больше длины генома колицииа. Эти «восьмерки» разрезаются
рестректирующим ферментом Есо R1 (разд. Е, 1) в специфическом месте, встречающем-
ся в геноме только один раз, в результате чего образуются «х-формы». Считают, что
пары коротких и длинных плеч представлены гомологичными дуплексами. Видно, как
в точке перекреста единичные цепи разошлись в стороны, четко демонстрируя места
соединения нитей. Эта структура может быть представлена как промежуточная, соглас-
но модели Холидея (верхний правый угол на рис. Л); она может образовываться,
например, прн вращении одного из вертикальных дуплексов вокруг другой. Препарат
ДНК, изображенный справа, приготовлен при высоких концентрациях формамида, что
позволяет увидеть денатурационные петли и «растрепанные» концы в участках, бога-
тых АТ-парами (разд. Д, 3) [222а].
Подобные структуры с перекрещенными цепями могут быть обра-
зованы двумя интактными двухцепочечными молекулами ДНК любого
нуклеотидного состава [223, 224]. Все, что необходимо для этого, —
образование надрезов в каждой из полинуклеотидных цепей и воссое-
динение разноименных цепей с заполнением промежутка между двух-
цепочечными молекулами. Образование гетеродуплекса может распро-
страняться вдоль цепей за счет их взаимного вращения. С помощью
этой модели можно объяснить также и тот факт, что перекрещенные
2Вв - JRWWa IO
нити оказываются р|^резаяншвя именно й точках, которыё'Жнуж-
ны для завершения процесса рекомбинации ДНК.
Было предложено несколько модификаций модели, представленной
на рис. 15-32 [223, 225]. Согласно модели Собелла [226, 227] и дру-
гим моделям [228], начальные надрезы происходят в крестообразных
структурах, образуемых в палиндромных участках (рис. 15-4).
При рекомбинации фагов S13 и ФХ роль промежуточных соединений
выполняют кольцевые димеры [229]. Такие, вдвое более длинные коль-
ца, так же как и катенированные (сцепленные друг с другом) кольца,
обычной длины, могут образовываться при рекомбинации, протекаю-
щей в соответствии с рассмотренными в предыдущих разделах меха-
низмами, включающими разрывы цепей.
Наши знания о рекомбинации все еще далеко не полны, а некото-
рые наблюдения с трудом поддаются интерпретации. Так, например,
гены гесВ и recC Е. coli детерминируют синтез белков, в результате-
соединении которых образуется необычный ДНК-гидролизующий фер-
мент [230]. В числе прочих функций этот фермент, суммарный мол. вес
которого составляет приблизительно 340 000, обладает способностью
расщеплять одноцепочечную ДНК по «эндо»-типу. Хотя этот фермент
и не может «надрезать» интактные двухцепочечные молекулы ДНК,
он может участвовать в образовании некоторых предполагаемых эндо-
и экзонуклеотидных разрывов в процессе рекомбинации. Интересно,,
что для действия этого фермента требуется АТР. В пробирке при раз-
рыве каждой фосфодиэфирной связи ДНК около 20 молекул АТР гид-
ролизуется до АДР и Pi. В отсутствие ДНК, являющегося субстратом
этого фермента, расщепления АТР не происходит. Можно сомневаться
в том, что этот фермент in vitro действует так же, как и in vivo, но его-
интересные свойства, а также необходимость для процесса рекомбина-
ции делают его важным объектом дальнейших исследований. Соглас-
но имеющимся данным, сходный фермент, выделенный из Bacillus
subtilis, соединяет двухцепочечные молекулы ДНК друг с другом (по-
данным электронной микроскопии) [231]. Значение этого эффекта оста-
ется неясным.
Рекомбинация в клетках эукариот протекает преимущественно во-
время мейоза в синаптонемальном комплексе — структуре, расположен-
ной между парой гомологичных хроматид. Было высказано предполо-
жение, что периодически наблюдаемые в этом комплексе «узелки»-
(«nodules»), возможно, имеют какое-то отношение к процессу реком-
бинации [232]. Во всяком случае, ясно, что кроссинговер и рекомби-
нация в клетках эукариот представляют собой сложные и высокоорга-
низованные и неразрывно связанные друг с другом процессы, о кото-
рых мы знаем сейчас крайне мало.
2. Нереципрокная рекомбинация
Какой бы механизм рекомбинации ни был предложен, в нем всегда-
должно быть учтено явление генной конверсии, или нереципрокной ре-
комбинации [220]. Это явление впервые было обнаружено при изуче-
нии генетики грибов, у которых можно отдельно исследовать каждый
из четырех гаплоидных продуктов мейоза (тетрадный анализ, гл. 1,
разд. Г, 2). Иногда вместо обычного менделевского отношения 2 : 2 для
распределения генов в случае гетерозиготного локуса в потомстве на-
блюдали отношение 3:1. Это означает, что в одной из рекомбинантных
хромосом произошел возврат к родительскому типу. Механизм, лежа-
щий в основе этого явления, может быть связан с неправильным спа-
риванием оснований в гетеродуплексных участках. Чаще всего в точке,
в которой' произошла мутация, одна цепь гетёродуплекса содержит ос-
нование, не способное образовать соответствующую пару с основанием;
другой цепи. Может случиться и так, что в одной из цепей может содер-
жаться лишнее основание, которое будет образовывать петлю, высту-
пающую из гетеродуплекса. -Поскольку клетки располагают репариру-
ющими механизмами, распознающими и исправляющими такие дефек-
ты, одна из цепей в гетеродуплексном участке вполне может быть из-
менена таким образом, что будет восстановлено правильное спарива-
ние, обусловливающее наблюдаемую генную конверсию.
3. Неравный кроссинговер
Чтобы рекомбинация произошла, гомологичные участки двух моле-
кул ДНК (или в случае мейоза двух хроматид) должны приблизиться-
друг к другу. Поскольку в ДНК встречаются повторяющиеся после-
довательности (случайно или вследствие какой-то причины), кроссин-
говер может иногда происходить между двумя участками не строго-
одинаковых двухцепочечных молекул. При таком неравном чроссинго-
вере одна из образующихся молекул удлиняется, а другая — укорачи-
вается. Это явление, возможно, является очень важным фактором,
эволюции [232а].
4. Интеграция и исключение ДНК
Умеренный бактериофаг X, F- и R-факторы бактерий — все способ-
ны интегрироваться с клеточной ДНК. Этот процесс связан с расщеп-
лением генов, т. е. по своей химической природе он напоминает реком-
бинацию. Однако в случае фага X для интеграции и исключения ДНК
необходимо наличие также генов int и xis, которые отличаются от
генов гес-локуса бактериальной клетки и от гена общей рекомбинации
(гее) фага. Тем не менее в химическом отношении эти процессы также
поразительно сходны с рекомбинацией.
В редких случаях при исключении фага X из бактериальной хро-
мосомы в его геноме обнаруживаются гены клетки-хозяина. Так, на-
пример, были получены штаммы фага X, содержащие гены, ответст-
венные за катаболизм галактазы (gal; рис. 15-1) и синтез биотина
(Ыо). Возможность переноса этих генов в другие штаммы бактерий
через трансдуцирующие фаги позволила значительно ускорить карти-
рование бактериальных хромосом. Карта, приведенная на рис. 15-1,
была получена при помощи трансдуцирующего фага Р1, способного
включаться в хромосому по крайней мере в десяти местах. Многие ука-
занные на карте расстояния рассчитаны на основании данных, полу-
ченных при изучении частот совместного переноса близлежащих мар-
керов.
В отличие от фага X, включающегося в геном Е. coli в специфиче-
ском сайте, трансдуцирующий фаг Ми может включаться в любой'
точке (разд. Д, 2). В геноме фага есть, однако, фиксированная точка, в
которой происходит разрыв кольцевой вирусной ДНК. Удалось также
обнаружить включение целого генома одной бактериальной плазмидьь
в палиндромный участок ДНК другой плазмиды [233]. Во многих слу-
чаях оказывается, что одна и та же палиндромная последовательность,
причем часто достаточно длинная (700—1400 пар оснований), присут-
ствует как в плазмиде, так и в 'бактериальной хромосоме. Например,
последовательности включения (insertion sequenses) IS1, IS2 и IS3
обеспечивают включение плазмидной ДНК Е. coli в gal- и Zac-опероны
хромосомы Е. coll [233а—с]. Высказывалось предположение, что
транслокация плазмидной ДНК происходит под действием ферментов,
которые напоминают рестриктирующие эндонуклеазы и которые специ-
фичны к данным сайтам. Тот же механизм может лежать в основе
сайт-специфической рекомбинации.
В течение многих лет было известно, что гены и даже целые участки
хромосом высших организмов могут иногда перемещаться с одного
места на другое. В случае кукурузы «контролирующиеэлементы» пере-
мещаются с одного участка на другой, изменяя выражение генов и
напоминая своим поведением способных к включению бактериальных
плазмид [233с]. Не исключено, что это явление связано с присутствием
в ДНК эукариот большого числа длинных палиндромных последова-
тельностей [235а].
Легкость, с которой чужеродная ДНК встраивается в хромосомы
бактерий, поразительна. Происходит ли то же самое в организме чело-
века? На этот вопрос можно ответить утвердительно. Однако, в какой
степени клетки человека устойчивы к изменениям, обусловленным внед-
рением в них вирусов, не ясно. Нам известно, что вирусы, вызывающие
опухоли (онкогенные), могут включаться в геном клеток животных.
Простейшими из них являются вирус полиомы и SV40 (дополне-
ние 4-В). После включения вирусной ДНК в хромосому клетки-хозяи-
на некоторые вирусные гены продолжают транскрибироваться. Другие
находятся в неактивном состоянии, как в случае с фагом X. В редких
случаях включение вирусной ДНК в геном клетки-хозяина приводит
к трансформации клетки в опухолеподобное состояние. Связано ли это
с действием специфических продуктов вирусных генов, с изменением
фенотипического выражения генов хозяина или же с мутациями (как
это имеет место при включении фага X в хромосому Е. coli), не из-
вестно. Ясно лишь, что свойства поверхностей трансформированных
клеток при этом изменяются. Это в свою очередь приводит к уменьше-
нию контактного ингибирования (гл. 1, разд. Д, 3, в), ив резуль-
тате начинается глубокое прорастание трансформированных клеток.
Таким образом, основная отличительная черта опухолей может быть
обусловлена включением вирусной ДНК в геном нормальной клетки
[234, 235].
5. Обратная транскриптаза
Необычайный интерес в последние годы вызвали РНК-содержащие
онкогенные вирусы. Большинство исследователей, занимающиеся био-
химической генетикой и функциями нуклеиновых кислот, считали, что
ДНК образуется только за счет репликации других молекул ДНК- Если
транскрибирование РНК с ДНК может протекать свободно, то обрат-
ный процесс, а именно образование ДНК на РНК-матрице, счи-
тался маловероятным. Большой неожиданностью поэтому оказа-
лось обнаружение во многих онкогенных РНК-содержащих вирусах,
и в том числе в вирусах, вызывающих у животных лейкоз, РНК-зави-
симой ДНК-полимеразы (т. е. обратной транскриптазы). Этот фермент
обнаруживается в зрелых вирусных частицах. Наиболее тщательно
очищенный фермент вирусов миелобластоза птиц состоит из двух бел-
ковых субъединиц, имеющих мол. вес 110 000 и 70 000, и содержит два
атома связанного Zn2+. Для функционирования фермента необходима
короткая затравка и матричная цепь РЙК- При этом сначала получа-
ется гибрид ДНК — РНК, из которого затем (вероятно, после гидро-
литического расщепления цепи РНК под действием РНКазы Н,
разд. Д, 5, в) получается двухцепочечная ДНК. Таким образом, зара-
жение РНК-содержащими вирусам^ сопровождается образованием
ДНК, которая дальше может служить матрицей для образования дру-
гих вирусных частиц. ДНК может включаться в ДНК клетки-хозяина,
что может служить причиной появления опухолей {[236—240].
Способность обратной транскриптазы копировать молекулы РНК
имела важное значение для- получения цепей ДНК с теми же последо-
вательностями, что и уникальные молекулы РНК (например, мРНК,
синтезируемая в высокоспециализированных клетках типа предшест-
венников эритроцитов, в которых образуется только один гемоглобин).
Полученные таким способом ДНК-копии (иногда их называют кДНК)
могут быть использованы в самых различных биохимических исследо-
ваниях. При соответствующих условиях ДНК-полимераза I также
может точно копировать последовательность РНК [241].
3. Мутации, рак и генная инженерия
Одно из наиболее поразительных свойств живых существ — это вы-
сокая степень мутабильности генов. Вредные мутации уносят многие
человеческие жизни в раннем возрасте. Считают, что очень высокая
частота заболеваний раком у людей старшего возраста обусловлена
в какой-то мере накоплением соматических мутаций. Многие мутации
могут появляться в результате ошибок репликации ДНК, а также про-
цессов репарации и рекомбинации. Скорость мутирования возрастает в
присутствии химических мутагенов, под влиянием физических воздей-
ствий, таких, как, например, воздействие ультрафиолетовым излучением
и рентгеновскими лучами, а также при случайном включении вирусной
ДНК в хромосомы.
1. Химические мутагены [242—244]
Получить такие мутации, как замена GC-nap на АТ-пары, можно
простым химическим способом, а именно обработав их азотистой кис-
лотой (HNO2), которая осуществляет дезаминирование аминогрупп до
гидроксильных групп. При этом цитозин превращается в урацил, кото-
рый спаривается уже не с G, а с А. Таким образом, происходит по
существу простое замещение или транзиция (разд. Г, 1). Под влиянием
азотистой кислоты аденин превращается в гипоксантин, который (по-
добно гуанину) имеет тенденцию спариваться не с Т, а с С. (Гуанин
также можно превратить в ксантин, однако такая замена не оказывает,
по-видимому, существенного влияния на спаривание.) Многие другие
химические модификации оснований также мутагенны. Так, например,
к атому углерода в шестом положении в пиримидинах может присоеди-
няться гидроксиламин, обладающий слабыми мутагенными свойствами.
К наиболее сильным мутагенам относятся алкилирующие агенты. Эти
соединения независимо от того, действуют ли они по SnI- или
8к2-механизму, склонны избирательно взаимодействовать с атомом
азота в седьмом положении гуаниновых остатков. В силу ряда причин
алкилирование гуанина приводит к увеличению числа ошибок при спа-
ривании^.
К числу наиболее токсичных и мощных алкилирующих агентов от-
носятся иприт и его серусодержащие аналоги, например, бис-
(2-хлорэтил) сульфид.
п Появление положительного заряда в пуриновом кольце в результате метилиро-
вания атома азота в седьмом положении облегчает гидролиз N-гликозидной связи и
апуринизацию. Однако этот процесс может приводить не к мутациям, а к летальному
исходу. Возможно, что для появления мутаций более важным является метилирование
кислорода в шестом положении гуанина,
19—422
2ЙЧ Глава 13'
уСН2СН2С1
sz
4 СН2СН2С1
Бис-(2-хлорэтил)сульфид
Бифункциональные соединения этого типа очень токсичны и вызывают
многочисленные летальные поперечные сшивки цепей ДНК- Монофунк-
циональные «полуиприты» обладают мутагенными свойствами, однако-
они менее токсичны. К другому классу сильных мутагенных алкилирую-
щих агентов относятся нитрозоамины:
R\
4j—N=O
R'z
В лабораторных исследованиях часто используют N-метил-М-нитро-
N-нитрозогуанидин — один из наиболее эффективных из известных:
Н
/N—NO2
h2n+=cz
\n—no
CH3
№метил-№-нитро-К-нитрозогуанидин
химических мутагенов. Нитрозоамины относятся к числу наиболее-
сильных канцерогенных агентов; считают, что они могут играть важ-
ную роль в развитии рака у людей [245]. Нитрозоамины могут обра-
зовываться при взаимодействии любого вторичного амина с азотистой
кислотой [уравнение (15-11)]. Эта реакция легко может протекать в
желудке, причем образующиеся нитрозоамины будут всасываться ц
способствовать развитию рака в различных местах. Поскольку во всех
растениях содержится определенное количество нитратов, причем в
некоторых из них, например в свекле и шпинате, эти количества доста-
точно велики, вполне возможно, что они могут восстанавливаться до
нитритов и взаимодействовать в желудке с втфричными аминами со-
гласно уравнению
R\ R\
SjH + HNO2—> /N—N=O + H2O (15-11>
R'z Rz
В беконе и в других копченостях содержатся как нитриты, так и
нитраты. Тот факт, что в состав многих лекарственных препаратов и
в состав натуральных пищевых продуктов входят вторичные амины,
дает основание считать, что они могут играть важную роль в разви-
тии рака у человека. Значимость этой проблемы возрастает в связи с
тем, что сходным образом могут реагировать также и четвертичные
амины (утрачивая одну из своих алкильных групп).
Другой способ, при помощи которого химические соединения могут
вызывать мутации типа замены оснований, состоит в непосредственном
встраивании соединения в молекулу самой ДНК. Так, например,.
5-бромодезоксиуридин (или бромоурацил), мощный мутагенный агент,
может замещать в ДНК тимидин. Менее эффективные агенты, предполо-
жительно действующие таким же образом, — это 2-аминопурин и
2,6-диаминопурин.
В меньшей степени, чем замена пар оснований, распространены му-
тации со сдвигом рамки (раздел Г,1). Такие мутанты в отличие от
мутантов с заменой оснований не так легко ревертируют, причем ре-
версия не индуцируется веществами, вызывающими замену оснований-
i енетика н синтез нуклеиновых кислот хэт
В то же время реверсия мутаций со сдвигом рамки индуцируется акри-
динами и другими плоскими соединениями, действующими как интер-
калирующие агенты, «внедряющиеся» в спираль ДНК (гл. 2, разд. Г,9).
Эти же интеркалирующие вещества способствуют появлению мутаций
со сдвигом рамки, причем особенно эффективно они вызывают мута-
ции в участках с многократными повторами одного и того же осно-
вания-— типа таких, как, например, АААААААА. Реверсия мутанта
Salmonella (—1), ауксотрофного по гистидину, может быть индуциро-
вана 2-нитрозофлуореном, вызывающим делецию двух пар оснований в
«горячей точке» (место с высокой частотой появления мутаций) гисти-
динового [246] оперона:
—CGCGCGCG—
—GCGCGCGC—
Последовательность оснований
Просто интеркалирующие агенты часто не проявляют сильных мута-
генных свойств, тогда как соединения, совмещающие в себе свойства
как интеркалирующих, так и алкилирующих агентов оказываются осо-'
бенно эффективными. Примером такого рода соединений может слу-
жить сильный мутаген, содержащий интеркалирующее кольцо и боко-
вую цепь полуиприта:
(CH2)3NHCH2CH2C1
HN
При замене группы CH2CI в боковой цепи на группу СН2ОН мута-
генная активность этого соединения уменьшается в 100 раз.
2. Репарация поврежденной ДНК
Сохранение клеткой функционирующей копии генома необходимо
для ее выживания. Не удивительно поэтому, что клетки содер-
жат целые наборы ферментов, которые перемещаются вдоль двойных
спиралей ДНК, восстанавливают повреждения и тем самым способству-
ют снижению частоты появления мутаций. Наиболее хорошо изучены
репарационные системы, «заделывающие» повреждения, вызванные
действием ультрафиолетового излучения. Мутации, снижающие репари-
рующую способность Е. coli и, следовательно, повышающие чувстви-
тельность к ультрафиолетовому облучению, локализуются в разных
местах хромосомной карты. Соответствующие гены обозначают через
uvrA, В, С, D, F (идентичен recF) и phr. Бактерии с мутантными гена*
ми recA,B, С также проявляют повышенную чувствительность к ультра-
фиолетовому излучению, что свидетельствует об участии нуклеазы
recB, С и продукта гена гесА не только в рекомбинации, но и в репара-
ции повреждений, вызванных действием ультрафиолетового излучения.
Один из главных эффектов, вызываемых ультрафиолетовым облуче-
нием ДНК, состоит в образовании димеров циклобутана (гл. 13, разд.
Г, 2) между соседними пиримидиновыми кольцами, расположенными в
одной и той же цепи ДНК. Для репарации этого повреждения
димер должен быть вырезан и заменен новыми мономерными единица-
ми. Было показано, что гены uvrA и В детерминируют синтез белков,
19*
глава кэ
УФ-эндонуклеаза
Пиримидиновый димер*
два соседних кольца
связаны ковалентно
3
5'
3'
Многочисленные места
атаки б-З'—
экзонуклеазой
Присоединение нуклеоти-
дов при помощи ДНК-поли-
меразы приводит к заполне-
нию бреши. Свободные концы
.цепи воссоединяются под дей-
ствием лигазы
,О
о\
' S'
образующих УФ-эндонуклеазу [247], способную вызывать одноцепочеч-
ные разрывы со стороны 5'-конца димера, освобождая З'-ОН-группу
(рис. 15-33). Предполагают, что вслед за УФ-эндонуклеазной атакой
происходит 5'—З'-экзонуклеолитическая реакция, завершающаяся выре-
занием циклобутанового димера. Эта реакция может протекать либо
благодаря 5'—З'-экзонуклеазной активности ДНК полимеразы I, либо
при участии специальной экзонуклеазы. Образовавшаяся в результате
этой реакции брешь в одной из цепей (рис. 15-33) может быть в даль-
нейшем «заделана» ДНК-полимеразой и лигазой.
Другой механизм репарации повреждений, вызванных действием
ультрафиолетового излучения, состоит в фотореактивации видимым све-
том или излучением ближайшей области ультрафиолетового спектра
(гл. 13, разд. 6,2). Ген
phr кодирует у бактерий
синтез специального фер-
мента ДНК-фотолиазы.
Репарирующие систе-
мы, устраняющие повреж-
дения, вызванные дейст-
вием ультрафиолетового
излучения, имеются не
только у бактерий: их об-
наруживают во всех жи-
вых организмах. Особый
интерес представляет
аутосомное, рецессивное
наследственное заболева-
ние, известное под назва-
нием ксеродерма пигмен-
тосум (xeroderma pigmen-
tosum). Люди, гомозигот-
ные по соответствующему
гену, необычайно чувстви-
тельны к воздействию
ультрафиолетовых лучей
и склонны к развитию
множественных карцином.
Заболевание вызывается
несколькими причинами
[248], одна из которых—
недостаточность специфи-
ческой УФ-эндонуклеазы.
Было показано, что неко-
торые ксеродермальные
клетки лишены фотореак-
гивирующей способности
[249]. Третья причина
ксеродермы может со-
стоять в недостаточности
апуринизованные участки
3'
РИС. 15-33. 1. Вырезание повреждения, вызванного
действием ультрафиолетового облучения.
эндонуклеазы, специфически вырезающей
ДНК [249а].
Другим синдромом болезни, наблюдаемой у людей, при которой
нарушается репарация ДНК, является прогерия — состояние, приводя-
щее к преждевременному старению и многим биохимическим аномали-
ям, а также к атаксической телеангиэктазии. Фибробласты кожи таких
больных в культуре не способны к репарации повреждений типа тех,
Генетика н синтез нуклеиновых кислот 293
которые возникают при действии рентгеновского излучения [250,
250а], — разрывов цепей ДНК, вызванных гамма-излучением 60Со.
Фибробласты больных с атаксической телеангиэктазией лишены функ-
ционирующей у-эндонуклеа'зы—фермента, инициирующего, как это
принято считать, репарирующее вырезание ^-модифицированных осно-
ваний. Это состояние отличается от ксеродермы, так как клетки боль-
ных, страдающих последним заболеванием, обладают способностью к
нормальной репарации повреждений, вызванных рентгеновскими лу-
чами.
Были идентифицированы также ферменты, которые, распознав не-
правильно образованные пары оснований в гетеродуплексе, исправляют
их [251] и удаляют из ДНК основания, модифицированные под дейст-
вием канцерогенов [252].
3. Мутагены в окружающей среде
Все большую озабоченность вызывает подверженность человека воз-
действию мутагенных веществ. Ежегодно промышленность вырабатыва-
ет более 500 новых химических соединений. Некоторые из них, широко
используемые в качестве лекарственных препаратов, такие, как напри-
мер, гикантон (рис. 2-27), обладают мутагенной активностью. Сильные
мутагены содержатся в ряде пищевых продуктов [253]. Афлатоксины,
опасные канцерогены, синтезируемые Aspergillus flavus, могут содер-
жаться в зараженном арахисе и других съедобных продуктах.
Многие канцерогенные и мутагенные соединения в обычных усло-
виях не проявляют необычной химической реакционноспособности. Од-
нако в организме животного они часто подвергаются гидроксилирова-
нию, превращаясь при этом в мутагены. Примером может служить об-
разование канцерогенных эпоксипроизводных ароматических углеводо-
родов [уравнение (15-12)] [244,254].
Другим примером является превращение 2-ацетиламинофлуорена в
N-сульфат [уравнение (15-13)] [255].
Как можно распознать мутагенное соединение? Очень ценный ме-
тод, основанный на использовании тест-штаммов бактерий, предложи-
ли Амес и сотрудники, использовавшие мутанты Salmonella, не способ-
ные синтезировать собственный гистидин, но способные расти, когда
мутагенный агент вызывает обратную мутацию. Мутации одного такого
N—Ac
H
2-ацетиламинофлуорен
OSO,-
Канцероген
штамма могут вызывать агенты, стимулирующие обмен оснований. Дру-
гие три штамма с разными типами мутаций со сдвигом рамки по-разно-
му подвержены действию различных мутагенов. В чашку Петри высе-
вают около 109 бактерий, в центр чашки наносят небольшое количество
мутагенного соединения. В тех местах, где происходят обратные мута-
ции, развиваются колонии бактерий. Во всех штаммах мутирована ос-
новная система репарационного вырезания ДНК, благодаря чему боль-
шинство мутаций не восстанавливается, что делает систему очень чувст-
вительной. Добавление гомогената печени вместе с системой, генериру-
ющей NADPH, позволяет «активировать» многие ароматические соеди-
нения путем гидроксилирования [256]. Тщательное использование этих
тестов, так же как и длительное тестирование на животных, может по-
мочь нам поддерживать сравнительно низкий уровень мутаций. Вместе
с тем накопление вредоносных мутаций, возникших по естественным
причинам или в результате предыдущих воздействий химических соеди-
нений или облучения, уже можно считать серьезной проблемой [257,
257а].
4. Генная хирургия
Наши современные представления о механизмах действия и регуля-
ции генов, а также возможности частичного переноса ДНК от одной
бактерии к другой позволяют предпринимать попытки к исправлению
генетических дефектов за счет введения людям новых генов. На первый
взгляд такая идея может показаться явно фантастичной, однако уже
сейчас нам известны вирусы типа SV40, способные включаться в геном
животных. Хотя вирус SV40 по своей природе онкогенен, тем не менее
можно надеяться получить БУ40-подобные частицы ДНК с «нормаль-
ными» генами, извлеченными (возможно, с помощью других вирусов)
из культивируемых клеток. Другая возможность решения этой пробле-
мы состоит в извлечении генов из бактерий или же в введении генов,
полученных химическим синтезом, в трансдуцирующие вирусы.
Были разработаны реальные химические методы, обеспечивающие
возможность объединения фрагментов хромосом [258, 259]. Один из
подходов состоит в использовании рестриктирующих эндонуклеаз для
получения фрагментов ДНК с липкими концами. Уже удалось вклю-
чить гены эукариот в бактериальные R-факторы и гены SV40 в фаг
хеиетика н синтез нуклеиновых кислот
Л [260]. Аналогичным образом гены ^аГоперона Е. coli удалось вклю-
чить при помощи фага X в геном вируса SV40. Важная особенность
этих методов состоит в том, что в них используется «молекулярное кло-
.нирование» новых комбинаций ДНК, включенных в бактериальную
плазмиду [261]. Для этой цели были использованы плазмиды, спо-
собные, к репликации в клетках Е. coli.
Мало кто сомневается сейчас в возможности искусственного вклю-
чения генов в клетки человеческого организма, однако, как осуществля-
ется контроль транскрипции и трансляции генов у животных, мы еще
плохо себе представляем. Дальнейшие исследования, несомненно, помо-
гут понять природу этого контроля, и тогда, возможно, удастся успеш-
но прибегнуть к «генной хирургии». Одной из целей этого метода мо-
жет явиться, в частности, обнаружение способов коррекции дефектов
метаболизма, вызывающих атрофию секретирующих инсулин р-клеток
поджелудочной железы при ювенильном диабете. Число больных, кото-
рым такое лечение сможет помочь, необычайно велико (дополнение
11-В).
Имеются данные о способности трансдуцирующих бактериофагов пе-
реносить бактериальные гены в клетки с сохранением способности к
фенотипическому выражению [261—263]. Получены даже данные о спо-
собности ДНК непосредственно включаться (так же, как это имеет
место в процессе трансформации бактерий, разд. А.1) в клетки расте-
ний [264]. Такая возможность может иметь революционизирующее зна-
чение для селекции растений. Огромный интерес представляет собой
возможность переноса в клетки высших растений генов, ответственных
за фиксацию азота (из бактерий типа Rhizobium). Одним из этапов на
пути решения этой задачи явился уже осуществленный перенос генов
азотфиксирующего оперона (nif) из Klebsiella в клетки Е. coli [263—
266]. Вопрос о переносе генов от прокариот к эукариотам представля-
ется в настоящее время не совсем ясным. Однако имеются данные об
успешном переносе одного из генов, необходимых для биосинтеза гис-
тидина (гена имидазолглицеролфосфат-дегидратазы; рис. 14-28) из
дрожжей в ауксотрофный по гистидину штамм Е. coli с сохранением
способности гена к фенотипическому выражению [266а].
Среди биологов существует представление, что в будущем человек
научится контролировать свои собственные гены и предотвращать воз-
никновение генетических дефектов, обусловленных накоплением вредо-
носных мутаций. С энтузиазмом думают они о том, что когда-нибудь
человеку удастся направить эволюцию в нужное ему русло [267]. Од-
нако некоторые биологи предостерегают от этого, считая, что наши зна-
ния еще недостаточны и что попытки избавиться от всех «плохих» генов
в популяции могут привести к непредсказуемым последствиям [268].
В качестве примера они ссылаются на ген гемоглобина S (дополнение
4-Г), который, хотя и является дефектным, тем не менее в свое время
защищал людей от гибели в условиях эпидемий малярии. Они счита-
ют, что на современном этапе единственный возможный путь отбора —
это создание максимальной гетерогенности генотипов. Сторонники этой
точки зрения обращают внимание на ту опасность, которую таит в се-
бе вмешательство генетиков в контролирование жизни человека.
В прошлом евгенические доктрины были использованы, к сожалению,
для обоснования и утверждения расистских законов и геноцида (в на-
цистской Германии).
Тем не менее проблемы, связанные с накоплением у людей вред-
ных мутаций, нельзя игнорировать. По мере выявления новых генети-
ческих дефектов все чаще встречаются люди, которые принимают реше-
2§6 Глава 15
ние не иметь детей. Хорошо, что пренатальная диагностика дает воз-
можность сделать выбор, прервать ли беременность или всю жизнь
ухаживать за безнадежно больным ребенком (гл. 12, разд. Г-2). В та-
ком подходе имеются, однако, свои опасные стороны. Даже если абор-
ты станут нормой, страшно подумать об обществе, в котором амнио-
центез стал бы принудительным.
Существуют и другие, более близкие опасности. В 1974 г. Комитет
по рекомбинантным молекулам ДНК Национальной Академии наук
США обратился с призывом о прекращении экспериментов в двух на-
правлениях, которые могут представить опасность для человечества в
целом [269]. В своем обращении комитет подчеркнул, что использова-
ние Е. coli для клонирования рекомбинантных молекул может оказать-
ся опасным, поскольку эти бактерии обитают в кишечнике человека и
могут обмениваться генетической информацией с бактериями, патоген-
ными для человека. Комитет считает, что следует добровольно отказать-
ся от исследований в двух указанных им направлениях, которые могут
привести к случайному включению в хромосому генов, обусловливаю-
щих устойчивость к антибиотикам и к образованию токсинов, а также
к развитию опухолей. Особые предостережения были высказаны в от-
ношении любых планов, направленных на сцепление фрагментов ДНК
животных с ДНК бактериальных плазмид или фагов. Предполагается,
что контроль за проведением такого рода исследований должен осу-
ществляться различными организациями, субсидирующими биохимиче-
ские исследования [269].
И. Хромосома эукариот и ее контроль
В геноме такого простого эукариота, как плесневый гриб Dictyoste-
lium, содержится в И раз больше ДНК, чем в геноме Е. coli. У дрозо-
филы— «высшего» организма с наименьшим количеством ДНК — раз-
мер гаплоидного генома в 24 раза больше размера генома Е. coli. Ко-
дирующая емкость генома человека в 600 раз больше, чем у бактерии
(табл. 1-3). Столь большое количество ДНК является одной из причин,
затрудняющих изучение эукариотического генома. Другая трудность
обусловлена тем, что процесс транскрипции генов у эукариот может
сильно изменяться как во времени, так и в зависимости от условий
окружающей среды. Следовательно, механизмы регуляции фенотипиче-
ского выражения генов должны быть очень сложными.
1. Организация
Геном высших организмов состоит из определенного числа отдель-
ных хромосом, каждая из которых содержит, по-видимому, одну двух-
цепочечную молекулу ДНК- Эта молекула ДНК тесно связана с дру-
гими компонентами, в состав которых входит примерно 75% белка и
10% РНК (гл. 1, разд. Б,2). До недавнего времени мало что можно
было сказать о том, как устроены хромосомы. Однако известно, что в;
профазе митоза или мейоза вытянутые хромосы иногда выглядят как
нитки бус. Маленькие, богатые ДНК бусинки, известные под названи-
ем хромомер, подобно дискам политенных хромосом дрозофилы (разд.
Г, 9, в), можно рассматривать как своего рода единицы генетической
информации. Их существование дает основание думать, что ДНК в хро-
мосоме каким-то образом разделена на отдельные единицы, возможно,
аналогично оперонам бактерий.
Некоторые диски политенных хромосом выпячиваются и образуют
пуфы. Самые крупные из них называют кольцами Бальбиани. В этих
Генетика'и синтез иуклеиновйх кислот
пуфах ДНК находится в наименее компактной форме; существует пред-
положение, что именно здесь происходит активная транскрипция. По-
скольку ДНК диска в политенной хромосоме содержит в среднем
приблизительно 105 пар оснований, образуемые транскрипты мРНК
могут быть очень большими [270]. В результате проведенных недавно
исследований действительно было установлено, что одного коль-
ца Бальбиани достаточно для образования 75S-PHK массой
15-106—35-Ю6 дальтон [271]. Эта огромная молекула РНК переносит-
ся, по-видимому, в неизмененном виде целиком в цитоплазму, где проис-
ходит очень активный синтез белка. Возникает вопрос: является ли эта
мРНК транскриптом одного гена и большого участка ДНК, не коди-
рующего синтез специфических белков, или же в ней заключена много-
кратно повторяющаяся информация о синтезе какого-то одного белка?
Этот вопрос имеет важное значение для понимания общих принципов-
организации генетической информации в хромосомах эукариот. Не сле-
дует при этом забывать, что политенные хромосомы представляют осо-
бый тип модификаций, обнаруженный в клетках, подвергшихся окон-
чательной дифференцировке и неспособных к размножению.
а. Хромосомы типа ламповых щеток
Другой особый вид хромосом, изучение которого позволило значи-
тельно расширить наши представления о ядрах эукариот, обнаружива-
ется в профазе мейотического деления ооцитов. Речь идет о «хромосо-
мах типа ламповых щеток», которые были подвергнуты детальному ис-
следованию на амфибиях Xenopus. Хромосома типа ламповой щетки
представляет собой гомологичную пару хромосом, каждая из которых
в свою очередь состоит из двух тесно связанных друг с другом хрома-
тид. Хромосомы находятся в предельно линейной, несконденсированной
форме, причем около 5% содержащейся в них ДНК образует при-
близительно 4000 точно спаренных петель, которые видны под электрон-
ным микроскопом. Каждая такая петля образована нитью двухцепочеч-
ной ДНК длиной около 50 нм, что соответствует приблизительно 150000
оснований. Тот факт, что ни в одной из петель не удается увидеть ни
одного разрыва ДНК, подтверждает точку зрения, согласно которой
единая молекула ДНК протянута в хромосоме через все петли от одно-
го ее конца до другого.
Так же как и пуфы политенных хромосом (которые, возможно, име-
ют сходное строение), хромосомы типа ламповых щеток активно участ-
вуют в транскрипции. Считают, что приблизительно 3% ДНК участвует
в образовании мРНК, накапливающейся в ооците и функционирую-
щей на ранних этапах эмбрионального развития [272]. Было бы логич-
но предположить, что одна петля в хромосоме типа ламповых щеток,,
подобно одному диску политенной хромосомы, играет роль транскрип-
ционной единицы. Однако здесь мы сталкиваемся со следующим пара-
доксом: количество ДНК, содержащееся в одном диске или в одной
петле, достаточно для детерминирования 30—35 белков среднего разме-
ра. Тем не менее при анализе тонкой генетической структуры хромосо-
мы дрозофилы в каждом диске удается обнаружить не более одной
единицы комплементации [273]. Из этого следует, что всего лишь 3%
ДНК дрозофилы содержат структурные гены для синтеза белков. Что-
же делает остальная ДНК и почему мутации в ней не приносят вреда
организму? Ответы на эти вопросы до сих пор, к сожалению, не по-
лучены.
*$» V. '7^П
<6. Повторяющиеся последовательности
Благодаря использованию химических методов детальная картина
организации хромосом начинает вырисовываться более четко. В одном
лз типов экспериментов ДНК разрезают на фрагменты, включающие
приблизительно по 10 000 пар оснований, и затем эти фрагменты дена-
турируют нагреванием. Оказалось, что при охлаждении ренатурация
образовавшихся одноцепочечных фрагментов протекает по меньшей ме-
ре в два этапа. В одной части материала структура двойной спирали
быстро восстанавливается, тогда как в другой части ренатурация про-
текает медленно (рис. 15-34) [273—275].
Как показывает опыт, быстро ренатурирующие фрагменты ДНК по
нуклеотидному составу часто отличаются от основной массы ДНК- В ре-
зультате при центрифугировании фрагментированной ДНК в градиенте
плотности CsCl быстро ренатурирующая фракция имеет тенденцию от-
деляться, образуя узкую «сателлитную» область. Оказалось, что эта са-
теллитная ДНК состоит из часто повторяющихся коротких последова-
тельностей [276, 277]. Например, ДНК сателлитной области
кенгуровой крысы содержит повторяющуюся последовательность
5'-GGACACAGCG-3. На долю этой часто повторяющейся последова-
тельности приходится 11% всей ДНК клетки. Сателлитная ДНК обыч-
но находится в участках хромосомы, которые не расплетаются в тело-
фазе подобно остальной ДНК. Функции сателлитной ДНК неизвестны.
Было высказано предположение, что повторяющиеся последовательно-
сти появляются в процессе эволюции в результате неравного кроссин-
говера между сестринскими хроматидами во время митоза [232а]. При
ломощи рестриктирующих эндонуклеаз ДНК человека была разрезана
на ряд фрагментов. Сравнение электрофоретических картин для фраг-
ментов ДНК мужчин и женщин показало, что Y-хромосома содержит
многократно (несколько тысяч раз) повторяющуюся в виде тандема
нуклеотидную последовательность.
Согласно другим данным, некоторые из повторяющихся последова-
тельностей распределены по всему геному случайно. Об этом свидетель-
ствует, например, тот факт, что при ренатурации фрагментов ДНК дро-
зофилы образуются кольца ДНК, которые можно увидеть с помощью
электронного микроскопа [278]. Кольца во время ренатурации могут
образовываться в результате фрагментации внутри повторяющихся по-
следовательностей. В хромосомах Xenopus может содержаться около
-25% таких повторяющихся последовательностей. Данные, полученные
при электронной микроскопии, свидетельствуют о том, что случайная
реассоциация фрагментов ДНК приводит к образованию двухцепочеч-
ных участков, содержащих повторяющиеся нуклеотидные последова-
тельности, с одноцепочечными «хвостами». Последние обычно не спа-
риваются, поскольку содержат уникальные последовательности, при-
шедшие из разных генов. У ХепориЬ повторяющиеся фрагменты ДНК
включают приблизительно 300 нуклеотидов, а неповторяющиеся, или
уникальные, фрагменты, расположенные между ними, — приблизитель-
но 800 нуклеотидов [275].
Многое об организации ДНК можно узнать при исследовании
РНК-транскриптов. При сравнении ядерной н цитоплазматической
мРНК Dictyostelium были обнаружены значительные различия [279].
Цепь мРНК, когда она находится в ядре, включает приблизительно
1600 нуклеотидов, но в цитоплазме она укорачивается приблизительно
до 1300 нуклеотидов. Как ядерная, так и цитоплазматическая мРНК
•содержат небольшие участки полиадениловой кислоты (разд. Б, 5). Пу-
1 СПС1 ПАЯ n cnruvj OJ
РИС. 15-34. Кривые ренатурации ДНК млекопитающих. А. Доказательство наличия в
геноме теленка повторяющихся и неповторяющихся последовательностей. Верхняя кри-
вая отражает реассоциацию фрагментов ДНК теленка, имеющих длину около 400 нук-
леотидов. Инкубацию проводили при 60 °C в 0,12 М фосфатном буфере, а анализ про-
водился при тех же условиях оксиапатитным методом (гл. 2, разд. Г,10). Нижняя
кривая отражает реассоциацию небольшого количества меченых фрагментов, содержа-
щих 4000 нуклеотидов, с большим количеством фрагментов содержащих 400 нуклео-
тидов. ДНК последовательно фракционировали на три части: 1) быстро реассоциирую-
щую фракцию (С0/~3-10’), содержащую около 106 копий в геноме (сателлитная
ДНК); 2) промежуточную фракцию (С0/~0,01), содержащую около 66 000 копий
(37%); 3) медленно реассоциирующую фракцию ДНК (Cc,t» 1000), не содержащую
повторов (см. рис. 2-29 в статье Britten R. J., Smith J., Carnegie Inst. Wash. Yearb., 68,
378—391, 1970). Б. Реассоциация фрагментированной денатурированной ДНК мыши в
48%-ном растворе формамида и 5 х SSC (SSC означает раствор, содержащий 0,15 М
NaCl и 0,015 М цитрата Na) при 37 °C. Реакцию реассоциации проводили при двух
концентрациях: 1) 50 мкг/мл в стеклянных кюветах и с пришлифованными пробками с
длиной оптического пути 1 см (А) и 2) 1 мг/мл в кюветах с толщиной слоя 1 мм
(О). Гипохромный эффект измеряли при 270 нм. Полученные данные приведены в ви-
де зависимости количества ДНК, реассоциированной в течение данного времени, от про-
изведения исходной концентрации ДНК (в молях фосфора на 1 л) на время реассо-
циации (в секундах). Установлено, что в образце содержится 10% быстро ренатури-
рующей сателлитной ДНК, 15% промежуточной частично измененной ДНК и 75%
ДНК с уникальной последовательностью (McConaughy В. L., McCarthy В. J. Biochem.
Genet, 4, 425—446, 1970).
тем ферментативного гидролиза можно выделить эти участки и опреде-
лить их длину. Оказалось, что в ядерной мРНК эти участки включают
приблизительно 25 остатков адениловой кислоты. Очевидно, эти участ-
ки поли (А) 25 транскрибируются с ДНК вместе с остальными участка-
ми мРНК, поскольку сама ДНК содержит около 15 000 последователь-
ностей поли(бТ)25. Этого числа участков поли(сГГ) достаточно для то-
го, чтобы каждый ген содержал хотя бы один такой участок. Сходные
участки поли(сГГ) были обнаружены в ДНК всех многоклеточных.
Так, например, в ДНК дрозофилы оказалось около 6000 таких участ-
ков, что находится в соответствии с наличием у нее 5000 дисков поли-
тенных хромосом. В геноме млекопитающих содержится около 100 000
участков поли(с1Т).
Что касается цитоплазматической мРНК, то, несмотря на меньший
размер, она содержит больше поли (А). Так, например, в мРНК Dictyo-
steliutn кроме участков поли (А) 25 содержится такое же число более
длинных участков поли (А), включающих приблизительно 100 остатков
адениловой кислоты, которые добавляются, по-видимому, после тран-
скрипции. Согласно рабочей гипотезе [уравнение (15-14)] [280], нов-
II Единичная I \Спейсерный\
Повторы I копия | /25 участок I
—----------1-------------1-——J—•—-----J— «5'
Исходный транскрипт
I
II Единичная ] I I
Повторы I копия | Д25 | (Хр)^ |
Исходный транскрипт
{Единичная I I I
копия А25 I (Юп AJ00
Перенос в цитоплазму
(15-14)
теряющиеся последовательности, участки единичных копий, поли (А) 25
и «спейсерная область» имеются в каждом гене. После транскрипции
от мРНК отщепляется кусок РНК, соответствующий спейсерному уча-
стку, оставляя на З'-конце поли(А)25 неизвестное число нуклеотидов
(Хр), и затем уже перед выходом в цитоплазму к ней присоединяется
около 100 остатков адениловой кислоты [278]. Считают также, что мо-
гут иметь место другие «тандемные повторы», соответствующие «повто-
ряющимся генам», которые для обеспечения клетки адекватными тран-
скриптами должны существовать в виде больше чем одной копии.
в. Гены рибосомной РНК
Если большинство генов присутствует в хромосоме в единственном
числе, то гены рибосомной РНК и тРНК представлены множеством ко-
пий. В случае Xenopus гены РНК 28S- и 185-рибосом повторяются в
одной хромосоме приблизительно 450 раз. На концах длинных плеч
большинства хромосом обнаруживается около 24000 копий генов
5S-PHK [281]. Гены 28S- и 18S-PHK транскрибируются вместе с рас-
положенным между ними спейсерным участком. Нетранскрибируемые
спейсерные участки располагаются, как это видно на приведенных на
рис. 15-11 электронных микрофотографиях, между повторяющимися
парами генов. Известно, что для гена, кодирующего 5S-PHK, характер-
но высокое содержание GC-nap; следовательно, эти участки должны
быть устойчивы к тепловой денатурации. Действительно, на денатура-
ционной карте ДНК обнаруживаются легко денатурирующие участки,
разделенные более короткими последовательностями из 120 оснований
с высоким содержанием GC-nap, которые кодируют, вероятно, 5S-PHK.
Легко денатурирующие (богатые АТ) спейсерные участки включают
приблизительно 630 оснований. При помощи специфических рестрикти-
рующих ферментов многие из этих АТ-богатых участков были разреза-
ны на повторяющиеся единицы, внутри которых также содержались
повторы. Основной 15-нуклеотидный фрагмент с последовательностью.
A4CUCA3CU3G повторялся примерно 30 раз [282].
В случае дрозофилы карта участка 5S-PHK в хромосоме 2, получен-
ная при помощи рестриктирующих эндонуклеаз, показывает, что в этом
участке содержатся два тандемно повторяющихся кластера генов и
что в каждом из этих кластеров заключено около 90 генов. Как ори-
ентированы кластеры, точно'не установлено, но существует предполо-
жение, что два кластера образуют длинный палиндром, переход кото-
рого в крестообразную конфигурацию, возможно, является одним из
этапов в исправлении ошибок спаривания. Это способствовало бы сох-
ранению гомогенности кластера [282а]. Данное соображение в равной
мере применимо и в отношении большого числа длинных палиндромов,
содержащихся в эукариотической ДНК [235а].
г. Амплификация генов
При определенных обстоятельствах часть генома может амплифи-
цироваться путем повторной репликации одного или нескольких генов.
Наиболее широко известным примером является амплификация генов
рибосомной РНК ооцитов амфибий. В случае Xenopus избыток ДНК
скапливается вокруг ядрышка, а затем распадается, образуя 1000 или
больше отдельных ядрышек. Можно обнаружить до 3000 копий рДНК
(образующих при центрифугировании четкую сателлитную область).
Амплифицированная рДНК может служить удобным материалом для
биохимических исследований. Так, например, структурные исследова-
ния, описанные в предыдущем разделе, были выполнены на ДНК имен-
но этого типа.
Механизм амплификации ДНК интенсивно исследуется, но пока
еще точно не установлен [283]. Было высказано предположение, сог-
ласно которому многочисленные копии рДНК образуются при помощи
механизма разматывающего рулона, аналогично тому как это показано
в уравнении (15-9). Значение амплификации рДНК состоит, вероятно,
в том, что создаются условия для образования большого количества
рибосом, необходимых для ускорения белкового синтеза.
2. Ядерные белки
В бактериальных клетках отрицательно заряженные фосфатные
группы ДНК могут быть в значительной степени нейтрализованы поло-
жительно заряженными полиаминами. Однако основные белки также
стремятся частично «одеть» ДНК. В зрелых головках сперматозоидов
рыб плотно упакованная ДНК нейтрализуется протаминами — спе-
циальными низкомолекулярными белками (с мол. весом ~5000), бога-
тыми остатками аргинина. Сходные основные белки обнаружены в
сперме млекопитающих [284]. Однако в соматических клетках, отри-
цательные заряды ДНК компенсируются главным образом положитель-
ным зарядом гетерогенных групп основных белков, известных под наз-
ванием гистонов. Существует пять классов гистонов, мол. вес которых
составляет от ~ 11 000 до 21 500 [285—287]:
Н1 (или I, или fl)
Богатый лизином
Н2а (или ПЫ, или f2a2)
Н2Ь (или ПЬ2, или f2b)
Умеренно богатые лизином
НЗ (или III, или 13)
Н4 (или IV, или f2a 1)
Богатые аргинином
302 Глава f5
Отличительной чертой гистонов, богатых аргинином, является уди-
вительное постоянство их аминокислотной последовательности. Так, ги-
стон Н4 из пропростков гороха отличается от аналогичного гистона из-
тимуса крупного рогатого скота всего лишь двумя аминокислотами. Что
же касается богатого лизином гистона Н1, то его последовательности
почти присуща видовая специфичность.
Гистон НЗ из тимуса теленка содержит 135 аминокислотных остат-
ков [288], причем суммарный заряд первых 53 из них составляет +18.
Возможно, именно эта часть белка связывается с ДНК. В то же время
карбоксильный конец этого гистона обладает гидрофобными свойства-
ми и лишь в незначительной степени — основными. Интересные класте-
ры основных аминокислот были обнаружены в отдельных участках
полипептидной цепи гистона Н2а [289]. Одна из любопытных особенно-
стей строения гистонов — это наличие большого числа микромодифика-
ций, сводящихся к фосфорилированию остатков серина, ацетилирова-
нию и метилированию остатков лизина, а также метилированию боко-
вых цепей аргинина. Так, например, остатки Lys-14 и Lys-23 в гистоне
НЗ N-ацетилированы, тогда как остатки Lys-9 и Lys-27 частично
e-N-метилированы — каждый участок содержит частично моно-, частич-
но ди- и частично триметильные производные.
Какие же другие функции кроме нейтрализации зарядов ДНК вы-
полняют гистоны? Первоначально считали, что эти белки могут играть-
роль репрессоров генов аналогично тому, как это происходит у бакте-
рий. Однако экспериментального подтверждения это предположение не
получило. Гистоны, по-видимому, образуют своеобразный комплекс с
нитями ДНК. Сравнительно недавно с помощью электронного микро-
скопа были получены микрофотографии, на которых видно, что хрома-
тиновые волокна имеют регулярно повторяющееся строение, напоминая
нитки бус. Диаметр бусинки (или v-телец, или нуклеосом) составляет
7—10 нм, а длина свободной «нитки» между бусами равна 2—14 нм.
(рис. 15-35] [290—294]. Содержание ДНК в «бусинках» велико. Дан-
ные, полученные методом дифракции нейтронов, свидетельствуют о том,
что в у-частицах нить ДНК намотана вокруг гистонового олигомера,
(рис. 15-36) [295]. Гистоны Н2а, Н2в, НЗ и Н4 обнаруживаются почти
в одинаковом количестве — на каждые 100 пар оснований в ДНК при-
ходится по одной молекуле каждого из гистонов. В растворе был полу-
чен октамер, содержащий по две субъединицы гистонов каждого ти-
па [296].
При обработке нуклеазами хроматин быстро расщепляется на фраг-
менты, состоящие из 205+15 пар оснований, и более медленно — на
фрагменты, состоящие из 170 пар оснований. Этот результат в сочета-
нии с приведенными выше данными позволил предположить существо-
вание структуры, в которой фрагмент ДНК, состоящий из 200 пар ос-
нований, обмотан вокруг гистонового октамера таким образом, что-
двухцепочечная нить ДНК длиной 68 нм упаковывается в одной у-ча-
стице размером порядка 10 нм. Соседние v-частицы связаны друг с
другом очень короткими участками ДНК. Было высказано предположе-
ние, что обычная двойная спираль ДНК, поворачиваясь вокруг гистонов-
в v-частице, может претерпевать резкие «изломы» через каждые 20 пар-
оснований [297], причем при каждом таком изломе спираль будет рас-
кручиваться на 15—20°. Гистон Н1, присутствующий в меньшем коли-
честве, чем другие гистоны, может играть роль агента, способствующе-
го образованию поперечных связей в хроматине (рис. 15-35). Согласно-
другим данным [296а], на каждую v-частицу приходится один отрица-
тельный виток суперспирали. Если это так, то число v-частиц на рис.
РИС. 15-35. А. Электронная микрофотография «мини-хромосомы», образованной виру-
сом SV40, растущим в культивируемых клетках обезьяны [292].
В показанной нативной форме диаметр нуклеопротеидного волокна составляет
приблизительно 11 нм, а длина — около 210 нм. Б. Мнни-хромосомы в виде нитки бус
наблюдались при понижении ионной силы. Все 21 бусинки диаметром около 11 нм
соединены друг с другом мостиками с диаметром, равным приблизительно 2 нм и дли-
ной 13 нм. Опыты по депротеинизации и релаксации ДНК свидетельствуют о том, что-
общая длина показанной ДНК в семь раз превышает общую длину нативной миии-
хромосомы. В. Электронная микрофотография хроматиды эмбриона Drosophila melano-
gaster бластодермальной стадии в процессе репликации. Обратите внимание на нали-
чие нуклеосомных (у) частиц непосредственно вблизи репликационной вилки (McKnight.
L., Miller О. L., Jr.).
15-35 соответствует числу витков суперспирали в ДНК вируса SV4O'
(рис. 2-27). Гистон Н1 взаимодействует преимущественно с суперспи-
рализованной ДНК [296b]. Исследования с использованием химиче-
ских агентов, образующих поперечные связи, показали, что гистоны Н1
часто обнаруживаются в непосредственной близости от нескольких,
других гистонов, причем гистон Н2В с равной вероятностью распола-
гается рядом с Н2А, НЗ или Н4 [298]. Что касается хроматина живот-
ных, грибов и зеленых растений, то в основных чертах он имеет такое
же строение [299].
На основе описанных выше данных была сформулирована современ-
ная точка зрения, согласно которой основная функция гистонов состо-
ит в том, чтобы обеспечить необходимую упаковку ДНК. Однако иног-
да гистон Н1 называют общим репрессором, удерживающим хроматин
в компактно упакованном состоянии, препятствующем транскрипции.
Поскольку процесс инициации митоза сопровождается фосфорилирова-
нием гистона Н1 при помощи специальной
РИС. 15-36. Схематическое изо-
бражение предполагаемого
строения субъединицы хрома-
тина [295].
Белковый стержень пред-
ставляет собой комплекс апо-
лярных сегментов четырех ука-
занных в тексте гистонов. Уча-
протеинкиназы, можно предположить, что
этот гистон играет какую-то иную роль
[300]. Другие гистоны, особенно F4, под-
вергаются множеству модифицирующих воз-
действий, в том числе ацетилированию и
фосфорилированию (обратимо) и метилиро-
ванию (необратимо) [301]. Значение этих
реакций в регуляции таких процессов, как
транкрипция и репликация, до сих пор не-
ясно.
Какие еще белки кроме гистонов обна-
руживаются в клеточных ядрах? Методом
электрофореза в полиакриламидном геле
было установлено, что в ядрах клеток
HeLa содержится около 450 компонентов,
большинство из которых присутствует в не-
больших количествах (<10 000 молекул в
расчете на одну клетку) и не обнаружива-
ется в цитоплазме [302]. К наиболее кис-
лым белкам относится большое число фер-
ментов, включая РНК-полимрразу. Кроме
стки гистонов, обладающие ос-
новными свойствами, образуют
комплекс с ДНК, располагаю-
щейся на поверхности нуклео-
сомы. Гистон Н1, расположен-
ный между нуклеосомами, мо-
жет играть роль агента, обра-
зующего поперечные связи ли-
бо между нуклеосомами одной
того, в ядрах содержатся: 1) определенные
репрессоры генов, в основном не идентифи-
цированные, 2) белки, связывающие гор-
моны, и 3) многие другие белки [303]. На-
ряду с ядерными белками, которым уделя-
ется обычно основное внимание, определен-
ную роль в регуляции фенотипического вы-
н той же цепи, либо между
нуклеосомами разных цепей.
Шаг спирали ДНК не обяза-
тельно должен быть постоян-
ным; при среднем диаметре
нуклеосомы около 10 нм он
ражения генов играет также мало исследо-
ванный класс небольших ядерных РНК.
Молекулы этой РНК длиной от 65 до
200 нуклеотидов могут стимулировать
транскрипцию специфических генов, свя-
равен 5,5 нм. зываясь с комплементарными участками
ДНК. Таким образом, информация, транс-
крибированная с одного участка хромосомы, может оказывать влияние
на процессы, протекающие на другом участке или на другой хромосо-
ме [303а].
3. Поли (ADP-рибоза)
Необычный компонент клеточных ядер всех высших организмов об-
разуется путем полимеризации ADP-рибозильных групп, образующихся
из NAD+. Специальный фермент, катализирующий процесс полимери-
зации, вытесняет никотинамид и образует гликозидную связь между
атомом С-1 рибозы, с которым был связан никотинамид, и атомом
С-2' ADP-компонента следующей мономерной единицы. Значение по-
ли(АВР-рибозильных групп) в настоящее время неясно, однако обна-
ружено, что они ковалентно связаны с ядерными белками, и также с
цитоплазматическими компонентами [304, 305] (дополнение 15-Е).
Дополнение 15-Е
Токсичные белки; дифтерийный токсин*
До тех пор пока не удалось получить соответствующую
вакцину, заражение Corynebacterium diphteriae вызывало
одну из самых страшных детских болезней. Несмотря на то
что возбудитель вызывал лишь образование поверхностных
пленок в зеве, больные нередко умирали от тяжелого пора-
жения многих органов. Причиной этого оказался активный
термолабильный токсин белковой природы. Было обнаружено
также, что бактерии продуцируют токсин лишь в том случае,
если они заражены умеренным бактериофагом6, несущим ген
tox, и при условии, что содержание неорганического железа
в среде значительно снижено.
Дифтерийный токсин представляет собой белок с мол. ве-
сом ~ 62 000. Его минимальная летальная доза для морской
свинки составляет всего лишь 0,16 мг/кг. Исследования, про-
веденные на культуре клеток, показали, что токсин блокирует
включение аминокислот в белки в результате инактивации -
фактора элонгации EF-2, необходимого для транслокации в
рибосомах млекопитающих. Токсин действует аналогично
ферменту, переносящему ADP-рибозильную группу от NAD+
к фактору EF-2:
Токсин
EF-2 4- NAD+ -> ADP-рибозил—EF-2 4- Никотинамид.
Модифицированный фактор EF-2 реагирует с GTP обыч-
ным путем, однако образующийся при этом комплекс не спо-
собен принимать участие в транслокации. Для ускорения
этой фатальной реакции достаточно, чтобы концентрация ток-
сина в цитоплазме составляла всего лишь 10~8 М.
Каким же образом белковый токсин такого типа проника-
ет в клетку? Имеются основания считать, что структура одно,-
го нз участков белковой молекулы обладает способность^)
связываться с определенными участками клеточной, мембра-
ны. Возможно, что связывание в этих участках стимулирует
20—422
1лава ю
пиноцитоз. Токсин начинает действовать лишь после частич-
ного протеолитического расщепления.
Каково происхождение гена tox и почему он переносится
вирусом? Паппенхеймер и Джила высказали предположение^
что этот ген каким-то образом образовался из гена эукарио-
тической клетки, кодирующего функциональный белок. Этот
ген внедрился в вирус и в ходе эволюции трансформировался
в ген, детерминирующий синтез белкового токсина. Наличие
в клеточном ядре поли (ADP-рибозы) (разд. И, 3) позволяет
предложить одну из возможностей появления гена tax. NAD+
служит субстратом при синтезе этого ядерного полимера, а
синтетаза катализирует разрыв рибозилникотинамидной свя-
зи с образованием новой гликозидной связи между 1-углеро-
дом рибозы и 2-гидроксильной группой аденозина следующей
мономерной единицы. Возможно, что именно ген синтетазы
в результате модификации трансформировался в ген дифте-
рийного токсина.
О группе токсичных для бактерий белков (колицинов)
уже шла речь в разд. Г, 7. Они, по-видимому, также связы-
ваются со специальными рецепторами на внешней мембране
бактерий типа Е. coli. Нейландс и его сотрудники обнаружи-
ли, что у Е. coli рецептор колицина М служит также рецеп-
тором и для сидерохромного пептида — феррохрома (дополне-
ние 14-В), и для бактериофага Т5. С этим же участком мем-
браны связывается антибиотик альбомицин. Сушествует пред-
положение, что на ранних этапах эволюции у бактерий поя-
вились молекулы, обладающие способностью к образованию
хелатных комплексов с железом, причем размер этих комп-
лексов постепенно увеличился до такой степени, что они ут-
ратили способность диффундировать через наружную мембра-
ну в клетку. В результате возникли специфические системы
переноса, которые позднее были использованы фагами и:
штаммами, продуцирующими колицинв.
а Pappenheimer А. М., Jr., Gill D. М., Science, 182, 353—364 (1973).
6 Eklund M. W., Poysky F. T., Reed S. M., Smith C. A., 172, 480—482'
(1971).
B Luckey M., Wayne R., Neilands J. B., BBRC, 64, 687—693 (1975).
Вопросы и задачи
1. Как можно доказать, что передающиеся по наследству признаки
действительно закодированы нуклеотидной последовательностью!
ДНК?
2. Опишите предложенную Уотсоном и Криком модель строения ДНК-
Какие биологические и химические факты можно с ее помощью-
объяснить?
3. Приведите экспериментальные доказательства антипараллельной’
ориентации цепей в двухцепочечной ДНК- Охарактеризуйте специ-
фичность ферментов, использованных для этого доказательства.
4. Если объединить все молекулы ДНК вашего организма в одну
двухцепочечную спираль Уотсона — Крика, то какова будет ее:
длина?
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 307
5. Опишите три типа РНК, участвующие в биосинтезе белков. Расска-
жите, что известно о химических и физических свойствах, нуклео-
тидном составе и о биосинтезе каждого из них?
6. Белок, являющийся репрессором /ас-оперона, содержит только два
триптофановых остатка в положениях 190 и 209. При связывании
с индуктором, изопропил-р-О-тиогалактозидом, происходит хотя и
небольшое (на ~3 нм), но достоверное смещение максимума в спек-
тре флуоресценции белка в сторону длинных волн. Путем введения
nonsense-мутаций и супрессии соответствующими супрессорными ге-
нами были получены модифицированные индукторы (см. разд. Г,5,
Summer Н., Lu Р., Miller J. Н., JBC, 251, 3774—3779, 1976). При
замене Тгр-190 на Туг смещение максимума в спектре флуоресцен-
ции при связывании индуктора оставалось таким же; если же
Тгр-209 заменялся на Туг, то сдвига не наблюдалось. Прокомменти-
руйте эти результаты. Можете ли вы предложить два возможных
объяснения? Как можно определить, какое из них верно?
7. В бактериальной рибосоме диаметром 23 нм содержится 35% бел-
ка. Если предположить, что на долю белков приходится 35% объе-
ма, то сколько приблизительно белковых молекул со средним мол.
весом 17 300 может находиться в рибосоме? (Считайте, что упаков-
ка максимально компактна; см. также табл. 15-5.)
8. Молекулы транспортных РНК в процессе их синтеза и функциони-
рования специфически взаимодействуют с несколькими ферментами.
Напишите уравнения трех реакций, в процессе которых фермент
узнает тРНК?
9. Назовите три функции определенных аминоацил-тРНК, не связан-
ные с их участием в синтезе белка.
10. В глицинспецифической тРНК Е. coli содержится кодон GCC. Он
может спариваться на рабосомах либо с кодоном GGU, либо с ко-
доном GGC. Как в настоящее время объясняют способность одной
тРНК распознавать несколько разных кодонов?
И. Была выделена часть молекулы информационной РНК со следую-
щей последовательностью оснований:
UGAAGCAUGGCUUCUAACUUU
t
Как скажется на соответствующем пептиде, детерминированном
этой информационной РНК, мутация, приводящая к замене в ука-
занном стрелкой положении на С?
12. На 5'-конце многих молекул мРНК имеются длинные последова-
тельности, не транслируемые рибосомной белоксинтезирующей
системой. Опишите опыт, при помощи которого вы можете обнару-
жить начало информации в молекуле мРНК, считая, что распола-
гаете чистым препаратом индивидуальной мРНК-
13. 7-метилгуанозин-5'-монофосфат ингибирует синтез белков в бескле-
точной системе, выделенной из ретикулоцитов (Shafritz D. A. et al.,
Nature (London), 261, 291—294, 1976). На 5'-конце большинства мо-
лекул информационной РНК эукариотических клеток содержится
7-метилгуанозин. Однако удаление химическим путем этой группы
из мРНК вируса везикулярного стоматита не предотвращает транс-
ляции в бесклеточной системе из ретикулоцитов (Rose J. К-, Lodish
Н. F., 262, 32—37, 1976). Прокомментируйте значение этих наблю-
дений.
308 Глава 15
14. Дайте определение и опишите значение для биохимической генети-
ки каждого из предложенных терминов:
Ауксотрофы по пита- Комплементарность
тельным веществам
Метод реплик Супрессорные гены
15. Сопоставьте следующие термины, используемые в биохимической
генетике:
Трансформация Оперон
Трансдукция Кодон
Цистрон
16. Опишите следующие формы ДНК (или ДНК-содержащих частиц):
Плазмида Фактор R
Эписома Фактор F
Колициногенный фактор Лнзогенизирующин фаг
17. Как может встраиваться в плазмиду кусок чужеродной ДНК? По-
чему включение ДНК эукариот в плазмиду имеет как биохимиче-
ское, так и этическое значение? Какую важную биохимическую про-
блему, возможно, удастся решить в будущем при помощи этого ме-
тода?
18. Как можно методом гетеродуплексного анализа определить локали-
зацию в хромосоме включенной чужеродной ДНК?
19. а) В чем состоит различие между хромосомами Е coli и млекопи-
тающих? Как можно обнаружить эти различия? б) Дайте опреде-
ление эухроматина, гетерохроматина, сателлитной ДНК, повторов
ДНК и гистонов. Укажите их возможные функции.
20. Дайте определение следующих типов мутантов:
С заменой пары оснований Температурочувствительные
Со сдвигом рамки Nonsence
21. Опишите химические принципы действия следующих мутагенных
веществ или агентов:
Гидроксиламин Йодистый метил (слабый мутаген)
5-бромоурацил Ультрафиолетовое излучение
9-аминоакриднн Бактериофаг
22. Какие особые свойства вы можете предсказать для тирозиновой
тРНК с антикодоном GipA, если в результате мутации она превра-
тится в тРНК с антикодоном СфА?
23. После того как выделенная из обычной кукурузы митохондриаль-
ная ДНК была обработана рестриктирующей эндонуклеазой, а за-
тем продукты гидролиза были подвергнуты электрофорезу в геле
агарозы, на электрофореграмме было обнаружено около 50 полос.
В электрофореграммах, полученных при аналогичном исследовании
ДНК кукурузы с признаком мужской стерильности (разд. Г, 9,д),
некоторые из полос, присутствовавших в электрофореграммах «нор-
мальной» митохондриальной ДНК, обнаружить не удалось (Levings
С. S., Ill, Pring D. R., Sciense, 193, 158—160, 1967). Прокомменти-
руйте это наблюдение, а также тот факт, что при скрещивании нор-
мальной кукурузы с кукурузой, несущей признак мужской стериль-
ности, картина митохондриальной ДНК потомства всегда соответ-
ствует картине родителя женского пола.
'24. Как бы вы объяснили тот факт, что у лошака более мягкий харак-
теп. чем v мула?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . ' '
1. Общая ссылка включает книги, цитированные в ссылках 2—5 и книгу Уотсон Дж.
Молекулярная биология гена. — М: Мир, 1978.
2. Lewin В., Gene Expression, 2 vols, New York, 1974.
3. Hayes W„ The Genetics ’of Bacteria and Their Viruses, Wiley, New York
1968.
4. Kornberg A., DNA Synthesis, Freeman, San Francisco, California, 1974.
5. Davidson J. N., The Biochemistry of the Nucleic Acids, 7th ed., Academic Press New
York, 1972. ’ .
6. Mirsky A. E„ Sci. Am., 218, 78—88 (June 1968).
7. Chargaff E„ Science, 172, 637—642 (1971).
8. Olby R., Nature (London), 248, 782—785 (1974).
8a. Hershey A. D., Chase M., J. Gen. Physiol., 36, 39—56 (1952).
9. Watson J. D., The Double Helix, Atheneum, New York, 1968.
10. Chargaff E., Experientia, 6, 201—209 (1950).
11. Sayre A., Rosalind Franklin and DNA, Norton, New York, 1975.
12. Watson J. D., Crick F. H. C., Nature (London), 171, 737—738 (1953).
13. Crick F., Nature (London), 248, 766—769 (1974).
13a. Lederberg J., Tatum E. L., Nature (London), 158, 558 (1946).
14. Brinton С. C., Crit. Rev. Microbiol., 1, 105—160 (1971).
15. Bachmann B. J., Low К. B., Taylor A. L., Bacteriol. Rev., 40, 116—167 (1976).
16. Crick F. H. C., Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 31, 3—9 (1966), Живо из-
ложенное повествование об истории расшифровки генетического кода.
17. Nirenberg М. W„ Matthaei J. Н., PNAS, 47, 1588—1602 (1961).
18. Nirenberg М„ Leder Р., Science, 145, 1399—1407 (1964).
19. Matthaei J. H., Voigt H. P., Heller G., Neth R., Schoch G., Kiibler H., Amelunxen F.,
Sander G., Parmeggiani A., Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 31, 25—38
(1966). ‘
20. Khorana H. G., Biichi H., Ghosh H., Gupta N., Jacob T. M., Kbssel H., Morgan R.,
Narang S. A., Ohtsuka E., Wells R. D., Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 31,
39—49 (1966).
21. Edgar R. S., Epstein R. H., Sci. Am., 212, 70—78 (Feb. 1965).
22. Fraenkel-Conrat H., Sci. Am., 211, 46—54 (Oct. 1964).
23. Lewin B., Gene Expression, Vol. 2, p. 258, Wiley, New York, 1974.
24. Meselson M„ Stahl F. W„ PNAS, 44, 671—682 (1958).
25. Cairns J., JMB, 6, 208—213 (1963); Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol.,-28,
43—46 (1963).
26. Kornberg A., Science, 163, 1410—1418 (1969).
27. Sugimoto K., Okazaki T., Okazaki R., PNAS, 60, 1356—1362 (1968).
28. Modrich P., Anraku Y., Lehman I. R., JBC, 248, 7495—7501 (1973).
29. Lehman I. R„ Science, 186, 790—797 (1974). •-
30. Caspersson T., Naturwissenschaften, 29, 33—43 (1941).
31. Bracket J., Arch. Biol., 53, 207—257 (1942).
32. Prescott D. M., Prog. Nucleic Acid Res. Mol. Biol., 3, 33—57 (1964).
33. Sirlin J. L., Biology of RNA, Academic Press, New York, 1972.
33a. Hoagland M. B., Keller E. B., Zamecnic P., JBC, 218, 345—358 (1956).
34. Белозерский A. H„ Спирин A. C. in: The Nucleic Acids (E. Chargaff and J. N. Da-
vidson, eds.), Vol. 3, pp. 147—185, Academic Press, New York, 1960.
35. Davern С. I., Meselson M., JMB, 2, 153—160 (1960).
35a. Volkin E., Astrachan L., Virology, 2, 149—161 (1956).
36. Jacob F„ Monad J., JMB, 3, 318—356 (1961).
37. Brenner S., Jacob F., Meselson M., Nature (London), 190, 576—581 (1961).
37a. Crick F. H. C., Biochem. Soc. Symp., 14, 25—26 (1957).
38. Bourgeois S„ Curr. Top. Cell. Regul., 4, 39—75 (1971). Q
39. Dickson R. C., Abelson J., Barnes W. M., Reznikoff W. S., Science, 187, 27—35
(1975).
40. Chamberlin M. J., Annu. Rev. Biochem., 43, 721—775 (1974).
41. Nakanishi S., Adhya S., Gottesman M„ Pastan I., JBC, 248, 5937—5942 (1973).
42. Malzels N. M., PNAS, 70, 3585—3589 (1973).
43. Gilbert W„ Maxam A., PNAS, 70, 3581—3584 (1973).
44. Gierer A., Nature (London), 212, 1480—1481 (1966).
45. Wang J. C., Barkley M. D., Bourgeois S., Nature (London), 251, 247—249 (1974).
46. Perlman R. L„ Pastan I., Curr. Top. Cell. Regul., 3, 117—134 (1971).
47. Savageau M. A., Nature (London), 258, 208—214 (1975).
48. Goldberger R. F., Kovach J. S., Curr. Top. Cell. Regul., 5, 285—308 (1972).
49. Lewis J. A., Ames B. N., JMB, 66, 131—142 (1972).
50. Bertrand K., Korn L., Lee F., Platt T., Squires C. L., Squires C., Yanofsky C., Scien-
ce, 189, 22—26 (1975).
61. Chamberlin M. I., in: The Enzymes, 3rd ed. (p. D. Boyer, ed.), Vol. 10, pp. 333—
374, Academic Press. New York, 1974.
52. Chambon P., in: The Enzymes (P. D. Boyer, ed.), 3rd ed., Vol. 10, pp. 261—331,
Academic Press, New York, 1974.
53. Sklar V. E. F„ Schwartz L. B„ Roeder R. G., PNAS, 72, 348—352 (1975).
53a. Valenzuela P., Hager G. L., Weinberg F., Rutter W. J., PNAS, 73, 1024—1028
(1976).
53b. Gillen F. D„ Nossal N. G., JBC, 251, 5225—5232 (1976).
53c. Drake J. W., Baltz R. H„ Ann. Rev. Biochem., 45, 11—37 (1976).
54. Ward D. C., Reich E„ JBC, 247, 705—719 (1972).
55. Roberts J. W., Nature (London), 224, 1168—1174 (1969).
55a. Howard В. H., Crombrugghe B. de, JBC, 251, 2520—2524 (1976).
56. Dunn J. J., Studier F. W„ PNAS, 70, 3296—3000 (1973).
57. Perry R. P., Annu. Rev. Biochem., 45, 605—629 (1976).
58. Lund E., Dahlberg J. E„ Lindahl L., Jaskunas S. R„ Dennis P. P., Nomura M„ Cell
7, 165—177 (1976).
59. Miller O. L., Jr., Sci. Am., 228, 34—42 (Mar. 1973).
59a. Foe V. E„ Wilkinson L. E„ Laird C. D., Cell, 9, 131 — 146 (1976).
59b. Miller O. L., Hatnkalo B. A., Thomas C. A., Jr., Science, 169, 392—395 (1970).
59c. McNight S. L„ Miller O. L., Jr., Cell, 8, 305—319 (1976).
60. Holley R. W., Apgar J., Everett G. A., Madison J. T., Marquisee M., Merrill S. H.,
Penswick J. R., Zamir A., Science, 147, 1462—1465 (1965). Сообщение о первой
тРНК, для которой была установлена нуклеотидная последовательность.
61. QuigleyG. J., Wang А. Н. J., Seernan N. С., Suddath F. L„ Rich A., Sussman J. L.,
Kim S. H„ PNAS, 72, 4866—4870 (1975).
62. Robertus J. D., Ladner J. E., Finch J. T., Rhodes D., Brown R. S., Clark B. F. C.,
Klug A., Nature (London), 250, 546—551 (1974).
63. Robertson H. D., Altman S., Smith J. D., JBC, 247, 5243—5251 (1972).
64. Piper P. W„ Clark B. F. C., Nature (London), 247, 516—518 (1974).
65. Simsek M., RajBhandary V. L., Boisnard M., Petrissant G., Nature (London), 247,
518—520 (1974).
66. Bikoff E. K-, LaRue B. F„ Gefter M. L., JBC, 250, 6248—6255 (1975).
67. Seidman J. G„ McClain W. H., PNAS, 72, 1491 — 1495 (1975).
68. Daniel V., Grinberg J. L, Zeevi M„ Nature (London), 257, 193—197 (1975).
68a. Ilgen C., Kirk L. L., Carbon J., JBC, 251, 922—929 (1976).
69. Sakano H., Shimura Y., PNAS, 72, 3369—3373 (1975).
70. Soil D„ Science, 173, 293—299 (1973).
71. Khorana H. G., Agarwal K. L„ Besmer P., BUchi H„ Carutchers M. H., Cashion P. J.,
Fridkin M„ Jay E., Kleppe R„ Kumar A., Loewen P. C„ Miller R. C„ Minamoto K-,
Panet A., RajBhandary U. L., Ramamoorthy B., Sekiya T., Takeya T., Sande J. H.
van de, JBC, 251, 565—570 (1976).
71a. Ramamoorthy B„ Lees R. G., Kleid D. G., Khorana H. G., JBC, 251, 676—694
(1976).
72. Loewen P. C., Sekiya T., Khorana H. G., JBC, 249, 217—226 (1974).
73. Kornberg A., DNA synthesis, pp. 364—368, Freeman, San Francisco, California,
1974.
74. Wilson D. A., Thomas C. A., Jr., JMB, 84, 115—144 (1974).
75. Sekiya T., Contreras R., Кйррег H., Landy A., Khorana H. G., JBC, 251, 5124—5140
(1976).
76. Rosenbaum N., Gefter M. L., JBC, 247, 5675—5680 (1972).
77. Darnell J. E., Jelinek W. R., Molloy G. R., Science, 181, 1215—1221 (1973).
78. Weinberg R. A., Annu. Rev. Biochem., 42 , 329—354 (1973).
79. Brawerman G., Annu. Rev. Biochem., 43, 621—642 (1974).
79a. Haff L. A., Keller E. B„ JBC, 250, 1838—1846 (1975).
80. Srinivasan P. R„ Ramanarayanan M., Rabbani E., PNAS, 72, 2910—2914 (1975).
81. Griffin B., Nature (London), 255, 9 (1975).
82. Ensinger M. J., Martin S. A., Paoletti E„ Moss B„ PNAS, 72, 2525—2529 (1975).
83. Adams J. M., Cory S., Nature (London), 255, 28—33 (1975).
83a. Nomoto A., Lee Y. F„ Wimmer E„ PNAS, 73, 375—380 (1976).
84. Maden В. E. H., Trends Biochem. Sci., 1, 196—199 (1976).
85. Nazar R. N„ Owens T. W., Sitz T. 0., Busch H„ JBC, 250, 2475—2481 (1975).
85a. Wellauer P. K-, Dawid I. B„ PNAS, 70, 2827—2831 (1973).
85b. Dawid I. B„ Wellauer P. K„ Cell, 8, 443—448 (1976).
86. Hamkalo B. A., Miller O. L„ Jr., Annu. Rev. Biochem., 42, 379—396 (1973).
87. Fox G. E., Woese C. R., Nature (London), 256, 505—507 (1975).
88. Garrett R. A., Wittmann H.-G. Endeavour, 32, 8—14 (1973).
89. Collatz E., Wool I. G., Lin A., StOffler G., JBC, 251, 4666—4672 (1976).
90. McConkey E. H„ PNAS, 71, 1379—1383 (1974).
91. Nomura M., Science, 179, 864—873 (1973).
Генетика и синтез нуклеиновых кислот 311
92. Nierhaus К. Н., Dohme F., PNAS, 71, 4713—4717 (1974).
“93. Held W. A., Ballou B., Mizushima S., Nomura M., JBC, 249, 3103—3111 (1974).
94. Nature (London), 254, 555—556 (1975).
95. Sommer A., Traut R. R„ JMB, 97, 471—481 (1975).
96. Tischendorf G. W., Zeichhardt.H., Stoffler G., PNAS, 72, 4820—4824 (1975)
97. Wittmann H.-G., EJB, 61, 1 — 13 (1976).
98. Haselkorn R., Rothman-Denes L. B„ Annu. Rev. Biochem., 42, 397—438 (1973).
99. Ochoa S., Mazunder R., in: The Enzymes, 3rd ed. (P. D. Boyer, ed.), Vol. 10,
pp. 1—51, Academic Press, New York, 1974.
100. Shine J., Dalgarno L., Nature (London), 254, 34—38 (1975).
101. Steitz J. A., lakes K., PNAS, 72, 4734—4738 (1975).
102. Dahlberg A. E., Dahlberg I. E., PNAS, 72, 2940—2944 (1975).
103. lay G„ Kaempfer R„ JBC, 250, 5742—5748 (1975).
104. Lucas-Lenard I., Beres L., in: The Enzymes, 3rd ed. (P. D. Boyer, ed.), Vol. 10,
pp. 53—86, Academic Press, New York, 1974.
104a. Jacobson G. R., Rosenbusch P., Nature (London), 261, 23—26 (1976).
105. Hecht S. M., Kozarich J. W., Schmidt F. J., PNAS, 71, 4317—4321 (1974).
106. Sprinzl M., Cramer F., PNAS, 72, 3049—3053 (1975).
107. Fraser T. H., Rich A., PNAS, 72, 3044—3048 (1975).
108. Tate W. P., Caskey С. T., in: The Enzymes, 3rd ed. (P. D. Boyer, ed.), Vol. 10,
pp. 87—118, Academic Press, New York, 1974.
109. Weissbach H., Ochoa S., Ann. Rev. Biochem., 45, 191—216 (1976).
109a. Shafritz D. A., Weinstein J. A., Safer B., Merrick W. C., Weber L. A., Hickey E. D.,
Baglioni C., Nature (London), 261, 291—294 (1976).
110. Merrick W. C., Kemper W. M., Kantor J. A., Anderson W. F., JBC, 250, 2620—2625
(1975).
111. Crick F. H. C., JMB, 19, 548—555 (1966).
112. Soil D„ Schimmel P. R., in: The Enzymes, 3rd ed. (P. D. Boyer, ed.), Vol. 10,
pp. 489—538, Academic Press, New York, 1974.
113. Stein A., Crothers D. M., Biochemistry, 15, 160—168 (1976).
114. Reid B. R„ Robillard G. T., Nature (London), 257, 287—291 (1975).
114a. Hopfield J. J., Yamane T., Yu& V., Coutts S. M., PNAS, 73, 1164—1168 (1976).
115. Gorini L., Sci. Am., 214, 102—109 (Apr. 1966).
116. Pestko S., Annu. Rev. Microbiol., 25, 487—562 (1971).
116a. Jaskunas S. R., Lindahl L., Nomura M., Burgess R. R., Nature (London), 257, 458—
462 (1975).
117. Weissmann C., Billeter M. A., Goodman H. M., Hindley J., Weber H., Annu. Rev.
Biochem., 42, 303—328 (1973).
118. Fiers W., Contreras R., Duerinck F., Haegeman G. H., Iserentant D., Merregaert J.,
Min Jou W., Molemans F., Raeytnaekers A., Berghe A. Van den, Volckaert C., Yse-
baert M., Nature (London), 260, 500—507 (1976).
119. Steitz I. A., Nature (London), 224, 957—964 (1969).
119a. Fiers W., Contreras R., Duerinck F., Haegeman G., Merregaert J., Min Jou W.,
Raeymakers A., Volckaert G„ Ysebaert M., Kerckhove I. Van de, Nolf F., Monta-
gu M. Van, Nature (London), 256, 273—278 (1975).
120. Min Jou W., Haegeman G., Ysebaert M., Fiers W., Nature (London), 237, 82—88
(1972).
121. Robertson H. D., Barrell B. G., Weith H. L., Donelson J. E., Nature (London), New
Biol., 241, 38—40 (1973).
122. Kaplan S., Atherly A. G„ Barrett A., PNAS, 70, 689—692 (1973).
123. Sy J., Lipman F„ PNAS, 70, 306—309 (1973).
124. Block R„ Haseltine W. A., JBC, 250, 1212—1217 (1975).
125. Reiness G., Yang H.-L., Zubay G., Casbel M„ PNAS, 72, 2881—2885 (1975).
126. Dennis P. P., Nomura M., Nature (London), 255, 460—465 (1975).
127. Aboud M., Pastan I., JBC, 250, 2189—2195 (1975).
128. Raetz C. R. H„ Kennedy E. P., JBC, 247, 2008—2014 (1972).
129. Vogel F., Rathenberg R., Adv. Hum. Genet., 5, 223—318 (1975).
129a. Topal M. D., Fresco J. R., Nature (London), 263, 285—289 (1976).
129b. Seid-Akhavan M., Winter №. P., Abramson R. K., Rucknagel D. L., PNAS, 73, 882
886 (1976).
130. Benzer S., Sci. Am., 206, 70—84 (Jan. 1962).
131. Hayes W., The Genetics of Bacteria and Their Viruses, pp. 52—54, Wiley, New York,
1968.
132. Weintraub S. B„ Frankel F. R., JMB, 70, 589—615 (1972).
133. Ennis H. L„ Kievitt K. D., PNAS, 70, 1468—1472 (1973).
134. Yanofsky C., Sci. Am., 216, 80—94 (May 1967).
134a. Sarabhai A. S., Stretton A. O. W., Brenner S., Bolle A., Nature (London), 201, 13—
17 (1964).
135, Watson J. W., Molecular Biology of the Gene, 3rd ed,, Benjamin, New York,
1976.
136. Edgar R. S„ Epstein R. H„ Sci. Am., 212, 70—78 (Feb. 1965).
137. Eiserling F. A., Dickson R. C„ Annu. Rev. Biochem., 41, 467—502 (1972).
138. Wood W. B., Edgar R. S., Sci. Am., 217, 60—74 (Jul. 1967).
139. Garen A., Science, 160, 149—159 (1968).
140. Littauer U. Z., Inouye H., Annu. Rev. Biochem., 42, 439—470 (1973).
140a. Hartman P. E„ Roth J. R., Adv. Genet., 17, 1 —105 (1973).
140b. Lewin B., Gene Expression, Vol. 1, p. 213, Wiley, New York, 1974.
141. Tsang N., Macnab R., Koshland D. E„ Sr., Science, 181, 60—63 (1973).
142. Berg H. C„ Brown D. A., Nature (London), 239, 500—504 (1972).
143. Parkinson J. S., Nature (London), 252, 317—319 (1974).
144. Yanofsky C., Crawford I. P., in: The Enzymes, 3rd ed. (P. D. Boyer, ed.), Vol. 7,
pp. 1—31, Academic Press, New York, 1972.
145. Riddle D. L., Carbon S., Nature (London), New Biol., 242, 230—234 (1973).
145a. Kolata G. B., Science, 191, 373 (1976).
145b. Sommer H., Lu P., Miller S. H., JBC, 251, 3774—3779 (1976).
146. Clowes R. C„ Bacteriol. Rev., 36, 361—405 (1972).
147. Meynell G. G„ Bacterial Plasmids, MIT Press, Cambridge, Massachusetts,
1973.
148. Sherratt D., Nature (London), 254, 559—560 (1975).
149. Sakes K,, Zinder N. D„ Boon T„ JBC, 249, 438—444 (1974).
150. Benveniste R., Davies S., Annu. Rev. Biochem., 42, 471—506 (1973).
151. Davies S. E„ Rownd R., Science, 176, 758—768 (1972).
152. Clowes R. C., Sc. Am., 228, 19—27 (Apr. 1973).
153. Sacob F., Wollman E. L., Sci. Am., 204, 93—107 (Jun. 1961).
154. Kornberg A., DNA synthesis, p. 242, Freeman, San Francisco, California, 1974.
155. Kornberg A., DNA Synthesis, pp. 246—248, Freeman, San Francisco, California,
1974.
156. Szybalsky W., in: Uptake of Informative Molecules by Living Cells (L. Ledoux,
ed.), pp. 59—82, North-Holland Publ., Amsterdam, 1972.
157. Hershey A. D., ed., The Bacteriophage Lambda, Cold Spring Harbor Lab., Cold
Spring Harbor, New York, 1971. [Имеется перевод: Фаг лямбда. — М.: Мир,
1975.]
157а. Echols Н., Annu. Rev. Biochem., 40, 827—854 (1973).
158. Echols H., in: Genetic Mechanisms of Development (F. H. Ruddle, ed.), pp. 1 —11,
Academic Press, New York, 1974.
159. Maniatis T., Ptashne M„ Sci. Am., 234, 64—76 (Jan. 1976).
160. Ptashne M., Backman K-, Humanyun M. Z„ Seffrey A., Maurer R., Meyer B.,
Sauer R. T., Science, 194, 156—161 (1976).
161. Dottin R. P., Pearson M. L„ PNAS, 70, 1078—1082 (1973).
162. Greenbitt S„ PNAS, 70, 421—424 (1973).
163. Weigel P. H„ Englund P. T„ Murray K„ Old R. W., PNAS, 70, 1151 — 1155
(1973).
164. Murray K„ Murray N. E., Nature (London), New Bool., 243, 134—139 (1973).
165. Westmoreland В. C., Szybalski W., Ris H., Science, 163, 1343—1348 (1969).
166. Inselburg S., Nature (London), New Biol., 241, 234—237 (1973).
167. Mitchison S. M., The Biology of the Cell Cycle, Cambridge Univ. Press, New York,
1971.
168. Smith S. A., Martin L., PNAS, 70, 1263—1267 (1973).
169. Ruddle F. H„ Adv. Hum. Genet., 3, 173—235 (1972).
169a. Davidson R. L„ ed., Somatic Cell Hybridization, Raven Press, New York,
1974.
170. Lewin B., Gene Expression, Vol. 2, pp. 387—416, Wiley, New York, 1974.
171. Goss S. S., Harris H., Nature (London), 255, 680—684 (1975).
172. Sager R., Sci. Am., 212, 71—79 (Jan. 1965).
173. Duvick D. N„ Adv. Genet., 13, 1—56 (1965).
174. Goodenough U. W„ Levine R. P., Sci. Am., 223, 22—29 (Nov. 1970).
175. Vodkin M. H., Fink G. R., PNAS, 70, 1069—1072 (1973).
176. Nass M. M. K., Science, 165, 25—35 (1969).
177. Schatz G., Mason T. L., Annu. Rev. Biochem, 43, 51—87 (1974).
177a. Kroon A. M., Saccone C., The Biogenesis of Mitochondria, Academic Press, New
York, 1974.
178. Kirk S. T. O., Annu. Rev. Biochem., 40, 161—196 (1971).
179. Schatz G., Mason T. L., Annu. Rev. Biochem., 43, 51—87 (1974).
179a. Kolodner R„ Tewari К. K„ JBC, 250, 8840—8847 (1975).
180. Flechtner V. R., Sager R., Nature (London), New Biol., 241, 277—279 (1973).
181. Bogorad L., Science, 188, 891—898 (1975).
182. Smith H., Nature (London), 254, 13 (1975). , .
183. Ohio N„ Sager R., Inouye M„ JBC, 250, 3655—3659 (1975).
184. Klein A., Bonhoeffer F., Annu. Rev. Biochem., 41, 301—332 (1972).
185. Wang J. C., JMB, 55, 523—533 (1971).
185a. Keller W„ PNAS, 72, 2550—2554 (1975).
186. Champoux I. J., McConaughy B. L., Biochemistry, 15, 4638—4642 (1976).
187. Gefter Л4. L., Annu. Rev. Biochem., 44, 45—78 (1975).
188. Infante A. A., Nauta R., Gilbert S., Hobart P., Firshein W., Nature (London) New
Biol., 242, 5—8 (1973).
188a. Infante A. A., Firshein W., Hobart P„ Murrey L., Biochemistry, 15, 4810__4817
(1976).
189. Bird R. E., Louarn I., Martuscelli J., Caro L., JMB, 70, 549—566 (1972).
190. Prescott D. M., Kuempel P. L„ PNAS, 69, 2842—2845 (1972).
190a. Kuempel P. L., Prescott D. M., Maglothin P., in: DNA Synthesis in Vitro (R. Wells
and R. Inman, eds.), pp. 463—472, University Park Press, Baltimore, 1972.
191. Kriegstein H. I., Hogness D. S., PNAS, 71, 135—139 (1974).
192. Wake R. G., JMB, 77, 569—575 (1973).
193. Kornberg A., DNA Synthesis, pp. 178—182, Freeman, San Francisco, California
1974.
194. Kasamatsu H., Vinograd I., Nature (London), New Biol., 241, 103—105 (1973)
195. Kornberg T„ Gefter M. I., JBC, 247, 5369—5375 (1972).
196. Kornberg A., DNA Synthesis, pp. 123—136, Freeman, San Francisco, California,
1974.
197. Kornberg A., DNA Synthesis, pp. 67—121, Freeman, San Francisco, California,
1974.
198. Hirota Y., Mordoh I., Scheffler T., Jacob F., Fed. Proc. Fed. Am. Soc. Exp. Biol.,
31, 1422—1427 (1972).
199. Weissbach A., Baltimore D., Bollum F., Gallo R., Korn D., Science, 190, 401—402
(1975).
200. Jones N. C., Donachie W. D., Nature (London), New Biol., 243, 100—103
(1973).
201. Schekman R., Weiner A., Kornberg A., Science, 186, 987—993 (1974).
202. Wickner W„ Kornberg A., JBC, 249, 6244—6249 (1974).
203. Sakakibara Y., Tomizawa J., PNAS, 71, 1403—1407 (1974).
204. Bouche J. P., Zechel K., Kornberg A., JBC, 250, 5995—6001 (1975).
205. Berkower I., Leis J., Hurwitz J., JBC, 248, 5914—5921 (1973).
205a. Lehman I. R., Uyemura D. G., Science, 193, 963—969 (1976).
206. Alberts B., Frey L., Nature (London), 227, 1313—1318 (1970).
207. Mollneux I. J., Friedman S., Gefter M. L., JBC, 249, 6090—6098 (1974).
208. Weiner J. H„ Bertsch L. L., Kornberg A., JBS, 250, 1972—1980 (1975).
208a. Herrick G„ Alberts B., JBC, 251, 2124—2132 (1976).
209. Ikeda J., Yudelevich A., Hurwitz J., PNAS, 73, 2661—2673 (1976).
210. Schroder С. H., Kaemer H.-С., JMB, 71, 351—362 (1972).
211. Studier F. W., Science, 176, 367—376 (1972).
212. Luria S. E., Sci. Am.. 222, 88—102 (Jan. 1970).
213. Boyer H. W., Fed. Proc. Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 33, 1225—1127 (1974).
214. Meselson M., Yuan R., Heywood J., Annu. Rev. Biochem., 41, 447—468 (1972).
215. Horiuchi K„ Vovis G. F., Zinder N. D., JBC, 249, 543—552 (1974).
216. Polisky B„ Greene P„ Garfin D. E., McCarthy B. J., Goodman H. M., Boyer H. W.,
PNAS, 72, 3310—3314 (1975).
217. Nathans D., Smith H. O., Annu. Rev. Biochem., 44, 273—293 (1975).
218. Nathans D., Adler S. P., Brockman W. W., Danna К. J., Lee T. N. H., Sack G. H.,
Jr., Fed. Proc. Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 33, 1135—1138 (1974).
219. Griffin В. E., Fried M„ Cowie A., PNAS, 71, 2077—2081 (1974).
219a. Vedel F., Quetier F., Bayen M„ Nature (London), 263, 440—442 (1976).
220. Meselson M., Weigle I. J., PNAS, 47, 857—868 (1961).
221. Broker T. R„ Lehman I. R„ JMB, 60, 131 — 149 (1971).
222. Holliday R., Genet. Res., 5, 282—304 (1964).
222a. Potter H., Dressier D„ PNAS, 73, 3000—3003 (1976).
223. Sigal N., Alberts B„ JMB, 71, 789—793 (1972).
224. Meselson M„ JMB, 71, 795—798 (1972).
225. Meslson M. S„ Radding С. M„ PNAS, 72, 358—361 (1975).
226. Sobell H. M„ Adv. Genet., 17, 411—490 (1973).
227. Sobell H. M„ PNAS, 72, 279—283 (1975).
228. Wagner R. E., Jr., Radman M„ PNAS, 72, 3619—3622 (1975).
229. Doniger J., Warner R. C., Tessma I., Nature (London), New Biol., 242, 9—12
(1973).
230. Goldmark P. J., Linn S„ JBC, 247, 1849—1860 (1972).
231 Ohi S„ Bastia D., Sueoka N„ Nature (London), 248, 586—588 (1974).
232. Carpenter A. T. C., PNAS, 72, 3186—3189 (1975).
1ЛвЭН 147
232a. Smith G. P., Science, 191, 528 -535 (1976).
233. Kopecko D. J., Cohen. S. N., PNAS, 72, 1373—1377 (1975).
233a. Cohen S. N., Kopecko D. J., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 35, 2031—2036
(1976).
233b. Ohtsubo H„ Ohtsubo E., PNAS, 73, 2316—2320 (1976).
233c. Kolata G. B„ Science, 193, 392—394 (1976).
233d. Cavalier-Smith T., Nature (London), 262, 255—256 (1976).
234. Dulbecco R., Sci. Am., 216, 28—37 (Apr. 1967).
235. Baltimore D., Science, 192, 632—636 (1976).
235a. Dulbecco R., Science, 192, 437—440 (1976).
236. Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol., 39 (1974). Весь том посвящен опухоле-
вым вирусам.
237. Scolnick Е. М., in: Current Topics in Biochemistry (С. B. Anfinsen, R. F. Gold-
berger and A. N. Schechter, eds.), Academic Press, New York, pp. 49—64,
1973.
238. Temin H., Baltimore D., Adv. Virus Res., 17, 129—186 (1973).
‘238a. Temin H. M., Science, 192, 1075—1080 (1976).
239. Auld D. S„ Kawaguchi H., Livingston D. M., Vallee B. L., PNAS, 71, 2091—2095
(1974).
240. Bentvelzen P„ FEBS Symp., 22, 1—13 (1972).
241 Loeb L. A., Tartof K- D., Travaglini E. C., Nature (London), New Biol., 242, 66—69
(1973).
241a. Baltz R. H., Bingham P. M., Drake J. W„ PNAS, 73, 1269—1273 (1976).
242. Legator M. S., Flamm W. G., Annu. Rev. Biochem., 42, 683—708 (1973).
243. Fishbein L., Falk H. L., Flamm W. G., Chemical Mutagens, Academic Press, New
York, 1970.
244. Heidelberger C., Annu. Biochem., 44, 79—121 (1975).
245. Wolff I. A., Waserman A. E„ Science, 177, 15—18 (1972).
246. Isono K-, Yourno J., PNAS, 71, 1612—1617 (1974).
247. Braun A., Grossman L., PNAS, 71, 1838—1842 (1974).
248. Lehmann A. R., Kirk-Bell S., Arlett C. F., Paterson M. C., Lohman P. H. M., Weerd-
Kastelein E. A. de, Bootsma D., PNAS, 72, 219—223 (1975).
249. Sutherland В. M., Rice M„ Wagner E. K-, PNAS, 72, 103—107 (1975).
249a. Kuhnlein U., Penhoet E. E., Linn S„ PNAS, 73, 1169—1173 (1976).
250. Epstein J., Williams J. R„ Little 1. B., PNAS, 70, 977—981 (1973).
250a. Paterson M. C., Lohman P. H. M., Anderson A. K-, Fishman L., Nature (London),
260, 444—447 (1976).
251. Ahmad A., Holloman W. K-, Holliday R., Nature (London), 258, 54—56 (1975).
252. Fuchs R. P. P., Nature (London), 257, 151 —152 (1975).
253. Miller J. A., Miller E. C., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 35, 1316—1321
(1976).
254. Ames B. N„ Sims P., Grover P. L., Science, 176, 47—49 (1972).
255. Miller E. C., Miller I. A., in: The Molecular Biology of Cancer (H. Busch, ed.),
p. 386, Academic Press, New York, 1974.
256. McCann J., Choi E., Yamasaki E„ Ames B. N„ PNAS, 72, 5135—5139 (1975).
257. Muller H. J., Sci. Am., 193, 58—68 (Nov. 1955).
257a. McCann J., Ames B. N., PNAS, 73, 950—954 (1976).
258. Kornberg A., DNA Synthesis, pp. 368—373, Freeman, San Francisco, California,
1974.
259. Morrow J. F., Cohen S. N., Chang A. C. Y., Boyer H. W., Goodman H. M., Hel-
ling R.B., PNAS, 71, 1743—1747 (1974).
260. Hershfield V., Boyer H. W., Yanofsky C., Lovett M. A., Helinski D. R., PNAS, 71,
3455—3459 (1974).
261. Higuchi R., Paddock G. V., Wall R., Salser W., PNAS, 73, 3146—3150 (1976).
262. Carlson P. S„ PNAS, 70, 598—602 (1973).
263. Day С. H., Gresshoff P. M., Rolfe B., in: The Biochemistry of Gene Expression in
Higher Organisms (J. K. Pollack and J. W. Lee, eds.), pp. 38—55, Reidel Publ.,
Dordrecht, Netherlands, 1972.
264. Ledoux L., Huart R., Jacobs M., Nature (London), 249, 17—21 (1974).
265. Dixon R. A., Postgate J. R., Nature (London), 237, 102—103 (1972).
266. Shanmugam К- T., Valentine R. C„ Science, 187, 919—924 (1975).
266a. Struhl K„ Cameron J. R., Davis R. W., PNAS, 73, 1471—1475 (1976).
267. Bonner J., Plant Sci. Bull., 11, 1-—7 (1965).
268. Wills C., Sci. Am., 222, 98—107 (Mar. 1970).
269. Norman C„ Nature (London), 258, 561—564 (1975).
269a. Wade N., Science, 194, 303—306 (1976).
270. Beermann W., Clever IL, Sci. Am., 210, 50—58 (Apr. 1964).
271. Danehalt B., Hosick H., PNAS, 70, 442—446 (1973).
"272. Sirlin J. L„ Biology of RNA, pp. 162—164, Academic Press, New York, 1972.
273. Peacock W. J., in: The Biochemistry of Gene Expression in Higher Organisms
(J. K. Pollak and J. W. Lee, eds.), pp. 3—20, Reidel Publ., Dordrecht, Netherlands,
1972.
'274. Britten. R. J., Kohne D. E., Sci. Am., 222, 24—31 (Apr. 1970).
275. Davidson E. H., Hough B. R.; Amenson C. S., Britten R. J., JMB, 77, 1—23
(1973).
276. Kornberg A., DNA Synthesis, pp. 23—25, Freeman, San Francisco, California
1974.
277. Smith G. P„ Science, 191, 528—535 (1976).
277a. Cooke H„ Nature (London), 262, 182—186 (1976).
278. Pyeritz R. E., Thomas C. A., Jr., JMB, 77, 57—73 (1973).
279. Jacobsen A., Firtel R. A., Lodish H. F., PNAS, 71, 1607—1611 (1974).
280. Lodish H. F., Jacobsen A., Firtel R. A., Alton T., Tuchman, PNAS, 71, 5103—5108
(1974).
281. Wellauer P. K., Reeder R. H., Carroll D., Brown D. D„ Deutch A., Higashinakaga-
wa T„ Dawid I. B„ PNAS, 71, 2823—2827 (1974).
282. Carroll D., Brown D. D„ Cell, 7, 467—475 (1976).
282a. Procunier J. D., Tartof K. D„ Nature (London), 263, 255—257 (1976).
283. Bird A., Rogers E., Birnstiel M„ Nature (London), New Biol., 242, 226—230
(1973).
283a. Wellauer P. K., Reeder R. H., Dawid I. B., Brown D. D., JMB, 105, 487—505
(1976).
284. Kistler W. S., Geroch M. E., Williams-Ashman H. G., JBC, 248, 4532—4543 (1973).
"285. Elgin S. C. R., Weintraub H., Annu. Rev. Biochem., 44, 725—774 (1975).
286. Kornberg R. D., Thomas J. O., Science, 184, 865—868 (1974).
287. Olson M. O. J., Starbuck W. C., Busch H., in: The Molecular Biology of Cancer
(H. Busch, ed.), pp. 309—353, Academic Press, New York, 1974.
288. DeLange R. J., Hooper J. A., Smith E. L„ JBC, 248, 3261—3274 (1973).
289. Yeoman L. C., Olson M. O. J., Sugano N., Jordan J. J., Taylor C. W., Starbuck W. C.,
Bush H„ JBC, 247, 6080—6023 (1972).
290. Kornberg R. D., Thomas J. O., Science, 184, 865—871 (1974).
291. Olins D. E., Olins A. L., J. Cell Biol., 53, 715—736 (1972).
292. Griffith J. D„ Science, 187, 1202—1203 (1975).
293. Langmore J. P., Wooley J. C., PNAS, 72, 2691—2695 (1975).
'294. Kolata G. B., Science, 188, 1097—1099 (1975).
295. Baldwin J. P., Boseley P. G., Bradbury E. M„ Ibel K-, Nature (London), 253, 245—
249 (1975).
296. Thomas J. O., Kornberg R. D., PNAS, 72, 2626—2630 (1975).
296a. Keller W„ PNAS, 72, 4876—4880 (1975).
'296b. Vogel T„ Singer M. F., JBC, 251, 2334—2338 (1976).
297. Crick F. H. C., Klug A., Nature (London), 255, 530—533 (1973).
298. Chalkley R„ Hunter C., PNAS, 72, 1304—1308 (1975).
299. McGhee J. D., Engel J. D., Nature (London), 254, 449—450 (1975).
300. Bradbury E. M., Inglis R. J., Matthews H. R., Langan T. A., Nature (London), 249,
553—556 (1974).
301. Ruiz-Carrillo A., Waugh L. J., Allfrey V. G., Science, 190, 117—127 (1975).
302. Peterson J. L., McConkey E. H., JBC, 251, 548—554 (1976).
303. Stein G. S„ Stein J. S., Kleinsmith L. J., Sci. Am., 232, 46—57 (Feb. 1975).
303a. Goldstein L., Nature (London), 261, 519—521 (1976).
304 Goldknopf I. L., Taylor C. W., Baum R. M., Yeoman L. C., Olson M. O. J-, Pre-
stayko A. W., Bush H., JBC, 250, 7182—7187 (1975).
505. Hayaishi 0., Trends Biochem. Sci., 1, 9—10 (1976).
глава io
Рост, дифференцировка
и химическая коммуникация клеток
Регуляция жизнедеятельности сложного многоклеточного организма
в огромной степени зависит от химических сигналов, передаваемых от
одних клеток к другим. Один из основных способов коммуникации —
это секреция гормонов в кровоток. Значительно менее изучен процесс
химического обмена информацией через межклеточные контакты (гл. 1,
разд. Е, 3, в). Этот процесс лучше всего исследован на нервных клет-
ках, и в настоящее время нейрохимия стала одним из основных на-
правлений биохимии. Коммуникация между клетками играет большую
роль в эмбриональном развитии и в дифференцировке тканей. Правда,
рост и развитие клеток регулируются не только внешними, но и внут-
ренними факторами; последние определяются программами развития,
закодированными в ДНК. В настоящей главе мы рассмотрим кратко
как упомянутые вопросы, так и коммуникацию между организмами,
т. е. биохимию экологических взаимосвязей.
А. Гормоны [1]
Действие большей части гормонов осуществляется по одному из
двух механизмов. В одном случае гормон присоединяется к рецептору
на клеточной мембране. Например, глюкагон, адреналин и АКТГ свя-
зываются на поверхности клеток и стимулируют синтез сАМР (гл. 5,
разд. В, 5), что в свою очередь запускает процесс химической модифи-
кации белков. Вполне вероятно, что стимуляция синтеза простагланди-
нов (гл. 12, разд. Е, 3) осуществляется именно таким образом. Второй
механизм действия гормонов связан с их присоединением к цитоплазма-
тическим рецепторам, что в конечном счете приводит к влиянию на про-
цесс транскрипции РНК. Стероидные гормоны, тироксин и гормон роста
(соматотропин) относятся к числу соединений, которые действуют, по-
видимому, именно таким образом. Рецепторы стероидных гормонов, ло-
кализованные в цитоплазме, прочно связывают поступающие в клетку
стероиды [2]. После этапа «активирования» комплекс гормон — рецеп-
тор проникает в ядро, где связывается с определенными участками
хроматина (связывающими местами), причем в последнем процессе,
по-видимому, принимают участие некоторые негистоновые белки [3].
Химические основы указанных взаимодействий еще не выяснены. Мож-
но лишь сказать, что в конечном итоге это приводит к инициированию
транскрипции отдельных генов в клетках, чувствительных к гормо-
нам [За].
В целом действие гормонов подчиняется принципу обратной связи.
Например, инсулин, как известно, стимулирует потребление глюкозы
тканями. Однако понижение концентрации глюкозы в крови приводит
к тому, что скорость секреции инсулина поджелудочной железой по
принципу обратной связи понижается. Аналогичную регуляторную взаи-
aifi
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеТвк 31?
мосвязь можно проследить в отношении большинства гормонов. Иног-
да эта связь осуществляется в несколько этапов и включает чувстви-
тельные структуры центральной нервной системы. В таких случаях
нервные импульсы стимулируют гипоталамус (разд. Б, 2), что приводит
к высвобождению нейрогормонов, поступающих в переднюю долю
гипофиза. Гипофиз в свою очередь продуцирует гормоны, например кор-
тикотропин (адренокортикотропный гормон, АКТГ), который стимули-
рует синтез стероидных гормонов в коре надпочечников. Помимо про-
чих эффектов кортикостероиды оказывают (по принципу обратной свя-
зи) тормозящее влияние на гипоталамус, понижая секрецию АКТГ
гипофизом. Методом радиоавтографии с использованием меченных Н3
стероидных гормонов удалось выявить локализацию специфических кле-
ток головного мозга, чувствительных к исследуемому гормону [ЗЬ].
Характерной особенностью действия гормонов является уникаль-
ность их эффекта. Кроме того, действие одних гормонов, как правило,
уравновешивается противоположным действием других. Например, как
глюкагон, так и адреналин вызывают распад гликогена печени и посту-
пление глюкозы в кровоток. Глюкокортикоиды повышают скорость об-
разования глюкозы из других источников (гл. 11, разд. Е, 7). Гормон
роста способствует увеличению содержания глюкозы в крови, подавляя
использование глюкозы в тканях. С другой стороны, под действием ин-
сулина увеличивается потребление глюкозы тканями и повышается эф-
фективность утилизации. Гормон щитовидной железы, повышающий
общий уровень клеточного обмена веществ, также способствует сниже-
нию концентрации глюкозы в крови.
Томпкинс [4] предложил обобщенную модель межклеточной комму-
никации (взаимосвязи), опосредованной гормонами. Согласно этой
модели, небольшое количество внутриклеточных «символов», т. е. соедине-
ний типа сАМР или в клетках прокариот ppGpp, участвуют в механиз-
мах регуляции определенных звеньев (domains) обмена веществ в клет-
ках. Роль циклических нуклеотидов как символов установлена твердо.
Кроме того, в клетках эукариот вероятными кандидатами на эту роль
выступают также ионы Са2+, Na+ и К+. У бактерий ppGpp служит сим-
волом, указывающим на недостаточность азота или аминокислот. В са-
мых разных клетках, начиная от бактериальных и кончая клетками жи-
вотных, повышение содержания сАМР — это символ дефицита источни-
ков углерода. Так, у Е. coll при недостатке в среде источников углерода
возрастает концентрация сАМР, что стимулирует транскрипцию
многих бактериальных оперонов (гл. 15, разд. Б.1, б). У Dictyostelium
(гл. 1, разд. Г, 1) при голодании клетки секретируют сАМР. В послед-
нем случае циклический нуклеотид функционирует в качестве гормона,
осуществляя передачу сигнала от одних клеток другим.
Однако если у низших организмов сАМР используется как гормон,
то у более высокоорганизованных животных такое его использование
оказывается невозможным из-за высокой метаболической лабильности
этого соединения. В результате дело обстоит так, что в нашем орга-
низме такие гормоны, как глюкагон и адреналин, переносят сигнал к
клеточной поверхности, где они связываются с рецепторами и стимули-
руют образование сАМР. Это в свою очередь приводит к мобилизации
метаболических ресурсов клетки, в частности гликогена и триглицери-
дов, что в точности соответствует реакции клетки на голодание. Со-
гласно схеме, предложенной Томпкинсом, гормоны вырабатываются
«сенсорными» клетками при прямом воздействии сигналов среды; затем
поступая с кровью в более отдаленно расположенные клетки-сответчи-
ки», активируют их. Картину можно- представить еще болееобо^щен-
318 Гаева 16
ной, если учесть, что нервные медиаторы являются в основном произ-
водными аминокислот. Томпкинс предполагает, что эти аминокислоты;
первоначально служили внутриклеточными символами, отражающими
изменение концентрации аминокислот в среде, но в последующем стали
использоваться для передачи сигналов на коротком расстоянии между
клетками нервной системы.
Дополнение 16-Л
Метод радиоиммунологического анализа
Одним из методических достижений, обеспечивших быст-
рый прогресс в изучении механизма действия гормонов, яви-
лось применение специфических антител к гормонам или гор-
мон-белковым комплексам. Благодаря использованию мечен-
ных радиоактивным изотопом гормонов метод радиоиммуно-
логии позволяет определять исследуемое вещество в чрезвы-
чайно низких концентрациях: порядка фемтомолей (т. е. то
количество вещества, которое содержится в 1 мл раствора,
общей концентрации 10~12 М)а. В настоящее время разрабо-
таны методы радиоиммунологического определения практиче-
ски любого очищенного гормона6.
Опыт ставится обычно следующим образом. В серию про-
бирок наливают различные объемы пробы, в которой требу-
ется определить концентрацию гормона, например инсулина..
Одновременно готовят пробы, содержащие известное количе-
ство этого гормона. Затем в каждую пробирку добавляют
стандартное количество меченого гормона (обычно использу-
ются гормоны, меченные 1251, испускающим у-лучи) и специ-
фического к гормону антитела. Раствор инкубируют некоторое-
время (несколько минут или часов) для достижения равнове-
сия между гормоном (антигеном) и комплексом антитело —
гормон. Далее отделяют комплекс гормон—антитело, напри-
мер, методом гель-фильтрации или осаждением сульфатом;
аммония и измеряют радиоактивность полученного комплек-
са. Если в определяемой пробе гормон содержится в высокой,
концентрации, то разведение меченого гормона окажется вы-
ше, а радиоактивность комплекса гормон — антитело соответ-
ственно ниже по сравнению с пробой, где данный гормон при-
сутствует в более низкой концентрации. Используя известные-
концентрации гормона, строят стандартную кривую, с по-
мощью которой непосредственно определяют концентрацию-
гормона в исследуемой пробе.
а Brooker В„ Terasake W. L., Price М. G„ Science, 194, 270—276 (1976).
6 Jaffe В. М., Behrmann Н. R., eds., Methods of Hormone Radioimmu-
noassay, Acad. Press, New York, 1974.
1. Гормоны позвоночных [1, 5]
Основные гормоны позвоночных, известные в настоящее время, пе-
речислены в табл. 16-1, где приведены также ссылки на те разделы7
кннгВ^ в которых рассматриваются отдельные гормоны. По химической!
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 31»
структуре гормоны могут быть разделены на три группы: 1) белки и
пептиды, 2) производные ароматических аминокислот, 3) стероиды и
простагландины.
Гормоны гипофиза заслуживают специального упоминания. Гипофиз-
соединен с мозгом при помощи «ножки» (рис. 16-1); в гипофизе обра-
зуется по крайней мере 10 белковых и пептидных гормонов, которые
Гипофиз
Варолиев мост-
Продолговатый мост
Спинной мозг
Кора больших, полушарий
Лимбическая нора
Мозолистое тело
Таламус
Гипоталамус
Гиппокамп
Миндалевидное ядро
Мозжечок
РИС. 16-1. Срединный сагиттальный разрез мозга человека (Pines Maya, Saturday-
Review Aug., 9, стр. 14, 1975).
регулируют активность других эндокринных (т. е. продуцирующих гор-
моны) желез в различных частях тела.
Гипофиз состоит из нескольких частей. Как уже упоминалось, перед-
няя доля гипофиза (аденогипофиз) выделяет гормоны в ответ на дей-
ствие по крайней мере девяти нейрогормонов, называемых либеринами-
(факторами высвобождения, релизинг-факторами) [6, 7]. Либерииьг
секретируются гипоталамусом в ничтожно малых количествах. Химиче-
ская структура нескольких либеринов была установлена лишь недав-
но. Как было показано на рис. 12-2, часть из них представляет собой
модифицированные простые пептиды. Меланоцитстимулирующий гор-
мон (меланотропин) средней доли гипофиза тоже высвобождается под
действием определенного гипоталамического фактора — меланолибе-
рина.
В гипоталамусе синтезируется также ряд факторов, подавляющих
выделение гормонов [8]. Один из них — соматостатин — ингибирует
высвобождение соматотропина, снижая таким образом эффект само—
толиберина. Соматостатин вызывает большой интерес еще и по другой:
причине.
H3+N—Ala—Gly—Cys —Lys—Asn—Phe—Phe
s
S Lys
». -ooc—Cys— Ser—Thr—Phe—The
Couam о стат ин
У
Дело в том, что он действует не только на гипофиз, но и на поджелу-
дочную железу, где подавляет выделение инсулина и глюкагона. В ре-
зультате происходит снижение содержания глюкозы в крови, что от-
крывает новые подходы к лечению диабета (дополнение- П-В). 1
Таблица 16-1
Гормоны позвоночных
Тип, название и источник гормона Основное место приложения действия Где описан данный гормон
А. Пептидные н белковые гормоны 1. Гипофиз а. Аденогипофиз (передняя до-
Соматотропин (гормон роста, ГР) Кортикотропин (АКТГ, АСТН) Тиреотропин (тиреотропный гормон, ТТГ) Фоллнтропин (фолликуло- стимулирующий гормон, ФСГ) Лютропин (лютеинизирую- щий гормон, гормон, сти- мулирующий интерстици- альные клетки, ИКСГ или ЛГ) Пролактин (мамматропин) Липотропин б. Нейрогипофиз (задняя доля) Окситоцин Вазопрессин (антидиуретиче- ский гормон) в. Средняя доля гипофиза Меланотропин Поджелудочная железа Инсулин Глюкагон Яичник (желтое тело) /Релаксин Щитовидная железа Кальцитонин (тиреокальци- Все тканн Кора надпочечников, жи- ровая ткань Щитовидная железа Яичник, семенники Рис. 2-2 Гл. 6, разд. Е,5 Гл. 14, разд. 3,5 Гл. 12, разд. И,3,г
То же Гл. 12, разд. И,3,г
2. 3. 4. Молочные железы Матка, молочные железы Почки, артерии Меланофоры Все клетки Печень, жировая ткань Связочный аппарат таза Кости, почки Гл. 16, разд. А,1 Рис. 2-2 Рис. 2-2 Гл. 4, разд. Г,7; гл. 5, разд. В,5; гл. 6, разд. Е,5; гл. 12, разд. Е, 1 Гл. 6, разд. Е,5; гл. 11, разд. Е,5; гл. 12, разд. Е, 1 Дополнение 5-Д
Б. 5. Паращитовидная железа Паратирин (паратгормон) 6. Почки Эритропоэтин Ренин 7. Пищеварительный тракт Гастрин Эитерогастрин Холецистокинин Секретин Панкреозимин Г ормоны — производные амино- кислот 1. Щитовидная железа Тироксин и трииодтиронии 2. Мозговой слой надпочечников Адреналин, норадреналин (эпинефрин, норэпинеф- рин) 3. Эпифиз Мелатонин То же Костный мозг Корковый слой Желудок » Желчный пузырь Поджелудочная железа То же Большинство клеток То же Меланофоры Дополнение 5-Д; гл. 12, разд. 3, и допол- нение 12-Г; гл. 16, разд. А,1 Гл. 14, разд. 3,5,6 Гл. 6, разд. Е,6; гл. 12, разд. Е, 1 Гл. 14, разд. И; рис. 14-27
Продолжение
Тип, название н источник гормона Основное место приложения действия Где описан данный гормон
4. Нервные и другие клетки Серотонин (5-окснтрнптамин) В. Стероиды и простагландины 1. Семенники Тестостерон 2. Яичники Эстроген (17р-эстрадиол) 3. Желтое тело Прогестерон 4. Кора надпочечников Кортикостерон, кортизол Альдостерон 5. Различные ткани Простагландины Артериолы, центральная нервная система Большинство клеток То же Матка, молочные железы Большинство клеток Почки Гладкие мышцы Гл. 12, разд. И,3,в Гл. 12, разд. И,3,г Гл. 12, разд. И,3,а Гл. 11, разд. Е,2 и Е,7; гл. 12, разд. И,3,6 Гл. 12, разд. И,3,6 Гл. 12, разд. Д,3
По длине пептидных цепей гормоны гипофиза значительно различа-
ются между собой. Некоторые из них относятся к белкам среднего мо-
лекулярного веса. Например, гормон роста человека имеет мол. вес.
21 500 и характеризуется высокой специфичностью: гормоны роста из
других источников не могут его заменять. Гормон, стимулирующий
функцию щитовидной железы (тиреотропин, ТТГ), представляет собой
гликопротеид с мол. весом 28 000. С другой стороны, гормоны нейроги-
пофиза (задней доли гипофиза) вазопрессин и окситоцин являются про-
стыми пептидами, построенными всего лишь из 9 аминокислотных ос-
татков (собственно, из восьми, если считать цистин одной аминокисло-
той; рис. 2-2). Как указывает уже само название, нейрогипофиз состоит
из нервной ткани, секреторная функция которой находится под непо-
средственным контролем центральной нервной системы. Вазопрессин
является основным фактором, регулирующим объем циркулирующей
крови и артериальное давление; на уровень секреции этого гормона
оказывает влияние стресс. Окситоцин действует на гладкие мышцы мат-
ки при родах, а также служит триггером лактации. Выделение молока,
из молочных желез в определенной мере зависит от сосательных дви-
жений младенца, под влиянием которых происходит рефлекторное выс-
вобождение окситоцина в кровоток.
Интересно проследить взаимосвязь между различными гормонами
гипофиза. Часть из них содержит одинаковое гептапептидное звено сле-
дующей структуры:
Ser-Tyr-Ser-Met-Glu-His-Phe-Arg-Tyr-Glu-Lys-Pro-Val-NH,.
Гептапептидное ядро
Структура а-меланотропина свиньи, коровы н лошади
В кортикотропине (рис. 2-2) присутствует не только указанный геп-
тапептид, но и целиком вся последовательность аминокислот а-мелано-
тропина, к С-концу которой присоединены еще 29 других аминокислот.
Тот же гептапептид обнаруживается в липотропинах, также секретируе-
мых гипофизом. Молекулы липотропинов содержат 46 аминокислот,
присоединенных к одному концу гептапептида, и 5—37 аминокислот,
присоединенных к другому концу (С-концу). Наличие общего гептапец1
21—422
ТИДй указывает на эволюционную взаимосвязь гормонов этой группы.
Более того, кортикотропин может служить предшественником «-мелано-
тропина и других биологически активных пептидов [9]. Создается впе-
чатление, что процессинг (модификация) белковых и пептидных гормо-
нов в результате посттранскрипционного расщепления протеазами или
под влиянием других воздействий является очень распространенным
общебиологическим феноменом [10, 11] (гл. 11, разд. Д, 2).
Еще одним примером может служить паратирин (паратгормон), со-
стоящий из 84 аминокислотных остатков. В секреторных гранулах этот
пептид присутствует в виде прогормона, содержащего 90 аминокислот-
ных остатков, где 6 дополнительных аминокислот присоединены к
N-концу. Первичный же продукт биосинтеза препропаратирин содержит,
по-видимому, 25 дополнительных аминокислотных остатков на N-конце
молекулы [11а, 11Ь]. Следовательно, преобразование в активный гор-
мон включает по меньшей мере два предварительных этапа последова-
тельного «обстругивания» продукта биосинтеза — препроцессинг и про-
процессинг. Аналогичная ситуация имеет место в случае инсулина, где
препроинсулин расщепляется сначала с образованием проинсулина
(рис. 11-9), после чего проинсулин подвергается воздействию протеазы
с трипсиноподобными свойствами.
Было высказано предположение, что превращение ряда прогормо-
нов в активные гормоны происходит путем аминолиза, а не гидролиза
пептидной цепи. Расщепление посредством замещения на NH3 приво-
дит к появлению на С-конце пептида амидной группы, которая весьма
часто обнаруживается в пептидных гормонах небольшого молекулярно-
го веса. Вазопрессин, окситоцин, а-меланотропин, либерины и некото-
рые другие гормоны образуются, по-видимому, таким путем.
Предполагается также, что ковалентные модификации (например,
путем фосфорилирования) участвуют в механизмах регуляции, контро-
лирующих накопление прогормонов или длительность действия актив-
ных гормонов [И].
Среди гормонов желудочно-кишечного тракта, перечисленных в
табл. 16-1, фигурируют гастрин и секретин; это относительно небольшие
полипептиды, содержащие 17 и 27 аминокислот соответственно [12].
Привлекает внимание гормон почек ренин, который, действуя как спе-
цифическая протеаза, отщепляет декапептид проангиотензин от сыворо-
точного «2-глобулина [1]. Проангиотензин подвергается воздействию
другого фермента [13], который отщепляет еще две аминокислоты с
С-конца, в результате чего образуется ангиотензин—самое мощное из
известных гипертензивных соединений.
Asp-Arg-Val-Tyr-Ile-His-Pro-Phe.
Ангиотензин
Ангиотензин вызывает сокращение гладких мышц сосудов. Он сни-
жает кровоток в почках и уменьшает выделение из организма жидко-
сти и солей. Кроме того, под действием этого гормона увеличивается
секреция альдостерона корой надпочечников, что приводит к повыше-
нию реабсорбции ионов натрия.
2. Гормоны насекомых
Нейроэндокринная система беспозвоночных и млекопитающих имеет
много общего. Например, насекомые синтезируют целый ряд нейрогор-
монов [14]. Один из них — гормон активации — регулирует секретор-
ную функцию прилежащих тел (corpora allata) — парных желез, синте-
зирующих ювенильный гормон (рис. 12-13) у личинок насекомых [15].
Ювенильный гормон представляет собой изопреноидный эфир, но дета*
ли его структуры варьируют от вида к виду. Специфический связыва»
ющий белок защищает ювенильный гормон от действия расщепляю-
щих ферментов. Однако у бабочки-бражника с самых ранних этапов
дифференцировки куколки вырабатывается эстераза, гидролизующая
связанный с белком ювенильный гормон [16].
Проторакальная железа насекомых секретирует стероидный гормон
экдизон (рис. 12-18). Этот гормон, называемый также гормоном линь-
ки, необходим для периодической смены экзоскелета личинок. Он сти-
мулирует также линьку у раков и других членистоногих. По-видимому,
экдизон необходим и для более примитивных типов животных, в част-
ности для таких, как шистосомы и нематоды. Помимо а-экдизона у на*
секомых были обнаружены его гидроксилированные производные 20-ок-
сиэкдизон, 26-оксиэкдизон и 20, 26-диоксиэкдизон [17]. Было высказа-
но предположение, что различные экдизоны могут оказывать влияние
на разные стадии развития насекомого.
Экдизон стимулирует синтез РНК в тканях. Этот эффект был про-
демонстрирован визуально на политенных хромосомах личинки мухи.
Спустя 15 мин после аппликации экдизона на одном из дисков хромо-
сомы возникал пуф (вздутие); затем спустя некоторое время появлялся
второй пуф, тогда как первый начинал уменьшаться. Таким образом,
подобно стероидным гормонам млекопитающих, экдизон, по-видимому,
непосредственно контролирует процесс транскрипции.
3. Гормоны растений [18—22]
У растений имеется своеобразная циркуляторная система, в которой
жидкость транспортируется вверх от корней по ксилеме и вниз от
листьев по флоеме. Таким путем происходит перенос между клетками
большого количества различных веществ. В то же время существует
активный транспорт веществ через клеточные мембраны и против гра-
диента концентрации. Ряд соединений, транспортируемых от клетки к
клетке по одному из этих двух способов, можно классифицировать как
гормоны, причем с течением времени их обнаруживается все больше.
Сейчас известно пять соединений или групп соединений, относящихся
к категории гормонов растения. Это ауксины (гл. 14, разд. И), гибберел-
лины (гл. 5, разд. Д; гл. 12, разд. 3,1), цитокинины (гл. 15, разд. Б,4),
абсцизовая кислота (рис. 12-13) и этилен (гл. 14, разд. Г, 4).
Функции гормонов растений многообразны и нередко перекрывают
друг друга. Это затрудняет рассмотрение проблемы в сжатой форме.
Кроме того, механизм действия гормонов на молекулярном уровне ис-
следован очень мало. Наиболее изучены ауксины, основным представи-
телем которых является индолил-3-уксусная кислота (рис. 14-27). ЦЦ-
казано, что это соединение регулирует как деление, так и рост клеток.
Ауксин оказывает влияние на множество процессов, протекающих В
растениях. Ауксин образуется в основном в верхушечных точках роста,
откуда он диффундирует вниз по стеблю и тормозит развитие боковых
побегов. В то же время гормон стимулирует рост стебля и тем самым
обеспечивает преимущественное развитие верхушки растения. Другие
гормоны также оказывают влияние на описанные процессы. Хорошо ус-
тановлено, что ауксин участвует в регуляции фототропизма, т. е. стрем-
ления растения тянуться к свету. Наличие очень чувствительного теста
(определение степени наклона колеоптилей овса Avena sativa) -дает
возможность обнаружить такое небольшое количество ауксина, как,
21»
Звйиоль. При использовании этого теста было'показано, что ауксин
транспортируется в латеральном направлении из освещенной части ра-
стения в затемненную, благодаря чему последняя удлиняется быстрее.
Молекулярный механизм действия ауксина неизвестен, но можно
предположить, что это вещество, подобно другим гормонам, повышает
скорость транскрипции РНК.
Роль гиббереллинов состоит в том, что они во многом определяют
форму растения. Эти соединения синтезируются в зрелых листьях и
транспортируются вниз по стеблю. При исследовании карликовых раз-
новидностей овощных культур было показано, что гиббереллины очень
эффективно стимулируют синтез РНК; на этом основании было выска-
зано предположение, что они служат активаторами генов и тем самым
способствуют синтезу РНК. Возможная роль гормонов в проявлении
геотропизма корней растения вытекает из того, что концентрация гиб-
береллинов выше в верхней части горизонтально расположенных кор-
ней, чем в нижней [23]. С другой стороны, давно известно, что концент-
рация ауксина в нижней части корня относительно выше; последнее
расценивается как показатель тормозящего влияния аксина на удлине-
ние корня (в противоположность стимулирующему эффекту на рост
стебля).
Цитокинины составляют семейство производных изопентениладено-
зина (рис. 15-10), которые могут подвергаться дополнительному гидрок-
силированию или замещению по 2-положению метилтиогруппой. Цито-
кинины действуют, по-видимому, на уровне транскрипции генов или
трансляции. Гормональный эффект цитокининов у растений, по-видимо-
му, никак не связан с влиянием цитокининов на тРНК- В наибольшей
степени раствор цитокининов влияет на дифференциацию клеток расте-
ний (разд. В, 3).
Абсцизовая кислота обладает способностью блокировать действие
других стимуляторов роста, в частности гиббереллинов и цитокининов.
Это соединение иногда рассматривают как общий генный репрессор,
подготавливающий растение к состоянию покоя. Синтез абсцизовой
кислоты происходит в условиях осеннего освещения «короткий день —
длинная ночь».
Гораздо труднее определить влияние на растения этилена, который
не только ускоряет созревание плодов, но и способствует старению
всех частей растения.
К числу других важных соединений с регуляторной функцией отно-
сятся витамины, тиамин, пиридоксин и никотиновая кислота, которые
синтезируются в листьях и транспортируются вниз по стеблю в корни.
Поскольку эти вещества способствуют разрастанию корней, их иногда
называют гормонами роста корней. Однако значительно чаще их рас-
сматривают как питательные вещества, необходимые всем клеткам.
Имеются убедительные данные о существовании специального гормона
цветения; сравнительно недавно возник интерес к изучению влияния
синтетических растительных «биорегуляторов», к которым относятся
производные хальконов (дополнение 12-Б) и такие соединения, как
диэтилоктиламин [24]. Следует указать также на существование еще
одного важного аспекта регуляции роста растений, связанного с влия-
нием света на этот процесс, а именно на фотоморфогеиез.
Б. Нейрохимия [25—32]
Высшей формой развития нервной системы — сети нейронов, актив-
но, взаимодействующих между собой, — является головной мозг челове-
ка. В то время как мозг многих беспозвоночных (например, пиявок, ра-
. Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток зет
ков, насекомых и улиток) содержит не более 104—10е нейронов [33,
34], в головном мозге человека их количество составляет ~10п. Каж-
дый из нейронов соединяется посредством синапсов с сотнями и даже
тысячами других нейронов, а число связей, образуемых каждой клет-
кой Пуркинье в мозжечке человека, достигает 60 000.
Помимо нейронов в мозге человека содержатся клетки глии раз-
личных типов, причем их количество в 5—10 раз превышает количест-
во нейронов (у человека нейроглия составляет 40% объема головного
и спинного мозга). Некоторые клетки глии заполняют пространство
между нейронами и кровеносными капиллярами. Другие глиальные
клетки синтезируют миелин. Клетки нейроглии нередко имеют чрезвы-
чайно неправильную форму.
1. Свойства нейронов
Несмотря на различие размеров и формы нейронов, все же нетруд-
но проследить общий план их строения. Нейрон представляет собой
удлиненную клетку, на одном конце которой расположены дендриты —
тонкие волокна диаметром нередко менее 1 мкм (рис. 16-2). Концы
дендритов образуют синапсы с другими нейронами и функционируют
в качестве устройств, воспринимающих сигналы. Поступающие сигналы
воспринимаются также синапсами на теле нейрона. Роль передаточно-
Дендриты
Аксон. При изображении 8 данном
масштабе длина аксона нервной
клетки человека может достиг-
нуть одного километра
- Синапс.
Дендриты
Концевая лапка
Миелиновая оболочка
Аксонный холмик
\омкм 1
Перехват
Ранвье
Ядро шванновской
клетки
РИС. 16-2. Схематическое изображение нейрона ([30], стр. 1192).
Аксоплазма
Концевая
кисточка
аксона
Л Тело клетки
Тело клетки /Ст
го устройства, проводящего сигналы от клетки, выполняет аксон. Он
представляет собой длинное разветвленное волокно диаметром 1—
20 мкм. В целом нервная система обладает как чрезвычайно разветв-
ленными, так и максимально конвергирующими формами связи между
отдельными структурами.
Концы тонких нервных волокон утолщаются в синаптические пугов-
ки, которые образуют контакты с дендритами других нейронов. Как
правило, появление нервного сигнала на пресинаптическом конце ней-
рона стимулирует высвобождение химического нейромедиатора (или
нейрогормона). Медиатор проходит через синаптическую щель между
двумя клетками (ширина щели 10—50 нм; обычно 20 нм) и вызывает
деполяризацию постсннаптической мембраны следующего нейрона
Пост, дифференцировка и химическая коммуниклилк sa₽iui
{рис. 16-3) [35]. Образующийся постсинаптический потенциал распро-
страняется по телу нейрона и вдоль аксона и в соответствующих усло-
виях инициирует потенциал действия (гл. 5, разд. Б, 3) в аксоне.
Для аксона характерен ответ по принципу все или ничего. Потен-
циал действия распространяется по нейрону только в том случае, если
степень деполяризации достигает достаточно высокого уровня. Как
правило, импульсация начинается в нейроне только при условии одно-
временного поступления стимулов через несколько синапсов. Кроме
того, существуют тормозные нейроны; они высвобождают медиаторы,
действие которых противоположно эффекту передающих возбуждение
синапсов, т. е. направлено на предотвращение распространения возбуж-
дения [36].
Тормозные влияния играют важную роль в демпфировании слабого
возбуждения, что увеличивает остроту нервной реакции на сильные раз-
дражители.
Еще одно общее свойство нейронов, имеющее важнейшее значение
для работы мозга, состоит в том, что частота импульсов в нейроне за-
висит от силы и длительности стимула. Чем сильнее стимул, тем быст-
рее залп «спайков» (пиков), проходящих по аксону. Таким образом,
•функция мозга человека в значительной степени сводится к расшиф-
ровке потока импульсов. Частота импульсов, проходящих по нейронам,
колеблется от нескольких импульсов в секунду до максимальной час-
тоты для большинства нервных волокон — 200 имп./с (в клетках Реншоу
в спинном мозге частота импульсации может достигать 1600 импульсов
в секунду). Максимум частоты импульсации определяется величиной
рефрактерного периода, составляющего ~1 мс (гл. 5, разд. Б, 3).
Несмотря на то что представление о функции нейронов, изложенное
выше, является общепринятым на протяжении многих лет, все же по-
следние открытия показывают, что оно должно быть частично пере-
смотрено. По-видимому, дендриты обладают способностью не только
принимать информацию, но и передавать ее. Кроме того, если на боль-
шие расстояния передача информации осуществляется, несомненно, по-
средством пиковых потенциалов действия, то между более короткими
нейронами и дендритами коммуникация в основном происходит путем
обмена химическими веществами через контакты со щелью (gap junti-
ons), обладающие низким электрическим сопротивлением (электротони-
ческие соединения) (гл. 1, разд. Д, 3). Через эти межклеточные кон-
такты могут передаваться небольшие изменения мембранного потен-
циала, что отражается на поведении прилегающих нейронов. Химиче-
ские медиаторы влияют не только на электрические характеристики
лостсинаптических нейронов, но могут воздействовать на метаболизм
или транскрипцию генов [36а].
РИС. 16,3. А. Схематическое изображение синапса. Б. Электронная микрофотография.
Видны синаптические контакты в базальной части ножки колбочек сетчатки глаза
•обезьяны [35а]. Каждая ножка образует синаптические контакты примерно с 12 три-
адами, состоящими в свою очередь из отростков биполярной клетки (в середине), ко-
торая служит для вывода основного сигнала, и двух горизонтальных клеток, образую-
щих синапсы также и с другими колбочками. Изображенные синапсы характеризуются
наличием лентовидной структуры внутри ножки. Обратите внимание иа многочисленные
синаптические пузырьки в ножке, часть которых расположена вокруг лентовидной
структуры, а также на синаптические щели и характерное утолщение мембран, окру-
жающих щель под лентовидным образованием. Микрофотография любезно предостав-
лена Даулингом (Dowling). См. также [Зов].
2. Строение головной» мозга1*
Два больших полушария составляют основную часть большого моз-
га (cerebrum), образующую глубокие складки. Наружный слой — ко-
ра головного мозга — состоит из серого вещества, представляющего
собой массу клеточных тел и тонких немиелинизированных нервных во-
локон. Под этим слоем лежит белое вещество, которое состоит из мие-
линизированных аксонов, связывающих кору с другими частями мозга.
Оба полушария соединяются между собой посредством мозолистого
тела (corpus callosum) — структуры, содержащей примерно 2-Ю8 нерв-
ных волокон. Примечательно, что полная перерезка этих волокон сопро-
вождается незначительным повреждением нервной системы* 2). Глубже
расположены базальные ганглии, которые включают хвостатое, чечеви-
цеобразное и миндалевидное ядра. Чечевицеобразное ядро подразделя-
ется далее на путамен (наружная часть) и бледный шар. Путамен и
хвостатое ядро составляют структуру, называемую полосатое тело
Хвостатое - /м» s /
ядро /X' / N S Та*амУс
Путамен А
\ > Субталамическое
с - VI1 / Я9РО
оледныи
шар " />/ I
Миндалевидное/ I*1 /^^^^SuMan/ia nigra
ядро / \ \
Гипофиз \ '
РИС. 16-4. Схематическое изображение основных взаимосвязей в «экстрапирамидной?
системе» мозга. Направленность основных воздействий обозначена стрелками. Штрихо-
выми линиями показан нигростриатный путь от substantia nigra к полосатому телу »
связанные с этой системой проводящие пути ([26а], стр. 182 и 183).
(рис. 16-4). Нижележащие субталамические ядра и substantia nigra
иногда рассматриваются как базальные ганглии.
Наружные части мозга вместе с базальными ганглиями иногда на-
зывают теленцефалон (конечный мозг). Глубоко в середине головного
мозга расположен промежуточный мозг (диэнцефалон), состоящий из
таламуса (точнее таламусов), гипоталамуса, гипофиза и прилегающих
областей. Основная структура в задней части головного мозга — моз-
жечок. Кора мозжечка, как и кора больших полушарий, образует мно-
гочисленные складки. 30 млрд, нейронов мозжечка организованы высо-
коупорядоченным образом [37]. Способы взаимосвязи нейронов семи
типов, присутствующих в этом отделе мозга, были исследованы чрез-
вычайно детально.
Базальная, или стволовая, часть мозга состоит из продолговатого
мозга и варолиева моста. Основная часть ткани этого отдела пред-
ставлена миелинизированными нервными волокнами, идущими в спин-
ной мозг; имеются также области синапсов, например область оливы.
*’ Мозг имеет очень сложное строение, и здесь мы познакомимся с названиями
только некоторых его частей.
2* Перерезка мозолистого тела позволяет иногда помочь больному, страдающему
почти беспрерывными эпилептическими припадками, которые не удается приостановить-
фармакологическими средствами. Больные с «разрезанным мозгом» испытывают отно-
сительно мало неудобств, если только у них нормально функционируют оба глаза.
Изучение этих больных позволило значительно расширить наши представления о раз-
личиях в функциях двух полушарий [26].
гост, дифференцировка я химическая коммуникация клеток aw
3. Проводящие пути и системы нейронов
Представьте себе, что нервный рецептор в коже или в каком-либо
другом из органов чувств воспринимает сигнал. Этот сигнал проходит
по сенсорному нейрону (афферентное волокно) вверх к головному моз-
гу. Пройдя два или более синапса (обычно один в спинном мозге и
один в таламусе), сигнал в конце концов попадает в определенную сен-
сорную область коры больших полушарий. Отсюда в модифицированной
форме он распространяется через вставочные нейроны практически по
всей коре мозга. Как в синапсах, так и в коре распространение сигнала
РИС. 16-5. Расположение ряда функциональных областей коры больших полушарий.
На первичной моторной и соматической сенсорной зонах коры показано, какими частя-
ми тела оии управляют. Обозначения: Г — голова, ВК — верхние коиечиости, НК —
иижиие коиечиости, Т — туловище ([26а], стр. 193).
активирует тормозные нейроны, которые демпфируют импульсы в при-
легающих к ним волокнах. Более того, если импульсация, вызванная
сигналом, недостаточно сильна, то она затухает, еще не достигнув ко-
ры головного мозга. К числу важнейших сенсорных нейронов относят-
ся волокна, идущие от светочувствительных клеток глаза (7 млн. кол-
бочек и 100 млн. палочек). Нервные сигналы выходят из сетчатки по
миллионам аксонов ганглиозных клеток и попадают помимо других
областей мозга в зрительную кору (рис. 16-5).
Процессы, происходящие в коре больших полушарий, чрезвычайно
сложны и мало исследованы. Мы все еще не знаем, каким образом
мозг инициирует произвольные движения мышц. Установлено, однако,
что сигналы, выходящие из мозга по направлению к мышцам по эф-
ферентным волокнам, генерируются в больших моторных нейронах
двигательной зоны коры; эта зона расположена в виде полосы, идущей
через весь мозг и прилегающей к сенсорной зоне (рис. 16-5). Аксоны
моторных нейронов образуют пирамидный тракт, проводящий импуль-
сы вниз к синапсам в спинном мозгу и оттуда к нервно-мышечным сое-
динениям. Последние представляют собой специализированные синап-
сы, в которых происходит высвобождение ацетилхолина, передающего
сигнал непосредственно мышечным волокнам. Волна деполяризации,
проходящая по поверхности клетки и Т-трубочкам (гл. 4, разд. Е, 1;
рис. 4-22,А), инициирует высвобождение кальция и сокращение мышцы.
В то время как мотонейроны посылают основной сигнал к мышцам,
возбуждение распространяется также на другие части мозга, в том
числе на оливу, посылающую сигнал в мозжечок. Последний функцио-
нирует подобно компьютеру, осуществляя тонкую настройку импуль-
330 Глава IS
сов, поступающих в мышцы. Повреждения мозжечка нарушают тонкую
координацию движения. Влияние мозжечка, передающееся по клеткам
Пуркинье, всегда тормозное. В ядрах мозжечка клетки Пуркинье об-
разуют синапсы с нейронами, проводящими импульсы обратно в кору
больших полушарий, в таламус и вниз в спинной мозг. Этот путь к ко-
ре замыкает петлю торможения по принципу обратной связи —фено-
мен, широко распространенный в нервной системе.
Помимо соматической двигательной системы, которая через пира-
мидный тракт регулирует движения произвольных (поперечнополоса-
тых) мышц, существует также автономная нервная система, контроли-
рующая функцию непроизвольных (гладких) мышц, желез, а также
работу сердца, артериальное давление и температуру тела. Высшие от-
делы автономной нервной системы расположены в коре мозга и гипо-
таламусе. Автономная нервная система подразделяется на симпати-
ческую и парасимпатическую. Реакции страха и нападения осущест-
вляются симпатической системой. Ее постганглионарные волокна
(идущие от спинальных ганглиев) высвобождают норадреналин (нор-
эпинефрин) ; к симпатической системе относится также мозговой слой
надпочечников, состоящий из специализированных нейронов — хромаф-
финных клеток. Парасимпатическая система больше связана с поддер-
жанием гомеостаза и регуляцией функции различных систем организма.
Биохимически эта система характеризуется выделением ацетилхолина
в качестве нейромедиатора.
Гипоталамус — структура весом всего лишь 4 г — привлекает боль-
шое внимание биохимиков в связи с тем, что как высший отдел авто-
номной нервной системы он играет большую роль в поддержании го-
меостаза и в регуляции секреторной активности эндокринных желез.
Мы уже упоминали о том, что гипоталамус вырабатывает нейрогормо-
ны, стимулирующие функцию гипофиза (разд. А). Помимо этого гипо-
таламус участвует в регуляции температуры тела, водного баланса и,
вероятно, концентрации глюкозы в крови.
В мозге имеются еще две важные системы, а именно ретикулярная
и лимбическая. Первая является медиатором цикла сон — бодрствова-
ние, а также определяет появление характерных волн на электроэнце-
фалограмме. Лимбическая система опосредствует эмоциональное сос-
тояние, а также инстинкты; анатомически она построена сложно: цент-
ры расположены в миндалевидном и других подкорковых ядрах, а так-
же в лимбической доле коры; последнее образование расположено в
виде кольца в основном в продольной щели между двумя большими
полушариями и включает обонятельную зону, гиппокамп и другие эво-
люционно древние области коры мозга. В лимбической доле располо-
жены центры удовольствия. Животное с вживленными в эти центры
электродами, беспрестанно нажимает на рычажки, вызывающие элек-
трическую стимуляцию центров. Существуют также центры наказания,
повторной стимуляции которых животное старается избежать.
4. Нейромедиаторы
В результате изучения нервно-мышечных соединений, образованных
автономной нервной системой, еще в 1904 г. было высказано предполо-
жение, что нервные окончания высвобождают адреналин (эпинефрин).
Хотя позднее выяснилось, что в действительности химическим медиато-
ром является норадреналин1), принципиально важно, что была сфор-
*> Адреналин служит медиатором в нервно-мышечных соединениях у земноводных;
умЛеКопнтакицих это сбеДйНение -функционирует в первую очередь как гормон:
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 384
мулирована концепция химической передачи в синапсах. В 1921 г. уда-
лось показать, что окончания парасимпатических нервов выделяют аце-
тилхолин, а в дальнейшем стало ясно, что ацетилхолин выделяется так-
же окончаниями двигательных нервов соматической системы1).
а. Холинэргические синапсы
Появление электронной микроскопии сделало возможным детальное
изучение структуры синаптических соединений. В настоящее время ус-
тановлено, что в синаптических нервных окончаниях имеются пузырь-
ки (везикулы) диаметром — 30—80 нм, которые, как было позднее
показано методами химического анализа и гистохимического окрашива-
ния, содержат нейромедиаторы (рис. 16-3). В тех случаях, когда пере-
дача сигнала осуществляется с помощью ацетилхолина (холинэргиче-
ские синапсы), каждый пузырек диаметром 80 нм содержит —40 000
молекул ацетилхолина [40], так что концентрация последнего в пу-
зырьке составляет примерно 0,5 М. Появление метода электрофорети-
ческого введения веществ (микроионофореза) позволило доказать, что
высвобождение ацетилхолина в синапсе стимулирует постсинаптиче-
скую мембрану и тем самым инициирует возникновение импульса в по-
стсинаптическом нейроне [41]. Используя ультрамикрокапилляры и
небольшие толчки тока порядка 3- 10s имп./мс, можно ввести вещество
непосредственно в синаптическую щель. Физиологический эффект реги-
стрируют с помощью электродов, один из которых помещают в аксон
илн в мышечное волокно. Таким способом было показано, что введение
ацетилхолина в количествах, сравнимых с теми, которые высвобожда-
ются в участках нервно-мышечных соединений, действительно вызыва-
ет мышечное сокращение.
Как происходит высвобождение нейромедиатора? Путем изучения
миниатюрных потенциалов концевых пластинок удалось установить, что
высвобождение медиатора идет «квантами», т. е. путем полного опорож-
нения каждого отдельного пузырька. Миниатюрные потенциалы пред-
ставляют собой флуктуации постсинаптического потенциала, наблюдае-
мые при слабой стимуляции пресинаптического нейрона. Эти флуктуа-
ции соответствуют случайному высвобождению медиатора из отдель-
ных синаптических пузырьков [42]. В нормальных условиях под влия-
нием сильного импульса выделяется примерно 100—200 квантов медиа-
тора — количество, достаточное для инициирования потенциала дейст-
вия в постсинаптическом нейроне. Какие химические процессы стимули-
руют высвобождение нейромедиатора? Видимо, деполяризация
мембраны синаптических окончаний вызывает быстрый ток ионов каль-
ция в клетку [43, 44]. Временное увеличение внутриклеточной концент-
рации Са2+ стимулирует слияние мембраны синаптических пузырьков
с плазматической мембраной и таким образом запускает процесс выс-
вобождения их содержимого. Для выброса содержимого одного пузырь-
ка требуется примерно четыре нона кальция. Синаптические пузырьки
покрыты оболочкой, напоминающей по структуре решетку и образован-
ной одним белком — клатрином (мол. вес. 180 000). Каково значение
этой оболочки, пока еще неясно.
После выделения медиатора синаптические пузырьки восстанавли-
о Роль ацетилхолина как химического медиатора в синапсах общепризиаиа. Однако
Нахманзон [38, 39] выступает против этой точки зрения, указывая, что я распростра-
нение потенциалов действия также связано с процессами образования, накопления, вы-
свобождения и гидролиза ацетилхолина (см. разд. Б,8). ,
332 Глава 16'
ваются. Этот процесс идет очень быстро, что видно хотя бы из следую-
щего: количество пузырьков в обычном пресинаптическом окончании
может обеспечить примерно 2000—5000 импульсов, что при сильной
стимуляции достаточно только для нескольких минут работы. Следова-
тельно, синаптические окончания аксонов должны обладать очень мощ-
ным механизмом синтеза и накопления нейромедиаторов. Кроме того,
в нейронах идет процесс реабсорбции медиатора из синаптической ще-
ли и накопления его для повторного использования.
Каков механизм действия медиатора на постсинаптическую мембра-
ну? В случае ацетилхолина он состоит в деполяризации мембраны и
увеличении проницаемости по отношению к ионам натрия и калия. Соб-
ственно, это, по-видимому, те же изменения мембраны, которые обус-
ловлены возникновением потенциала действия (гл. 5, разд. Б, 3) при
проведении нервного импульса. Ацетилхолин связывается со специаль-
ным рецептором, в результате чего натриевые каналы в мембране ка-
ким-то образом открываются. Из электрических органов электрическо-
го угря недавно был выделен белок большого молекулярного веса,
обладающий, по полученным данным, свойствами рецептора ацетилхоли-
на [45]. Имея мол. вес ~ 330 000, этот белок представляет собой, ви-
димо, тример из субъединиц с мол. весом ~ 110 000, в свою очередь со-
стоящих из 2—4 пептидов с мол. весом 34 000—54 000. Каким образом
функционирует этот рецептор, пока неизвестно (гл. 5, разд. В, 5).
Совершенно очевидно, что после выделения медиатора должна на-
ступить фаза его быстрой инактивации или удаления с тем, чтобы под-
готовить синапс к восприятию нового импульса. В холинэргических си-
напсах это происходит двумя путями. Прежде всего ацетилхолин под-
вергается гидролитическому расщеплению ацетилхолинэстеразой
(дополнение 7-Б), присутствующей в самой синаптической мембране.
Второй путь — это энергозависимый активный транспорт ацетилхолина
в нейрон, где он накапливается для последующего повторного исполь-
зования.
К числу нейронов, выделяющих ацетилхолин, относятся моторные
нейроны, образующие нервно-мышечные соединения, все преганглио-
нарные нейроны автономной нервной системы и постганглионарные
нейроны парасимпатической нервной системы. Большое количество
других холинэргических синаптических областей обнаружено также в
головном мозге.
При изучении нейромедиаторов важное значение имеет подбор спе-
цифических агонистов, имитирующих действие медиатора, или антаго-
нистов, блокирующих это действие. В зависимости от чувствительности
к одной или другой группе соединений холинэргические нейроны делят-
ся на мускариновые (активируемые мускарином, рис. 16-6) или нико-
тиновые (активируемые никотином) [46]. Мускариновые рецепторы,
имеющиеся во многих нейронах автономной нервной системы, специ-
фически блокируются атропином и декаметонием (рис. 16-6). Никоти-
новые синапсы присутствуют в ганглиях и скелетных мышцах. Их инги-
биторами являются кураре и активный компонент этого яда D-тубо-
курарин (рис. 16-6), а также белок из змеиного яда а-бунгаротоксин
(рис. 16-7). Этот токсин был, в частности, использован для титрования
рецепторов ацетилхолина в моторной концевой пластинке диафрагмы
крысы. Было показано, что количество рецепторов в расчете на одну
пластинку составляет примерно 4-107 (или 13 000 рецепторов на
1 мкм2) [47]. Токсические белки из ядов змей имеют очень сходную
структуру {48, 49]. Для одного из них определена трехмерная струк-
тура [49а].
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток
N—СН3 Ацетилхолин в вы-
I \ тянутой конфор-
мациц
Никотин (протонированный)
СН3
сна сн,
Физостигмин- ингибитор ацетилхолинэсге-
розы, широко используемый для лечения глауко-
мы. Сравните с другими карбаматными
Эфирами (дополнение 7-Б)
н,с
н,с
н3соч
Т ^ЪЪ-гпубохдрорин,
I основной компе—
нент яда уля
стрелу южноаме-
L-rtj Н '-лз рикансках ин-
дейцев. Блокиру-
ет холинергиче-
ские рецепторы
в скелетных
мышцах
н3сх +
,N
Н.с
н,с
Дскиметпнш/ синтетический
препарат с высокой курарело-
добной активностью
а~^^тРиштгпияо9^,*/(ецент^»1Л1а^а^лет1МхМт(ш\(ы(/Г1Ств^1Си^ие „9°* ^ей.токнсе бсоки-
РИС. 16-6. Ингибитор холинэргических синапсов.
Было высказано предположение, что строение мускариновых рецеп-
торов приспособлено к связыванию ацетилхолина в скошенной кон-
формации, имеющей структурное сходство с мускарином (рис. 16-6)
[49b]. Никотиновые рецепторы, напротив, связывают ацетилхолин в его
максимально вытянутой конформационной форме. Однако сходство
последней с никотином выступает не совсем ясно (рис. 16-6), и потому
были высказаны другие предположения относительно природы разли-
чий двух видов ацетилхолиновых рецепторов.
Существует тяжелая болезнь — миастения (myasthenia gratis)
(предположительно аутоиммунной природы; разд. В, 7), при которой
наблюдается уменьшение числа функционирующих постсинаптических
рецепторов [50, 51]. В результате возникает тяжелейшая мышечная
слабость, нередко с летальным исходом. Любопытный метод лечения
заболевания заключается во введении физостигмина (рис. 16-6), диизо-
пропилфосфата (гл. 7, разд. Г, 1) и других ингибиторов ацетилхолин-
эстеразы (дополнение 7-Б). Эти крайне токсичные соединения при ис-
пользовании в строго контролируемом количестве способствуют накоп-
лению ацетилхолина и в конечном итоге мышечному сокращению1'.
>> Эти же вещества широко используются, при лечении глаукомы.
'W.'sfSiMW' «в
Помимо антагонистов, которые оказывают прямое воздействие иа
рецепторы, существуют ингибиторы, влияющие иа ряд других этапов
передачи импульсов. Например, токсин, вызывающий ботулизм, — одно
из наиболее ядовитых веществ в природе — тормозит высвобождение
ацетилхолина из синаптических пузырьков; такое же действие оказы-
вает яд некоторых змей [52, 53]. Тетродотоксин (рис. 16-7) из рыбы
рода Spheroides блокирует натриевые каналы в постсинаптической
мембране, а тем самым и нервную передачу [54]. Сакситоксин (рис.
16-7) [55] обладает аналогичным действием. Батрахотоксии (рис. 12-8)
[56] увеличивает проницаемость мембран мышечных клеток для нонов
натрия. Столбнячный токсин, белок большого молекулярного веса,
о-
Тетродотоксин
бикукулин- антагонист
f-аминомасляной кислоты
Сакситоксин жгутико-
вых рода Gonyaulux, яд
которых накапливается
в тканях морских моллю-
сков. Даже доза 0,3мг этого
токсина может быть
смертельной
РИС. 16-7. Структура ряда нейротоксинов. Структура некоторых других нейротоксинов
приводилась ранее: уабаина и батрахотоксина иа рис. 12-18 н пикротоксина — на
рис. 12-13.
ноет, дифференцировка и химическая коммуникация клеток лх>
блокирует передачу импульсов в центральной нервной системе и в нерв-
но-мышечных соединениях, вероятно, путем нарушения транспорта
кальция [57].
б. Другие нейромедиаторы
Ацетилхолин представляет собой типичный нейромедиатор, удовлет-
воряющий следующим пяти основным критериям: 1) синтез ацетилхо-
лина осуществляется в пресинаптическом нейроне (путем переноса аце-
тильной группы от ацетил-СоА под действием специфической ацетил-
трансферазы); 2) существует механизм накопления ацетилхолина (в
пузырьках); 3) выделение ацетилхолина пропорционально силе стиму-
ла (частоте импульсации); 4) постсинаптическое действие медиатора
может быть прямо продемонстрировано методом микроионофореза;
5) имеются эффективные механизмы инактивации медиатора. Только
соединения, удовлетворяющие указанным пяти критериям, могут быть
отнесены к категории медиаторов.
В настоящее время установлено, что помимо ацетилхолина нейроме-
диаторами являются норадреналин, адреналин (у амфибий) и у-ами-
номасляная кислота (ГАМК). Известно также большое количество
соединений — «кандидатов» на роль медиаторов. К ним относятся до-
фамин, 5-окситриптамин (серотонин), глутаминовая кислота и глицин,
в пользу медиаторной функции которых накапливается все больше дан-
ных. В отношении других соединений, таких, как аспарагиновая кис-
лота, таурин и ряд пептидов, в том числе гипоталамические либери-
ны, вопрос окончательно еще не решен [58]. Возможно, что список не-
сомненных нейромедиаторов будет быстро расти. Принято считать, что
каждый отдельный нейрон высвобождает только один медиатор. Одна-
ко в настоящее время существуют некоторые сомнения относительно
этого тезиса.
Глутаминовая кислота относится к важнейшим возбуждающим ме-
диаторам в центральной нервной системе (ЦНС) беспозвоночных и,
вероятно, играет важную роль и в нервной системе человека. Не исклю-
чено, что аспарагиновая кислота также является нейромедиатором.
Как у-аминомасляная кислота, так и глицин считаются основными тор-
мозными медиаторами. Если возбуждающие медиаторы вызывают де-
поляризацию постсинаптической мембраны, то тормозные медиаторы
способствуют гиперполяризации, по-виднмому, путем увеличения прово-
димости мембран в отношении К+ и С1_. В результате в присутствии
тормозных медиаторов возбуждение постсинаптической мембраны про-
исходит с большим трудом, чем в их отсутствие.
в. Адренергические синапсы: катехоламины [30, 59, 60]
Важнейшими продуктами метаболизма в нейронах являются катехо-
ламины, к которым относятся три близких по структуре производных
тирозина: дофамин, норадреналин и адреналин. Дофамин и норадрена-
лин служат нейромедиаторами. У многих беспозвоночных важную роль
играет также октопамин [61], синтезирующийся из тирамина (рис. 16-8).
Обратите внимание на взаимосвязь предшественник—продукт в ряду
дофамин, норадреналин, адреналин. Путь биосинтеза этих нейромедиа-
торов включает реакции декарбоксилирования и гидроксилирования —
типы реакций, имеющих место при образовании других медиаторов.
Наиболее важным процессом, завершающим действие выделившихся
катехоламиновых медиаторов, является обратное поглощение их нейро-
ЗЭб 'Глава !в
нами. Характеризующаяся высокой степенью сродства система транс-
порта катехоламинов осуществляет их перенос назад в нейрон и накоп-
ление в специальных гранулах. Лекарственный препарат резерпин спе-
цифически тормозит процесс переноса (рис. 14-27). Значительная часть
общего количества медиатора распадается под действием двух фермен-
тов. Один из них — моноаминоксидаза (МАО, гл. 8, разд., И, 3), присут-
ствующая в митохондриях нейрона (а также и во всех других клетках
тела). Второй фермент — катехол — О-метилтрансфераза (КОМТ), об-
наруженная в постсинаптических мембранах, в печени, почках и других
тканях. Этот фермент служит, по-видимому, основным инструментом
инактивации циркулирующих в крови катехоламинов.
Как адреналин, так и норадреналин стимулируют сокращение глад-
кой мускулатуры и вызывают повышение кровяйого давления. Сравне-
ние действия этих двух соединений и их различных аналогов позволило
разделить постсинаптические рецепторы на два класса — аир. Стиму-
х.-ггшрозин
ДОРА
Тарамик
1Д0ФА-
СОг декарбоксилаза
НО
НО
Н3СО
ch2nh
ОН
Ь-оксидофамин (нейроток-
сическое соединение)
CHj Октопамин ($-окси.тирамин) '
СН2—NH3+ / I
Дофамин s' |
1 Дофамин- s', ।
^-.гидроксилаза s'' I
НО
CH,NH,+
3 Лдиметоксифенилэтил-
амин (галлюциноген)
КОМТ
он
ch2nh.
Н 1
ОН Синеррин (^-метилоктопамин)
CHSNH3+ s'
Норадреналин (Норэпинефрин) у'
|sAM
Н>СО
H ‘
он
ch2nh2+ch:
Адреналин
(эпинефрин)
|комт
МАО (монааминооксидаза)
НО
ОН
СНО
-2 Н,
Альде^идоксадаяЛ
форме
:РИ€.16-8. Некоторые пути превращений катехоламинов. См. также рис. 14-2.
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток ,337
NH+— СН,СН,С1
Дибенан - блокатор
ск-адренорецептороб
Пропранолол - блокатор
^-адренорецепторов
Эфедрин, препарат с низкой
токсичностью, используемый
при лечении астмы
НО
NH3
Н СН3
При М-метилиро8ании образуется метедрин
' (S- изомер)
Амфетамин (бензедрин), наибольшей
актибнастью обладает £(*)-форма
(декседрин)
НО
НО ОН
NH3+
Ингибитор ДОФА-
декарбоксилазы, использу-
емый как гипотензивное
средство
а- Метилдофа
РИС. 16-9. Некоторые агонисты и антагонисты адренэргической синаптической передачи
(в большинстве случаев представлены в виде катионов).
ляция а-рецепторов оказывает, как правило, возбуждающее действие,
но не на гладкую мускулатуру кишечника, деятельность которой при этом
затормаживается. Специфическим антагонистом взаимодействия медиа-
тора с а-рецепторами является дибенан (рис. 16-9). p-Рецепторы обыч-
но индуцируют расслабление мышц, но оказывают стимулирующее
действие на сердечную мышцу. Норадреналин обладает, как правило,
более высокой активностью, чем адреналин. В результате взаимодей-
ствия нейромедиатора с (3-рецепторами постсинаптической мембраны в
большинстве случаев наступает гиперполяризация клеточной мембра-
ны и проведение импульсов подавляется. Специфический антагонист в
этом случае — пропранолол (рис. 16-9).
Если роль катехоламинов как медиаторов в симпатической нервной
системе и в периферических ганглиях была установлена сравнительно
легко, то их функция в центральной нервной системе только в настоя-
щее время начинает проясняться. Катехоламины присутствуют в раз-
'33в‘ ГЙава-’ 1W
личных количествах во всех участках головного мозга, причем с по-
мощью гистохимических флюоресцентных методов [62] можно выявить
как дофамин-, так и норадреналинсодержащие нейроны: они обнару-
живаются по зеленой флюоресценции, возникающей при обработке фор-
мальдегидом или глиоксилатом [63]. (Реакция, очевидно, аналогична
изображенной на рис. 14-25.) Другой метод выявления дофаминовых
рецепторов в центральной нервной системе связан с использованием
специфических антител к дофамин-р-гидроксилазе [уравнение (10-57)] —
ферменту, превращающему дофамин в норадреналин.
В настоящее время установлено, что в головном мозге, включая
мозжечок и кору больших полушарий, повсеместно содержатся катехо-
ламиновые нейроны. Очень крупные дофаминсодержащие нейроны бы-
ли обнаружены в мозге брюхоногих моллюсков; проводится работа по
изучению ответов индивидуальных нейронов этого типа [64].
Гистохимическими флюоресцентными методами в мозге крыс было
показано наличие значительного количества дофаминсодержащих ней-
ронов, идущих от substantia nigra к хвостатым ядрам и путамену поло-
сатого тела. При паркинсонизме, сопровождающемся резко выражен-
ным дрожанием и ригидностью мышц, обнаружена дегенерация нейро-
нов этого нитростриарного проводящего пути. О значении дофамина в
мозгу наиболее ярко свидетельствует тот факт, что, как оказалось,
L-ДОФА, аминокислота — предшественник дофамина, является «чудо-
действенным» средством при лечении многих случаев паркинсонизма.
Сущность лечебного действия заключается, видимо, в том, что дофамин
становится более доступным для базальных ганглиев мозга и таким
образом компенсируется дефицит дофамина, обусловленный дегенера-
цией нейронов1).
г. Циклические нуклеотиды
Хорошо известно, что адреналин активирует аденилатциклазу в мем-
бранах клеток мышц и других тканей (гл. 6, разд. Е, 5). Имеются так-
же убедительные данные о том, что аналогичным действием обладает
норадреналин при взаимодействии с p-рецепторами и дофамин (также
путем активации определенных рецепторов) [64а]. В результате акти-
вации аденилатциклазы повышается содержание сАМР, что вызывает
фосфорилирование определенных мембранных белков, медленную гипер-
поляризацию и уменьшение ответа на возбуждающую стимуляцию [65,
66]. Рассмотрим в качестве примера симпатические ганглии. Импуль-
сы, выходящие из мозга по холинэргическим нервным волокнам, вы-
зывают быструю деполяризацию постганглионарйых нейронов, воздей-
ствуя через никотиновые холинэргические рецепторы. Однако нейроны,
идущие к мозгу, также образуют синапсы с небольшими дофаминсо-
держащими вставочными нейронами, в свою очередь связанными через
синапсы с теми же постганглионарными нейронами, которые возбужда-
ются под действием ацетилхолина. В результате после некоторой за-
держки происходит торможение синаптической передачи. Дело еще бо-
лее усложняется тем, что активация постганглионарных мускариновых
рецепторов ацетилхолина повышает активность гуанилатциклазы и со-
ответственно ускоряет синтез cGMP. Это приводит к медленной деполя-
ризации, поскольку действие двух циклических нуклеотидов направле-
но в противоположные стороны, хотя и не обязательно совпадает по
. *> Дофамин и другие катехоламины не проникают через гематоэнцефалический
барьер, тогда как ДОФА проходит через него.
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток Э39
величине [65—67]. Значение этих изменений, «модулирующих» холинг
эргическую передачу, остается неясным.
Повышение содержания циклических нуклеотидов способствует такт
же, по-видимому, возникновению более стойких изменений в нейронах.
Например, стимуляция хромаффинных клеток мозгового слоя надпо-
чечников ацетилхолином, высвобождающимся в синапсах, индуцирует
повышение активности тирозин—3-монооксигеназы, участвующей в об-
разовании катехоламинов. Предполагается, что этот эффект обусловлен
воздействием на цитоплазматическую протеинкиназу, которая про-
никает в ядро и оказывает влияние на богатый лизином гистон Н1
[67а].
д. Серотонин (5-окситриптамин)
Еще один предполагаемый нейромедиатор-—это индолалкильный
амин серотонин, обнаруженный в мозге всех млекопитающих, а также
беспозвоночных. Он имеет ограниченное распространение, а именно се-
ротонинсодержащие нейроны содержатся в срединных ядрах мозгового
ствола. Эти нейроны идут в восходящем направлении в головной мозг
и вниз в спинной мозг [68]. В нервных ганглиях улиток серотонинсо-
держащие волокна были выявлены с помощью меченного тритием серо-
тонина [69]. Использование этого относительно просто устроенного
объекта позволило обнаружить как торможение, так и возбуждение в
ответ на раздражение указанных нейронов.
Серотонин синтезируется путем превращения триптофана в 5-окси-
триптофан и декарбоксилирования последнего (рис. 14-27). В эпифизе
серотонин ацетилируется в N-ацетилсеротонин, который в свою очередь
метилируется в гормон эпифиза мелатонин (рис. 14-27). Исследования,
проведенные со специфическим ингибитором синтеза серотонина —
n-хлорфенилаланином, а также с другими ингибиторами, дают основа-
ние думать, что серотонин необходим для сна [69а].
Содержание серотонина в мозге зависит от характера принимаемой
пищи. Оно возрастает при употреблении в пищу большого количества
углеводов. На основании этого было выдвинуто предположение, что се-,
ротонин, возможно, служит химическим сигналом, посылаемым одним
видом нейронов в остальные части мозга, для информирования о ха-
рактере потребляемой пищи [68, 69а]. О другой возможной функции
серотонина свидетельствует тот факт, что торможение кортикостероида-
ми секреторной активности гипофиза оказывается менее эффективным
у тех животных, мозг которых был обеднен серотонином [70].
е. Глутаминовая кислота, у-аминомасляная кислота, глицин
Глутаминовая кислота и продукт ее декарбоксилирования у-амино-
масляная кислота содержатся в высокой концентрации во всех частях
мозга (гл. 9, разд. В, 1). Эти два соединения последовательно синтези-
руются в ходе реакций, образующих шунт у-аминомасляной кислоты;
последний в количественном отношении составляет значительную часть
всего обмена веществ мозга.
Роль глутамата как медиатора возбуждения была убедительно по-
казана при изучении нервно-мышечных соединений членистоногих [71].
Подобным же образом на членистоногих, а именно при изучении осо-
бых тормозных нейронов, имеющихся в их нервной системе, была од-
нозначно доказана функция у-аминомасляной кислоты как тормозного
медиатора. Что касается роли этих соединений у позвоночных, то тут
г>п»
aw главе ю
не все так ясно. Нередко, в частности, указывают, что вещества, при-
сутствующие в столь высокой концентрации, должны играть в количе-
ственном отношении какую-то более существенную роль. Однако все
же, видимо, на долю у-аминобутиратного шунта приходится менее 10%
общего окислительного обмена мозга [72]. Концентрации у-аминомас-
ляной кислоты в отдельных частях мозга могут различаться более чем
в три раза, что в принципе соответствует распределению нейромедиато-
ров. В других тканях, кроме мозга, у-аминомасляная кислота практи-
чески отсутствует.
Глутаминовая кислота представляет собой один из основных компо-
нентов всех животных тканей, но в мозге ее концентрация особенно вы-
сока, причем в нейронах выше, чем в глии. Введение глутамата в кору
мозга методом микроинофореза вызывает очень сильную реакцию воз-
буждения. Следовательно, это вещество, как полагают, может оказать-
ся основным медиатором возбуждения в центральной нервной системе.
(Необходимо, однако, отметить, что введенные таким же образом аспа-
рагиновая и цистеиновая кислоты также обладают мощным возбужда-
ющим действием, но продукты их декарбоксилирования — 0-аланин и
таурин — оказывают тормозящий эффект.)
Глутаминовая и у-аминомасляная кислоты быстро и специфически
поглощаются клетками глии [73, 74], что служит еще одним доводом
в пользу их медиаторной функции. Было высказано предположение, что
в клетках глии глутамат превращается в глутамин, который далее
транспортируется обратно в нейрон. Специфическими антагонистами
у-аминомасляной кислоты являются вызывающие судороги алкалоиды
бикукулин (рис. 16-7) [75] и пикротоксин (рис. 12-13). Одной из при-
чин судорог может быть дефицит у-аминомасляной кислоты в мозге;
судороги — это также один из наиболее ярких симптомов В6-авитами-
ноза. Полагают, что возникновение судорог под действием таких
средств, как 1,1-диметилгидразин, обусловлено влиянием на пиридок-
сальфосфатзависимые ферменты (дополнение 8-Ж). При этом в первую
очередь, по-видимому, нарушается активность глутаматдекарбоксила-
зы; снижение концентрации у-аминомасляной кислоты было действи-
тельно обнаружено в мозге животных либо с недостаточностью пири-
доксина, либо получавших гидразиновые препараты. С другой стороны,
однако, имеются данные, что при судорогах, индуцированных введением
гидроксиламина, содержание у-аминомасляной кислоты увеличивается.
Специфическая недостаточность у-аминомасляной кислоты в базаль-
ных ганглиях лежит, видимо, в основе наследственного заболевания —
хореи Хантингтона (болезнь поражает 4—7 человек из 100 000, причем
преимущественно людей старше 40 лет) [76].
Вторым медиатором торможения, которому приписывается сущест-
венная роль в работе мозга человека, является глицин. В спинном и
продолговатом мозге концентрация глицина достигает 3—5 мМ, но в
коре больших полушарий он содержится в небольшом количестве.
Стрихнин (рис. 15-7) служит специфическим антагонистом рецепторов
глицина в спинальных синапсах. Имеются данные, что действие столб-
нячного токсина обусловлено торможением высвобождения глицина из
нейронов [77, 78].
Препараты диазепам и хлордиазэпоксид (рис. 16-10) снимают ощу-
щение тревоги, вызывают расслабление мышц; в США они принадлежат
к числу наиболее часто рекомендуемых лекарственных препаратов. Эти
соединения обладают способностью вытеснять меченный тритием стрих-
нин из комплекса с рецепторами ствола мозга и спинного мозга крыс;
На этом основании было высказано предположение, что механизм дей-
Рост» дифференцировка и химическая коммуникация Клеток
сн2
НС—СНз
N
Z \
Н3С сн3
Прометазин,
антигист аминный
препарат
СН.
I
СН2
1
сн2
I
N
Н3С СН3
Имипрамин,
м антидепрессант “
СНХ
I
сн2
I
сн2
Н3С сн3
Хлорпромазин, п
„антипсихотический “
препарат
О
Фенобарбитал, обладает
угнетающим действием
на ЦНС
Фенил
Фенил
Паргилин, антидепре-
ссант, ингибитор
люноаминооксидазы
Дисренилеидантоин, противосудо-
рожный препарат, применяемый
при эпилепсии
Нуклеофильное присоединение
функциональной группы
фермента
(в виде соли НС1-
Мепробамат
(милтаун)
РИС. 16-10. Основные лекарственные препараты, применяемые для лечения психических
расстройств.
ствия указанных препаратов состоит в имитации эффекта глицина и в
вытекающем отсюда постсинаптическом торможении [79].
ж. Медиаторы пептидной природы
В 1931 г. из стволовой части мозга был выделен пептид, обозначен-
ный как вещество Р. Он имеет следующую структуру [80]: <
Arg-Pro-Lys-Pro-Gln-Gln-Phe-Phe-Gly-Leu-Met-NH2.
Получены данные, свидетельствующие о том, что этот пептид вы-
полняет в синапсах функцию медиатора или модулятора. Он .присудит-
Глава 16
вует в определенных сенсорных нейронах как центральной, так и пери-
ферической нервной системы [81].
Значительный интерес вызвали полученные относительно недавно
данные о влиянии пептидных гормонов гипофиза, таких, как АКТГ, ме-
ланоцитстимулирующий гормон и вазопрессин, а также нейрогормонов
гипоталамуса на способность к обучению и на поведение [82, 83]. Выс-
казывалось предположение, что некоторые из указанных пептидов вы-
полняют роль медиаторов. Любопытны также морфиноподобные пепти-
ды (разд. Б, 6 данной главы), функционирование которых в качестве
медиаторов вполне вероятно.
5. Психические болезни и лекарственные препараты [83—87]
В отличие от болезней, обусловленных нарушениями обмена ве-
ществ, которые поражают небольшое число лиц, заболевания, вызван-
ные расстройствами эмоциональной сферы, поражают время от време-
ни значительную часть населения и составляют важнейшую проблему
медицины. К числу наиболее тяжелых психических заболеваний отно-
сится шизофрения; этим термином обозначают группу болезней, харак-
теризующихся расстройством мышления, угнетенным состоянием духа
и замкнутостью. При этом нередки галлюцинации и параноидные явле-
ния [83].
Синтез хлорпромазина в 1950 г. (рис. 16-10) —препарата антипсихо-
тического действия — совершил революцию в лечении шизофрении и
сходных с ней заболеваний, а также изменил наше представление о
природе душевных болезней. Примерно в то же время была вновь
открыта способность резерпина, алкалоида раувольфии (рис. 14-27), ока-
зывать успокаивающее действие на буйно помешанных больных. (Ин-
дийская медицина веками использовала произрастающее в Индии ра-
стение Rauwolfia для этих же целей.) Еще до того как был синтезиро-
ван хлорпромазин, обнаружилось, что трициклические фенотиазины,
например прометазин (рис. 16-10), обладают выраженной антигиста-
минной активностью и потому эффективны при лечении аллергических
состояний. Собственно, именно при попытке создания более сильных
антигистаминных средств был синтезирован хлорпромазин '[88]. Как
антигистаминный препарат он не представлял интереса, но вскоре вы-
явился его мощный антипсихотический эффект. Подсчитано, что за
20 лет, прошедших с момента открытия этого препарата, число людей,
лечившихся хлорпромазином и его производными, превысило 250 млн.
В чем состоит действие хлорпромазина? Некоторый свет на этот воп-
рос проливает то обстоятельство, что при приеме препарата иногда
наблюдаются побочные явления «экстрапирамидной» природы, выра-
жающиеся в сильном треморе и других симптомах болезни Паркинсона.
Это показывает, что хлорпромазин блокирует дофаминовые рецепторы
в полосатом теле, создавая тем самым функциональный дефицит дофа-
мина [89]. Если это так, то можно предположить, что шизофрения мо-
жет быть следствием гиперактивности дофаминовых нейронов, в том
числе, вероятно, нейронов, которые обладают пониженной активностью
при паркинсонизме. В пользу указанной точки зрения свидетельствует
также тот факт, что амфетамины (рис. 16-9) обычно усиливают прояв-
ление симптомов шизофрении, а в очень высоких дозах индуцируют
появление шизофреноидной симптоматики у нормальных людей. Есть
основания считать, что амфетамин замещает дофамин в физиологичес-
ких процессах.
< Известно, что амфетамины вызывают стереотипное навязанное пове-
ЙбНие как у человека, так и у лабораторныхживотиых.На этой основе
Рост, дифференцировка и химическая коммуникаций Ю®«1К Г 343 ’
разработан интересный метод измерения действия препаратов на чув-
ствительные к амфетамину центры головного мозга. Введением нейро-
токсина типа 6-оксидофамина вызывают повреждение проводящего пути
substantia nigra — полосатое тело с одной стороны мозга. В резуль-
тате возникает односторонняя дегенерация дофаминсодержащих нейро-
нов. Если крысам после такой предварительной обработки ввести амфе-
тамин, то они начинают совершать навязанные вращательные движе-
ния. Введение хлорпромазина и ряда других антипсихотических
лекарственных препаратов нейтрализует этот эффект, причем нейтра-
лизующее действие прямо пропорционально клинической эффективности
препаратов. Приведенные данные говорят в пользу теории, что в основе
шизофрении лежит гиперактивность дофаминовых нейронов. Однако
некоторые антипсихотические средства все же не оказывают существен-
ного влияния на поведение крыс при использовании указанного тес-
та [90].
Высказывалось предположение, что действие хлорпромазина рас-
пространяется также на холинэргические нейроны мозга [91]. В этом
отношении очень любопытно, что для лечения паркинсонизма часто ис-
пользуется блокада мускариновых ацетилхолиновых рецепторов мозга
алколоидами белладонны типа атропина (рис. 16-6). По-видимому,
торможение действия ацетилхолина в какой-то мере функционально
эквивалентно увеличению концентрации дофамина.
Если действительно шизофрения возникает вследствие повышения
содержания дофамина в мозге, то первоначальное нарушение обмена
веществ может заключаться в избыточном синтезе или в замедленном
метаболизме дофамина. Предполагалось, что имеет место снижение ак-
тивности моноаминоксидазы или дофамин-р-гидроксилазы, но прове-
рить справедливость этих представлений крайне трудно.
Многие теории происхождения психических заболеваний постулиру-
ют избыточный синтез каких-то токсических метаболитов. Примером
последних может служить 6-оксидофамин (рис. 16-8). Этот нейротоксйн
повреждает дофаминсодержащие нейроны [92]. Высказывалось мне-
ние, что психические расстройства могут быть обусловлены повышен-
ной активностью процесса метилирования катехоламинов [93]. Дейст-
вительно, при острых приступах шизофрении в моче обнаруживается
3,4-диметоксифенилэтиламин (рис. 16-8). Вместе с тем индивидуальные
различия в содержании этого соединения в моче у психически больных
и у здоровых лиц настолько велики, что трудно прийти к определенно-
му выводу. Поскольку введение триптофана и метионина больным ши-
зофренией обостряет заболевание, внимание было направлено на про-
цесс метилирования индолалкиламинов [94]. При N-метилировании
серотонина образуются буфотенин (N-метилсеротонин) и N-Диметилсе-
ротонин, галлюциногенные свойства которых хорошо известны. Фермен-
тативный синтез N-диметилсеротонина был обнаружен как в мозге че-
ловека, так и в других тканях [94, 95].
Представляет также интерес гипотеза об эндогенном образовании
алкалоидов как возможной причины психических расстройств. Посколь-
ку начальными продуктами окисления в катехол-О-метилтрансфераз-
ной реакции являются альдегиды, можно допустить, что они конденси-
руются с аминами, образуя шиффовы основания и алкалоиды, как
показано на рис. 14-25. Если этот процесс «из области биохимии расте-
ний» имеет место в ткани мозга, то он может оказывать сильное воз-
действие на функцию мозга. Действительно, при инкубации производ-
ных триптамина с 5-метилтетрагиДрофолиевой кислотой в присутствий
ферментного препарата из ткани мозга, образуются близкие пострук-
344 Глава 16
туре соединения, называемые триптолинами.
-тах1-.
н I
Источником этого углерода является 5-метилтет-
дагидро<ро/1иевая кислота, вероятног после окисления
до уробря формальдегида
Депрессивное состояние, как известно, одно из наиболее распростра-
ненных психопатических явлений [96]. Согласно гипотезе о роли био-
генных аминов в психопатологии, депрессия возникает как результат
истощения нейромедиаторов в тех частях мозга, которые ответственны
за сон, возбудимость, аппетит, половое влечение и психомоторную ак-
тивность. Избыток медиаторов, как полагают, лежит в основе маниа-
кальной фазы маниакально-депрессивного цикла, имеющего место у
некоторых больных. В пользу этой гипотезы говорит тот факт, что у
15—20% больных гипертонией прием резерпина снимает депрессивные
явления, иногда весьма резко выраженные. Аналогичный побочный эф-
фект наблюдается при использовании а-метилдофа — ингибитора
ДОФА-декарбоксилазы (рис. 16-9). Исходя из того, что L-триптофан
оказывает на человека определенное антидепрессивное действие, тогда
как L-ДОФА таким действием не обладает, был сделан вывод, что в
развитие депрессивных состояний вовлечены индолалкиламины, а не
катехоламины.
Однако наиболее серьезным подтверждением гипотезы о роли био-
генных аминов служит наблюдение, свидетельствующее о мощном ан-
тидепрессивном действии ингибиторов моноаминоксидазы. К числу та-
ких ингибиторов относится паргилин (рис. 16-10), образующий кова-
лентные связи с флавином моноаминоксидазы [96а]. Несмотря на эф-
фективность этого препарата, его прием представляет иногда опас-
ность. Известны случаи, когда из-за резкого снижения активности мо-
ноаминоксидазы больные, принимающие паргилин, погибали от присут-
ствия в пище таких соединений, как тирамин (присутствует иногда в
сыре). Труднее объяснить действие трициклических антидепрессантов,
широко применяемых в клинике. К их числу относится имипрамин
(рис. 16-10). Обратите внимание на сходство этого вещества с хлор-
промазином, но большую гибкость его центрального кольца [97]. Зна-
чительным достижением в лечении маниакально-депрессивных психозов
явилось использование солей лития, оказавшихся очень эффективны-
ми. Химическая основа их действия неизвестна [98]. В связи с этим
следует упомянуть, что Mg2+ и Мп2+ представляют собой мощные де-
прессанты центральной нервной системы (ЦНС) и могут вызвать об-
щий наркоз.
С целью выяснения природы психических заболеваний в настоящее
время исследуются многие другие аспекты биохимии мозга — в частно-
сти вопросы о роли недостаточности цинка, токсичности меди, а также
сдвигов в содержании других металлов в функционировании нервной
системы [99].
6. Наркотические и психотропные средства
У предрасположенных лиц легко возникает болезненное влечение к
различным наркотическим средствам, включая морфин (рис. 16-11),
а также ж барбитуратам (рис. 16-10) и алкоголю. Особенно по-
Рост, дифференцировка и химическая коммуникации клеток 346
разительно действие алкалоидов опия, употребление которых создает
физическую зависимость, выражающуюся в появлении болезненных
симптомов абстиненции при отсутствии препарата. В то же время раз-
вивается поразительная устойчивость к действию наркотика. Наркома-
ны легко переносят такие дозы, которые были бы смертельны для
обычного человека. По существу, помимо патологической потребности
.метилировании образуется
РИС. 16-11. Структура морфнна н ряда его аналогов, в том числе выделенного из моз-
га пептида, обладающего наркотической активностью. Показана также структура, об-
щая для многих наркотических соединений.
в наркотике, наркоманы остаются нормальными людьми почти во всех
отношениях [100].
В центральной нервной системе имеются специфические рецепторы
морфина; на это указывает высокая специфичность связывания моле-
кул, обладающих сходной с морфином конфигурацией (рис. 16-11), а
также перекрестная устойчивость в отношении различных наркотиков,
выявляемая у животных с экспериментальной наркоманией. В послед-
нее время удалось определить локализацию рецепторов непосредствен-
но по связыванию меченых препаратов опия с высокой удельной ра-
диоактивностью [101]. Большинство наркотиков принадлежит к соеди-
нениям полициклической природы и имеет общую группу, изображен-
ную на рис. 16-11. Однако метадон, несмотря на гибкость структуры,
также связывается с рецепторами морфина [102]. Известны специфиче-
ские антагонисты, блокирующие эйфорическое действие алкалоидов
опия; наиболее эффективный из них — налоксон (рис. 16-11).
Какова природная функция рецепторов алкалоидов опия? Логично
предположить, что они предназначены для связывания каких-то нейро-
медиаторов или модуляторов. В последние годы было показано, что
следующие два пентапептида (называемые энкефалинами), а также
-346- ibMtfa 18 > •: •• -- pi’--’- . - -;i
'более длинные пептиды, выделенные из ткани мозга, являются эффек-
тивными агонистами действия опия [ЮЗ]:
Tyr-Gly-Gly-Phe-Met Tyr-GIy-GIy-Pbe-Leu
Метионинэнкефалин Лейцинэнкефалин
Указанные данные были получены при использовании в качестве
тест-системы не ткани мозга, а опиатных рецепторов в нервах кишечни-
ка морских свинок; считается, однако, что действие препаратов на эти
ткани очень сходно [103а]. Само собой напрашивается заключение,
что алкалоиды опия имитируют эффект одного из нескольких природ-
ных пептидов мозга [103b]. В связи с этим особый интерес представ-
ляет то обстоятельство, что С-концевой фрагмент липотропина
(разд. 2, А) содержит на N-конце метионинэнкефалин [103с, 103d],
Серьезная фармакологическая проблема заключается в том, что
алкалоиды опия являются самыми мощными из известных нам обезбо-
ливающих агентов, причем способность снимать болевые ощущения
прямо пропорциональна потенциальной способности вызывать наркома-
нию. В настоящее время медицина не располагает обезболивающим
средством, равным по эффективности морфину, но не вызывающим при
этом привыкания.
Теории наркомании обычно строятся на постулате, что в результате
связывания наркотика с рецептором в системе рецептор — агонист воз-
никают какие-то компенсаторные изменения. Специфические рецепто-
ры наркотиков были обнаружены в центральной нервной системе, а
также в культивируемых клетках опухоли. Изучение последнего объек-
та позволило предположить, что морфин действует на нейроны, подоб-
но гормону с тормозящим эффектом, а именно понижает содержание
сАМР [104]. Этот эффект вызывает компенсаторную реакцию нервной
клетки, направленную на увеличение концентрации сАМР и выражаю-
щуюся в увеличении содержания или активности аценилатциклазы.
В итоге возникает зависимость от морфина, поскольку в его отсутствие
содержание сАМР становится слишком высоким. Увеличением содер-
жания аденилатциклазы и связанных с этим ферментом рецепторов
можно объяснить также развивающуюся толерантность к наркотику.
Несмотря на многочисленные исследования, химический механизм
возникновения пристрастия к алкоголю изучен плохо [105, 106]. Как
и в случае пристрастия к морфину, при алкоголизме повышается толе-
рантность, а отсутствие спирта вызывает болезненное состояние (синд-
ром абстиненции). Основной путь обмена этанола (как всосавшегося
в кишечнике, так и образующегося в небольших количествах эндоген-
но)— это протекающее в печени окисление в химически активный аце-
тальдегид1). Последний окисляется далее в ацетат. В основе многих
теорий алкоголизма лежит предположение, что влечение к алкоголю (а
также, вероятно, и эйфорическое состояние, возникающее у некоторых
шьющих) обусловлено нарушением обмена этанола в ткани мозга. Су-
ществует точка зрения, например, что при взаимодействии ацетальдеги-
да с нейромедиаторами образуются алкалоиды; аналогичное предполо-
жение высказывалось для объяснения механизма развития некоторых
психических расстройств (рис. 14-25). Однако совершенно четко пока-
зано, что перекрестной реактивности в отношении морфина и этанола
у мышей с экспериментальной наркоманией не возникает [107], так что
в настоящее время ацетальдегид не рассматривается уже как агент,
" Любопытно, что введение D-фруктозы увеличивает скорость окисления этанола
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 34^
вызывающий болезненное привыкание [108]. В гладком эндоплазмати-
ческом ретикулуме печени этанол может метаболизироваться другим
путем [109], что в принципе создает вероятность накопления иных,
кроме ацетальдегида, метаболитов.
Любопытные опыты на мышах и крысах позволили установить су-
ществование генетической предрасположенности к употреблению спир-
та. Некоторые линии мышей и крыс избегают алкоголя, и алкоголизм у
них развивается только после продолжительного периода насильствен-
ного введения спирта. Животные других линий, напротив, более охотно
потребляют спирт, и у них быстро развивается болезненное привыкание
к нему. Вполне вероятно, что аналогичная ситуация имеет место и у
людей.
Из всех психотропных средств галлюциногенные препараты пред-
ставляют для многих предмет особого вожделения. Мощный галлюцино-
генный препарат диэтиламид лизергиновой кислоты (ДЛК, рис. 14-27)
содержит индольное кольцо, что указывает на возможность имитации
действия серотонина. Однако некоторые данные свидетельствуют об
антагонизме между диэтиламидом лизергиновой кислоты и дофамином
на уровне дофаминовых рецепторов в полосатом теле [НО]. Имеется
точка зрения, что разнообразные галлюциногенные препараты имеют
общее место приложения действия [Ш].
Несмотря на большой интерес к изучению биохимического механиз-
ма действия марихуаны, по этому вопросу мало что известно. Едва ли
можно обнаружить структурное сходство тетрагидроканнабинола с ка-
ким-либо из известных нейромедиаторов (рис. 12-13). Высказано мне-
ние, что тетраканнабинол и туйон (психотропное средство, присутству-
ющее в напитке абсенте) обладают единым механизмом действия [112].
Другая важная группа средств, влияющих на функциональное сос-
тояние нервной системы, — это анестетики [ИЗ]. К ним относятся как
соединения довольно большого молекулярного веса, например барбиту-
раты, так и очень простые соединения типа диэтилового эфира илн га-
лотана (CF3CHClBr). В настоящее время галотан представляет собой
наиболее широко употребляемый ингаляционный анестетик. Относи-
тельно механизма действия анестетиков существует несколько теорий.
Принято считать, что эффективность препаратов этого типа зависит от
их растворимости в липидах, однако чрезвычайно трудно указать место
приложения их действия в нервной клетке. Согласно одной из недавно
высказанных гипотез, анестетики способны расщеплять водородные
связи [114]. Основной эффект анестетиков на уровне клетки состоит в
уменьшении тока ионов натрия через мембраны нервных клеток [114а].
7. Запах и вкус
Мы еще не рассматривали вопроса о том, как происходит активация
сенсорных нейронов. Для биохимиков особенно загадочен механизм
функционирования рецепторов вкуса и обоняния. Вполне очевидно, что
различные вещества обладают разными вкусом и запахом, но опреде-
лить связь между этими характеристиками и химической структурой
веществ совсем непросто.
Весьма примечательно, что бактерии располагают чем-то близким
к способности различать вкус. Их привлекают те соединения, которые
могут быть использованы в процессах обмена веществ; это явление но-
сит название хемотаксиса [115—117]. Например Е. coli активно дви-
жется в сторону более высокой концентрации L-серина (но не D-сери-
на) или-П*рибозы. Соединения типа фенола действуют, напротив, отпу-
348 Глава 16
гивающим образом. С помощью какого механизма ощущает крошечная
клетка организма-прокариота направление градиента концентрации?
Имеющиеся данные позволяют считать с определенностью, что плазма-
тическая мембрана содержит рецепторы, ответ которых каким-то обра-
зом сопряжен с регуляцией движения жгутика, обеспечивающего пе-
ремещение всей клетки. В виду чрезвычайно малых размеров бактерии
трудно себе представить, что она способна различать разницу концент-
раций на одном и другом концах клетки. Отдельные бактерии (Е. colt
или Salmonella) обычно плывут по прямой, время от времени «кувыр-
каются» и затем вновь плывут прямолинейно в новом случайном на-
правлении (дополнение 4-Б). Хемотаксическая реакция возникает, ве-
роятно, именно благодаря относительно длительному передвижению по
прямой, когда бактерия успевает ощутить изменение концентрации ат-
трактанта (привлекающего ее вещества) во времени. Если бактерия
плывет в направлении уменьшения концентрации аттрактанта, то «ку-
выркание» наступает быстрее. Теоретически это весьма правдоподобно
объясняется следующим образом: по мере того как рецепторы мембра-
ны все больше и больше заполняются молекулами вещества-аттрактан-
та, увеличивается скорость Vf образования в мембране или в клетке ве-
щества X [уравнение (16-1)].
—+ [X] -V (16-1)
Когда i[X] поднимается выше определенного порогового уровня, бак-
терия начинает кувыркаться. В то же время вещество X постоянно рас-
падается со скоростью ц<1. В конце концов устанавливается такое соот-
ношение скоростей Vf и u<i, что концентрация X падает и устанавлива-
ется на стационарном уровне.
Известно очень много примеров хемотаксиса у низших беспозвоноч-
ных типа эвглены. Интересные примеры химически регулируемого пи-
щевого поведения можно наблюдать у кишечнополостных, обладающих
стрекательными капсулами. Так, хеморецепторы гидры «чувствуют» глу-
татион, выделяемый поврежденными тканями добычи. Другие близкие
организмы реагируют на пролин. У морских анемон Anthopleura аспа-
рагин индуцирует сжимание щупалец, а глутатион — заглатывание
[118]. Можно привести много других примеров. Трудно себе предста-
вить, чтобы механизм восприятия запаха и вкуса у человека мог бы
принципиально отличаться от описанных феноменов.
Что касается органов чувств человека, то следует прежде всего от-
метить отсутствие связи между физическими и химическими характери-
стиками вещества (в том числе пространственной структурой) и его
вкусом и запахом [119, 120]. Вопрос этот очень сложен. Высказыва-
лось следующее предположение: имеется 20—30 первичных запахов,
что, вероятно, соответствует 20—30 типам рецепторных белков. Види-
мо, физическая основа вкуса и запаха состоит в связывании отдельных
молекул вещества с белками, что индуцирует определенное изменение
конформации белков; последнее в свою очередь приводит к деполяри-
зации части мембраны сенсорной клетки и возникновению потенциала
действия аналогично тому, как это происходит при синаптической пере-
даче. Обнаружено еще интересное явление, а именно что некоторые пеп-
тиды обладают необычайно сладким вкусом и что существуют белки-
хемостимуляторы. Открыты два белка-хемостимулятора, обладающих
сладким вкусом. Третий белок, присутствующий в одном из тропиче-
ских фруктов, способен изменять восприятие вкуса: после воздействия
наязыкэтимбелком кислоты начинают казаться сладкими [121]. От-
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 349
мечено, что у многих людей после того, как они пробовали на язык
артишоки, вода кажется сладкой [122]. Таким образом, реакция вкусо-
вых рецепторов на определенные вещества может претерпевать прехо-
дящие изменения в результате связывания других веществ в прилегаю-
щих участках чувствительной мембраны.
в. Обмен веществ в нейронах и химия процесса мышления
Нейроны характеризуются необыкновенно высоким уровнем обмена
веществ, значительная часть которого направлена на обеспечение ра-
боты натриевого насоса в мембранах и поддержание состояния возбуж-
дения. Химические основы передачи нервного импульса по аксону уже
обсуждались в гл. 5, разд. Б, 3. Последовательное раскрытие сначала
натриевых и затем калиевых каналов можно считать твердо установ-
ленным. Менее ясным остается вопрос, сопряжено ли изменение ионной
проницаемости, необходимое для распространения потенциала дейст-
вия, с какими-либо особыми ферментативными процессами. Нахманзон
указывает, что ацетилхолинэстераза присутствует в высокой концент-
рации на всем протяжении мембраны нейрона, а не только в синапсах
[38, 39]. Он предполагает, что увеличение проницаемости к ионам
натрия обусловлено кооперативным связыванием нескольких молекул
ацетилхолина с мембранными рецепторами, которые либо сами состав-
ляют натриевые каналы, либо регулируют степень их открытия. При
этом ацетилхолин высвобождается из участков накопления, располо-
женных на мембране, в результате деполяризации. Собственно, после-
довательность событий должна быть такова, что изменение электриче-
ского поля в мембране индуцирует изменение конформации белков, а
это уже приводит к высвобождению ацетилхолина. Под действием аце-
тилхолинэстеразы последний быстро распадается, и проницаемость мем-
браны для ионов натрия возвращается к исходному уровню. В целом
приведенное описание отличается от описанной ранее схемы синаптиче-
ской передачи только в одном отношении: в нейронах ацетилхолин на-
капливается в связанной с белками форме, тогда как в синапсах — в
специальных пузырьках. Существует мнение, что работа калиевых ка-
налов регулируется ионами кальция. Чувствительный к изменению
электрического поля Са-связывающий белок высвобождает Са2+, кото-
рый в свою очередь активирует каналы для К+; последнее происходит
с некоторым запозданием относительно времени открытия натриевых
каналов, что обусловлено различием в константах скоростей этих двух
процессов [123]. Закрытие калиевых каналов обеспечивается энергией
гидролиза АТР. Имеются и другие предположения о механизмах нерв-
ной проводимости [124]. Некоторые из них исходят из того, что нерв-
ная проводимость целиком обеспечивается работой натриевого на-
соса.
Вернемся к такой специфической особенности нейронов, как высокая
скорость обмена веществ. Ядро и большая часть рибосом расположены
в теле нервной клетки. Однако многие белки необходимы в высокой
концентрации в аксоне и синаптических окончаниях. К таким белкам
относятся ферменты синтеза и распада нейромедиаторов, а также мем-
бранные белки. При перерезке аксона отделенное синаптическое окон-
чание очень скоро атрофируется; это наблюдение еще много лет назад
позволило заключить, что из тела клетки на периферию поступают ка-
кие-то необходимые вещества. Экспериментально установлено, что дей-
ствительно многие соединения перемещаются от тела клетки вниз по
аксону со скоростью 1—10 мм/день. Больший интерес, однако^ представ-
350 Глава’ 16
ляет недавно открытый быстрый транспорт в аксоне. Оказалось, что-
белки и другие вещества движутся со скоростью до 0,4 м/день. Винбла-
стин (дополнение 4-А) и батрахотоксин (рис. 12-18) специфически бло-
кируют этот вид транспорта. Высказано, предположение, что белок,
обладающий АТРазной активностью и химически сходный с головками
миозина, плюс тонкие нити и микротрубочки составляют функциональ-
ную систему, которая образует своего рода канал, или, скорее, миниа-
тюрные рельсы, для транспорта вещества вдоль микрофиламентов [125,
126]. Перенос веществ может идти и в противоположном направлении,
т. е. от синаптических окончаний к телу клетки. Это так называемый
ретроградный транспорт по аксону, благодаря которому, вероятно, из-
меняются свойства нейрона в ответ на электрическую активность си-
наптических окончаний [127].
Имеются данные, свидетельствующие о том, что в клетках головно-
го мозга транскрибируется значительно большая часть генома, чем в
других клетках [128, 129]. Так, ~20% ДНК мозга человека гибридизи-
руется с мРНК, синтезированной в клетках мозга. В клетках других
органов и тканей транскрибируется примерно вдвое меньше ДНК. У че-
ловека количество транскрибируемой ДНК выше, чем у мыши [128].
В связи с этим следует упомянуть о том удивительном факте, что в.
мозге человека и мыши нет общих по электрофоретической подвижно-
сти форм ферментов [129]. Значение этих факторов пока неясно.
Какие химические процессы лежат в основе мышления и создают
поток сознания в мозге человека? Поступление импульсов в мозг ока-
зывает большое влияние на сигналы, идущие на периферию по мотор-
ным нейронам. Известно также, что мозг обладает собственными эндо-
генными электрическими ритмами, которые не зависят от импульсов,
поступающих по сенсорным нейронам. У примитивных беспозвоночных
источником таких ритмов служат особые нейроны — водители ритма
(пейсмейкеры). Эти нейроны спонтанно возбуждаются с постоянными
интервалами. По-видимому, в их клеточных мембранах происходят по-
следовательные циклические изменения ионной проницаемости, доста-
точные для возникновения потенциала действия. Примеры работы трех
типов нейронов — водителей ритма у моллюсков [130] приведены на
рис. 16-12. Вполне вероятно, что аналогичный феномен лежит в основе
работы мозга человека. Вероятно,- сознательная мысль возникает при
сочетании ритмов от эндогенных водителей ритма с импульсацией, по-
ступающей от сенсорных нейронов. Возвращаясь к примитивным орга-
низмам, любопытно сравнить спонтанный ритм нейронов — водителей'
ритма с периодическим выбросом сАМР клетками Dictyostellium (гл. 6.
разд. 5). Может быть, эти два феномена по существу имеют много об-
щего.
Чрезвычайно любопытны вопросы, касающиеся химической основы
памяти. Если процесс мышления осуществляется путем прохождения
каких-то систем электрических волн через сеть нейронов в коре мозга,
то где и в какой форме накапливаются следы этого процесса, или эн-
граммы памяти? Как показали эксперименты, существуют кратковре-
менная память с относительно малой способностью к накоплению и
долговременная память. Накопленная информация может переходить
из кратковременной формы запоминания в более длительную. Считает-
ся, что кратковременная форма памяти представлена реверберирующи-
ми контурами, возникающими в коре больших полушарий и быстро ис-
чезающими. Кратковременная память может полностью исчезнуть, на-
пример, после удара по голове. Долговременная память, напротив,
сохраняется в течение столь длительного времени, что ее можно связы-
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 354
вать с появлением каких-то устойчивых изменений в химизме нейронов
или даже в физических связях между ними.
Учитывая, что передача нервных импульсов осуществляется по-
принципу «все или ничего», разумно допустить, что именно в синапсах
происходят те изменения, которые ведут к запоминанию. При исследова-
нии отдельных синапсов были обнаружены явления облегчения синап-
тической передачи и привыкания (торможения). Феномен облегчения
состоит в том, что второй им-
пульс, как правило, передает-
ся через синапс более эффек-
тивно, чем первый; привыка-
ние же состоит в снижении от-
А
Б
f 1*^
Г" Юс
в
РИС. 16-12. Электрическая активность изоли-
рованных нейронов моллюска Aplysia. А. Рит-
мический водитель ритма. Б. «Разрядный» во-
дитель ритма. В. Осциллирующий водитель,
ритма [130].
вета на повторяющиеся сти-
мулы. Память в сущности мо-
жет оказаться комбинацией
этих двух феноменов в специ-
фических синапсах. Вспомним,
что возбуждение мускарино-
вых рецепторов в холинэрги-
ческих синапсах стимулирует
высвобождение в клетках
cGMP, тогда как возбуждение
под влиянием катехоламинов
стимулирует образование
сАМР. Циклические нуклеоти-
ды в свою очередь регулиру-
ют активность множества внутриклеточных ферментов. Это ведет к из-
менению не только свойств синаптических мембран, но и транскрипции
генов и многих других процессов. В результате зависящего от сАМР
фосфорилирования увеличивается активность РНК-полимеразы II, а
также орнитиндекарбоксилазы, участвующей в образовании полиами-
нов (гл. 14, разд. В, 4). Таким образом, прохождение импульса через
синапс должно оказывать продолжительное влияние на свойства этого
синапса.
Целый ряд экспериментальных данных подтверждает существование
химической основы памяти. Например, введение животным небольших
доз стрихнина облегчает обучение [131]. Другие вещества, например-
пуромицин (рис. 15-18), оказывают противоположное действие [129,
132]. Процесс обучения у животных связан с увеличением синтеза в
нейронах мРНК и белков. Существенно важно, что синтез полипепти-
дов и нуклеиновых кислот протекает в основном в теле нервной клет-
ки, а не в окончаниях аксонов или в дендритах. Тело нервных клеток
покрыто обычно синаптическими пуговками, и вполне вероятно, что-
именно стимуляция поверхности мембран тела клетки индуцирует син-
тез макромолекул.
В отличие от приведенной гипотезы, придающей основное значение
в механизме обучения явлениям облегчения нервной передачи и привы-
кания, другая гипотеза рассматривает в качестве химической основы
обучения молекулярный код. Действительно, из мозга крыс, приучен-
ных избегать темноты, был выделен пептид, состоящий из 15 амино-
кислотных остатков, связанный с указанным поведенческим навыком:
при введении пептида в мозг необученных крыс они также начинали
избегать темноты [133]. Это только один пример из множества сообще-
ний о существовании в мозге специфических переносчиков приобретен-
ных навыков поведения. Все же учитывая сложность структуры мозга
- ®52 ' Глава 16
и имеющиеся сведения о механизмах функционирования нейронов, ги-
потезу молекулярного кода довольно трудно принять. В то же время ее
нельзя полностью отбросить. В самом деле, существование пептидных
гормонов и либеринов, синтезируемых в нейронах (разд А, 1), застав-
ляет внимательно отнестись к предположению о связи долговременной
памяти с синтезом специфических аминокислотных последовательностей
в определенных нейронах.
Обучение связано с различными частями мозга. Структура мозжеч-
ка хорошо изучена, и эту часть мозга можно рассматривать как ор-
ган, где протекают процессы запоминания и обучения. Имеются теории
относительно химической природы этих процессов в мозжечке [134].
В. Дифференцировка тканей и биология
развития [135—139]
Процесс развития животного из оплодотворенного яйца — одно из
наиболее замечательных биологических явлений. Из первых, очень
сходных между собой эмбриональных клеток в ходе всего нескольких
клеточных делений возникают дифференцированные органы и ткани,
такие, как печень, мозг, почки, кожа и эритроциты. Дифференцирован-
ные клетки характеризуются, как правило, высокоспециализированны-
ми биохимическими свойствами. Так, эритроциты содержат гемоглобин,
тогда как в мышечных клетках в больших количествах образуются
миозин и актин. В эндокринных клетках поджелудочной железы синте-
зируются инсулин и глюкагон, а в экзокринных — пищеварительные
ферменты, которые секретируются в пищеварительный тракт. В целом
считается, что в клетках специализированных тканей одновременно
транскрибируется не более 10% общего количества генов (исключение
составляет ткань мозга; см. разд. Б, 8). Методом химического анализа
четко установлено, что специализированные клетки содержат нормаль-
ное количество ДНК, т. е. полный набор генов, но 90% этого количест-
ва не функционирует.
Хотя в химических основах механизма дифференцировки клеток еще
много неясного, все же известно, что в этом процессе исключительно
важную роль играют химические сигналы, поступающие из внешней
среды и от прилегающих клеток. Эти сигналы запускают внутреннюю,
генетически детерминированную программу развития, определяющую
путь дифференцировки отдельных клеток. С какой точностью выполня-
ется программа развития, можно показать на примере коловраток и
кольчатых червей (рис. 1-10), отдельные виды которых характеризуют-
ся почти непогрешимым постоянством числа клеток. Так, у нематоды
Oxyuris equi имеются точно 251 нервная клетка, одна экстреторная
клетка, 18 клеток средней кишки и 64 мышечные клетки [140].
1. Физиологическая модуляция и различные программы развития
Прежде чем обсуждать вопрос о дифференцировке сложных много-
клеточных организмов, полезно рассмотреть более примитивные фор-
мы— одноклеточные и колониальные. В благоприятных условиях клет-
ки бактерий и эукариот одинаковым образом вступают в фазу «роста и
деления» (рис. 15-25), которая составляет основу экспоненциального
роста [уравнение (6-60)]. Однако изменение внешних условий быстро
меняет характер жизнедеятельности клеток. Так, недостаточность пита-
тельного субстрата не только уменьшает скорость роста, но и влияет
на транскрипцию генов. У Е. coli это происходит в результате увели-
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 353
чения концентрации в клетке сАМР. Наличие дополнительного источ-
ника энергии, например лактозы, также может индуцировать специфи-
ческие изменения в транскрипции генов (гл. 15, разд. Б, 1). Можно
привести множество других примеров, свидетельствующих о влиянии
физиологических факторов на генетический аппарат (так называемое
явление «физиологической модуляции»).
Еще более удивителен тот факт, что под влиянием факторов внеш-
ней среды в клетке может быть запущена иная программа развития,
связанная с активацией дополнительных генов и существенной перест-
ройкой всей клетки. Примером может служить образование спор у не-
которых бактерий (гл. 1, разд. А, 8), происходящее при неблагоприят-
ных для вегетативного роста условиях внешней среды.
Целый ряд химических сдвигов происходит при споруляции [141—
143]. Вначале полностью прекращается синтез рРНК, далее начинается
транскрипция новых классов мРНК и образуется несколько новых бел-
ков. Обращает на себя внимание образование в больших количествах
дипиколиновой кислоты (рис. 14-7), что требует появления по крайней
мере одного нового фермента. Кроме того, в процессе образования спор
бактерии потребляют много Са2+, значительные количества Мп2+ и ио-
нов других металлов. У многих бактерий образуется также З-Ь-сульфо-
молочная кислота.
Н
-оос—с'—он
\
CH2SO3-
З-ь-сульфомолочная кислота
*
В спорах Bacillus subtilis указанные вещества содержатся в следую-
щих количествах (в расчете на сухой вес): дипиколиновая кислота —
10%, сульфомасляная кислота — 3—6%, Са2+—3%, Мп2+—0,3%. Спо-
ры бактерий удивительно устойчивы к нагреванию и не теряют жизне-
способности при длительном выдерживании в кипящей воде. Распрост-
ранено мнение, что именно дипиколиновая кислота и другие ионы
придают белкам устойчивость к денатурации. Устойчивость к нагрева-
нию может быть связана также с высокой степенью обезвоженности
спор [144]. В условиях, благоприятных для роста, споры прорастают и
бактериальные клетки снова переходят на программу, обеспечивающую
рост и деление.
Переключения на более сложные программы развития наблюдают-
ся у колониальных форм бактерий, например у миксобактерий, но хи-
мические сигналы, вызывающие переключение, еще неизвестны [145].
Выявлено, однако, что у относящихся к эукариотам миксомицетов ти-
па Dictyostelium (гл. 6, разд. Е, 5), имеющих такую же программу раз-
вития, сигналом субстратного голодания служит выброс cAMP1J. Повы-
шение концентрации сАМР воспринимается другими клетками, у кото-
рых в ответ так изменяются процессы биосинтеза, что происходят
дифференцировка и образование плодовых тел {135, 136, 146]. Отдель-
ные клетки начинают вырабатывать целлюлозу, а также мукополисаха-
риды; образуется трегалоза, которая накапливается в спорах. Синтезу
этих продуктов предшествует образование новых ферментов.
» Нельзя исключить, что чувствительность к сАМР возникает как вторичный ответ
иа выделение какого-то макромолекулярного фактора, стимулирующего дифференци-
ровку [144а].
У водной en«:eHH>#ZasZocZadZeZZe; «относящейся к фикомнцетам, обра-г
зование тонкостенного или же толстостенного устойчивого к нагрева-
нию спорангия определяется анионом НСОз, т. е. более простым хими-
ческим фактором, чем сАМР. С другой стороны, у примитивных эука-
риот роль химических сигналов могут играть макромолекулярные
соединения, по всей вероятности белки. Так, некоторые штаммы Dictyo-
stelium переходят на другую генетическую программу, а именно начи-
нают образовывать макроцисты путем конъюгации двух различных
типов клеток под влиянием диффундирующего индуцирующего факто-
ра с мол. весом ~ 12 000, выделяемого, по-видимому, клетками одной
из линий [147].
Благодаря относительно простому строению некоторые ткани расте-
ний служат удобным объектом изучения процесса дифференцировки.
Слой камбия в стебле (рис. 1-12) постоянно дифференцируется с обра-
зованием флоемы из наружно расположенных клеток и ксилемы из кле-
ток, расположенных со стороны сердцевины стебля. В то же время
часть камбиальных клеток сохраняется недифференцированными. Фак-
тически при каждом клеточном делении одна дочерняя клетка под-
вергается дифференцировке, тогда как другая остается малодифферен-
цированной камбиальной клеткой. Такой способ постоянной дифферен-
цировки стволовых клеток, сохраняющих постоянные свойства, широко
распространен как у растений, так и у животных. По-видимому,
направление дифференцировки камбиальных клеток зависит от хими-
ческой природы сигналов, которые идут от клеток, прилегающих к кам-
бию с наружной или внутренней стороны. Известно, что к числу фак-
торов, индуцирующих дифференцировку, относятся сахароза, ауксин и
цитокинины.
Обычно в основе вегетативного размножения растений лежит спо-
собность эмбриональной ткани меристемы (гл. 1, разд. Д. 4) дифферен-
цироваться в корни и побеги. С другой стороны, при культивировании
изолированных клеток флоемы или других дифференцированных тка-
ней, как правило, формируется так называемый каллус, т. е. масса пре-
терпевших дифференцировку клеток, напоминающих эмбриональные.
При создании благоприятных условий, в частности при культивирова-
нии в среде, содержащей кокосовое молоко, а также при соблюдении
соответствующего соотношения концентраций ауксина и цитокинина
удавалось индуцировать реверсию, т. е. превращение клеток флоемы
корня моркови в эмбриональные клетки, из которых затем развива-
лось целое растение [136]. Этот опыт имеет принципиальное значение,
так как определенно доказывает, что дифференцированные клетки
флоемы моркови содержат полный набор генов, необходимых для раз-
вития растения. Вместе с тем существенно и то, что с большинством
растений такого рода опыт воспроизвести довольно трудно и процесс
дедифференцировки далеко не всегда происходит автоматически. Все
же это происходит в достаточном числе случаев, чтобы установить факт
тотипотентности ядра дифференцированных клеток.
Данные многочисленных экспериментов указывают, что дифферен-
цировка частично возникает как реакция клетки на химические сигна-
лы, поступающие от соседних клеток или из внешней среды.
2. Эмбриональное развитие животных
Рассматривая процесс дифференцировки клеток эмбриона, следует
прежде всего иметь в виду, что практически шарообразное яйцо (яй-
цеклетка) имеет сильно выраженную полярность. Ядро расположено
Стадия 8 бластомеров
Стадия 8 бластомеров,
спиральное
дробление) заметьте, что
верхние клетки смеще-
ны вправо
РИС. 16-13. Дробление яйца и образование гаструлы. Слева показано оплодотворяй6
и дробление яйца земноводных; справа в середине — дробление по спирали, характер-
ное для моллюсков; внизу справа — стадия гаструлы у иглокожих и некоторых^ при-
митивных беспозвоночных.
ближе к одному концу, называемому по старинке анимальным полюсоМ-
Противоположный конец называется вегетативным полюсом; во многих
яйцеклетках он содержит много гранул желтка. У амфибий анималь-
ный полюс яиц сильно пигментирован, тогда как вегетативный полщс
менее окрашен, и с одной стороны, ниже экваториальной линии, ищ-
ется серый полумесяц. У некоторых животных сперматозоиды прони^|-
ют в яйцо в участке, расположенном против этого полумесяца
16-13). Серый полумесяц соответствует будущей дорсальной стороже
организма, тогда как противоположная полумесяцу часть яйца—
23*
368 -FM»a stt?niinifsiiioK-Kr.aooyi-'Hfsx 'Г ада-й:ш»<тоффп; ,vx>M ’ . : >
будущая вентральная сторона.. Имеются убедительные доводы, что мно-
гие вещества в зрелом яйце распределены неравномерно, причем с со-
блюдением билатеральной симметрии. О важной роли такого распреде-
ления свидетельствует следующий факт. Центрифугирование яйца до
оплодотворения часто приводит к формированию уродливых эмбрионов
вследствие смещения преобразованных рибосом и других компонентов
клетки. Процесс оплодотворения яйца с биохимической точки зрения
очень сложен. Завершающие стадии последнего митотического деления
часто задерживаются до момента проникновения спермин в яйцо. По-
следнее событие каким-то образом ведет к «активации» яйца. У низ-
ших организмов такую же активацию нередко можно вызвать химиче-
ской или физической обработкой неоплодотворенного яйца и тем самым
простимулировать развитие партеногенетического потомка.
Оплодотворенное (активированное) яйцо или яйцеклетка претерпе-
вает несколько митотических делений, ие сопровождающихся общим
увеличением объема. Этот процесс носит название дробления. Число
клеток при этом увеличивается, количество ДНК удваивается при
каждом делении, но общий объем образовавшегося клеточного скопле-
ния остается равным исходному объему яйцеклетки до дробления
(рнс. 16-13). Вскоре процесс достигает стадии, при которой образуется
внутренняя полость, окруженная одним слоем клеток (называемых
на этой стадии бластомерами); это так называемая бластула. У мор-
ских ежей бластула образуется нз одного слоя клеток, но у других ор-
ганизмов, например у лягушки, клетки располагаются двумя и более
слоями. У млекопитающих прежде всего формируется плотная масса
клеток (морула), которая далее превращается в бластоцит, т. е. сфери-
ческое образование с внутренней полостью.
На следующей стадии эмбрионального развития, свойственной мно-
гим беспозвоночным и амфибиям, на вегетативном полюсе бластулы
появляется вдавление, которое постепенно углубляется; таким образом
формируется гаструла. На этой стадии развития у эмбриона четко
различаются слои клеток эктодермы и энтодермы. Полость, образовав-
шаяся в процессе гаструляции и открывающаяся наружу, называется
гастроцелем (археитероном); из нее в будущем сформируется желудоч-
но-кишечный тракт, или энтерон. У лягушек образование гаструлы про-
текает более сложным образом, а у человека — не только еще более
сложно, но и несколько иным путем.
У всех животных, кроме наиболее примитивных, между экто- и эн-
тодермой формируется третий слой мезосомальных клеток. Впоследст-
вии эти три зародышевых слоя дифференцируются следующим обра-
зом: из эктодермы образуются кожа и нервная система; из мезодер-
мы— скелет, мышцы, соединительная ткань и система кровообращения;
из энтодермы — пищеварительный тракт, легкие и другие внутренние
органы, а также половые клетки.
Опыты Гердона [148, 149] позволили поразительным образом пока-
зать тотипотентность дифференцированных клеток эмбриона земновод-
ных. Используя метод трансплантации, этот автор заменил ядро в яй-
цеклетке на ядро из клеток кишечного эпителия или других тканей.
В отдельных случаях из таких яйцеклеток развивались нормальные жа-
бы. Это показало, что в Дифференцированных клетках содержится вся
генетическая информация, необходимая для развития взрослого орга-
низма. Подобного результата не удавалось, однако, получить при ис-
пользовании ядер нейрона. Отсюда следует, что все же нельзя исклю-
чить вероятности необратимой дифференцировки некоторых типов кле-
ток. ‘ ;
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация’ клетоЦ 367.
3. Гормональная регуляция роста
' S •
РИС. 16-14. Влияние 1 нг фактора роста
bob на образование аксонов сенсорный гангла-
ем куриного эмбрина (Frazier W. A., Oblert-
dorf С. Е., Boyd L. Е., Aloe L., Johnson Е.
Ferrendelli J. A., Bradshaw R. A., PNAS, 74;
2448—2452 (1973).
Отдельные органы образуются, как правило, из клеточных закладок
эктодермы и энтодермы. Многочисленные данные свидетельствуют, что
такие закладки образуются под влиянием химических веществ, выдр-
ляемых клетками прилежащего зародышевого слоя. Так, формирование
из эктодермы невральной пластинки, из которой в будущем разовьется
головной мозг, и хорды индуцируется мезодермальными клетками, ле-
жащими непосредственно под областью невральной пластинки. Анало-
гичным образом в ходе взаимодействия клеток мезо- и эктодермы воз-
никают молочные железы, тогда как образование поджелудочной же-
лезы, печени и легких определяется взаимодействием группы клеток
энтодермы и мезодермы. Уча-
стие специфических химичес-
ких агентов в таких взаимо-
действиях доказывается тем,
что эффект индукции можно
наблюдать в условиях, исклю-
чающих непосредственный кон-
такт между клетками, напри-
мер если разделить клетки
тонкими (20 мкм) миллипоро-
выми фильтрами [150].
Имеющиеся данные позво-
ляют считать, что большое
число химических соединений
различных типов участвует в
межклеточных взаимодейст-
виях, функционируя в качест-
ве гормонов местного дейст-
вия, или аутокоидов. Эти ве-
щества индуцируют рост или
дифференцировку, служат фа-
кторами хемотаксиса, некоторые из них несомненно тормозят рост.
Приведем несколько фактов.
Поразительный пример химической индукции процесса развития
можно наблюдать, используя сенсорные и симпатические нейроны эм-
бриона. Интенсивный рост аксонов эмбриональных нейронов (рис. 16-14)
индуцируется особым фактором роста нервов [151—153], который пред-
ставляет собой небольшой белок, состоящий из 118 аминокислот и со-
держащий три дисульфидные связи. По величине и общей структуре
этот белок напоминает проинсулин; в функциональном отношении его
следует рассматривать как истинный гормон. Он синтезируется во мирт
гих тканях, но больше всего в подчелюстных (слюнных) железах МЫ-
шей-самцов. Эти железы, подобно поджелудочной железе, содержа^
как эндокринную, так и экзокринную ткань. Гормон роста нервов сект
ретируется также фибробластами; кроме того, он обнаружен в злока-
чественных клетках саркомы. Предполагается, что в самой нервной си-
стеме гормон продуцируется клетками глии. Механизм его действия
заключается, по-видимому, в том, что он изменяет свойства мембран
нервных клеток, способствуя быстрому отрастанию длинных тонких JK;
сонов. Имеется сообщение о существовании другого белка с ббльшИ»}
молекулярным весом, действующего на клетки мозга эмбриона пример-
но таким же образом [154]. ••
358 Глава 16
При изучении структуры мозга, а также формирования в ходе эмб-
рионального развития соединений между нейронами бросается в глаза
одно удивительное обстоятельство [155]. Дело в том, что весь мозг про-
низан множеством связей еще до того, как он начал функционировать,
и в ходе образования такой «проводки» аксоны прорастают из одной
части мозга в другую, протягиваясь иногда на очень большие расстоя-
ния. Но еще более удивительно, что соединения между нейронами фор-
мируются строго постоянным образом. Например, изображение, возник-
шее на сетчатке глаза, без помех передается в специфическую область
мозга, где оно воспринимается. Нейроны, осуществляющие связь между
сетчаткой и мозгом, растут так, будто их снабдили точным адресом
того участка мозга, с которым они должны соединяться [155]. В на-
стоящее время нет решительно никаких данных, какая химически зако-
дированная информация лежит в основе этого явления.
Подобно фактору роста нервов, существует эпидермальный фактор
роста, также синтезирующийся в подчелюстной железе мышей-самцов;
это полипептид, который состоит из 53 аминокислотных остатков [156,
157]. Выделена свойственная человеку форма этого фактора [157],
идентичная, видимо, урогастрону [158]. Последний обладает свойством
предотвращать развитие язвы желудка и находится в относительно
больших количествах в моче беременных женщин (у которых обычно
не развиваются язвы).
Подобно тому как отростки нейронов растут и соединяются со спе-
цифическими участками-мишенями, так и целые клетки нередко направ-
ленно перемещаются в процессе эмбрионального развития. Полагают,
что в основе миграции клеток лежит хемотаксис (разд. Б. 7). Значитель-
ная часть работ по изучению миграции клеток выполнена на гидре
(рис. 1-10), примитивном животном, содержащем клетки только 10 ти-
пов. Один из этих типов представлен эмбриональным резервом клеток
мезодермы. Это клетки стволовой линии, образующие, помимо прочих
клеток, нематоциты (стрекательные клетки), которые, сформировав-
шись, продвигаются вверх по телу гидры и располагаются в конце кон-
цов в щупальцах [159, 160].
Ранее уже упоминалась роль хемотаксиса в функционировании за-
щитной системы человеческого организма (дополнение 5-Ж). Этому не-
сколько противоречит постулат, что каждая клетка продуцирует ткане-
специфичный гормон местного действия, называемый келоном, кото-
рый ингибирует митотическую активность других клеток той же ткани.
Полагают, что эти гормоны играют важную роль в регуляции деления
клеток и предотвращении злокачественного роста. Выделено несколько
келонов, оказавшихся белками или пептидами различного молекуляр-
ного веса [161, 162].
В целом гормоны местного действия оказывают различное действие
на близлежащие клетки, в частности усиливают или тормозят рост,
влияют на миграцию, а также на дифференцировку клеток. Во многих
случаях гормоны местного действия —это специфические пептиды или
белки, но в этом качестве могут выступать также более простые соеди-
нения: небольшие пептиды, гистамин, серотонин и даже бикарбонат-
ион [163]. Эти вещества, передвигаясь от одной клетки к другой, долж-
ны проникать через клеточные мембраны. Обычно они переносятся жид-
костью, окружающей клетки, но иногда и более прямым путем — через
щелевые соединения (гл. 1, разд. Д, 3, а). В этих соединениях имеются
специальные каналы, по которым происходит транспорт между цито-
' V ' '* .С <5 V" ,. .
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток 369
плазмой соседствующих клеток низкомолекулярных веществ, по-вйдимо'
му белков [164, 165, 165а], Еще одна форма строго направленного пу-
ти межклеточных коммуникаций — это синапсы.
4. Взаимоузнавание клеток
Имеется еще один вид миграции клеток, обеспечивающий объедине-
ние перемешанных разрозненных клеток, как описано в гл. 1, разд.
Д, 3, в [166]. Подобные клетки между собой соединяются, и эта способ-
ность имеет большое значение в формировании тканей. Каков же ме-
ханизм, позволяющий клеткам узнавать подобных себе в смеси из раз-
личных клеток? Удалось выделить особые тканеспецифичные адгезив-
ные молекулы, индуцирующие агрегацию эмбриональных клеток
определенного типа [167—170]. Один из выделенных факторов вызы-
вает агрегацию эмбриональных клеток мозга, тогда как другой — кле-
ток сетчатки. Адгезивные молекулы, или факторы агрегации, оказались
гликопротеидами, причем их специфичность определяется, по-видимому,
олигосахаридными компонентами [169]. Поверхность плазматических
мембран несет также специфические соединения, блокирующие агрега-
цию клеток; эти соединения были выделены в растворенном виде [171].'
РИС. 16-15. Схематическое изображение возможной роли поверхностных гликозилтраис-
фераз и их субстратов в процессе слипания клеток. Клетки А и Б содержат как суб-
страты (R-содержащие группы), так и ферменты с немаскированными активными цент-
рами. Предполагается, что по завершении реакции происходит измеиеиие структура
клеточной поверхности; этим, возможно, объясняются некоторые контактные явления,
в частности контактное ингибирование и индукция, а — первоначальное слипание в ре-
зультате образования комплекса трансферазы с субстратом; б —завершение реакции,
приводящее к изменению свойств клеток; в — разъединение клеток [168].
Заслуживает внимания представление, согласно которому олигоса-
харидные цепи гликопротеидов на поверхности одной клетки соединя-
ются со специфической гликозилтрансферазой на поверхности другой
[172, 173]. В результате этого взаимодействия клетки удерживаются
вместе, но после присоединения дополнительного гликозильного остат-
ка к олигосахариду в ходе трансферазной реакции свойства поверх-
ности клетки, несущей гликопротеид, должны измениться (рис. 16-15).
Это в свою очередь приведет к дезагрегации клеток. Гликозилтрансфе-
разы, а также молекулы акцептора действительно обнаружены иа внещг
ней поверхности клеточных мембран [174, 175]. Ферменты такой лока-
лизации, называемые иногда эктоферментами, видимо, первоначальна
составляли часть внутриклеточной системы глицозилировация (находя-
щейся в эндопдазматите^кдал-рртикуду^^, зддеод
96® Глава 1&:
плазматическую мембрану на поверхность клетки [175]. Описанная
система вызывает пристальный интерес в связи с тем обстоятельством,
что утрата раковыми клетками «контактного торможения» может быть
обусловлена изменением свойств каких-то ее компонентов (гл. 1,
разд. Д,3,в).
Эделман [175а] высказал предположение, что узнавание клетки
клеткой связано с проблемой иммунологического узнавания (разд. 7
данной главы, а также гл. 7, разд. В.4). Может быть, в этом процес-
се участвует каскад протеолитических реакций, подобно тому как это
имеет место в системе комплемента (дополнение 5-Ж), а также цито-
плазматическая сеть (гл. 5, разд. В.4).
5. Программы развития у многоклеточных организмов
Как мы уже видели, клетки постоянно получают химические сигна-
лы как непосредственно от прилегающих клеток, так и через омыва-
ющие жидкости; в ответ на это они высвобождают определенные соеди-
нения либо так или иначе меняют свойства своей поверхности. Возни-
кает, однако, вопрос, могут ли в ходе такого межклеточного взаимо-
действия сформироваться 200 типов специализированных клеток, свой-
ственных организму млекопитающих. Тот факт, что даже бактериаль-
ные клетки могут переключаться с одной программы развития на дру-
гую, делает такое предположение вероятным. У низкоорганизованных
животных на определенном этапе развития яйцеклетки синтез ДНК
выключается и в клетке начинают накапливаться большие количества
РНК, которая используется в дальнейшем эмбриональном развитии. На
ранних стадиях эмбрионального развития основную организующую
роль играют такие факторы, как полярность яйцеклетки и градиент кон-
центрации всех ее компонентов. Следовательно, ядра яйцеклеток отве-
чают на внешние стимулы таким образом, что обеспечивают исходную
полярность эмбриона. На самых ранних стадиях развития процесс диф-
ференцировки легко обратим. В дальнейшем же превращение диффе-
ренцированной клетки в клетку эмбрионального типа становится трудным
или даже невозможным. Опыты Гердона (разд. В, 2 данной главы) по-
казывают, что ядро дифференцированной клетки обычно (если не всег-
да) содержит весь генетический материал. Этому факту нисколь-
ко не противоречат многочисленные экспериментальные данные, сви-
детельствующие о том, что на ранних стадиях развития клетки, распо-
ложенные в разных частях зародыша, следуют различной внутренней
генетической программе так, словно направление дифференцировки у
иих предопределено. В некоторых случаях создается впечатление, буд-
то заводятся некие «часы развития», которые полностью определяют
дальнейший ход дифференцировки.
Это представление подтверждается существованием стволовых кле-
ток, сохраняющих некоторые черты эмбриональных клеток; при каж-
дом делении стволовой клетки образуется новая стволовая клетка
плюс дифференцированная клетка. Последнее явление трудно объяснить
только как реакцию на химические сигналы из окружающей среды.
Согласно некоторым наблюдениям, клетки животных обладают огра-
ниченным потенциалом деления [176, 177]. Например, нормальные ди-
плоидные фибробласты человеческого эмбриона при выращивании в
культуре делятся примерно 50±10 раз, после чего погибают независи-
мо от условий культивирования. Фибробласты, полученные от людей
Старшего возраста, погибают после меньшего числа клеточных деле-
ний. Аналогичным образом быстрее погибают ® культуре клетки жи-
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация вд$Ток
вотных с меньшей продолжительностью жизни, например клетки мышей
(после 14—28 делений) [177]. Из этих наблюдений можно сделать вы-
вод о существовании внутренней программы, предопределяющей время
гибели клеток. Имеются, однако, наблюдения, противоречащие этому
выводу [178], так что в целом концепция о наличии верхней границы
числа делений дифференцированных клеток остается недоказанной.
Третья линия данных в пользу существования внутренних программ
развития вытекает из тщательно проведенных эмбриологических иссле-
дований. В частности, показано, что у куриного эмбриона зачаток ко-
нечности (длина которого равна сумме диаметров 20 клеток) содержит,
клетки, совершенно автономно дифференцирующиеся в дальнейшем в
отдельные элементы органа. Если эту зону развития с одного зачатка
конечности перенести на второй симметричный зачаток, то там ра-
зовьется конечность, содержание костных и хрящевых элементов в ко-
торой будет в два раза больше нормального [179].
Современные теории развития принимают существование определен-
ных генетических программ и рассматривают весь процесс развития
как результат сочетания реакций клетки на воздействие гормонов и
индукторов с влиянием внутренней генетической программы [179].
В настоящее время можно высказать только первые догадки о природе
внутренних программ. Все же были предложены очень разумные схе-
мы, согласно которым часы развития считают число клеточных делений
и в соответствующий момент выключают одни гены и включают дру-
гие [180]. Были высказаны конкретные предположения относительно
химизма таких часов. Так, указывалось, что вопреки представлению о
высокой стабильности ДНК это соединение легко мутирует под влия-
нием химических факторов. Можно допустить существование особых
ферментов, направленно модифицирующих ДНК в определенных уча-
стках. В самом деле, известно, что в ДНК содержится определенное
количество дополнительных метильных групп, которыми, например, мо-
гут быть маркированы отдельные участки (гл. 2, разд. Г, 8). Другая
возможность — это дезаминирование содержащих аминогруппу основа’
ний в определенных участках, например в палиндромных последова-
тельностях.
Вполне возможно, что происходит следующая цепь событий. Под
действием соответствующего фермента аденин в паре АТ может быть
дезаминирован в инозин. В результате после деления клетки одна из,
дочерних клеток получит неизмененную молекулу ДНК, тогда как во
второй клетке вместо пары оснований АТ окажется пара UC. При сле-
дующей репликации возникнет пара GC. Таким образом, в части дочер-
них клеток в специфическом участке ДНК происходит замена АТ на
GC. Такая простая замена, возникающая под действием особого фер-
мента, образовавшегося на определенной стадии развития, может из-
менить в некоторых клетках выражение отдельных генов. Вполне ве-
роятно, что другой фермент способен вызвать обращение указанного
эффекта, т. е. превратить модифицированную пару оснований в исход-
ную форму. Например, дезаминирование цитозина и последующая реп-
ликация ДНК приведут к образованию пары AU, которая после второй
репликации ДНК превратится в исходную пару АТ. Если специфиче-
ские палиндромные участки доступны и многократно повторяются, то
можно себе представить, что действие модифицирующего фермента по-
следовательно распространяется по всей длине хромосом в обоих на-
правлениях. Именно таким образом может возникнуть эффект включе-
ния специфических генов после определенного числа клеточных делений
(подробности см. в работеХолидея и Пуга [180]). i,
Ж глайв 16
' На рис. 16-16 показано, как гипотетический фермент Е1 может мо-
дифицировать участок ДНК путем метилирования основания в одной из
двух палиндромных последовательностей. Этот фермент, которому при-
писывается довольно необычная специфичность, должен также метили-
ровать второй участок в комплементарной цепи, но вне палиндромной
области. После репликации одна молекула ДНК остается неизмененной,
тогда как вторая окажется субстратом фермента Е2. Под действием
последнего произойдет метилирование второй половины палиндрома и
всех ДНК-потомков. В результате совместного действия ферментов Е1
и Е2 модифицированные клетки будут все больше и больше отличаться
Субстрат
фермента Е I
РИС. 16-16. Отделение метилированной ДНК от неметилированного предшественника.
Первый модифицирующий фермент Е1 метилирует половину палиндромной последова-
тельности и прилегающую последовательность в комплементарной цепи. В ходе реп-
ликации образуется субстрат для второго фермента Е2, который метилирует вторую
половину палиндрома и все последующие поколения молекул ДНК. При наличии Е1 и
Е2 из немодифнцированных или частично модифицированных клеток постоянно образу-
ются стабильные модифицированные клетки. В случае инактивации илн исчезновения
Е1 образуются стабильные модифицированные и иемодифицнрованные клетки (Holli-
day R., Pugh J. Е., Science, 187, 227, 1975).
от немодифицированных, т. е. будет идти процесс дифференциации, по-
добный тому, какой имеет место в стволовых клетках, подвергающих-
ся дифференцировке. Несколько иная схема (но также предполагающая
наличие фермента довольно необычной специфичности) объясняет ме-
ханизм внутреннего счета числа клеточных делений аналогично посту-
лату о транзициях АТ — GC[180],
Как же тогда объяснить тотипотентность ядер дифференцированных
клеток? Имеются многочисленные данные о том, что в цитоплазме яй-
цеклетки содержатся факторы, выключающие транскрипцию специали-
зированных генов. Создается впечатление, что какой-то механизм пере-
водит стрелки часов развития, заставляя клетки дифференцироваться.
Вполне вероятно, что до тех пор, пока не происходит заметной потери
ДНК из генома, модифицированная ДНК ферментативно превращает-
ся в исходную немодифицированную форму. Если рассматривать мети-
лированную ДНК, то весьма существенно, что в случае отсутствия в
цитоплазме яйцеклетки ферментов Е1 и Е2 (рис. 16-16) дальнейшего ме-
тилирования в ходе дробления не произойдет. На стадии гаструлы, ког-
да, видимо, начинают включаться часы развития, в ДНК большинства
клеток метилированные основания должны Отсутствовать.
Рост, дифференцировка и химическая коммуникаций- клеток
6. Изменения в содержании ДНК
Известно много случаев, когда дифференцировка клеток приводит
к временному или устойчивому изменению генома. Например, амплифи-
кация генов рРНК (гл. 15, разд И, 1, д) ооцитов сопровождается вре-
менным увеличением общего содержания ДНК в клетке. Некоторые щя-
сокоспециалнзированные клетки, например клетки Пуркинье в мозжеч-
ке или многие клетки в личинках двукрылых (гл. 15, разд. Г. 9, в), ха-
рактеризуются полиплоидией. Как правило, это клетки, достигшие пре-
дельного уровня спецнализацин и утратившие способность к делению.
В каждой копни ДНК полиплоидных клеток обычно содержится полный
набор генов (большая часть которых фенотипически не выражается).
С другой стороны, в некоторых клетках процесс необратимой диф-
ференцировки сопряжен с потерей части генома. Крайним выражением
этой ситуации являются эритроциты человека, полностью утратившие
ядро. В других клетках разрушаются отдельные хромосомы. Возможны
и такие случаи, когда хромосома или ее часть необратимо инактиви-
руется и остается в клетке в виде компактного образования — гетеро-
хроматина. Этим термином обозначают интенсивно окрашивающиеся
области клеточного ядра. Некоторые гетерохроматины содержат много-
кратно повторяющиеся последовательности (гл. 15, разд. И, 1,6), но в
отдельных гетерохроматиновых областях обнаруживаются группы инак-
тивированных генов. Чрезвычайно интересен случай полной инактива-
ции одной из двух Х-хромосом в клетках самок млекопитающих ',[181].
Вся хромосома при этом выглядит как гетерохроматин. Инактивация
происходит на ранней стадии эмбрионального развития и захватывает
ту или другую Х-хромосому по принципу случайности: в одних клетках
инактивируется материнская Х-хромосома, в других—отцовская. Од-
нако при дальнейших клеточных делениях одна и та же хромосома ос-
тается инактивированной во всем клоне клеток. В результате в орга-
низме особей женского пола возникает мозаицизм по гетерозиготным
генам Х-хромосом.
Механизм инактивации и избирательного разрушения хромосом ос-
тается неизвестным; предполагается, что в своей химической основе
он имеет сходство с процессами модификации и рестрикции, свойствен-
ными бактериям (гл. 15, разд. Е) [182]. С помощью системы метили-
рования одна хромосома может быть «помечена» и сохранена, тогда
как другая — подвергнуться последовательным воздействиям отстрига-
ющей эндонуклеазы. С другой стороны, не исключено, что какой-то
другой фермент инициирует переход хромосом в гетерохроматин.
Если одни гены избирательно инактивируются или попеременно
включаются и выключаются, то другие в некоторых случаях необрати-
мо утрачиваются в процессе клеточной дифференцировки. В хромосо-
мах отдельных клеток во время мнтоза, по-видимому, имеет место гене-
тическая рекомбинация. Был обнаружен кроссинговер между сестрин-
скими хроматидами. Однако если при этом происходит обмен равными
количествами генетического материала, то изменения генетики дочер-
них клеток не наступает. С другой стороны, если в одной молекуле
ДНК оказываются две и более одинаковые последовательности основа-
ний, то возможен неравный кроссинговер (гл. 16, разд. Ж, 3) с потерей
генетического материала одной из дочерних клеток. По существу в этом
может состоять предопределенная программа дифференциации для
некоторых клеток.
Потеря генов из хромосом может идти и по Другому механизму, а
именно пуДём исключений петлй !ДН К ^(looping' but rhechahiSffi)< [183] „
864 " Глава 1в
По аналогии с исключением профага X (гл. 15, разд. Г, 8) из хромосо-
мы Е. coli такая потеря генов должна происходить в специфических
сайтах (участках) ДНК. Постоянная потеря генетического материала
может, по-видимому, происходить при дифференцировке плюрипотентных
стволовых клеток, образующих клетки крови. Из указанных плюрипо-
тентных клеток сначала формируются три другие линии стволовых кле-
ток, а именно, миелоидные, эритроидные и лимфоидные, которые под-
вергаются дальнейшей дифференцировке, как показано на схеме.
Гранулоциты,
Миелоидные Моноциты.
стволовые____
Л клетки Мегакариоциты
/ (гл 11 разд. А,2)
Плюрипотентные У Эритроидные
стволовые > стволовые
клетка \ клетки ----------» Эритроциты
\ Лимфоидные Лимфоциты
ст?!™вые * (В-клетки и
клетки _
Т-клетки)
(16-2)
Эритроидные стволовые клетки служат предшественниками содер-
жащих гемоглобин эритроцитов. Вспомним (гл. 4, разд. Д, 7), что гемо-
глобины млекопитающих состоят из двух a-цепей и еще двух других
цепей — либо Р, либо у, либо б, либо е. Гемоглобин взрослых в основ-
ном имеет структуру агРг, но имеется также небольшое количество ге-
моглобина агбг. Для эмбриона на ранних стадиях развития характерен
гемоглобин «262, но на последующих стадиях е-цепи замещаются двумя
другими, свойственными эмбриональному гемоглобину цепями, а имен-
но °у и Ау. Генетические исследования показали, что гены е-, у-, р- и
6-глобина тесно сцеплены [188]. Почему же в отдельном эритроците
присутствует гемоглобин только одного типа? Видимо, дело в том, что'
для данного набора генов существует только один промотор. Если пос-
ле каждого гена имеется сигнал-терминатор, то очевидно, что будет ид-
ти транскрипция только того гена, который ближе всех прилегает к
промотору. В случае потери на каком-то этапе развития этого гена нач-
нет транскрибироваться следующий ген и т. д.; таким образом могут
происходить нарастающие постепенные изменения в выражении гена
в эритроцитах. Еще одна особенность процесса дифференци-
ровки эритроцитов — это его чувствительность к гормону эритропоэти-
ну, гликопротеидному гормону, образующемуся в почках [184—186];
Под действием эритропоэтина в дифференцирующих стволовых клетках
начинается интенсивный синтез гемоглобина, и они окончательно прев-
ращаются в эритроциты [186а].
Промотор
i_______е_______I______________________________________________________|______«
На ранней стадии ' У эмбриона I у взрослого
эмбрионального
развития
Этот участок
выстригается
первым Гены. ответственные за синтез глобина
7. Иммунный ответ
Изучение дифференцировки клеток, образующих антитела (лимфо-
идных клеток селезенки, лимфатических узлов, костного мозга и дру-
фх органов), дало наиболее убедительный пример постоянного измене-
РОСТ, ДНффервНЦВровда я лижп’кяанл
ния организации ДНК в специализированных клетках. Целый ряд ге-
нетических данных показал, что вариабельные (V) части белковых це-
пей иммуноглобулинов кодируются различными генами в отличие от
постоянных, константных (С) частей тех же цепей. Эта необычная си-
туация отражает, видимо, необходимость образования многих тысяч
различных антител. Согласно генетическим исследованиям, гены, коди-
рующие синтез антител, наследуются по классическому правилу Мен-
деля, причем многочисленные неидентичные гены областей V и С груп-
пируются в кластеры, называемые иногда транслокон [187].
1УК||1 I*7*11'
с
I * | Легкие
------ цели
|Vh'I |Vh"I Iе-1 |c“-| |C1-| |C"[ Iе"'I |C"'| |C“'| |C°>| |Cs| |C‘| Тяжелил
Групповое расположение геноб, определяющих синтез антител у человека цели
Каково число генов в этом комплексе, остается неизвестным. Со-
гласно сделанным подсчетам, для образования антител к антигенным
детерминантам, число которых достигает 2 млн., требуется от 100 до
нескольких тысяч генов Vh, Vk и Ух [188—190]. Некоторые экспери-
ментальные данные, однако, дают основание думать, что число «гамет-
ных» (.germ line) генов для иммуноглобулинов значительно ниже. Вй-
димо, какие-то не выявленные до сих пор процессы «перетасовывают»
части У-генов и тем самым создают разнообразие нуклеотидных после-1
довательностей в генах, определяющих синтез антител в лимфоцитах.
Как бы то ни было, сверхизменчивые области генов иммуноглобулинов
в лимфоидных клетках характеризуются необычно высокой частотой
мутаций (соматические мутации) [190а, 190b]. Более того, для оконча-
тельной сборки гена, необходимого для синтеза какого-либо специфиче-
ского иммуноглобулина, требуется модификация ДНК посредством не-
равного кроссинговера, выстригания петли ДНК или транслокации сег-
мента ДНК. В клетке, продуцирующей антитела, синтезируется только
один тип иммуноглобулина, что указывает на активное транскрибиро-
вание только одной из гомологичных хромосом.
Сравнительно недавно было показано, что в мРНК, детерминирую-
щей синтез легких цепей иммуноглобулинов, содержится информация
как для вариабельной, так и для константной части белковых цепей
[191]. Согласно результатам, полученным при генетических исследова-
ниях, процессу транскрипции, вероятно, предшествует объединение об-
ластей У и С. Путь дифференцировки клеток, продуцирующих антите-
ла, очень сложен, что, по-видимому, тесно связано со сложностью са-
мого иммунного ответа {192, 193]. Т- и В-клетки (гл. 5, разд. В, 4),
называемые иногда малыми лимфоцитами, образуются из общего
предшественника — стволовых клеток. У птиц В-клетки формируются в
специальном органе — фабрициевой сумке и в других частях тела.
У млекопитающих, очевидно, В-клетки образуются главным образом
в костном мозге, а Т-клетки — в тимусе (зобной железе), где они нахо-
дятся под регуляторным влиянием гормона тимозина [194, 195], изме-
няющего Направление развития каким-то еще непонятным образом.
Иммунный ответ начинается связыванием антигена с рецепторами
В-лимфоцитов, а возможно также и с рецепторами Т-клеток. Связыва-
ние антигена, по-видимому, запускает деление В-клеток, из которых
через несколько последовательных делений формируются плазматиче-
ские клетки, характеризующиеся высокой секреторной активностью и
накапливающиеся в различных лимфатических тканях. Кроме того,
В-клеткн служат предшественниками так называемых клеток иммуно-
логической памяти — долгоживущих лимфоцитов, способных спустя
много лет быстро пролиферировать при повторной встрече с данным
антигеном.
Сложность иммунного ответа связана отчасти с тем, что другие
клетки, в особенности Т-лимфоциты и макрофаги, изменяют реакцию
В-клеток на антиген. В отсутствие активирующего действия антигена
процесс деления большей части лимфоцитов заторможен. Т-клетки, а
они представлены по меньшей мере тремя типами, могут либо стиму-
лировать клеточное деление после связывания антигена, либо продол-
жать подавлять его. Видимо, торможение имеет место в том случае,
когда иммунная система узнает о наличии в антигене детерминанты,
присутствующей также на поверхностях собственных клеток организма.
Совершенно очевидно, что различение «своих» и «чужих» антигенов
чрезвычайно важно для иммунной системы. Аналогично тому как нерв-
ная система находится обычно в заторможенном состоянии и только
иногда по ней осуществляется проведение потока импульсов, так и им-
мунная система в основном ингибирована и лишь в определенных слу-
чаях развивается клон плазматических клеток. Торможение иммуноло-
гической активности обусловлено отчасти синтезом антител против дру-
гих антител, а именно против антител, функционирующих в качестве
рецепторов на поверхности В-клеток.
Загадочная, но практически очень важная особенность иммунной
системы состоит в том, что в организме могут образовываться антитела
против собственных клеток, как это имеет место при аутоиммунных бо-
лезнях. К числу таких болезней относится, по-видимому, ревматоидный
артрит; при этом заболевании сыворотка крови и суставная жидкость
содержат комплексы IgG с неизвестными антигенами, причем такие
комплексы не встречаются у здоровых лиц. При тяжелом аутоиммун-
ном заболевании, системной красной волчанке, иммунная система час-
то образует антитела против собственной ДНК больных. Эти антитела
атакуют клетки различных тканей, например эритроциты. Хотя клетки
иммунной системы обычно отделены от нервных клеток гематоэнцефа-
литическим барьером, все же у мышей нетрудно вызвать аллергический
энцефаломиелит, при котором антитела повреждают миелиновые обо-
лочки (т. 1, стр. 354). Другим примером таких заболеваний, называе-
мых болезнями иммунных комплексов, служит амилоидоз, характери-
зующийся отложением белково-углеводных комплексов во внеклеточ-
ном пространстве [196]. Было сделано важное наблюдение, что
количество аутоантител и отложения амилоида с возрастом увеличива-
ются. Предполагается, что болезнь иммунных комплексов является ос-
новной причиной старения. Огромное значение для медицины имело
выявление природы основного заболевания почек—первичного гломе-
рулонефрита, который, как показали исследования, обусловлен перекре-
стной реакцией между мембраной стрептококка и базальными мембра-
нами почечных клубочков.
Полагают, что основная функция иммунной системы состоит в раз-
рушении раковых клеток; и опять-таки распознавание чужеродных
ант^енов» .которыми в этом случае оказываются углеводы и белки из-
мененной клеточной поверхности (гл. 5, разд. В), стимулирует выра-
ботку антител, направленных против «возмущающих» клеток. Ошибки
в работе этой системы лежат в основе увеличения с возрастом как час-
тоты раковых заболеваний, так и нарастания концентрации аутоанти-
тел. Дальнейшее изучение указанных сложных проблем, несомненно,
имеет большое значение для медицины, а также для выяснения меха-
низмов взаимоузнавания клеток и клеточной дифференциации.
Г. Экологические проблемы (личное замечание автора)
Заключительный раздел этой главы, посвященной проблемам комму-
никации, следует отнести к вопросу межвидового общения. Люди стал-
киваются с такими трудностями при общении друг с другом, что, каза-
лось бы, проблемы экологических взаимоотношений не особенно суще-
ственны для них. Однако если внимательно взглянуть на то, что можно
рассматривать более широко как метаболические циклы в биосфере, то
легко убедиться в важности этого аспекта биохимии. Достаточно пред-
ставить себе, что возникновение эукариот связано, возможно, с уста-
новлением симбиотических отношений между двумя видами прокариот.
Точно так же развитие высших растений может быть обусловлено сим-
биозом между водорослью и организмом, неспособным к фотосинтезу.
Союзы между различными видами н в настоящее время играют важ-
ную роль. Например, производство мяса во многом зависит от бакте-
рий, входящих в состав микрофлоры пищеварительного тракта жвачных
животных. Организм человека является пристанищем для ряда бакте-
рий, грибов и других организмов, причем он вынужден поддерживаТьС-
ними добрососедские отношения. Для борьбы с бактериальными инфек-
циями нам необходимы антибиотики, вырабатываемые бактериями ЙЛЙ-
грибами. Еще более существенна наша зависимость от растений, постав-
ляющих кислород и незаменимые питательные вещества. Окружающая?
нас среда в своей значительной части является продуктом жизнедейа
тельности различных организмов, находящихся в состоянии динамиче-
ского экологического равновесия. Совершенно очевидно, что следует
ожидать быстрого расширения наших знаний в области химической
экологии, причем не только по проблеме влияния одной группы организ-
мов на другую, но и по проблеме влияния человеческой деятельности
на животные и растения всех уровней организации. Должны быть ис-
следованы такие вопросы, как последствия загрязнения окружающей
среды, исчерпание озона в атмосфере и другие изменения, которьй
влияют на количество достигающей Земли лучистой энергии, а также
вопрос о возможном значении использования человеком избыточных
количеств энергии. Подобно тому как поддержание устойчивого состоя-
ния в клетке часто оказывается существенно важным для жизнедея-
тельности организма, для биосферы, по-видимому, необходимо поддер-
жание устойчивого состояния химических циклов.
Несомненно, что в будущем роль биохимиков в медицине, сельском
хозяйстве и промышленности будет постоянно возрастать. Биохимики
должны быть готовы к участию в выработке ответственных решений,
способных повлиять на будущее всего живого на земле. Биохимические
подходы потребуются для решения многих важных проблем. Особого
внимания требуют проблемы мутации (гл. 15, разд. 3, 3) и последствия
загрязнения среды непрерывно растущим числом, синтетических химиче-
ских материалов. Неизбежно возникнут не только- научные, но и этиче-
ские вопросы. Например, человечество ие сможет избежать ухудшения
генетического фонда, не прибегнув либо к эффективным, мерам отборв,
Ж' ^лава 1в
которых пока не существует, либо к «генетической инженерии». Если
появится возможность изменять генетические признаки, то в принципе
ничто не помешает сделать человека более здоровым, способным и ра-
зумным, чем он есть в настоящее время. Не нужно, однако, забывать,
что наши знания очень не полны и деятельность наша чревата ошиб-
ками.
Несмотря на попытки игнорировать угрозу новой войны, мы не мо-
жем не рассматривать этой проблемы. Возможность практически полно-
го уничтожения сложноорганизованных форм живого в результате воз-
действия радиации на генетический аппарат вполне реальна. Конечно,
внушает надежду тот факт, что человечество уже много лет живет с
атомным оружием, не пустив его в употребление, но постоянные угрозы
воспользоваться им как последним средством могут привести к все-
мирной катастрофе.
Может быть, именно биохимики, хорошо представляющие себе про-
блемы, порождаемые мутациями и другими последствиями радиоактив-
ного облучения, должны указать обществу на грозящую ему опасность.
Не меньшую опасность, чем радиоактивное облучение, представляет
биохимическое оружие войны, например искусственные вирусы. До сих
пор биохимическое оружие мало употреблялось, поскольку все понима-
ли, что оно не щадит не только чужих, но и своих. Однако растущие
знания в области- молекулярной биологии могут сделать возможным ко-
варное нападение на невакцинированный контингент. Поскольку рабо-
та в области биохимии не требует громоздких технических устройств,
разработка биологического оружия может быть проведена небольшой
группой ученых сугубо секретно.
Стоит ли беспокоиться? Если биохимия не может обнаружить смыс-
ла жизни, то может быть нам, ученым, следует заниматься только нау-
кой? Ведь наука сама по себе не имеет морали, не так ли? И наконец,
разве общество не сделает того, что хочет, не считаясь с нашим мне-
нием? Такого рода вопросы неизбежны, но все же деятельность лучших
ученых мира проникнута чувством большой ответственности. Они ищут
не только радости открытия и удовольствия от признания их заслуг, но
и хотят сохранить мир для своих детей и внуков. Они испытывают со-
страдание к другим людям. Очень многие из них стали биохимиками
из стремления изучать живое с целью улучшения здоровья людей, ме-
дицинской помощи, питания и т. д. Большинство ученых не хотят ми-
риться с тем, чтобы эволюция человека окончилась катастрофой из-за
применения ядерного оружия или необратимого загрязнения суши и
воды.
Возвращаясь к проблеме биологического оружия, напомню, что гово-
рил по этому поводу первооткрыватель процесса рекомбинации бакте-
рий Джошуа Ледерберг на конференции в Беркли в 1971 г. Он спра-
шивал: существует ли справедливость и объективность вне стен лабо-
ратории? По его мнению, ответ должен быть утвердительным.
Ледерберг указал, что различные страны мира договорились о прекра-
щении производства биологических видов оружия и даже сделали уже
некоторые шаги для уменьшения грозящей опасности. Однако это ра-
зумное решение всегда встречает определенное сопротивление. Некото-
рые настаивают на организации инспекции по проверке выполнения
решения. Но разве может быть какая-либо инспекция достаточно эф-
фективной? По мнению Ледерберга, в настоящее время возможна
только одна форма контроля, а именно контроль со стороны самих уче-
ных, которые должны отказаться от роли «чистых ученых» и взять на
себя задачу предотвратить безумное употребление новейших биологи-
Рост, дифференцировка и химическая коммуникации клеток
ческих. открытий. Существование сообщества ученых, члены которого
всегда бы действовали с полной ответственностью, представляется ма-
ловероятным, и тем не менее это возможно единственный путь к тому,
чтобы человечество могло продолжать жить на нашей планете. Ледер-
берг считает, что этого можно добиться. (Я присоединяюсь к этому
мнению.)
Если настоящая книга помогла читателю разобраться в проблемах
молекулярной биологии и оценить возможности этой науки, то на-
деюсь, что заключительные строки убедят читателя последовать сове-
ту профессора Ледерберга. Я искренне надеюсь, что все молодые люди,
изучающие сейчас биохимию и современную биологию, используют те
фантастические знания, которые у нас есть, на благо человечества, а
добившись влиятельного положения в ученом мире, будут действовать
ответственно и осторожно.
Вопросы и задачи
1. Комплекс кортикостероидный гормон — рецептор, образованный при
пониженной температуре и слабой ионной силе, присоединяется к
хроматину только после «активации». Активация является реакцией
первого порядка, в результате которой образуется мономолекуляр-
ный продукт. Скорость реакции увеличивается с повышением темпе-
ратуры, и равновесие наступает в условиях, когда ~60% молекул
комплекса оказываются активированными. Процесс характеризуется
следующими параметрами (Atger М., Milgrom Е., JBC, 251, 4758—
4762, 1976):
AG*=89 кДж-моль"1,
A/Z* —131 кДж-моль-1,
Д5±=142 Дж/°С.
К какому типу реакций отнесете вы процесс активации?
2. Многие пептидные гормоны образуются из больших по величине пеп-
тидов в ходе протеолиза, протекающего иногда в два и более этапа.
В чем могут заключаться преимущества такого пути образования
гормонов для организма?
3. В нерастворимый фосфопротеид мозга крысы во время сна включа-
ется больше радиоактивного Л, чем во время бодрствования. Этот
фосфопротеид был выделен и оказался глюкозо-6-фосфатазой
(Anchors М., Karnovsky М. L., JBC, 250, 6408—6416, 1976). Как объ-
яснить это явление? Попытайтесь объяснить состояние сна с хими-
ческой точки зрения.
4. Изменение одной и той же особенности поведения организма наблю-
дается при мутации одного из генов, детерминирующих синтез любо-
го из следующих белков:
аденилатциклазы,
фосфодиэстеразы,
ферментов синтеза простагландинов,
моноаминооксидазы,
белка — рецептора сАМР,
протеазы, действующей на липотропин.
Объясните молекулярную основу общности эффекта мутаций.
5. Определенные N-формилпептиды являются аттрактантами фагоцитов
(Aswanikumar S., Schiffman Е., Corcoran В. Д., Wahl S. М., PNAS,
24—499
370 Глава 16
73, 2439—2442, 1976). В чем может быть биологическое значение это-
го факта? Предполагается, что пептидазная активность фагоцитов иг-
рает также большую роль в хемотаксисе. Объясните почему.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Frieden Е., Lipner Н., Biochemical Endocrinology of the Vertebrates, Prentice-Hall,
Englewood Cliffs, New Jersey, 1971.
2. Simons S. S., Jr., Martinez H. Af., Garsea R. L., Baxter J. D., Tomkins G. M., JBC,
251, 334—343 (1976).
3. O’Malley B. W., Schrader W. T„ Sci. Am., 234, 32—43 (Feb. 1976).
3a Schwartz R. J., Kuhn R. W., Buller R. E., Schrader W. T., O’Malley B. W., JBC,
251, 5166—5177 (1976).
3b. McEwen B. S., Sci. Am., 235, 48—58 (Jul. 1976).
4. Tompkins G. M., Science, 189, 760—763 (1975).
5. Tager H. S., Steiner D. F„ Annu. Rev. Biochem., 43, 509—538 (1974).
6. Guillemin R., Burgus R., Sci. Am., 227, 24—33 (Nov. 1972).
7. Schally A. V., Arimura A., Kastin A. J., Science, 179, 341—350 (1973).
8. Maugh T. H., II, Science, 188, 920—923 (1975).
9. Scott A. P., Ratcliffe J. G., Rees L. H., Landon J., Bennett H. P. J., Lowry P. J.,
McMartin C., Nature (London), New Biol., 244, 65—67 (1973).
10. Steiner D. F., Kemmler W., Tager FL S., Peterson J. D., Fed. Proc., Fed. Am. Soc.
Exp. Biol., 33, 2105—2115 (1974).
11. Smyth D. G„ Nature (London), 257, 89—90 (1975).
Ila. Habener J. E„ Potts J. T„ Jr., Rich A., JBC, 251, 3893—3899 (1976).
12. Grossman M. J., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 27, 1312—1313 (1968).
13. Das M., Soffer R. L., JBC, 250, 6762—6768 (1975).
14. Slama K., Romanuk M., Sorm F., Insect Hormones and Bioanalogues, Springer-
Verlag, Berlin and New York, 1974.
15. Williams С. M„ Sci. Am., 198, 67—74 (Feb 1958).
16. Sanburg L. L., Kramer K. J-, Kezdy F. J., Law J. H., Oberlander H., Nature (Lon-
don), 253, 266—267 (1975).
17. Kaplanis J. N., Robbins W. E., Thompson M. J., Dutky S. R., Science, 180, 307—308
(1973).
18. Spratt N. T., Jr., Developmental Biology, Wadsworth, Belmont, California, 1971.
19. Audus L. J., Plant Growth Substances, Vol. I. Leonard Hill, London, 1972.
20. Torrey J. G., Science, 181, 1075—1076 (1973).
21. Krogmann D. W., The Biochemistry of Green Plants, Prentice-Hall, Inc., Englewood
Cliffs, New Jersey, 1973.
22. Thomas M., Ransom S. L., Richardson J. A., Plant Physiology, 5th ed., Longmans,
Green, New York, 1973.
22a. Higgins T. J. V., Zwar J. A., Jacobsen J. V., Nature (London), 260, 166—169
(1976).
23. El-Antably H. M. M., Larsen P., Nature (London), 250, 76—77 (1974).
24. Maugh T. H„ II, Science, 184, 655 (1974).
25. Albers R. W., Siegel G. J., Katzman R., Agronoff B. W., Basic Neurochemistry,
Little, Brown, Boston, Massachusetts, 1972.
26. Eccles J. C., The Understanding of the Brain, McGraw-Hill, New York, 1973.
26a. Noback C. R., Demarest R. J., The Nervous System; Introduction and Rewiew,
McGraw-Hill, New York, 1972.
27. Rosenfeld A., Klivington K. W„ Saturday Rev. Aug., 9, pp. 13—15 (1975).
28. Schmitt F. O., ed., The Neuroscience: Second Study Program, Rockefeller Univ.
Press, New York, 1970.
29. Fried R., J. Chem. Educ., 45, 322—335 (1968).
30. Brand E. D., Westfall T. C., in: Medicinal Chemistry (A. Bourger, ed.), 3rd ed ,
Part II, pp. 1190—1234, Wiley (Interscience), New York 1970.
31. Cooper J. R., Bloom F. E., Roth R. H., The Biochemical Basis of Neuropharmacology,
2nd ed., Oxford Univ. Press, London and New York, 1974.
32. McIlwain H., Bachelard H. S„ Biochemistry and the Central Nervous System, 4th
ed., Livingston, Edinburgh, 1971.
33. Kandel E. R., Sci. Am., 223, 57—70 (July 1970).
34. Nicholls J. G., Essen D. Van, Sci. Am., 230, 38—48 (Jan. 1974).
35. Eccles J., Sci. Am., 212, 56—66 (Jan. 1965).
35a. Dowling J. E., Science, 147, 57—59 (1965).
35b. Michael C. R„ Sci. Aril., 220, 105—114 (May 1969).
36. Wilson V. J., Sci. Am., 214, 102—110 (May 1966).
36a. Schmitt F. O., Dev P„ Smith В. H„ Science, 193, 114—120 (1976).
37. Lllnas R. R., Sci. Arif., 232,56—71 (Jan. 1975).
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток; 371
38. Nachmansohn D., Neumann. E., Chemical and Molecular Basis of Nerve Activity,
Academic Press, New York, 1975.
39. Nachmansohn D., PNAS, 73, 82—85 (1976).
40. Hall Z. W„ Annu. Rev. Biochem., 41, 925—952 (1972).
41. Krnjevic K-, Methods Neurochem., 1, 129—172 (1971).
42. Katz B., Science, 173, 123—126 (1971).
43. Rubin R. P., Calcium and the Secretory Process, Plenum, New York, 1974.
44. Llinas R„ Nicholson C„ PNAS, 72, 187—190 (1975).
44a. Pearse В. M„ PNAS, 73, 1255—1259 (1976).
45. Edelstein S. J., Beyer W. B., Eldefrawi A. T., Eldefrawi M. E., JBC, 250, 6101__
6106'(1975).
46. Gearien J. E., in: Medicinal Chemistry (A. Burger, ed.), 3rd ed., Part II, pp. 1296_
1313, Wiley (Interscience), New York, 1970.
47. Fambrough D. M., Hartzell H. C., Science, 176, 189—191 (1972).
48. Botes D. P., JBC, 246, 7383—7391 (1971).
49. Tu A. T„ Annu. Rev. Biochem., 42, 235—258 (1973).
49a. Low B. W„ Preston H. S., Sato A., Rosen L. S., Searl J. E., Rudko A. D., Richard-
son I. S„ PNAS, 73, 2991—2994 (1976).
49b. Chothia C., Baker R. W., Pauling P., JMB, 105, 517—526 (1976).
50. Lennon V., Nature (London), 258, 11 —12 (1975).
51. Satyamurti S., Drachman D. B., Slone F., Science, 187, 955—957 (1975).
52. Halpert J., Eaker D„ JBC, 250, 6990—6997 (1975).
53. Strong P. N„ Goerke J., Oberg S. G„ Kelly R. B., PNAS, 73, 178—182 (1976).
54. Fuhrman F. A., Sci. Am., 217, 60—71 (Aug 1967).
55. Schantz E. J., Ghazarossian V. E., Schnoes H. K-, Strong F. M., Springer I. P.t
Pezzanite I. 0., Clardy I., JACS, 97, 1238—1239 (1975).
56. Karie I. L„ PNAS, 69, 2932—2936 (1972).
57. Robinson J. P„ Picklesimer J. B., Puett D., JBC, 250, 7435—7442 (1975).
58. Iversen L. L., Nature (London), 252, 630 (1974).
59. Euler U. S. von, Science, 173, 202—206 (1971).
60. Triggle D. J., in: Medicinal Chemistry (A. Burger, ed.), 3rd ed., Part II, pp. 1235—
1295, Wiley (Interscience), New York, 1970. ;
61. Saavedra I. M„ Brownstein M. L, Carpenter D. O., Axelrod L, Science, 185, 364—
365 (1974).
62. Iversen L. L., Nature (London), 250, 700—701 (1974). •
63. Kater S. B., Nicholson C., Intracellular Staining in Neurobiology, Springer-Verlag,
Berlin and New York, 1973.
64. Berry M. S., Cottrell G. A., Nature (London), New Biol., 242, 250—253 (1973). .
64a. Schubert D., Tarikas H., La Corbiere M., Science, 192, 471—472 (1976).
65. Kebabian I. B., Bloom F. E., Steiner A. L., Greengard P., Science, 190, 157—159
(1975).
66. Iversen L. L., Science, 188, 1084—1089 (1975).
67. Stone T. W., Taylor D. A., Bloom F. E., Science, 187, 845—846 (1975).
67a. Costa E., Kurosawa A., Guidotti A., PNAS, 73, 1058—1062 (1976).
68. Fernstrom I. D., Wurtman R. I., Sci. Am., 230, 84—91 (Feb. 1974).
69. Pentreath V. IF., Cottrell G. A., Nature (London), 250, 655—658 (1974).
69a. Kolata G. B., Science, 192, 41—42 (1976).
70. Berger P. A., Barchas I. D., Vernikos-Danellis I., Nature (London), 248, 424—426
(1974).
71. lohnson I. L., Brain Res., 37, 1—19 (1972).
72. Srere P. A., Adv. Enzyme Regul., 9, 221—233 (1971).
73. Benjamin A. M„ Quastel I. H., BJ, 128, 631—646 (1972).
74. Henn F. A., Goldstein M. N., Hamberger A., Nature (London), 249, 663—664
(1974).
75. Gilardi R. D., Nature (London) New Biol., 245, 86—88 (1973).
76. Crow T. I., Nature (London), 252, 634—635 (1974).
77. Osborne R. H., Bradford H. F., Nature (London), New Biol., 244, 157 158
(1973).
78. Dismukes K, Nature (London), 252, 442—443 (1974).
79. Young A. B„ Zukin S. R., Snyder S. H„ PNAS, 71, 2246—2250 (1974). ,
80. Chang M. M., Leeman S. E., Niall H. D., Nature (London), New Biol., 232, 86—87
(1971)
81. Hokfelt T„ Kellerth I. 0., Nilsson G., Pernow B„ Science, 190, 889—890 (1975).
82. Marx J. L., Science, 190, 367—~370 and 544—545 (1975). . ,
83 Snyder S. H., Banerjee S. P., Yamamura H. L, Greenberg D., Science, 184, 1243—
1253 (1974).
^84. Crane G. E., Science, 181, 124—128 (1973).
85. Weil-Malherbe H., The Biochemistry of Functional and Experimental Psychoses, Tho-
mas, Springfield, Illinois, J97L
Sts* глава !6
86. Mendels J., ed., Biological Psychiatry, Wiley, New York, 1973.
87. Himwich H. E., ed., Biochemistry, Schizophrenias and Affective Illnesses, Williams
and Wilkins, Baltimore, Maryland, 1970.
88. Zirkle C. L., Kaiser C., in: Medicinal Chemistry (A. Burger, ed.), 3rd ed., Part II,
pp. 1410—1469, Wiley (Interscience), New York, 1970.
89. Seeman P„ Lee T., Science, 188, 1217—1219 (1975).
90. Crow T. J., Gillbe C„ Nature (London), New Biol., 245, 27—28 (1973).
91. Trabucchi M., Cheney D., Racagni G., Costa E., Nature (London), 249, 664—666
(1974).
92. Stein L., Wise C. D., Science, 171, 1032—1036 (1971).
93. Friedhoff A. J., in: Biological Psychiatry (J. Mendels, ed.), pp. 113—129, Wiley,
New York, 1973.
94. Wyatt R. /., Erdelyi E„ Do Amaral /. R., Elliott G. R., Renson J., Barchas J. D.,
Science, 187, 853—855 (1975).
95. Saavedra /. M., Axelrod J., Science, 175, 1365—1366 (1972).
96. Akiskal H. S., McKinney W. T., Jr., Science, 182, 20—29 (1973).
96a. Maycock A. L., Abeles R. H., Salach J. I., Singer T. P., Biochemistry, 15, 114—125
(1976).
97. Post M. L„ Kennard 0., Horn A. S., Nature (London), 252, 493—495 (1974).
98. Segal D. S„ Callaghan M., Mandell A. J., Nature (London), 254, 58—59 (1975).
99. Pfeiffer С. C., ed., Neurobiology of the Trace Metals Zinc and Copper, Academic
Press, New York, 1972.
100. Dole V. P., Annu. Rev. Biochem., 39, 821—840 (1970).
101. Snyder S. H., Nature (London), 257, 185—189 (1975).
{02. Biirgi H. B„ Dunitz J. D., Shefter E., Nature (London), New Biol., 244, 186—188
(1973).
103. Hughes J., Smith T. W„ Kosterlitz H. W., Fothergill L. A., Morgan B. A., Mor-
ris H. R., Nature (London), 258, 577—579 (1975).
103a. Belluzzi J., Grant N., Garsky V-, Sarantakis D., Wise C. D., Stein L., Nature (Lon-
don), 260, 625—626 (1976).
103b. Horn A. S., Rodgers J. R., Nature (London), 260, 795—797 (1976).
103c. Hao Li C„ Chung, D„ PNAS, 73, 1145—1148 (1976).
103d. Bradbury A. F„ Smyth D. G., Snell C. R., Birdsall N. J. M., Hulme E. C., Nature
(London), 260, 793—795 (1976).
104. Sharma S. K, Klee W. A., Nirenberg M„ PNAS, 72, 3092—3096 (1975).
105. Mendelson J. H„ in: Biological Psychiatry (J. Mendels, ed.), pp. 443—468, Wiley,
New York, 1973.
106. Kalant H., Fed. Proc., Fed. Am., Soc. Exp. Biol., 34, 1930—1941 (1975).
.107. Goldstein A., Judson B. A., Science, 172, 290—292 (1971).
108. Deutrich R. A., Erwin V. G., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 34, 1962—1968
(1975).
109. Rubin E., Lieber C. S., Science, 172, 1097—1102 (1971).
110. JJungen K. von, Roberts S., Hill D. F., Nature (London), 252, 588—589 (1974).
111. Keup W., ed., Origin and Mechanism of Hallucination, Plenum, New York,
1970.
112. Del Castillo J., Anderson M., Rubottom G. M., Nature (London), 253, 365—366
(1975).
113. Patel A. R., in: Medicinal Chemistry (A. Burger, ed.), 3rd ed., Part II, pp. 1314—
1326, Wiley (Interscience), New York, 1973.
114. Paolo T. D., Sandorfy C„ Nature (London), 252, 471—472 (1974).
114a. Lee A. G„ Nature (London), 262, 545—548 (1976).
.115. Spudich J. L., Koshland D. E., Jr., PNAS, 72, 710—713 (1975).
115a. Adler J., Sci. Am., 234, 40—47 (Apr. 1976).
116. Tsang N„ Macnab R., Koshland D. E., Jr., Science, 181, 60—63 (1973).
117. Berg H. C., Brown D. A., Nature (London), 239, 500—504 (1972).
118. Lindstedt K. J., Science, 173, 333—334 (1971).
119. Pfaffmann C., ed., Olfaction and Taste. Rockefeller Univ. Press, New York,
1969.
120. Schiffman S. S., Science, 185, 112—117 (1974).
121. Cagan R. H., Science, 181, 32—35 (1973).
122. Bartoshuk L. M„ Lee С.-H., Scarpelllno R., Science, 178, 988—990 (1972).
123. Dubois D. M„ Schoffeniels E„ PNAS, 71, 2858—2862 (1974); 72, 1749—1752
(1975).
124. Abood L. G., in: Basic Neurochemistry (R. W. Albers et al., eds.), pp. 41—65, Little,
Brown, Boston, 1972.
125. Ochs S., Science, 176, 252—260 (1972).
126. Ochs S„ Worth R., Science, 187, 1087—1089 (1975).
127., LaVail J. H., LaVaU M. M., Science, 176, 1416—1417 (1972).
128. Grouse L., OmennG. S., McCarthy B. J., J. Netirbehem., 20, 1063—1073 (1973).
Рост, дифференцировка и. химическая коммуникация клеток 373
129. Caplan R., Cheung S. C.-Y., Omenn G. S., J. Neurochem.,, 22, 517—520 (1974).
130. Chen C. F., Baumgarten R. von, Takeda R., Nature (London), New Biol., 233, 27—
29 (1971).
131. Alpern H. P„ Crabbe J. C„ Science, 177, 722—724 (1972).
132. Agranoff B. IF., Sci. Am., 216, 115—122 (Jun. 1967).
133. Ungar G„ Naturwissenschaften, 59, 85—91 (1972).
134. Gilbert P. F. C., Brain Res., 70, 1 —18 (1974).
135. Sussman M„ Developmental Biology, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey
1973.
136. Pasternak C. A., Biochemistry of Differentiation, Wiley (Interscience), New York
1970.
137. Bracket J., Introduction to Molecular Embryology, Springer-Verlag, Berlin and New
York, 1974.
138. Schjeide 0. A., Vellis J. de, eds., Cell Differentiation, Van Nostrand-Reinhold, Prin-
ceton, New Jersey, 1970.
139. Rutter W. J., Pictet R. L., Morris P. W., Annu. Rev. Biochem., 42, 601—646
(1973).
140. Sussman M., Developmental Biology, p. 149, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New
Jersey, 1973.
141. Losdick R., in: Control of Transcription (В. B. Biswas et al., eds.), pp. 15—19, Ple-
num, New York, 1974.
142. Doi R. H„ Leighton T. J., Spores, 5, 225—232 (1972).
143. Nelson D. L„ Spudich J. A., Bonsen P. P. M., Bertsch L. L., Kornberg A., Spores,
4, 59—71 (1969).
144. Gould G. IF., bring G. N., Nature (London), 258, 402—405 (1975).
144a. Klein C„ Darmon M„ PNAS, 73, 1250—1254 (1976).
145. Wireman J. W., Dworkin M„ Science, 189, 516—523 (1975).
146. Bonner J. T., Ann. Rev. Microbiol., 25, 75—92 (1971).
147. O’Day D. H., Lewis К. E., Nature (London), 254, 431—432 (1975).
148. Gurdon J. B., Sci. Am., 219, 24—35 (Dec 1968).
149. Gurdon J. B., The Control of Gene Expression in Animal Development, Harvard
Univ. Press, Cambridge, Massachusetts, 1974.
150. Wesells N. K, Rutter W. J., Sci. Am., 220, 36—44 (March 1969).
151. Frazier W. A., Angeletti R. H., Bradshaw R. A., Science, 176, 482—488 (1972).
152. Marx J. L., Science, 185, 930—932 (1974).
153. Levi-Montalcini R„ Science, 187, 113 (1975).
154. Lim R., Mitsunobu K-, Science, 185, 63—66 (1974).
155. Jacobson M., Hunt R. K, Sci. Am., 228, 26—35 (Feb. 1973).
156. Savage C. R., Jr., Inagami T„ Cohen S., JBC, 247, 7612—7621 (1972).
157. Cohen S„ Carpenter G., PNAS, 72, 1317—1321 (1975).
158. Gregory H„ Nature (London), 257, 325—327 (1975).
159. Gierer A., Sci. Am., 231, 44—54 (Dec 1974).
160. Herdands R. L., Bode H. R., Nature (London), 248, 387—390 (1974).
161. Bullough W. S., in: Humoral Control of Growth and Differentiation (J. LoBue and
A. S. Gordon, eds.), Vol. 1, pp. 3—21, Academic Press, New York, 1973.
162. Holley R. W., Nature (London), 258, 487—490 (1975).
163. Mitchell R. G„ Porter J. F., in: The Biochemistry of Development (P. Benson, ed.),
pp. 204—223, Lippincott, Philadelphia, Pennsylvania, 1971.
164. Pitts J. D., Nature (London), 255, 371—372 (1975).
165. Cox R. P., Cell Communication, Wiley, New York, 1974.
165a. Lawrence E., Robertson M., Nature (London), 261, 99—100 (1976).
166. Van de Vyver G., Curr. Top. Dev. Biol., 10, 123—140 (1975).
167. Hausman R. E., Moscona A. A., PNAS, 72, 916—920 (1975).
168. Roth S„ Q. Rev. Biol., 48, 541—563 (1973).
169. Balsamo J., Lilien J., Biochemistry, 14, 167—171 (1975).
169a. Yamada К. M., Yamada S. S., Pastan I., PNAS, 73, 1217—1221 (1976). )
170. Kolata G. B„ Science, 188, 718—719 (1975).
171. Merrell R., Gottlieb D. I., Glaser L., JBC, 250, 5655—5659 (1975). !
172. Roseman S., Chem. Phys. Lipids, 5, 270—297 (1970).
173. Roth S., McGuire E. J., Roseman S., J. Cell Biol., 51, 536—547 (1971).
174. McLean R. J., Bosman H. B„ PNAS, 72, 310—313 (1975).
175. Porter C. W„ Bernacki R. J., Nature (London), 256, 648—650 (1975).
175a. Edelman G. M., Science, 192, 218—226 (1976).
176. Hay flick L., Sci. Am. 218, 32—37 (Mar 1968).
177. Hayflick L., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 34, 9—13 (1975).
178. Kohn R. R., Science, 188, 203—204 (1975).
179. Wolpert L„ Lewis J. H., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 34, 14—20
(1975).
180. Holliday R., Pugh J. E„ Science, 187, 226—232 (1975).
874 Глава 16
181. Chandra Н. S., Brown S. W„ Nature (London), 253, 165—168 (1975).
182. Sager R., Kitchin R„ Science, 189, 426—433 (1975).
183. Kabat D., Science, 175, 134—140 (1972).
184. Marks P. A., Rifkind R. A., Science, 175, 955—961 (1972).
185. Gordon A. S., Zanjani E. D., Gidari A. S., Kuna R. A., in: Humoral Control of Growth
and Differentiation (J. LoBue and A. S. Gordon, eds.), Vol. 1, pp. 25—49, Academic
Press, New York, 1973.
186. Peschle C., Condorelli M., Science, 190, 910—912 (1975).
186a. Harrison P. R., Nature (London), 262, 353—356 (1976).
187. Edelman G. M., in: The Biochemistry of Gene Expression in Higher Organisms
(J. K. Pollak and J. W. Lee, eds.), pp. 555—573, Reidel Publ., Dordrecht, Netherlands,
1972.
188. Potter M., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 34, 21—23 (1975).
189. Williamson A. R., Premkumar E., Shoyab M., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol.,
34, 28—32 (1975).
190. Richards F. F., Konigsberg W. H., Rosenstein R. W., Varga J. M., Science, 187,
130—137 (1975).
190a. Hood L., Fed. Proc., Fed. Am. Soc. Exp. Biol., 35, 2158—2167 (1976).
190b. Rabbitts T. H., Trends Biochem. Sci., 1, 86—88 (1976).
191. Milstein C., Brownlee G. G., Cartwright E. M„ Jarvis J. M., Proudfoot N. J., Natu-
re (London), 252, 354—359 (1974).
192. Eisen H. N., Immunology, Harper, New York, 1974.
193. Jerne N. K-, Sci. Am., 229, 52—60 (July 1973).
194. Mandi B., Giant T., Nature (London), New Biol., 246, 25 (1973).
195. Luckey T. D„ ed., Thymic Hormones, Univ, Park Press, Baltimore, Maryland,
1973.
196. Friksen N., Erecsson L. H., Pearsall N., I^agunoff D., Benditt E. P., PNAS, 73,
964—967 (1976).
Приложение
Конструирование молекулярных
моделей
В продаже имеются превосходные молекулярные модели, но они до-
вольно дороги и потому относительно мало употребляются. Вместе с
тем прекрасные модели можно сделать самостоятельно, и для студента
такое конструирование очень полезно. Ниже приводятся некоторые ре-
комендации.
А. Модели из шаров и палочек
Небольшие шарики, соответствующие отдельным атомам, соединяют
с помощью палочек, изображающих химические связи. Очень подходят
шарики из пенопласта диаметром, например, 2,54 см (каждый из них
стоит немногим более 1 цента). Синельная проволока — это лучший ма-
териал для изготовления соединяющих «палочек», если не делать по-
следние слишком длинными (удобно брать масштаб 2 см = 0,1 нм). Си-
нельная проволока удерживает шарики без клея и удобнее, чем зубо-
чистки или деревянные шпонки. Однако для пользования этой проволо-
кой нужно иметь хорошие кусачки.
В табл. 2-1 (том 1, стр. 68) приведены длины межатомных связей.
Угол, образуемый двумя связями (т. 1, стр. 68), лучше всего обозиат
чить на поверхности шарика с помощью картонной пластинки (шабло-
на), как показано ниже (обычно достаточно одного шаблона для угла
120° и второго для угла 109,5°); пластинку вырезают таким образом,
чтобы она прилегала к шарику, а два ее конца были направлены иа
центр шарика. Если три пластинки с углом 109,5° скрепить по краям
так, чтобы получился треугольник, то сразу определяются три точки
на образующем тетраэдр атоме углерода. Очень удобно временно по-
метить эти точки с помощью зубочисток.
Атомы можно раскрасить в следующие цвета:
водород — в белый, углерод — в черный, кислород — в красный, азот —
в голубой, серу — в желтый. Используя шарики из пенопласта, следите,
чтобы эмаль не растворяла их. Очень удобны аэрозольные баллончики
с эмалью (такие баллончики выпускаются теперь без фреона). Опрыс?
кивайте набор шариков, поместив их в коробочку и часто встряхивая,
чтобы они переворачивались,
376„I t (Приложение
Б. Пространственные модели
В этих моделях радиусы атомов приближаются к вандерваальсовым
радиусам (табл. 2-1, том 1, стр. 68). Практически не удается сделать
модель с радиусами именно этой величины из-за слишком плотной упа-
ковки, затрудняющей сборку. Компромиссное решение, позволяющее
получить неплохие на вид молекулярные модели, состоит в том, что для
изображения атомов С, Н, О и N используются пенопластовые шарики
диаметром 3,8 см, а для атомов Р и S — диаметром 5,1 см. Если отре-
зать по 0,5 см от шариков, представляющих С, О и N, со стороны каж-
дой связи, то остающиеся 1,4 см будут соответствовать примерно вели-
чине ковалентного радиуса 0,07 нм при масштабе 2 см = 0,1 нм (1 А).
От шариков, изображающих атомы водорода, отрезают 1,3 см и таким
образом получают необходимую величину ковалентного радиуса
0,03 нм. 1,9 см радиуса шариков соответствует 0,095 нм, т. е. примерно
2/з действительных вандерваальсовых радиусов С, N и О и 0,8 радиуса
водорода. Удобно также использовать масштаб 1,25 см = 0,1 нм. Именно
такой масштаб применен в имеющихся в продаже «СРК-моделях», раз-
работанных American Society of Biological Chemists inc. Если использо-
вать этот масштаб, то можно комбинировать самодельные и готовые
модели. Для изображения атомов Н и С, берут шарики диаметром 2,54,
а для О и N — 3,8 и 3,18 см соответственно.
Обрезать шарики при постройке пространственных моделей следует
аккуратно, соблюдая величину ковалентного радиуса. Проще всего сде-
лать так: центры участков, которые нужно срезать, сначала помечают,
втыкая в шарик зубочистки. Если должен получиться тетраэдр, то со-
ответствующие точки определяют с помощью картонной пластинки, как
описано выше. Шарики обрезают, помещая их в отверстия, прорезанные
в металлическом листе, причем диаметр этих отверстий должен быть та-
ков, чтобы с другой стороны металлического листа выглядывала точно
та по размеру часть шарика, которую следует отрезать. Эту выступаю-
щую часть шарика срезают очень острым ножом. Отверстия в метал-
ле, например в алюминии, нужно вырезать с большой точностью, но вре-
мя, потраченное на изготовление такого шаблона, не пропадет, так как
шаблон долговечен.
Большие плоские химические структуры типа нуклеотидных пар в
ДНК можно вырезать из пенопластовых пластин.
В. Картонные модели
Многие биологические «макромолекулы» типа белков или нуклеино-
вых кислот состоят из такого огромного количества атомов, что сборка
их модели из отдельных шариков и трудоемка, и дорога. В таких слу-
чаях прибегают к макетам из картона (металла или пластмассы). На-
пример, для изображения планарной пептидной единицы можно сде-
лать макет (рис. П-1), исходя из размеров, приведенных на рис. 2-3
(т. 1, стр. 88). Довольно сложно рассчитать угол, под которым следует
делать сгибы для воспроизведения углов Фиф (см. рис. 2-4 и
табл. 2-3). (Гораздо легче решить эту задачу непосредственно путем
геометрического конструирования, используя кусочки картона.) Таким
способом можно создать очень красивые спиральные структуры (неко-
торые примеры приводит Карлсон [1]). При необходимости к а-углерод-
ным атомам можно приклеить пенопластовые боковые цепи. При этом
можно расположить спиральную модель на поверхности картонного ци-
линдра и украсить пенопластовыми боковыми цепочками.
0
Ушки для водородных связей. Соединить
2 точки, соответствующим образом
изогнуть ушки, затем склеить
Полиглицин II
al
Разрезать вдоль соответ-
ствующей пунктирной
линии
Наложить на Q,
«**’ следующей
структурной
единицы
ТТолиглицин а
И
Сложить по соответ-
ствующей пунктирной^
пинии
Показаны линии складывания и разрезания для конструирования структурных
единиц ar- спирали, антипараллельнои ув-конфигдрации,а также полиглицина и-
в ос-спирали есе структурные единицы должны быть обращены наружу,
как показано на рисунке. При конструировании полиглицина // ир-структуры
вырезанные структурные единицы следует вывернуть, прежде чем склеивать
Разрезать
Распорки такого типа удобно
использовать для фиксации
тетраздрных углов при
ас-углеродных атомах
РИС. П-1. Образец для изготовления картонных моделей полипептидов. Масштаб
2 см : 0,1 нм.
Для конструирования спиралей ДНК и РНК плоские пары основа-
ний, сделанные из картона (а еще лучше — из более плотного материа-
ла), нанизывают на проволоку, изображающую ось, а в качестве распо-
рок используют кусочки резиновой или полиэтиленовой трубки. Для
изображения сахарофосфатного остова можно взять бумажные макеты
или модели из шаров и палочек. (Для большей наглядности сахарофос-
фатный скелет можно сделать из двух полос плотной бумаги разного
цвета.) Точная геометрия пар оснований приведена у Арнотта и Хью-
кинса [2].
1. Karlson Р., Introduction to Modern Biochemistry, 3-rd ed., pp. 43—45,
Academic Press, 1967. (Внимание: в 4-м издании приводится модель
другого типа.)
2. Arnott S., Hukins D. W. L„ JMB, 81, 93—105 (1975).
Краткие сведения об информации,
приведенной в дополнениях
На протяжении всей книги в основной текст вкраплены дополнения,
в которых некоторые вопросы освещены более подробно. По своему со-
держанию все дополнения можно разбить на восемь отдельных групп.
Эти группы в свою очередь можно объединять в различных сочетаниях,
что дает возможность подобрать информацию по той или иной теме.
Так например, объединив дополнения, посвященные витаминам, с до-
полнениями, посвященными необходимым элементам, можно подобрать
материал для темы питания. Ниже приведен перечень всех дополнений,
разбитых на восемь отдельных групп.
1. Свойства витаминов и история их открытия. Функции соответст-
вующих коферментов, а также пути биосинтеза некоторых витаминов
рассматриваются в основном тексте.
Дополнение 8-А. Дополнение 8-Б. Дополнение 8-В. Дополнение 8-Г. Дополнение 8-Д. Открытие витаминов, т. 2, стр. 187 Пентотеновая кислота, т. 2, стр. 192 Биотин, т. 2, стр. 198 Тиамин (витамин Bi), т. 2, стр. 207 Семейство витамина Вв: пиридоксин, пиридок-
Дополнение 8-3. саль и пиридоксамин, т. 2, стр. 210 Никотиновая кислота и никотинамид, т. 2,
Дополнение 8-И. Дополнение 8-К. стр. 241 Рибофлавин, т. 2, стр. 255 Фолиевая кислота (птероилглутаминовая кисло-
Дополнение 8-К- Дополнение 10-В. та), т. 2, стр. 278 Кобаламин (витамин Вп), т. 2, стр. 284 Семейство витамина Е: токоферолы, т. 2,
Дополнение 10-Г. Дополнение 10-Ж. Дополнение 12-В. Дополнение 12-Г. стр. 380 Семейство витамина К, т. 2, стр. 388 Витамин С: аскорбиновая кислота, т. 2, стр. 442 Витамины: витамин А; т. 2, стр. 575 Витамин D. т. 2, стр. 586
2. Функции большинства необходимых элементов. Вопросы, связан-
ные с образованием комплексов, транспортом железа, ролью кобаль-
та в витамине В12 и тексте. др., рассматриваются, кроме того, в основном
Дополнение 2-Б. Кремний — необходимый микроэлемент, т. 1,
Дополнение 5-В. Дополнение 5-Д. стр. 121 Ионы щелочных металлов, т. 1, стр. 363 Кальций, т. 1, стр. 372
информация, приведенная в дополнениях
Дополнение 6-Б. Уреаза и следовые количества никеля, т. 2, стр. 41
Дополнение 7-Д. Дополнение 7-Е. Дополнение 9-Е. Магний, т. 2, стр. 129 Цинк, т. 2, стр. 142 Селен: смертельный яд и обязательный компо-
Дополнение 10-Б. Дополнение 10-3. нент пищи, т. 2, стр. 331 Ванадий, т. 2, стр. 372 Белки, содержащие медь, т. 2, стр. 445
Дополнение 11-Г. Микроэлементы: хром, т. 2, стр. 506
Дополнение 13-А. Дополнение 14-А. Марганец, т. 3, стр. 52 Молибден, т. 3, стр. 85
Дополнение 14-В. Метаболизм железа, т. 3, стр. 126
Ионам металлов посвящены также следующие разделы:
Гл. 2, разд. Е
Гл. 3, разд. Б, 5
Гл. 4, разд. В, 8
Гл. 5, разд. Б, 2
Гл. 7, разд. Д,7
Гл. 8, разд. М
Гл. 10, разд. Б, В
3. Значение мутаций описано в гл. 1. Многие из известных наруше-
ний метаболизма у человека рассматриваются в основном тексте и в
приведенных ниже дополнениях.
Дополнение 1-Г. Наследственные нарушения обмена веществ, т. 1, стр. 40
Дополнение 4-Г. Серповидноклеточная анемия, т. 1, стр. 314
Дополнение 9-Б. Наследственные болезни: болезнь Рефсама, т. 2, стр. 313
Дополнение 9-Ж. Генетические болезни: метилмалоновая ациду- рия, т. 2, стр. 335
Дополнение 10-А. Глутатионпероксидаза и аномалии эритроцитов, т. 2, стр. 370
Дополнение 1ГБ. Генетические дефекты структуры коллагена, т. 2, стр. 500
Дополнение И-В. Сахарный диабет, т. 2, стр. 504
Дополнение П-Д. Генетические нарушения метаболизма гликоге- на, т. 2, стр. 510 Болезнь «кленового сиропа» и «рвотная» бо- лезнь жителей Ямайки, т. 3, стр. 116
Дополнение 14-Б.
Дополнение 14-Д. Подагра и другие нарушения метаболизма пу- ринов, т. 3, стр. 172
Близки по содержанию следующие разделы основного текста:
Гл. 4, разд. Д, 7
Гл. 12, разд. Г, 1 и Г, 2
Гл. 15, разд. 3
4. Строение и свойства многих известных антибиотиков.
Дополнение 5-Г. Антибиотики, т. 1, стр. 367
Дополнение 7-Г. Пенициллины и родственные антибиотики, т. 2,
стр. 117
<380 Информация, приметая гв дополиемнях
Дополнение 12-А. Биосинтез стрептомицина, т. 2, стр,.532
Дополнение 15-А. Антибиотики рифамицин и рифампицин, т. 3, стр. 208
Дополнение 15-Б. Актиномицин D, токсичный антибиотик, г. 3, стр. 209
Сведения об антибиотиках можно найти также в следующих разделах
текста:
Гл. 5, разд Б, 2.
Гл. 12, разд. Ж; И, 4
Гл. 15, разд. В, 2
5. Действие различных ядов, их использование в биохимических ис-
следованиях. Дополнение 4-А. Микротрубочки и действие колхицина, т. 1,
Дополнение 6-А. стр. 776 Сульфаниламидные препараты как антиметабо- литы. т. 2, стр. 2
Дополнение 7-А. Дополнение 7-Б. Дополнение 8-Ж. Мышьяк, т. 2, стр. 82 Инсектициды, т. 2, стр. 104 Яды: антагонисты PLP-зависимых ферментов.
Дополнение 9-Г. т. 2, стр. 227 Использование изотопных меток при изучении цикла трикарбоновых кислот, т. 2, стр. 322
Дополнение 15-В. Дополнение 15-Е. Сильный яд грибов: а-аманитин т. 3, стр. 211 Токсичные белки; дифтерийный токсин т. 3, стр. 305. См. также гл. 12, разд. И, 4
6. Методы и измерения.
Дополнение 1-А. Дополнение 1-Б. О единицах измерения, т. 1, стр. 12 Молекулярные веса и массы (дальтоны) т. 1,
Дополнение 1-В. стр. 13 Электронный микроскоп, ультратонкие срезы и
Дополнение 2-В. реплики, т. 1, стр. 19 Изотопы в биохимических исследованиях, т. 1,
Дополнение 5-А. стр. 168 Времена релаксации в спектроскопии магнитного
Дополнение 5-Б. резонанса, т. 1, стр. 344 Спектры электронного парамагнитного резонан-
Дополнение 9-Д. са (ЭПР) и спиновые метки, т. 1, стр. 348 Использование изотопных меток при изучении
Дополнение 11-А. Дополнение 16-А. цикла трикарбоновых кислот, т. 2, стр. 322 14С и цикл Кальвина, т. 2, стр. 477 Метод радиоиммунологического анализа, т. 3, стр. 318
7. Вопросы физиологической химии. Близкий по содержанию материал
встречается по всему тексту.
Дополнение 2-А. Дополнение 4-В. Дополнение 5-Е. Дополнение 5-Ж. Дополнение 7-В. Белки плазмы крови, т. 1, стр. 103 Вирусы, т. 1, стр. 286 Антитела, т. 1, стр. 381 Комплемент, т. 1, стр. 387 Ингибиторы протеиназ животных и растений,
Дополнение 9-В. т. 2, стр. 113 Открытие цикла трикарбоновых кислот, т, 2, стр. 319
' Йнфдрмйцмя, приведенная в дополнениях 381
Дополнение 10-Д.
Дополнение 10-Е.
Дополнение 11-Е.
Дополнение 14-Д.
Дополнение 15-Д.
Использование метаболизма для выработки теп-
ла: термогенные ткани, т. 2, стр. 403
Химия мышечного сокращения, т. 2, стр. 415
Злокачественная гипертермия и свиньи, чувст-
вительные к стрессу, т. 2, стр. 514
Тимидилатсинтетаза, фермент-мишень для хемо-
терапии рака, т. 3, стр. 172
Гаплоидные растения и слияние клеток, т. 3,
стр. 268
8. Прочие вопросы.
Дополнение 3-А.
Дополнение 4-Б.
Дополнение 4-Д.
Дополнение 7-Ж-
Дополнение 8-Е.
Дополнение 9-А.
Дополнение 12-Б
Дополнение 15-Г.
Аденилатная система, т. 1, стр. 221
Жгутики бактерий, т.1, стр. 281
Т-четные бактериофаги, т. 1, стр. 327
Глутатион — внутриклеточный трипептид, т. 2,
стр. 178
Нингидрин, т. 2, стр. 212
Один из первых экспериментов с введением мет-
ки. т. 2, стр. 311
Как образуются краски цветов, т. 2, стр. 465
Репликация ДНК-содержащих бактериофагов,
т. 3, стр. 244
При цитировании литературы были использованы следующие не-
стандартные сокращения:
АВВ — Arch. Biochem. Biophys.
ВВА—Biochim. Biophys. Acta
BJ — Biochem. J.
BBRC — Biochem. Biophys. Res. Commun.
EJB — Eur. J. Biochem.
JACS — J. Amer. Chem. Soc.
JBC —J. Biol. Chem.
JMB —J. Mol. Biol.
PNAS — Proc. Nad. Acad. Sci. U. S.
Указатель латинских названии
Acetabularia I: 48—49
Acetobacter Г. 24; II: 192, 484
Acholeplasma I: 24
Actinomyces I: 24
Aequorea III: 74
Aerobacter I: 24; II: 351; III: 137
Alcaligenes II: 326
Allomyces II: 569
Amanita muscaria III: 333
— phalloides III: 211
Amoeba proteus I: 44
Anabaena cylindrica III: 61
Anthopleura III: 348
Aplysia III: 351
Arenicola I: 306
Ascaris I: 39, 52; II: 351
— lumbricoides II: 351
Aschelminthes I: 52
Aspergillus flavus III: 293
— nidulans III: 267
— niger II: 162
— orysae I: 118, 167
Athrobacter oxidans II: 259
Avena saliva III: 323
Azotobacter I: 24, 264; II; 273, 372; III:
82, 85, 86
Bacillus I: 23
— anthracis I: 24
— brevis II: 491
— megaterium I: 21—22
— stearothermophilus III: 226
— subtilis I: 328; II: 110; III: 92, 117, 274,
353
— thermoproteolyticus II: 116
Bdellovibrio I: 15, 24
Beggiatoa I: 24; II: 428
Bifidobacterium I: 24; II: 357
Blastocladiella III: 354
Brucella abortus I: 24
Butyribacterium II: 353
Butyrivibrio II: 353
Caldariomyces fumago II: 378
Candida II: 310
— utilis II: 201
Centaurea cyanus II: 550, 566
Chlamydia trachomatis I: 24
Chlamydomonas I: 47, 48; II: 165; III: 269,
270, 271
Chlorella I: 38, 48; II: 446, 477; III: 132
Chlorobium I: 24; III: 40, 41
Chromatium I: 24; II: 259, 380, 381; III' 41
Clostridium I: 23; II: 353; III: 110
— aceiicum II: 299
— acetobutylicum II: 171
— acidi-urici II: 278
— aminobutylicum III: 103
— botulinum I: 24
— histolyticum II: 114
— kluyveri II: 333, 354, 355
— pasteurianum II: 380, 426; III: 82
— propionicum II: 334
— sticklandii II: 331
— tetani I: 24
— tetanomorphum II: 283
— thermoaceticum II: 332
Coccus I: 23
Corynebacterium I: 24
— diphteriae I: 24; III: 305
Cosmarium I: 48
Crepis foetida I: 151
Crithidia fasciculata II: 277
Cypridina III: 72
Datura III: 176
Desulfovibrio II: 434
— desulfuricans II: 432
Dictyostelium I: 45, 326; II: 71; III: 296..
298, 317, 353
Dicyema I: 51
Digitalis II: 591, 592
Diplococcus glycinophilus III: 121
— pneumoniae III: 183
Drosophila I: 28; III: 267
— melanogaster I: 28, 39; II: 276; III: 216—
217, 303
Entamoeba II: 173
— hystolytica I: 44
Eremothecium II: 256; III: 174
Escherichia coli см. Кишечная палочка
Eubacterium II: 353
Euglena I: 44, 165; II: 467, 485
Eilicineae I: 61
Flavobacterium I: 24
—dehydrogenans II: 573
— fuscum III: 108
Fusarium III: 176
Gluconobacter I: 24
Gonyaulax III: 334 ’
h(a)emophilus I: 24
— influenzae III: 279, 280
Halobacterium I: 24
— halobium I: 355; III: 68
Helminthosporium maydis III: 269
— parainfluenzae III: 281
Hepaticae I: 61
Hydrogemonas II: 426
Klebsiella I: 24; III: 82
Lactarius deliciosus II: 569
Lactobacillus I: 24; II: 233, 294. 355; 11L:
163
— bulgaricus II: 192
— easel II: 268, 278
— lactis II: 285
.указатель латинских названии
ООО
Lathyris odoratus II: 501
Latia III: 72
Leptospira I: 24
Leuconostoc I: 24; II: 536
— citrovorum II: 282
— mesenteroides II: 355
Mesozoa I: 50, 51
Methanobacterium I: 24
Micrococcus I: 24
— denitrif leans II: 329, 431, 481
— roseum I: 389
Musci 1: 61
Mycobacterium II: 273, 485
— phlei I: 178; II: 467
— tuberculosis I: 24
Mycoplasma arthritidis I: 18
— pneumoniae I: 14
Naja nivea III: 334
Neisseria gonorrhea I: 24
Neurospora III: 96, 105, 137
—crassa I: 46, 47; II: 430; III: 267
Nicotiana III: 268—269
Nitrobacter I: 24; II: 427, 428
Nitrosomonas I: 24; II: 427
Obelia I: 52
Orthoptera I: 42
Oscillatoria I: 26, 48
Oxyuris equi III: 352
Rhodotorula gracilis II: 344
Ricinus communis I: 151
Rickettsia I: 24
Saccharomyces III: 174
— cerevisiae I: 28, 46, 47; II: 200, 344,, 4fj7
Salmonella typhi I: 24, 394. См. также Саль-
монелла
— typhimurium II: 538; III: 160, 185. 256
Scenedesmus I: 48; III: 48
Schistosoma I: 52
Sedum III: 59
Serratia I: 24, 143, 351
Shigella I: 24; II: 350
Spinacia oleracea I: 157
Spirillum I: 16, 22, 24
Spirogyra I: 49
Staphylococcus I: 24, 389; II: 425, 539
— aureus I: 389
Stentor I: 373
Streptococcus II: 536
— faecalis I: 368; II: 268, 278
— pyogenes I: 24
Streptomyces I: 24; II: 398; III: 93, 155»
209
— davawensis II: 259
— erythreus II: 562
— griseus III: 104
— mediterranei III: 208
— naraensis II: 562
— rimonus II: 562
Symplocarpus foetidus II: 404
Paramecium I: 45, 369; III: 269
— busaria I: 38
Pelargonium II: 566
Penicillium II: 117, 562
— notatum I: 367, 257—258
Peptococcus aerogenes II: 381—382
— elsdenii II: 265
Peptostreptococcus elsdenii II: 259
Philodina I: 52
Phycomyces III: 70
Phyllobates aurotaenia II: 592
Pinus jeffreyi II: 551
Plasmodium I: 44, 45
Pneumococcus I: 143
Polyporus II: 447
Proteus I: 24
Pseudomonas см. Псевдомонада
— fluorescens III: 226
— putida I: 104, 109, 110; II: 234, 235
— saccarophila II: 95, 181
— testosteroni II: 158
Psilocybe aztecorum III: 157
Psychotria punctata I: 31
Pteridophyta I: 61
Rauwolfia III: 342
Renilla reniformis III: 71
Rhabditis I: 52
Rhizobium I: 24; III: 82, 295
— trifolii II: 199
Rhodopseudomonas I: 24
Rhodospirillum I: 24
— rubrum II: 146; III: 43, 50
Tenebrio molitor II: 314
Tetrahymena I: 36, 44, 45; II: 268, 480; ПГ:
270
Thermoplasma I: 24
Thiobacillus II: 428
— denitrificans II: 431
— ferrooxidans II: 430
— thiooxidans II: 429
Thiospirillum I: 24
Torula cremonis II: 194
— util is II: 362
Torulopsis II: 279
Tracheophyta I: 61
Treponema palladum I: 24
Tricholoma muscarium II: 224
Trichonympha I: 44
Tripanosoma I: 44, 45
U lothrix I: 48
Umbilicaria pustulata III: 177
Veillonella I: 24; II: 352
Vibrio I: 23
— cholerae I: 24; II: 71
Vicia faba III: 60
Vinca I: 279
Xenopus III: 297, 298, 300, 301
Yersinia pestis I: 24
Zymomonas I: 24
— lindneri П: 344
Предметный указатель
Основные сведения изложены на страницах, номера которых выделены полужирным
шрифтом. Римскими цифрами обозначены тома. Буква с при номере страницы указы-
вает, что на данной странице приведена структурная формула соединения.
Абеквоза I: 391, 392с; III: 538
Аборт II: 545; III: 296
— вызванный простагландинами II: 554
— спонтанный I: 41; П: 545
Абортивные комплексы II: 23. См. также
Непродуктивные комплексы
Абстиненция III: 345
Абсцизовая кислота II: 568—569с
---как гормон растений III: 323
-------общий генный репрессор III: 324
Авидин II: 201
Авнманганнн III: 52
Автокаталитическая реакция II: 40
Автокаталитический контроль II: 71
Автономная нервная система III: 330
Агарициновая кислота, биосинтез II: 517
Агароза I: 119с; 161 —162
Агглютинация, антитела I: 384
Агглютинины (Лектины) I: 372, 378
Агматин III: 100
Агматни—уреогидролаза, ген, локализа-
ция III: 188
Агонисты II: 32
— имитирующие действие медиатора
III: 332
Адаптеры дли переноса аминокислот III:
218
Адгезивные молекулы, тканевая специфич-
ность III: 359
Аденнлаткиназа I: 222; II: 126, 395, 462
— изоферменты II: 396
Аденилатная система I: 221; II: 406, 418
---в митохондриях II: 395
-------регуляции метаболизма II: 511
— — при мышечном сокращении II: 511
---уровень фосфорилирования в регу-
ляции цикла трикарбоиовых кислот
II: 324
Аденилатные группы, перенос II: 132;
Ш: 92, 198
Аденнлатккнназа I: 222; II: 126, 395, 462
Аденнлатцнклаза II: 70, 71, 72, 131, 508
— активирование адреналином III: 338
---простагландином II: 553
— — токсином холеры II: 71, 546
— аллостерический активатор II: 70
— гормоны II: 70, 71, 72
— ген, локализация III: 186
Аденилилсульфат II: 429с, 432; Ш: 131,
— восстановление в сульфит II: 432;
III: 132
---цитохромом с3 III: 432—433
— изменение свободной энергии при обра-
зовании II: 463
Аденилилтрансфераза III: 91, 92
Аденилирование II: 69
— антибиотиков III: 257 ,
— глутаминсинтатевы II: 69
— стрептомицина II: 533
5'-адениловая кислота см. Адеиозин-5'-мо •
нофосфат
Аденнлосукцинат II: 74
— биосинтез III: 168
— в синтезе AMP III: 169
-----цикле пуриновых нуклеотидов III:
171
Аденилосукцинат-сннтетаза III: 186
Аденин (Ade[A]) I: 123с, 126; III: 171с
— дезаминирование в ДНК III: 361
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— превращение в AMP III: 170
— происхождение аминогруппы III: 167
Адениннуклеотидиые системы см. Адени-
латная система
Аденннрибонуклеотиды, образование из
ннозин-5-фосфата III: 169
Аденовирусы I: 287
Аденогипофиз III: 319
S-аденознлгомоцистеин II: 94; III: 112
— превращение в гомоцистеин III: 111
S-аденозилметиоиин (SAM) II: 93, 94, 297,
460, 496, 582; III: 98, ill, 112, 224
— декарбоксилироваине II: 232—233; III:
98
— как эффектор для пнруват-формиат-лиа-
зы II: 275
— образование II: 463
— превращение в этилен III: 111
— при метилировании ДНК III: 280
-----образовании циклопропанввых жир-
ных кислот II: 549
— энантиоморфные формы II: 463
Аденозин (Ado) I: 126
— замещение деазанебуларином III: 215
— сверхмодифицнрованный III: 223
— спектры поглощения III: 22
— рКа III: 22
Адеиозиндезамнназа III: 171
Аденозиндифосфат (ADP I: 221; П: 64,
396. См. также Аденилатная система
— влияние на цикл трикарбоновых кислот
II: 324
• — диссоциация I: 212
— ингибирование нитрогеназы III: 83
— комплексы с нонами металлов I: 225
-------хромом II: 129
— регуляция II: 65
Аденозин-3',5'-днфосфат II: 464
Аденозиндифосфатглюкоза (ADP глюкоза),
биосинтез III: 555
— превращение в гликоген II: 535
Аденозиндифосфат : глюкозе—пнрофосфори-
лаза, ген, локализация III: 187
Адеиозиндифосфатрибозильная группа, пе-
ренес Ш: 305
Предметный указатель зев
Аденозин-5'-монофосфат (Ado-5'-P нлн
AMP) I: 70, 126, 221
— биосинтез III: 98, 168
— гидролиз III: 171
— диссоциация I: 212
— ингибирование глутаминсинтетазы III:
92
— как «ручка» для белков II: 189
Аденозинтрнфосфат (АТР) I: 154, 221с;
II: 64, 132
— ацетилирование сульфониламида II: 190
— выход в гетероферментативном молоч-
нокислом брожении II: 356—357
— — при гликолизе II; 338
-------окислении глюкозы II: 349
— гидролиз I: 278; II: 81
----в мышце II: 416
----при синтезе полисахарида II: 492—
493
— — свободная энергия I: 217, 225 (гра-
фик)
----энтальпия I: 224
— для работы эндонуклеазы III: 286
— замещение с образованием триполифос-
фата II: 288
— измерение с помощью люциферазы III:
74
— ингибирование активности ДНК-полиме-
ризы(Ш) III: 277
— — цикла трикарбоиовых кислот II: 325
— использование в ионных насосах I: 364
— как источник мышечной энергии II: 363
— — кофермент II: 187
— комплексы с ионами металлов I: 225,
264
— — — хромом II: 129, 506
— необходимость для фиксации азота
III: 83—85
— открытие II: 363
— перекрестная регуляция II: 74
— равновесие с АМР и ADP II: 395—
396
— расщепление на АМР и PP III: 59
----при активировании групп II: 461
----сопряжение с фиксацией азота III:
83, 85
—---------эндергоническими процессами
II: 132
----у С-5' II: 462—463
— регуляция II: 65, 74
—• связанный с актином I: 323
— связывание с азоферредоксииом III: 84
— синтез II: 74, 134—135, 361. См. также
Окислительное фосфорилирование, Фо-
тофосфорилирование, Субстратное фосфо-
рилирование
----в митохондриях I: 392—422
-------реакциях брожения II: 246, 346
-------хлоропластах III: 51
----нестехиометрическое сопряжение II:
355
----путем окисления субстрата II: 338
----разобщение II: 82, 104
— — с окислением альдегида II: 247 (схе-
ма)
----скорость II: 241
— фосфорилирование II: 69
— энергия, использование II: 492—493
— Удтр 1:234
Аденозинтрнфосфатаза (АТРаза) I- 323
324; II: 402
— активность II: 513. См. также Циклы
субстратов
— в жгутиках I: 326
— (\а++К+)-завнсимая I: 352, 362
— митохондрий II: 393
Аденозннтрифосфат-сннтетаза (АТР-синте-
таза) II: 393, 419
Аденозинтрнфосфат—сульфурилаза (АТР-
сульфурилаза) II: 432
Аденозин-5'-фосфат см. Адеиознн-б'-моно-
фосфат
Аденозин-б'-фосфосульфат (APS) см. Аде-
нил илсульфат
Аденозин-3',5'-цикломонофосфат (Цикличе-
ский АМР, сАМР) см. Циклический аде-
нозин-3',5'-монофосфат
Адипиновая кислота, величина рКа I: 258
Адреналин (эпинефрин) I: 368; II; 71 72-
III: 144с, 320, 336с
Адренэргическне агонисты III: 337
— антагонисты III: 337
— а-рецепторы, дибенаи как антагонист
III: 337
— p-рецепторы, пропанол как антагонист
III: 337
— синапсы III: 335—338
Адренокортикотропин см. Кортикотропин
Адреноредоксин III: 380
Адсорбционная хроматография Г. 160
L-Азасерин III: 93с
Азелаиновая кислота, рКа I: 258
Азид, восстановление нитрогеназой III: 83
— как ингибитор дыхания II: 398
Азот, восстановление III: 82—88
— молекулярный, прекращение в аммиак
III: 82, 83
— неорганический, формы III: 81
— оборот в клетках III: 94—95
— фиксация III; 81—88
---гены III: 295
Азот-15, метаболизм аминокислот меченых
I; 168; III: 88
Азотистая кислота, дезаминирование РНК
III: 195
---мутагенное действие I: 127; III: 289
---образование нитрозаминов III: 290
Азотистые отходы II; 276; III: 98
Азотный фонд III: 81, 108
Азотофлавин при фиксации азота III: 85.
См. также Флаводоксины
Азотсодержащие соединения, метаболизм
III: 81-181
Азотфикснрующий оперон, перенос III: 295
---Klebsiella III: 295
Азоферредоксии(азоРб) III: 83
— молекулярный вес I: 182
Азурины II: 446
Акаталаземия II: 377
Аконитаза II: 46, 149—150, 328, 486
— ингибирование фторацетатом II: 320
Чис-Аконитат II: 149с, 318с
— изомеризация II: 159
цис, транс- Аконит ат—изомераза II: 89
Акридиновые красители, мутагенное дейст-
вие III: 247
Акридиновый желтый I: 141с
388 < Предметный 'ушйвМшф*
Акриламид, тушение флуоресценции IIJ: 30
Акрилил-СоА II: 333с
— присоединение воды II: 334
— — иона аммония II: 334
Акрилонитрил, реакция с тиолам-/ I: 173
Аксонный транспорт, быстрый I: 276;
III: 349—350
---ретроградный III: 350
Аксоны I: 28, 337, 371; III: 325
— атрофия синаптического окончания
III: 349
— изображение III: 325
— • кальмара I: 361
— микротрубочки I: 276
— стимуляция фактором роста нервов
III: 357
АКТГ см. Кортикотропин
Активация групп II: 459—461
— ионом кальция I: 373
— метаболитов II: 181
— предшественником II: 69
— проферментов II: 495
— синтеза ферментов II: 64
— ферментов II: 27—39
— яйца III: 356
Активированные группы в биосинтезе
II: 459—461
Активность растворенного вещества I: 210
Активный сульфурил, производное II: 460—
461
— транспорт I: 337, 358; III: 93
---аминокислот I: 359
— — в митохондриях II: 423
— — — ионном захвате I: 359—369
---вторичный I: 358
---у-глутамильный цикл III: 93
— — первичный Г. 358
сахаров I: 358—359
— центр фермента I: 12, 64; II: 43
Актин I: 273—274, 319, 323; II: 5; III: 352
— связанный с мембраной I: 326
— F и G I; 323
а-Актинин I: 318
Актиномицеты I: 23. См. также Стрепто-
мицеты
Актиномицин D I: 367; III: 208, 209с—211
— ингибирование РНК-полимеразы III: 209
— противоопухолевое действие III: 209
— связывание с ДНК III: 210
— токсичность III: 209
Актомиозин I: 323
Актомиозин—тропомиозин, комплекс Г. 325
Акцепторный конец тРНК HI: 218
Акцепторы электронов, искусственные
II: 399, 401 (табл.)
D-аланил-В-аланин в синтезе пептидогли-
кана II: 540
D-аланил-В-аланин—синтетаза II: 224
Э-Аланил-СоА II: 334
D-аланин в пептидогликанах I: 389
— образование II: 218
L-аланин (Ala) I: 81с, 84, 97
— биосинтез II: 87
— в гемоглобине I: 314
---образование в результате фотосинтеза
II: 478
------- пептидогликанах I: 389
---синтезе биотина III: 115
— деза минирование II: 482 к
— из ацетальдегида III: 176
— ингибирование глутаминсинтетазы III: 92
— кодоны III: 192, 193
— комплекс с Cu2+ I: 265
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— метаболизм III: 114—118
— содержание в рибосомных белках L7 и
L12 III: 235
— средняя степень окисленности (схема)
II: 474с
0-Аланин в коферменте А II: 192
— как ингибитор нейронов III: 340
— продукт анаэробного метаболизма 11:351
— распад до полуальдегида малоновой
кислоты III: 166
Аланиновая тРНК, последовательность I:
168
Алкалоиды III: 154—155
— белладонны, блокирование мускарино-
вых рецепторов III: 343
— биосинтез III: 154—155, 157—159
— индол, синтез III: 158 /схема)
— образование в моче III: 343
— физиологические эффекты III: 154
— экологическая значимость III: 154
Алканы, биосинтез II: 550—551
— в воске растений II: 550
— гидроксилирование II: 435, 443
Алкаптонурия III: 144, 145
Алкены, гидратация II: 146
Алкилирующие агенты III: 93
— — как мутагены III: 289
Алкилкобаламичы, образование II: 288
Алкилкобалоксимы II: 296
Алкилкобальты II: 284
Алкильные радикалы, названия I: 149
Алкогольдегидрогеназы II: 45, 237—246
— стереоспецифичность II: 45
— цинк II: 142, 245
Алкогольный цирроз печени III: 98
Алкоксифосфолипид II: 559с
Аллантоин III: 171
— выделение Ш: 170
— как источник азота II: 200
Аллантоиловая кислота III: 171
---выделение III: 170
---как источник азота II: 200
Алленовая структура в каротиноидах II:
574
Аллерген Г. 385
Аллергические реакции, гистамины III:
160—161
--индукция простагландинами II: 553—
554
---лечение III: 342
---повышенное содержание IgE I: 381
— энцефаломнелиты I: 354
Аллильная перегруппировка II: 90, 177
— — как часть ферментативных реакций
II: 160
Аллиназа II: 215
Аллоза I: 108
Аллоксан II: 214
Аллоксантин II: 550, 575с
Аллолактоза как индуктор II: 66; III: 202
Аллопуринол, ингибирование ксаитииокси-
дазы Ш: 172, 173с
предметный укцзател!» яог.
Аллостерическая активация II: 69
— константа (L) II: 37
— модификация.III:' 97
-----карбамоилфосфатсинтетазы III: 97
— — ретроингнбирование III: 97
Аллостерические взаимодействия II: 38
— регуляторы гемоглобина I: 313
— репрессор ный белок, свойства II: 66
— эффекторы I: 313; II: 35—39, 64;
III: 201
-----влияние субстратного цикла II: 514
Аллостерический центр II: 29, 69
Аллостерическое ингибирование II: 29, 69
Аллостерия II: 35—39
Аллотрансплантаты I: 378
Аллофанат—амидо-лиаза II: 200
Альбинизм II: 447
Альбомнцин III: 306
Альгин I: 49
Альгиновая кислота, биосинтез II: 522
Альдегид активный, связанный с тимином
II: 205
— витамина А (Ретилаль) II: 576. См. так-
же Ретиналь
— ковалентные гидраты II: 247с
— образование из аминокислот III: 154
— окисление II: 246—247
— реакция Манниха III: 154
— хемилюминесценция во время окисления
III: 71
Альдегнддегидрогеназы II: 239
Альдегидоксидазы II: 266; III: 336
— молибден III: 85
Альдимин II: 216с. См. также Шиффово
основание
Альдолазы I: 182; II: 89, 143, 163—166,
336, 337, 476, 482
— активный центр II: 143
— изоферменты II: 165
— класс II II: 165
•— механизмы II: 162—166
— фотоинактивация II: 163
— фруктозо-1-фосфата II; 521
— цинк II: 165
— шиффовы основания II: 203
Альдольная конденсация II: 89, 162—170,
316, 473, 561, 562
-----в системе лизина III: 107
---------- стильбенкарбоновой кислоты
II: 565
-----при полимеризации коллагена II:
498—499
Альдольное расщепление II: 216; III: 103.
См. также Альдолазы
-----в метаболизме углеводов II: 335
— — индолглицерофосфата III: 142
— — при эпимеризации II: 250
Альдоновые кислоты I: 112. См. также
Карбогидраты
-----восстановление I: 112
Альдостерон II: 584, 585с; Ш: 321
— секреция III: 322
Альтроза I: 108
Алюминий I: 155
а-Аманитин III: 208, 211с
— блокирование синтеза белка III: 211
— ингибирование РНК-полимераз III: 211
Амаиулин III: 211
Амбер (amber)-кодоны III: 194
Аметоптернн см. Метотрексат
Амёба I: 43, 44, 276, 373
Амёбная дизентерия I: 44
Амёбоциты I: 50, 53
Амигдалин III: 152, 176—177
Амид малоновой кислоты в синтезе полике-
тида II: 563
— общий механизм образования II: 135—
138
— полоса А инфракрасного спектра ill:. 9
— реакции замещения II: 103
— свободная энергия образования II: 459
— таутомерия I: 77, 78
— энергия резонанса I: 227
Амидин II: 534
Амидиновые группы, перенос III: 98
Амидная группа, вибрационные частоты
III: 11 — 12 ;
— — поглощение света белками III: 20—22
-----электронные переходы III: 18
Амидные остатки в химотрипсине II: 1U
Амидные связи II: 417
Амидо-лиаза мочевины II: 201 ;
Амидотрансфераза, локализация гена Ш:
187
Амилазы, подцентры II: 101
a-Амилазы I: 178; II: 101, 102
— активация в присутствии хлорид-ноиа
II: 101
— зависимость от pH II: 59
— ингибирование мальтобионовой кислотой
II: 10!
— модели действия II: 101
— связывание кальция I: 3/5
P-Амилазы I: 115, 172; II: 103
Амило-1,6-глюкозпдаза II: 509
Амилоид, увеличение отложений с возра-
стом III: 366
Амилоидоз III: 366
Амилоза I: ill, 114
— биосинтез II: 493
— комплекс с иодом Г. 120
— спиральная структура I: 119
— структура шпилек I: 119
— цепи, ориентация II: 537
Амилопектин I: 111, 114
— биосинтез II: 535, 537
•— ветвление II: 537
Амило(1,4—»-1,6)-траноглюкозилаза II: 509
Аминирование, зависимое от аспартата
III: 168
а-Аминоадипинат III: 90, 109с
— биосинтез III: 108
— восстановление III: 107
a-Аминоадипинатный путь III: 106, 108
Амииоакрилат II: 216, 217
— шиффово основание III: 141
Аминоацетон из треонина III: 114с
Аминоациладенилаты в биосинтезе пепти-
дов II: 491
Аминоацил-тРНК III: 234
— образование II: 135, 461
— связывание с A-участком рибосомы Ш:
234
Амииоацил-тРНК—синтетаза II: 492
— узнавание III: 238—239
Амииоацильный участок рибосом III: 232
п-Амииобедаат II; <33; ,Щ: 136, 14?с, 170
Зв® Предметный указатель
а-Аминобутиральдегид III: 100—101
у-Аминобутиратный шунт II: 32?; III: 101,
102, 339
2-Амино-4-бутнролактон III: 112с
б-Аминовалерамид из лизина III: 110
5-аминовалериат, восстановление пролина
III: 103
Аминогликозидные антибиотики II: 532;
III: 240
---инактивация III: 253
2-амино-2-дезоксиглюкоза (см. D-Глюкоза-
ми н)
L-цис-1 - Амнно-1,3-днкарбоксициклогексан
II: 43с
Р-Аминонзобутират, превращение в метил-
малонат III: 167
— прн катаболизме тимина III: 167
Б-аминоимидазол-4-карбоксамид III: 170с
— образование в присутствии сульфонами-
дов III: 170
— при синтезе пурина III: 170
—------тиамина III: 170
5-аминоимидазол-4-карбоксамидриботид III:
159с
— при синтезе гистидина III: 160
Аминокислотные остатки, концентрация в
клетках I: 157
— — препятствующие образованию спира-
ли I: 100
Аминокислоты I: 18, 67, 70, 80—84.
См. также по названиям аминокислот
— «активация» III: 200
— активированные II: 461
— ароматические см. Ароматические ами-
нокислоты
— асимметричность I: 83
— боковые группы I: 80—84
— • включение в белки III; 199
— дезаминирование III: 95
• — декарбоксилирование III: 154
— катаболизм III: 108
— конфигурации I: 70—72
---D и L I; 71
— конформационные параметры I: 100
(табл.)
• — С-концевые I: 85
— N-концевые I: 85
— незаменимые II: 457; III: 93
— неполярные I: 83
— определение I: 179
— остатки (определение) I: 84
— поглощение бактериями II: 424
---клетками III: 93
— полимеризация протеазами II: 458—459
— полярные I: 84
— последовательности I: 85, 167
— присоединение NH3 III: 88—95
— разделение I: 165
— рацемизация I: 206; II; 216, 218
— реакции с пнридоксальфосфатом II: 212
— сокращения I: 81—84
— — однобуквенные I: 81—84
— с разветвленной цепью, метаболизм
III: 114—118
— транспорт II: 179
— рКа I: 81—84
А^ннокротонат II: 217
— шиффово основание II: 220с
Аминоксидаэы II: 239, 258, 447
— окисление глицина III: 120
6-Аминолевулинатсннтетаза, аддукт между
PLP- и SH-группой II: 230
б-Аминолевулиновая кислота III: 122—123
— — биосинтез II: 218
— — в биосинтезе порфирина III: 123с
(схема)
---избыточное образование III: 129
Аминолнз прогормоиов III: 322
у-Аминомасляная кислота II: 218
---антагонист III: 334
---в биосинтезе II: 458 (схема)
— из аргинина III: 104
— как нейромедиатор III: 335, 339
— концентрация в тканях мозга II; 327;
III: 340
— поглощение клетками глии III: 340
— при брожении глутамата III: 102
а-Амино-б-оксивалериановая кислота II:
138с
2-амино-4-оксиптеридин (птерин) II: 276с
Аминопептидазы, действие I: 168
1-амино-2-пропанол в витамине В12 II: 286
Р-1-амино-2-пропанол из треонина III: 114
Р-Аминопропионитрил как причина лати-
ризма II: 501с
Аминоптерин, ингибирование дегидрофолат-
редуктазы II; 279
2-аминопурин, мутаген III: 290
Аминотрансферазы II: 210; III: 147. См.
также по названиям
— в малат-аспартатном челночном меха-
низме II: 424
— синтез, действие глюкокортикоидов II:
515
Амнны аминокислот III: 154
— биогенные III: 344
— присоединение к карбонилу II: 140
— реакция Манниха III; 154
Амитал 11: 398, 399
— ингибирование электронного транспор-
та II: 399
Аммиак III: 140
— включение III: 81, 88—95
— выделение III: 170
— карбаминовая кислота III: 96—97
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— метаболизм III: 81
— накопление в крови III: 98
— окисление II: 427
— отщепление от глутамина III: 167
— токсичность III: 98
— а,|3-элиминирование III: 103
Амниоцентез II: 545; III: 296
Ампициллин II: 117
Амфетамины (бензедрин) III: 337
— замещение дофамина III: 342
• — стереотипное навязанное поведение III:
342
— шизофрения, симптомы III: 342
Амфибии, ооциты III: 301
Амфипатические молекулы I: 355
Амфотерицин В II: 562с
Анаболизм см. по названиям соединений
Анаболическая активность андрогенов II:
590 ‘ •
Предметный указатель aw
Анаболические гормоны II: 590
Анализ ближайших соседей I: 171, 177—
178; II: 124
— концевой группы I: 175
— РНК I: 179
— тонкой структуры гена III; 297
Ананас, бромелаин II: 114
Анаплеротические процессы синтеза II: 324
Анатомия «Кгапг»-типа III: 59
Анафаза III: 264, 265
Анаэробное дыхание II: 361, 425, 430—434
Анаэробные бактерии I: 24; III; 101
---образование NADC II; 407
Анаэробные организмы, источник АТР II:
338—339
---образование энергии II: 355
Анаэробы I: 23
Ангармоническое движение III; 9
Ангидриды II: 459
Аигидроретинол II: 577с
Ангиотензин III: 322с
Андрогены II: 589
Андростендион II: 585а
Анемия наследственная II: 370
—• серповидноклеточная см. Серповидно-
клеточная анемия
Анестетики III: 347
— взаимодействие с мембранами II: 514
— злокачественная гипертермия II: 514
— разрушение водородных связей III: 347
— растворимость в липидах III; 347
— уменьшение тока Na+ через мембрану
II; 347
Анизотропная полоса I: 318
1-аиилинонафталин-8-сульфоиат как флуо-
ресцентный зонд III: 31с
Анимальный полюс (яйцеклетки) III: 355
Аномерный атом углерода I; 107, 108
Ансерин III: 167
Антагонисты II: 32
— для медиаторов III: 332
Антаманид I: 368, 369; III: 212с
Антероксаитии в хлоропластах III: 54
Антибиотики I: 86, 367; II: 32, 563.
См также по названиям отдельных анти-
биотиков
— аминогликозильные II: 532
— влияние на транскрипцию III: 207—208
— действие на рибосомы III: 240—241
— значение для человека III: 367
— инактивация III: 257
— макролидные I: 367; III: 241
— пептидные I: 85, 86, 364—366, 367;
II: 193
— полиеновые I; 367
— Р-поликетиды II: 562с
— полусинтетические II: 117; III; 258
— развитие устойчивости III: 257
Аитигеморрагический фактор II: 388
Антигемофильный фактор II: 73
Антиген Н I; 376
Антиген—антитело, комплекс I: 386
Антигенные детерминанты, число III: 365
Антигены I: 372, 385; III: 366
— биосинтез II: 522
— гормоны III; 318
— группы крови I: 375—378, 376с
-------MN-типа I: 353
— диффузия I: 348
— клеточных поверхностей I: 372—387
— комплекс тканевой совместимости I: 378
— поверхностные I: 393—394
— флуоресцирующие I: 386
О-антигены I: 388, 391
— биосинтез II: 494, 537, 538 (схема)
Антидепрессанты III; 341
Антидепрессивиое действие имипрамина
III; 344
----ингибиторов моноаминоксидазы HI-
344
----паргилина III: 344
— — триптофана III: 344
Антикоагулирующие свойства гепарина
I: 117
Антикодоновая петля в тРНК I: 132;
III: 218
Антикодон(ы) I: 134; III; 223
— в белковом синтезе III; 218
— взаимодействие с кодоном II: 214, 219
• — из четырех оснований III: 256
Аитикооперативность I: 258—261
— при связывании с ионами металлов I:
265
----------протонами I: 259
Аитиметаболиты II: 32—33
Антимицин II: 397, 398с, 518
Антимутаторная ДНК-полимераза III: 214
Антипараллельные ^-структуры I: 89
Антипсихотические препараты III: 341с, 342
Антитела Г. 362, 381—385
— к гормонам III: 318
----ДНК Ш: 366
----Другим антителам III: 366
----рибосомным белкам III: 230
----цитохромоксидазе II: 393
— связывание с клеточными поверхностями
I: 385—386
Аититрипсии di I: 103; II: 114
Антифолаты II: 279; III; 165
Антифризные свойства гликопротеидов I:
118
Антифризы у растений и насекомых II: 531,
532
Аитицианидины II: 565, 566с
Антоцианины II: 566с
— резонансные структуры II: 567
— цвет II: 566
Аитранилатсинтетаза III: 139—140, 142
— ген, локализация III: 188
— глутаминсвязывающин центр III: 142
— трифуикциональная субъединица III: 142
Антраниловая кислота III: 136, 140с
----аминогликозид III: 141
----биосинтез III: 140—142
—-------кинуренина II: 221; III: 157
— — катаболизм в бактериях III: 150
АПБ см. Ацилпереносящий белок
Апельсин, гесперидии II: 567
Аплизиовиолин III: 44с
Апоферритин III: 126
Аппарат Гольджи I: 30, 32
— — гликолипиды II: 542
----определение I: 30
Апуриновая кислота I: 166
Арабииогалактаны в стенках растительных
клеток I: 395 '
ЭД0 Предметный зчжвд
Арабиноза (Ara) I: 109с
— в антоцианине II: 565—566
Арабинозный оперон (ага) III: 186, 205
L-арабннозоизомераза, ген, локализация
III: 186
Арахидоил-СоА, биосинтез II: 548
Арахидоновая кислота I: 150с; II: 552
---необходимый компонент пищи II: 549
Арахисы, афлатоксины III: 293
Аргиназа III: 95, 96, 104
L-Аргинин (Arg)I: 83с, 190, 307, 360; И:
125, 437; III: 95
— биосинтез III: 95—98, 95 (схема)
— в метаболизме беспозвоночных II: 352
---протаминах III: 301
---рибосомных белках III: 228
— водородные связи с другими группами
молекулы белка II: 125
— гидроксилирование III: 104
— гидролиз III: 96
— декарбоксилирование III: 100
— катаболизм III: 104
— кодоны III: .192, 193
— метилирование III: 302
— микроорганизмы III: 104
— полиамины III: 99
— превращение в у-гуанидинбутират III:
104
— расщепление до орнитина III: 98
Аргининдекарбоксилаза, ген, локализация
• III: 188
Аргининдигидролаза III: 104
Аргинин-карбоксилатные связи I: 269
Аргининосукциназа III: 98
Аргининосукцинат III: 95с, 98с, 168
— при образовании мочевины III: 96
Аргининосукцинат-синтетаза III: 97—98
— ген, локализация III: 186
Аргининосукцинацидурия III: 98
Аргинин-фосфатные взаимодействия в лак-
татдегидрогеназе II: 245
— — в нуклеазе микрококков II: 125
Аргининфосфат в мышцах беспозвоночных
II: 418
Ареноксид II: 439с
Ароматические аминокислоты I: 142
---образование из эритрозо-Ь-фосфата.
II: 457
---окружение в белках III: 23
---поглощение света II: 229
— кетоны, основные свойства в возбужден-
ном состоянии III: 34
Ароматические кольца, биосинтез II: 152,
488, 561—562
— соединения, активация III: 294
---гидроксилирование III: 294
---метаболизм III: 136—159
— углеводороды, индукция цитохрома
Р-450 II: 445
Ароматический радикал в тиреоглобулине
Арсанилат натрия II: 83с
Арсенат, в бытовых моющих средствах II:
299
— превращение в арсенит II: 299
— разобщение синтеза ATP II: 248
— сходство с фосфатом II: 82
Арсенит, метилирование II: 298—299
— реакция с тиолами II: вЗ
Арсенолиз И: 82—83, 97
— глюкозо-1-фосфата II: 97
Артишок, влияние на восприятие вкуса
III: 349
Артрит II: 586
— коллаген, структура II: 501
Архентерон III: 355, 356
Асинхронные летательные мышцы I: 317
Аски I: 47
Аскомнцеты I: 47
Аскорбат см. Аскорбиновая кислота
Аскорбиновая кислота (витамин С)
II: 179, 188, 441, 442с, 526; III: 148
-----биосинтез II: 525
— — в надпочечниках II: 441—442
-----электронном транспорте II: 400
-----восстановление Fe3+ III: 128
— •— как донор электрона при фотосинтезе
III: 37, 38
-----— косубстрат II: 441
— — необходимость присутствия в пище
II: 442
----- при деэпоксидировании виолаксанти-
на III: 54
-----рекомендуемая доза II: 442—443
— — свободные радикалы II: 443
-----рАа II: 442
Аскорбиновой кислоты 2-сульфат II: 139
Аспарагин (Asn) I: 82с, 98
— биосинтез III: 104—105
— в а-аманитине III: 211
— как нетоксичный переносчик аммиака
III: 89
— кодоны III: 192, 193
— образование нз серина III: 176
— присоединение к сахарной цепи I: 117
— реакции переноса азота III: 81
— L-аспарагиназа как антилейкемический
препарат III: 106
Аспарагиновая кислота см. Аспартат
Аспарагинсинтетаза III: 106
Аспартаза II: 88, 150; III: 95, 98
Аспартат (Asp)I: 82с, 84; II: 210, 457; III:
105
— биосинтез II: 87, 174, 458; III: 105 (схе-
ма)
— в биосинтезе изолейцииа III: 113
-----лизоциме II: 199
•----малат-аспартатном челночном меха-
низме II: 424
-----синтезе пурина III: 167
-----химотрипсине II: ПО
— восстановление III: 106
— для введения аминогрупп III: 98
— из фотосинтеза II: 478
— как нейромедиатор III: 335
----предшественник мочевины III: 89
— кодоны III: 192, 193
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— микроионофорез III: 340
— обмен в митохондриях II: 423—424
— переаминирование II: 210, 323; III: 88
— при образования пиримидина III: 162
— реакции переноса азота III: 81
— связывание ионов кальция I: 268
— способность частично заменять биотин
II: 194
предметный указатель
I 1
Аспартат, участие в цикле пуриновых нукле-
отидов III: 171
— рХа II: 51
Аспартатаминотрансфераза II: 217, 229;
III: 89
— аминокислотная последовательность I:
85
— ингибирование циклоглутаматами II: 224
— механизм II: 231—232
— спектры поглощения II: 229
— стереохимия II: 227
— хиноновый промежуточный продукт .II:
231
Аспартат-Р-декарбоксилаза II: 221
Аспартат-карбамоилтрансфераза II: 39
— активные центры I: 296
— каталитические субъединицы III: 23
— ген, локализация III: 187
— разностный спектр III: 23
Аспартатное семейство II: 457
Аспартаттранскарбамоилаза см. Аспартат-
карбамоилтрансфераза
Р-Аспартиладенилат III: 106
Р-Аспартилфосфат III: 105с, 106
— в регуляции II: 70
Аспартокиназа, регуляторные свойства III:
106
Аспартополуальдегид-редуктаза III: 106
— ген, локализация III: 142
— комплекс с гомосериндегидрогеназой III:
142
Аспирин (ацетилсалициловая кислота) II:
553с, 554
Асимметричные центры I: 71
Асимметрия молекул I: 70—72
Астма II: 553
— ослабление простагландином Е II: 554
— эфедрин III: 337
Асцидии I: 53, 156
— ванадий II: 372
Атаксическая телеангиэктазия III: 292
Атаксия II: 286
Атеросклероз II: 584
— коллаген в бляшках II: 501
Атомы, размеры I: 68 (табл.)
Атропин III: 332, 333с
— блокирование мускариновых рецепторов
III: 343
— лечение болезни Паркинсона III: 343
Аттенюаторные участки III: 205
Аттрактанты III: 525
Ei-АТРазный комплекс III: 270
ATP-генерирующие системы III: 83, 194
Ауксин III: 158с
— в дифференцировке клеток камбия III:
354
— влияние III: 323
---на синтез этилена III: 112
— как гормон растений III: 323
Ауксин/цитокинин, отношение концентраций
III: 354
Ауксотрофы III: 185
— по аминокислотам III: 245, 272, 295
— — пищевым потребностям III: 185, 189
Аутоантитела, увеличение с возрастом III:
366
Аутоиммунные заболевания I: 354; 372;
III: 333, 366
Аутокоиды III: 357
Афиииая хроматография I: 161
Афлатоксины III: 293с
Ацетальдегид III: 146, 337, 487
— бисульфидный аддукт II: 348
— образование этанола Ш: 346
— продукт брожения II: 348 (схема)
— равновесие в водном растворе II: 140
— средняя степень окисленности II: 474
(схема)
Ацетат (уксусная кислота) активный II-
190
— использование бактериями II: 434
— как источник углерода II: 479
---предшественник гема III: 122
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— образование в процессе брожения II:
348, 349
— окисление в цикле трикарбоновых кис-
лот II: 325 (схема)
— превращение в поли-р-оксибутират III:
61
— свободная энергия окисления I: 227
Ацетаткиназа II: 134
Ацетат-тиокиназа II: 135, 189, 306
Ацетат хрома, восстановление витамина В12
II: 288
Ацет.иладенилат II: 135, 189
2-ацетиламинофлуорен III: 293, 294с
N-ацетилгалактозамин I: 117, 376
— связывание с лектином из бобов сои I:
379
Ацетилгалактозаминил — трансфераза II:
544; III: 52
N-ацетил-а-глюкозаминидаза, недостаточ-
ность II: 541
N-ацетилглюкозильные группы, перенос в
гликопротеиды II: 540
О-ацетилгомосерин II: 221; III: 131
— в синтезе цистеина III: 133
Ацетиленовые группы, биосинтез II: 550
— жирные кислоты I: 151
Ацетилирование гистонов III: 304
— коферментов II: 189
Ацетилкофермент А см. Ацетил-СоА
N-ацетиллактозамин, биосинтез II: 531
N-ацетилмурамовая кислота II: 99
— биосинтез III: 139
—• в пептидогликанах I: 384
CMP-N-ацетилиейраминовая кислота II: 527
N-ацетилиейраминовая кислота (сиаловая
кислота)!: 111, 118, 353, 378; II: 488
---биосинтез II: 522
— — в иммуноглобулинах I: 383
О-ацетил-Ь-серин III: 133
— образование из серина III: 118, 119
(схема)
N-ацетилсеротонин, метилирование до мела-
тонина III: 339
2'-ацетилтиамин II: 271, 273
2'-ацетилтиаминдифосфат II: 207
S-ацетилтрансфераза II: 134
Ацетилфосфат II: 134
— при брожении II: 356
Ацетилхолин II: 104; III: 333с
— активный транспорт JII: 332
— в распространении потенциала действия
III: 331
Ацетилхолин, высвобождение в нервио-мы-
шечных соединениях III: 329
— гидролиз III: 332
— индукция тирозинмонооксигеназы III:
339
— конформация III: 333
— кооперативное связывание в нейронах
III: 349
— образование II: 116
— реабсорбция III: 332
— содержание в пузырьках III: 331
— как «химический передатчик» нервных
импульсов II: 190; III: 330—331, 332
Ацетилхолинэстераза II: 27, 104; III: 332,
349
— ингибирование инсектицидами II: 104
— последовательность в активном центре
II: 108
— псевдосубстрат II: 106
Ацетильные группы, окисление в цикле
трикарбоновых кислот II: 317—318
Ацетил-СоА (ацетилкофермент А) II: 45,
86с
— в биосинтезе II: 456—457, 458, 487, 489,
546
— — цикле дикарбоиовых кислот II: 328
— — — трикарбоновых кислот II: 318,
324, 325 (схема)
— восстановление пирувата II: 472
— затравка в синтезе жирных кислот II:
485
— как аллостерический эффектор II: 321 —
322
— карбоксилирование II: 194, 464
— образование из жирных кислот II: 83—
84, 308—309
-------фенолов III: 150
— семейство соединений II: 457
— синтез II: 134
Ацетил-СоА-глиоксилатиый цикл II: 481,
487
N-ацетилглутамат III: 90
— аллостерический эффектор III: 95, 97
— предшественник орнитина III: 97
N-ацетилглюкозамин (GlcNAc) I: 112, 115,
376
— в иммуноглобулинах I: 383
---пептидогликанах I: 390
Ацетил-СоА-карбоксилаза II: 196, 200, 556
Ацетоацетат II: 138, 315, 316с
— как продукт брожения II: 348 (схема)
— концентрация в крови II: 315
— образование из лейцина III: 115
Ацетоацетатдекарбоксилаза II: 171
Ацетоацетил-СоА II: 315с, 316; III: 102
— в маслянокислом брожении II: 354
— превращение в В-оксн-В-метилглутарИл-
СоА II: 167с
— расщепление до ацетил-СоА III: ЮЗ
Ацетоацетил-СоА — тиолаза II: 316
Ацетоин II: 206, 348, 351
— в синтезе рибофлавина III: 175
— неферментативиое образование II: 202
— средняя степень окисленности II: 474
а-Ацетолактат II: 205с, 348, 351, 489, 490
— в биосинтезе валина III: 113
Ацетолактатсиитетаза II: 206
Ацетон II: 171, 315
— в коммерческом препарате NADH II: 251
— енолизация II: 54
— т)-л*-переход III: 17
— продукт брожения II: 348, 354
Ацетоуксусная кислота, средняя степень
окисленности II: 474с
Ацилдигидролипоат, образование производ-
ных II: 206
Ацнлтрансферазы II: 116
Ацилфермент II: 108
— в глицеральдегид-3-фосфат — дегидроге-
назе II: 248
— — протеазном акте II: 108
— — цитрат-лиазе II: 170
Ацилфосфаты II: 133—135, 247с, 460
— в биосинтезе пептидов II: 491
— центральная роль в метаболизме II: 460
Ацилпереносящий белок (АПБ) II: 146,
193, 465, 485
Ацил-СоА — гидратазы II: 88
Ацил-СоА — дегидрогеназы II: 239, 308,
309
Ацил-СоА-производные II: 314
— образование из ацетил-СоА II: 457
Ацил-СоА — синтетазы II: 306, 308
Аэробы (и анаэробы) облигатные I: 23
ADP см. Аденозиндифосфат
Amber-мутанты III: 254, 256
Amber-супрессорные гены III: 254
---у Е. coli К12 III: 259
АМР см. Аденозии-5-монофосфат
сАМР см. Циклический адеиозин-3,5-моно-
фосфат
Ага-СТР, ингибитор синтеза ДНК III: 241
АТР см. Адеиозиитрифосфат
АТРаза см. Аденозинтрифосфатаза
Бабочка-бражник, эстераза ювенильного
гормона III: 323
Бабочки, пигменты II: 276
Базальная мембрана I: 37, 92, 94
---почки III: 366
Базальное тельце I: 37
Базальные ганглии III: 328
— — недостаточность у-аминомасляной
кислоты III: 340
Базидиомицеты Г. 47
Базофилы I; 55
— IgE I: 385
Бактерии I: 14—26. см. также по назва-
ниям
— автотрофные I: 23; II: 456
— анаэробные I: 23
— восстанавливающие сульфат I: 23;
II: 432—434
— «галофильные» II: 560
— генетическая рекомбинация III: 189
— грамположительные и грамотрицатель-
ные I: 25
— денитрифицирующие I: 23
— железобактерии II: 430
— жгутики I: 281—284
— зеленые I: 25
— лизин, биосинтез III: 106
— кардиолипин I: 152
— классификапия I: 23, 24
— клеточная стенка I: 337
Бактерии, логарифмический рост II: 503
— люминесцирующие III: 71, 74
— марганец, концентрация III: 53
— метаболизм I: 22
---одноуглеродных соединений II: 478,
479
— метанобразующие I: 24; II: 434
— нитрифицирующие II: 426—428
---наружная мембрана I: 390—394
— окисляющие водород I; 23; II: 426
---серу II: 428—430
— питание I: 23—24
— подергивание III: 255
— полиамины и ДНК III: 99
— пурпурные I: 25
— разветвленные жирные кислоты I: 153
— размножение I: 39; III: 188, 189
— разрушение вирусной ДНК III: 279
— серные I: 23
— — зеленые III: 41, 43
— состав I: 157
— сосуществование с фагами III: 279
— спаривание III: 279
---прерванное III: 191
— трансформация III: 183
— уксуснокислые I: 25
— устойчивые к казугамицину, модифици-
рованная I6S-1PHK III: 240
— фиксация N2 III: 81
— L-формы I: 22
— фотосинтезирующие I: 25, 26; II: 472
— циклический AMP HI: 204
— хемогетеротрофиые I: 23
— хемотаксис HI: 347—348
— электронная микрофотография I: 16
— энергия II: 425—434
— эффективность роста I: 234
Бактериородопсии, обесцвечивание III: 68
— структура III: 68
Бактериофаг (и) I: 286—289, 327, 329, 393
— биосинтез белков III: 200
— ген tox III: 305, 306
— гены, перенос в клетки растений III: 295
— генетическая рекомбинация III: 249
— генетический анализ I: 327
— жизненный цикл III: 248
— жгутики, рост I: 284
---шаг спирали I: 274
— идентификация рекомбинантов III: 249
— икосаэдральный III: 244
— конформационные изменения субъеди-
ниц I: 330
— нитевидный I: 274, 275, 327; III: 258
— оболочка I: 275с
— оксиметилцитозин в ДНК I: 139
— остатки глюкозы в ДНК I: 139
— отросток I: 323, 328—330
— пептидогликаны, биосинтез II: 522
— перенос супрессорного гена III: 255
— плазмиды, использование в клонирова-
нии III: 295
— «полиголовки» III: 253
— протеазы I: 182
— репликация III: 244
— специфичная мРНК III: 200
— специфичность к хозяину III: 249
— споры, накопление марганца III: 53
---дипиколииовая кислота III: 107
— стерильные пятна III: 248
-------мутантных фагов III: 248
— субъединицы I: 329
— хромосомы, картирование III: 287
— fl I: 286
— fd I: 286
— L<p7 Е. coll, I: 290
— М13 I: 286; III: 276, 277
— MS2 I : 288; III: 243
----последовательность РНК III: 242, 244
— Mu-1 в исследовании репликации III-
272, 273
----включение в хромосому бактерии
III: 272
— Т2 I: 327—329
----меченый III: 183
— Т4 I: 327—329; III: 249—276
— — белок оболочки, пептидные фрагмен-
ты III: 251—252
----белок rllA III: 251
-------rllB III: 251
----генетическая карта III: 254
----гены rll III: 249, 250, 251
----делеционные мутанты III: 250
----длина ДНК III: 250
----лигаза 111: 198
----мутанты по гену rll III: 249
— — «полиголовки» мутантов III: 253
— — температурочувствительные мутанты
III: 253
----хромосомная карта I: 330
— Т5 III: 306
— Т7 I: 181; III: 276
— — организация генов III: 261
— -— репликация в двух направлениях
III: 274
----РНК-полимераза III: 206
— Q₽ I: 288
— — белки III: 244
— — защищенный рибосомами фрагмент
РНК Ш: 242
----РНК III: 244
— R17 I: 288
----РНК Ш: 232
— <pX174 I: 181, 286, 287; III: 276
----ген А III: 278
----ДНК III: 244
— Л (фаг лямбда) III: 258—263
— — генетическая карта III: 260
----дефектный III: 259
— — интеграция III: 287
— — исключение III: 287
— — «липкие» концы III: 262с
----общая рекомбинация, ген III: 287
— — поздние гены III: 261
----продукт геиа N III: 261
— — репликация в двух направлениях
III: 274
----сборка III: 261
— — система рекомбинации III: 281
— Т-четиый I: 286, 327—330; III: 164, 248.
См. также Бактериофаг Т2, Бактериофаг
Т4
----ДНК-полимеразы III: 276
----организация генов III: 261
----полиамины и ДНК III: 99
Бактериофеофитии в реакционных центрах
III: 46
"394 Предметяыйэ'ЮЙат^да»
Бактериохлорофилл а III: 40с
Бактериохлорофиллсодержащий белок III:
42с
Бактериохлорофиллы III: 41
— биосинтез III: 125
— в фотохимических реакционных центрах
III: 46
— обесцвечивание III: 47
— перенос электронов III: 48
— полосы поглощения III: 41
— ЭПР III: 47
Бактероиды III: 82, 83
Бактопренол см. Ундекапренол
Барбитураты III: 347
— как наркотические средства III: 344
Барий I: 155
Батородопсин III: 65
Батохромный сдвиг в родопсине III: 65
Батрахотоксин II: 592с, 593; III: 334
— блокирование транспорта в аксоне III:
350
Бацитрацин, перенос Mn2+ Г, 366
Белки I: 80—106
— Бенс-Джонса I: 382, 384с
— включение NH3 III: 88—95
— вторичная структура I: 94
— высаливание I: 159
— высокоэнергетическое состояние I: 329
— гидролиз I: 166—168
— гидрофобные I: 390; II: 410; III: 258
— глобулярные I: 94—101
— дегидратация в спорах III: 353
— денатурация I: 105
— димеризующиеся I: 299
— имидазольные группы I: 268
— инфракрасные спектры амидных групп
III: 11—12
— карбоксильные группы I: 268
— классификация остатков I: 100
— ковалентные модификации III: 94
— константы седиментации I: 181
— конформационные параметры I: 100
— крови, электрофорез II: 68
— круговой дихроизм III: 25—27
— мембран I: 352—355
— металлсвязывающие центры I: 268
— метилирование II: 496
— мозга, метилированные аминокислоты
II: 496
— негистоновые III: 316
—^нуждающиеся в магнии, марганце III:
— обратимая денатурация I: 263
— первичная структура I: 84
— переносчики, негемовое железо II: 394
— переносящие кислород II: 367—370
— плотность упаковки I: 96
— полупериод жизни II: 495
— размеры и форма I: 102—103
— растворимость I: 159
— рибосомные III: 229 (табл.)
— связывающие ретиноевую кислоту II:
577
— с низким содержанием серы I: 94, 105
— содержание в клетках I: 157
------тканях I: 157
— — спиралей по КД-спектрам III: 27
— содержащие негемовое железо II; 363,
369, 379—383. См. также Железо-серные
белки
----медь II: 445—449
— спектры поглощения III: 20—22
— структура I: 84, 94
----классификация I: 101
— типа автомиозина I: 326
— токсичные III: 305
— третичная структура I: 94
— ферментативное расщепление Г. 167
— хемостимуляторные III: 348
— четвертичная структура I: 94
— число оборотов П: 66; III: 94—95
— эукариот, связывающиеся с ДНК III:
278
— ядерные III: 301—304
Белковый секвенатор I: 174
Белое вещество III: 328
А-белок, ген III: 243
С-белок I: 323
М-белок I: 318
Белок Clq I: 384. См. также Комплемент
— активатор катаболита (САР или CRP)
III: 201, 203, 204
-------комплекс с сАМР III: 204—205,
207
— оболочки I: 290, 388
----ген III: 242—243
----РНК-содержащих фагов III: 236
----фага Т4, картирование гена III: 251
----Е. coli I: 391
— переносчик ацильной группы см. Ацил-
переносящий белок
— рецептор циклического аденозинмоно-
фосфата, локализация гена III: 186
— с АТРазной активностью III: 350
— связывающий кобаламин I: 104
----ретинол I: 104; III: 577
— с высоким содержанием серы I: 93
----низким содержанием серы I: 93, 105
— созревания фага, ген III: 244
— транспортирующий стерин II: 580
— хлоропластов, содержащий марганец
III: 52
— шипов бактериофага <р174 III: 244
— личный II: 201
Бенгальский розовый, фотоинактивация
альдолазы II: 163
Бензальдегид, энергия связи I: 227
Бензоат, влияние на синтез порфинов III:
129
— катаболизм у бактерий III: 150
Бензоил-СоА, реакция с глицином III: 122
Бензойная кислота II: 311с
----в синтезе полнкетида II: 563
----глюкуронид II: 532
— — кислотность I: 235
Бензол я—я*-переходы III: 18
— электронный спектр III: 18
— энергия связи I: 227
Бензохинон при фотосинтетическом обра-
зовании О2 III: 37
Беременность II: 590
Бери-бери II: 187
Бериллий, конкуренция с Mg2+ II: 130
— токсичность I: 155; II: 130
Бестимииовая смерть I: 165
Бетани, метилирование гомоцистеина III:
118—119
Бивалент HI: 266
Бикарбонат -ион из двуокиси углерода II:
140
— как гормон местного действия III: 358
— обмен в эритроцитах I: 353
— при карбоксилировании II: 173, 174
— скорость включения СО2 II: 174
— стимуляция выделения кислорода III: 51
Бикукулин III: 334с, 340
Биливердин III: 130
Биливердин IXa Ш: 130с
.иезо-Биливердин III: 130
Билирубин III: 130с
.иезо-Билирубиноген III: 130с
Биологическая фиксация азота III: 82
«Биологический реактив Гриньяра» II: 295
Биологическое окисление II: 84, 237—275,
361—445. См. также Дегидрогеназы, Гид-
роксилазы, Оксидазы по названиям
— оружие III: 368
Биология развития III: 352—366
Биолюминесценция III: 71—75
Биополимеры I: 67
— биосинтез II: 472, 491—501
— гидролиз Г. 217. См. также Гидролазы,
Протеазы, Нуклеазы, Карбогидразы по
названиям
— конформации I: 84—106, 118—121, 128—
146, 183—191
Биоптерин II: 277, 438
— биосинтез III: 173—174с (схема)
— как кофактор гидроксилирования II: 277
Биос II: 199
Биосинтез II: 86, 456—520. См также по
названиям соединений
— ароматических соединений III: 137
— — — ген, локализация III: 186
— восстанавливающие агенты И: 466
— жирных кислот II: 485
— из СО2 II: 475—478
— изопреноидных соединений II: 153
— карбонильные группы II: 472
— ключевые промежуточные соединения
II: 458 (схема)
— определение последовательности реак-
ций II: 491
— пути см. Пути биосинтеза
— полимеров II: 491—501
— полипренильных соединений II: 490
— регуляция II: 461, 491, 501—517
— стероидов II: 490
— углеводородных цепей II: 484—485
Биосинтетические семейства II: 457
Биотин II: 188, 194—201, 198с, 464—465
— биосинтез III: 115
— в пируваткарбокснлазе II: 174
— гибкая «ножка» II: 197
— изомеры II: 199
— карбоксилирование II: 334
— механизм действия II: 195—198
— недостаточность, вызванная яичным бел-
ком II: 201
— оперон Ш: 186
— присоединение к апоферментам II: 201,
497
— при образовании карбамоилфосфата
III: 97
— суточная потребность II: 199
Биотинкарбоксилаза II: 196 .
Биотинкарбоксилпереносящий белок П; 196
Биофлавоноид цитрусовых II: 567
Биохимическая генетика III: 182—306
Биохимические реакции, типы (табл.) II:
88—89
Биохимическое оружие III: 368
Биоцитин II: 194
Биполярные ионы аминокислот I: 80
----как таутомеры I: 79, 255
----7-метилгуанозина III: 224
Биполярный ион тиазолия II: 202, 203с
Бисульфит, расщепление тиамина II: 93
Бисульфитный аддукт, влияние на броже-
ние II: 348
----присоединение к NAD+ III: 250
Бис-(2-хлороэтил)сульфид III; 289с
Бифункциональные соединения при изуче-
нии рибосом III: 23
Бициклобутоний-нон при биосинтезе сква-
лена II: 572с
Бластомеры III: 356
Бластоцист III: 356
Бластула III: 356
Бледный шар III: 328
Блюдечко (Latta), кремний 1: 121
----люминесценция III: 72
Бобовые, фиксация азота III: 82
Бобы клещевины II: 548
----жирная кислота I: 151
Боковые сигналы I: 184
Болезни накопления II: 510
Болезнь Вильсона II: 445, 448
— Гоше II: 544
— иммунных комплексов III: 366
— «клеточного сиропа» III: 116
— накопления эфиров холестерина II: 584
— Нимана — Пика II: 544
— Паркинсона III: 338
----дегенерация нейронов III: 338
----действие атропина III: 343
-------ДОФА III: 148
----симптомы, индуцируемые хлорпрома-
зином III: 342
— Помпе II: 510
— Рефсама II: 312, 313
— Сандхофа и Тея — Сакса II: 544
— Фабера II: 544
— Фабри I: 377; II: 544, 545
— «черного языка» II: 242
Большой мозг III: 328
Бор I: 154
Бора магнетон I: 349
Боргидриды II: 137, 144, 171, 288
Борнеол II: 568
Ботулизм I: 24
Боргидрид натрия, действие иа ацилфосфа-
ты II: 137
Бриамицин III: 241
Брожение (сбраживание) I; 23; II: 65, 85
335—336, 344—457; III: 60. См. такта
Гликолиз
— выход АТФ I: 134, 135, 234; II: 246-
248, 345
----биомассы I: 234
— глутамата III: 101
— глюкозы I: 228
— изменение свободной энергии I: 228”
— коферменты II: 240
396 Предметный укяватель
Брожение, пентозофосфатный путь см. Пен-
тозофосфатные пути
— различные типы II: 345—357
— схемы II: 345, 348, 352, 354—357; III: 60
5-бромдезоксиуридин III: 290
— замещение тимидина III: 290
Бромелаин I: 118; II: 114
Бромурацил, влияние на плотность ДНК
III: 272
— замещение тимина III: 272, 290
Бромциан I: 161, 174
Броуновское движение II: 14—15
Бруцеллёз I: 24
Брюшной тиф I: 24
а-Бунгаротоксин III: 332—334
Бурая жировая ткань II: 403
Бурые водоросли I: 49, 363
— — зеаксантин III: 43
— — пигменты III: 43
— — фукоксантин III: 43
— — хлорофилл III: 40
Бутадиен, образование из бутанднола II:
351
— электронный спектр III: 20
2,3-бутандиол из брожения II: 351
Бутандион II: 245
Бутановая кислота I: 149. См. также.
Масляная кислота
1-бутанол как продукт брожения II: 348
w-Бутанол, средняя степень окисленности
II: 474 (схема)
Бутанольное брожение II: 353—355
Боргидрид натрия, восстановление витами-
на В12 II: 288
— — инактивация ацетоацетатдекарбоксн-
лазы II: 171
— — радиоактивный II: 144
2-бутанол, в определении NAD+ II: 251
1-бутил-п-толилсульфонилмочевина II: 504с
Бутират, образование в результате броже-
ния II: 348 (схема), 355
Бутирил-СоА III: 102
— как затравка в синтезе жирных кислот
II: 485
— при брожении масляной кислоты II: 354
--------глутамата III: 102
у-Бутиробетаин III: 108с
— гидроксилирование II: 440
Буфер для железа III: 128
---ионов металлов II: 143
— окислительно-восстановительный II: 143,
470
Буфотенин как галлюциноген III: 343
Буфотоксин II: 592с
Быстрые реакции II: 24—27
Вазопрессин I: 86с; III: 320, 321
влияние на способность к обучению
III: 342
— С-концевая амидная группа III: 322
—- регуляция кровяного давления III: 321
Вакуоли I: 27
— в регуляции метаболизма II: 68
— определение I: 16
Вакценовая кислота в бактериях II: 547;
III: 102
Вакценоил-СоА. II: 548
— биосинтез II: 548
Валентные углы I: 68
— плоскостность I: 68
— при построении моделей I: 183
Валил-тРНК — синтетаза, локализация гена
III: 188
D-валин I: 365; III: 209
L-валин (Vai) I: 81с, 97, 314—315; III: 115
— биосинтез II: 90, 177, 490; III: 113
(схема)
— в синтезе поликетида II: 563
— из ацетолактата II; 206
— из пирувата III: 114
— как предшественник в синтезе жирных
кислот II: 546
— катаболизм III: 115
— кодон III: 192, 193, 195
— метаболизм III: 115—118
— на N-конце гемоглобина I: 307
— неправильное включение в белках III:
239
— разветвленные жирные кислоты I: 150;
II: 546
— средняя степень окисленности II: 474
(схема)
Валиномиции I: 365, 366с
— влияние на транспорт калия I: 367, 368
Валиум см. Диазепам
Ванадий I: 53, 154; II: 372
— необходимый компонент пищи II: 372
Ванадохром II: 372
Ванадоциты II: 372
Вандерваальсов радиус I: 68 (табл.)
------нуклеотидов II: 189
Ваидерваальсово притяжение I: 134, 244
Вандерваальсовы контакты в ДНК I: 130
— силы I: 243, 244
Ванилин III: 152с
Ваниловая кислота III: 144с, 148, 336с
Ванильные стручки, ваннлин III: 152
Варолиев мост III: 328
— — локализация III: 319
Варфарин II: 389—390
Васильки, пигменты II: 566
Вегетативный полюс яйцеклетки III: 355
Вектор напряженности магнитного поля
III: 7
— — электрического поля III: 7
Величины энергий связи в резонансных
структурах I: 227 (табл.)
Веретено, митотическое III: 265
Веретеновидность клубней картофеля I:
289
Ветвящий фермент II: 509
—• — в синтезе гликогена II: 493
Вещество Р III: 341
Взаимодействие субъединиц I: 270, 316;
III: 255. См. также Аллостерия
— типа «ключ — замок» I: 94, 276
Взаимоузнавание клеток I: 60, 381, 393;
III: 359, 360, 367
Видовые различия в механизмах регуляции
II: 74
Виды, взаимодействия III: 367, 368
— число I: 11
Винбластин I: 279
•— блокирование аксонного транспорта III:
350
Винкристин Г. 279
Предметный указатель 397
Винная кислота I: 72
Виолаксантин II: 575
— в хлоропластах III: 43, 54
— деэпоксидироваиие HI: 54
Виолаксантинозый цикл III: 54
Вирион I: 286
Вироид I: 289
Вирус бешенства I: 289
— бородавок I: 289
— везикулярного стоматита, мРНК III: 307
— ветряной оспы I: 287
— желтой мозаики репы I: 181, 287
— коровьей оспы I: 287
— кустистой карликовости томатов I: 289
— оспы I: 287
— полиэдроза насекомых I: 287
— свиикн I: 288
— табачной мозаики I: 270, 271, 287
-------- кольца субъединиц I: 295
--------РНК Ш: 194, 195
— хлоротической пятнистости коровьего го-
роха I: 289
— ECHO I: 288
— R17 I: 138
— SV40 см. Обезьяний вирус 40
Вирусная ДНК, интеграция с хромосомой
хозяина III: 259, 294
— мРНК III: 224
— — последовательности нуклеотидов III:
236
Вирусные оболочки I: 270
Вирусный генетический материал, интегра-
ция и исключение III: 281—289
Вирусоспецифические ферменты III: 164
Вирусы I: 273, 286—289, См. также Бак-
териофаг^)
— борьба III: 278—279
— миелобластоза птиц II: 288
— как биохимическое оружие III: 368
— Коксаки I: 288
— лизис клетки III: 258
— лизогенная фаза III: 258—262
— миелобластоза птиц III: 288
— модифицированная ДНК I: 139
— нуклеиновая кислота, молекулярный вес
I: 181, 287
— оболочка I: 290
— онкогенные I: 394; III: 288
— полиомы III: 288
— сборка I: 295
— с икосаэдрической оболочкой I: 281,
289—291
— сходство с плазмидами III: 258
Витамин А I: 148; II: 187, 435, 573с,
575—577
---влияние на дифференцировку II: 577
— — куриная слепота II: 576
эфиры жирных кислот II: 576
Витамин At (Ретинол) II: 573с, 575—577
— А2 II: 725
— В2 II: 188
— В6 I: 78; II: 188, 209—211
— дефицит III: 340
---аномально высокая потребность II:
211
---деградация III: 150
---недостаточность II: 223
---семейство II: 210—211
---суточная потребность II: 211
— В12 I: 267; II: 188, 283; III: 103, 111,
114. См. также Кобаламин, Цианокоба-
ламин
— — биосинтез III: 114, 125
----возникновение внешних метильных
групп III: 125
----в пропионовокислом брожении II: 352
--------рибонуклетидредуктазе III: 163
--------утилизации пропионата II: 334
----образование из глицина III: 119
(схема)
----подобные вещества II: 284
----при метилмалоновой ацидурии II: 335
--------образовании метильных групп III:
118
— —-------пропионата II: 516
----распространение в природе II: 287
— — суточная потребность II: 287
— — уровень в крови II: 287
Витамин В12-аденозилтрансфераза II: 288
— В 12г II: 288, 294
— В12„ равновесие с гидратом кобаль-
та(Ш) II: 288
----распад до Н2 II: 288
— Bt II: 314. См. также Карнитин
— С см. Аскорбиновая кислота
— D I: 374; II: 188, 581, 586—589
----гидроксилирование II: 587
----как гормон II: 588
— •— оксигеназы в образовании II: 434
----потребность суточная II: 587
----токсичность II: 587
— D (Кальциферол) II: 587с
— D2 II: 587с
— D3 II; 587с. См. также Холекальцифе-
рол
— Е II: 188, 384с, 384—388. См. также
Токоферолы
----замена синтетическими антиоксидан-
тами II: 387
• — — защита восстановленного селена II:
332
— — ингибирование перекисного окисления
жиров II: 387
----недостаточность II: 386
----суточная потребность II: 386—387
— Н II: 199. См. также Биотин
— К I: 375, 384; II: 188, 384с, 388—391,
578
— — антагонисты II: 389—390
— — биосинтез III: 142, 143 (схема)
— — в переносе электронов II: 385
— — — свертывании крови II: 388—389
----из О-сукцинилбензоата III: 143
— К1 см. Филлохинон
— К2 (Менахинон) II: 385
----в фотосинтезирующей единице III: 41
— Кз см. Менадион
— Р II: 567
Витамин D-гидроксилаза, ингибирование
Са2+ II: 589
Витамин В12-зависимые ферменты, стерео-
химия II: 296
Витамины II: 186, 457. См. также по
названиям
— недостаточность II: 187, 576
— открытие II: 187—188
Bkvc III: 347
398 Предметный указатель
Внешнее окружение в термодинамике, опре-
деление I: 201
«Внутренний» фактор II: 287
Внутренняя конверсия, конкуренция с
флуоресценцией III: 30
Внутригенная комплементариость III: 255
-----тест III: 250, 251, 255
— супрессия III: 255
Внутриклеточная жидкость, содержание
ионов I: 361 (табл.)
Внутриклеточные «символы» III: 317
Внутримолекулярная окислительно-восста-
новительная реакция III: 141
Внутриутробная диагностика I: 55; III: 296.
См. также Амниоцентез
Внутриядерный метаболизм, регуляция III:
101
Вода, водородные связи I: 76
— — — с растворенными соединениями I:
247
— жидкая I: 247
— коэффициент диффузии II: 15
— ограничение подвижности около гидро-
фобных групп I: 248
— окисление фотохимическое III: 37
— ориентация при внесении неполярных
молекул I: 247—248
— ориентированная I: 245
— присоединение к карбонилу II: 140
— скорость взаимодействия Н+ и ОН-
II: 26
— содержание в клетках I: 156, 157
— способность молекул «сцепляться» I:
248
— структура I: 246
Водитель ритма III: 351
Водород (Н2) в бактериальном фотосинте-
зе III: 37
— восстановление СО2 II: 299
— использование при брожении II: 353, 354
— образование бактериями I: 229
-----нитрогеназной системой III: 83
-----трихомонадами II: 351
— потенциальная энергия III: 9—10
— прямой перенос II: 242—243
— сульфид (H2S) в фотосинтезе у бакте-
рий III: 37
-----образование в результате восстанов-
ления сульфата бактериями II: 432
— ------из цистеина III: 134
— фотоокисление III; 37
— фотосинтетическое образование III: 61
Водород-дегидрогеназа II: 426
Водородно-тритиевый обмен в родопсине
III: 67
Водородные связи I: 76—77, 243, 246—247
-----в гемоглобине I: 307
--------ДНК I: 134
--------макромолекулах I: 247
мембране дисков палочек III: 67
--------пептидах I: 89
--------16S-PHK и мРНК III: 232
—I— влияние на инфракрасный спектр
-----длина I: 76
-----и конформационные изменения I: 105
— — оснований I: 135, 136
— — перенос протона И: 56 У
--------выборе оснований I: 135, 136 i
----разрыв анестетиками III: 347
----роль в обеспечении комплементарио-
сти I: 247
----с пуринами и пиримидинами III:
213—214
Водородный перенос дегидрогеназами II:
237
— — диолдегидратазой II: 292
----реакции с участием витамина BI2 II:
292
Водоросли I: 47—50
— микрофибриллы I: 395
— симбионты I: 39—-40
— фотосинтез III: 36, 37
Возбужденное состояние, геометрия III: 14
----синглет III: 18
Воздух, содержание азота III: 81
----СО2 III: 56
Волновое число, определение III: 6
Волокнистые клетки Г. 61
Волосы, пигменты III: 148
— цвет у сиамской кошки III: 253
Вольфрам, конкуренция с Mo III: 86
Вонючий дурман, синтез тропина III: 176
«Ворота», управляемые светом III: 66—67
Воск I: 147с
— поверхностей растений II: 550
Воспаление II: 553
— контроль с помощью кортикостероидов.
II: 585
— надкостницы, убихинон II: 386
— подавление с помощью сАМР II: 554
— простагландины II: 553
Восстановители, роль в биосинтезе II:
466—467
Восстановительное карбоксилирование II:
475, 476
Восстановительные свойства сопряженных,
окислительно-восстановительных пар I:
229
— эквиваленты, перенос у растений III: 59-
— — поступление в митохондрии II: 423,,
470, 547
----в цикле трикарбоновых кислот II: 84
Восстановительный пентозофосфатный путь-
II: 87, 339, 475—478
— потенциал, определение I: 230. См. также*
Электродные потенциалы
----важных систем I: 231
— цикл трикарбоновых кислот II: 475
Восстановление алкилнитрилов в модельной!
системе III: 87
----нитрогеназой III: 83
— ацетилена в присутствии D2O III: 87
— двуокиси углерода II: 464
— карбоксильных групп II: 246
— типы реакций II: 239
Восстановленные флавины, окисление с об-
разованием радикалов II: 267—268
----реакции с кислородом II: 267
----циклическая перекись II: 267
Вращательная симметрия III: 203, 204, 210-
----2-го порядка в гене тРНК II: 220,
221
Вращательные уровни энергии, влияние на,
колебательные спектры III: 10
Предметный указатель 39ft,
Вращательный барьер I: 74
Вращение ДНК при рекомбинации III:
283—284
— молекул II: 16—18
— скорость у макромолекул III: 30
Времена корреляции I: 334, 350; II: 129
Время контакта I: 346
— релаксации II: 8, 10, 25
— — в спектроскопии магнитного резонан-
са I: 344—347
----продольной I: 344
----родопсина III: 65
----l3C II: 198
— спин-решеточной релаксации I: 345
— спин-спиновой релаксации I: 345
Врожденные ошибки метаболизма I: 40, 41;
III: 145
Вставки, мутации III: 247
Вторая пауза клеточного цикла (G2) III:
264
Вторичная структура белка I: 94
----предшественника рибосомной РНК
III: 225
----16S-PHK III: 232
«Выбор копии» III: 282
— нуклеотида при спаривании оснований
III: 212
— основания III: 215
Высаливание I: 159
Газовая постоянная, численное значение I:
201
— хроматография I: 160
Газовые вакуоли I: 338
Газы, кинетическая теория II: 16
Галактинол, биосинтез II: 531, 532
— инозит II: 525
Галактоза в антоцианинах II: 565—566
— в иммуноглобулинах I: 383
----коллагене II: 498
— гены III: 202
----ответственные за катаболизм, в
трансдуцирующих фагах III: 287
— метаболизм II: 250, 523
— оперон III: 186—187, 202, 295
D-галактоза I: 108, 109с, 150, 376
— связывание лектином сои I: 379
a-D-raлактоза в гликолипидах I: 151
Галактозамин III: 52
Галактоземия I: 41; II: 521, 523
— задержка умственного развития II: 523
Галактозид-пермеаза (М-белок), геи, лока-
лизация III; 187
а-Галактозидаза И: 544
P-Галактозидаза II: 544; III: 200, 201
— ген, локализация III: 187, 200
----нуклеотидная последовательность III:
203
(З-Галактозилгидролаза II: 544
Галактозилглицериды I: 341; II: 558с
— в хлоропластах III: 41, 45
О-галактозилсфингозин (психозин) II: 542
Галактозин-трансфераза III: 52
Галактозильные единицы, перенос На ос-
татки оксилнзииа II: 498
Галактозная единица в лактозе I: 113
Галактозооксидаза II: 446
Галактозо-Гфосфат II: 521
— превращение в глюкозо-1-фосфат II: 493
— токсичность II: 523
Галактозо-Гфосфат — уридилтрансфераза
II: 523; III: 187
Галактокиназа II: 521, 523
— ген, локализация III: 186
Галактолипиды I: 150с
— биосинтез II: 557—558
Галактоцереброзидаза II: 544
Галлий см. Ион галлия
Галловая кислота III: 151, 177
— поликетидный путь III: 177
Галлюцинации III: 342
Галлюциногенные вещества III: 336с, 343,
347
---буфотенин III: 343
— — N-диметилсеротонин Ш; 343
--- диэтиламид лизергиновой кислоты
(LSD) III: 158
— — псилоцибин III: 157, 158с
Галоидацетат—галогенидгидролазы II: 94
Галотан как анестетик III: 347
Гаметные гены для иммуноглобулинов III:
365
Гаметофит папоротника I: 43
Гаметы Г. 39
— образование III: 265
Гамма (у)-лучи I: 169
— разрыв цепей ДНК III: 293 !
Ганглиозид GM] как рецептор холерного,
токсина И: 545 I
— GM3, накопление II: 545
Ганглиозидоз генерализованный II: 544
Ганглиозиды I: 151
— биосинтез II: 542—543
— Тей — Сакса И: 543
Ганглиозные клетки III: 329
Гаплоидные гаметы, образование III: 26€>
Гаплоидные клетки I: 18, 39, 42
— образование III: 267
— растения III: 268—269
— ядра I: 18
Гаптены I: 384
Гаптоглобин I: 103
Гармин из триптофана III: 158
Гармонический осциллятор III: 9
Гастрин III: 320, 322
Гаструла III: 355, 356
Гаструляция III: 356, 362
Гауссовы кривые (нормальное распределе-
ние), подгонка спектров III: 16, 17
7,11-гексадекадиенилацетат как феромон
II: 551
Гексадекановая кислота I: 149. См. также
Пальмитиновая кислота
Гексахлорбензол, индукция б-амииолевули-
нат-сиитетазы III: 129
Гексоза I: 108
Гексозаминидазы II: 544
Гексозодифосфат, фотосинтез II: 477
Гексозомонофосфатиый шунт см. Пентозо-
фосфа тиый путь
Гексозофосфаты, равновесие II: 511
Гекоокиназа I: 101; II: 34, 125, 126с, 241,
460 Предметный' указатель
Гексокииаза, в регуляции II: 65
— дрожжей, трехмерная структура II: 127
— изоферменты II: 67—68
— нигнбирование пиридоксальфосфатом
II: 222
— синтез глюкозо-6-фосфата II: 125
Гели, агар Г. 120
— нз карагенана I: 120
Гель-фильтрация, определение молекуляр-
ного веса I: 182
Гель-электрофорез I: 352; III: 308
— определение молекулярного веса I: 182
— АТРазы с додецилсульфатом натрия I:
362
Гем I: 95, 267, 305; II: 362, 365; III: 130с
— биосинтез III: 124
— в металлофлавопротеидах II: 267
— — сульфитредуктазах (сирогем) II: 365,
432; III: 132
— — триптофаидиоксигеназе II: 435
---эритроцитах II: 365
— ковалентная сшивка с белком II: 156
— перенос железа III: 128
— разрушение III: 130 (схема)
— синтез II: 218
— содержащий формильную группу II: 365
— а II: 364с, 365
— а2 см. Гем d
— с II: 365
— d II: 364, 365
Гем-кислородные комплексы, «двойная на-
веденная связь» II: 367
Гематоэнцефалический барьер I: 58; II:
545; III: 366
Гемицеллюлоза в стенках клеток растений
I: 395
Гемоглобин (ы) I: 38, 101, 181, 304—317;
II: 365
— аминокислотные замены III: 195
— аномальные I: 305, 314—317
— варианты мутации со сдвигом рамки
III: 248
— взрослого организма III: 364
— в кислородном транспорте I: 307, 353;
II: 39
— водородные связи I: 307
— гидрофобное взаимодействие I: 296
— железо «высокоспиновое состояние» II:
367
— изменяющиеся остатки I: 314
— инвариантные остатки I: 305, 307
— карта электронной плотности I: 312. 316
— константа равновесия реакции окисле-
ния I: 306
— кривые окисления I: 306
• — леггемоглобин корневых клубеньков III:
82, 83
— миног I: 302
— модели структуры I: 305 (рис.)
— мутанты I: 305
— пептидные карты I: 316
— рентгенограмма I: 309
— синтез III: 364
— состояние окисленности железа II: 367
— сравнительная биохимия I: 314—317
— структурные измерения при окнслеиии
т ТТ. 'ICO ОСП
— субъединицы I: 296
— эмбриональный III: 364
— D Punjab I: 305
— FI: 305, 314
— HI: 306
— Hiroshima I: 305, 317
— Kansas I: 305, 315
— MI: 305, 317
pKa I: 312
— Rainier I: 305, 313
— Richmond I: 305, 317
— S I: 305, 314—315
----изменение в кодоне III: 195
----ген III: 295
Гемопротенды II: 363—379
— функции II: 366
Гемосидерин III: 126
Гемофилия I: 42
Гемофлагелляты I: 45
Гемохромы II: 365
Гемоцианин II: 369, 442
Гемэритрин II: 369
Ген(ы) глициновой тРНК, антикодон III:
256
— гаметные III: 365
— кластеры III: 301
— маркерные III: 190
— мутатор III: 187
— репликазы III: 243с, 244
— Rec III: 281, 291
— Rel HI: 245—246
— rpoB(rif) III: 207
— str А, локализация III: 188
— tox III: 305—306
— trp A III: 189
t-Ген /ас-оперона III: 202, 203
Генетическая информация, перенос от ДНК
в клетку III: 184
— рекомбинация I: 39; III: 188, 190, 265,
281—288
----в фаге III: 282
— — во время митоза III: 363
— — единица генетической карты III: 250
----механизм расщепления цепи III: 282
-------«выбора копии» III: 282
----ошибки III: 247
— — «расплетающие белки» III: 278
----у бактерий III: 189, 191
-------бактериофагов III: 249
----ферменты III: 271
— — частота III: 250, 282
Генетические дефекты III: 294, 295, 367—
368
----сахарный диабет II: 504
— карты III: 185. См. также Хромосомная
карта
----бактериофага Т4 III: 254
-------Л III: 260
----единица длины III: 250
— — соответствие с аминокислотными по-
следовательностями III: 251, 252
----£. coli Ш: 1185, 186—188
----Drosophila III: 267
— консультации II: 545
— методы III: 246—271
----в изучении репликации III: 272, 276
— программы развития внутренние III: 360
Т. 1 Ай
Предметный указатель 401
Генетические символы III: 189
Генетический код I: 12; III: 184, 192—195
(табл.)
---расшифровка III: 193
---триплетная природа III: 194
— материал, потеря III: 363
Генетическое картирование III: 287
---использование политенных хромосом
III: 267—268
---промоторно-операторный участок Zac-
оперона III: 203
---тонкое, делеционные мутации III: 250
— — фагов, мутантных по белкам головки
III: 252
---частота кроссинговера III: 260
Генная инженерная (хирургия) I: 41; III:
289, 296, 368
— конверсия III: 286—287
Геном Г. 18—19
— вирусов 1: 286
— млекопитающих, полн(<1Т) III: 299
— определение I: 18
— постоянные изменения III: 363—364
— размеры I: 28
— эукариот, организация III: 296—301
Гентамицины II: 532
Гентизат III: 150с
Гены I: 12
— амплификация III: 301
— белков фаговой оболочки III: 236
— вирусной ДНК, транскрипция III: 200
— глобина 1: 38; III: 364
— детерминирующие тРНК 1: 145
— длина 1: 134
— дупликация I: 38
— изменения в транскрипции III: 352
— картирование Ill: 262
— иммуноглобулина, кодирование 111: 365
---объединение областей V и С III: 365
— — частота мутаций III: 365
— инактивация профагом III: 272
— мутабельность III: 289
— нитрогеназы, дерепрессия III: 88
— перенос Ill: 88, 190, 257, 294, 295
— рибосомной РНК (рРНК), амплифика-
ция Ill: 363
— — — длина III: 227
—-------множественные копии Ill: 227
— — — X eno pus II: 300
— синхронный контроль III: 202
— сравнение с цистроном III: 250—251
— среднее число нуклеотидных пар I: 18
— сцепленные III: 265
— — с полом I: 42
— цитоплазматические III: 269—271
— человека, число I: 41
— ядерные III: 269
Геотропизм корней растений, ауксин Ill:
324
— — — гиббереллины III: 324
Гепарансульфат II: 139
— накопление при синдроме Хантера II:
541
Гепарансульфатаза, недостаточность II: 541
Гепарин I: 117; II: 139
— антикоагулирующие свойства I: 117
Гепатома, альдолазы II: 165
6,9-гептакозадиен у тараканов II: 651
Гептан в сосне II: 5&1
Гептоза в стейках бактериальных клеток I:
391
Геранилгеранилпирофосфат II: 570с
— биосинтез II: 571
транс-Геранилпирофосфат II: 564с, 568
Герань (Pelargonium), пигменты II: 566
Гербициды III: 37
Герпесвирусы I: 288
Геспередин II: 567с
Гетерогенная ядерная РНК (Г-яРНК) III-
223
Гетеродуплексы III: 262, 274, 284
— в рекомбинационных промежуточных со*
единениях III: 282
— ДНК I: 143
— неправильное спаривание оснований III;
286
— петли III: 286
Гетерозиготы, изоферменты П: 68
Гетерологическая связь I: 270—273, 284
Гетерологический квадрат I: 303
— тетрамер I: 304
Гетерополнсахариды I: 115
Гетеротро-пные взаимодействия II: 38
Гетероферментативное молочнокислое бро-
жение II: 355—356
Гетерохроматин, повторяющиеся последо-
вательности III: 363
— Х-хромосома III: 363
Гетероцисты I: 26; III: 61
Гиалуроновая кислота I: 114—117, 116с;
II: 150; 111: 50
---биосинтез 1: 494, 592, 535
---накопление II: 541
--- спиральная структура I: 121
Гиббереллины I: 397; II: 569—570с
— биосинтез II: 569—570
— и форма растений III: 324
— как активаторы генов III: 324
— — гормоны растений III: 323
Гибель клетки III: 360
Гибрид, образованный неполовым путем
III: 269
Гибридизация нуклеиновых кислот 1: 142
— фрагментов ДНК I: 143; III: 273
Гибридные клетки III: 268
— семена кукурузы III: 269
Гибриды ДНК—РНК I: 134, 143; III: 288
Гигантские хромосомы III: 267
Гидра I: 50, 51, 362; II: 179; III: 348, 358
Гидразин II: 223с
— ингибирование окисления гидроксилами-
на II: 427
— при восстановлении азота III: 87
Гидратация алкенов, механизм II: 146, 147
— альдегидов II: 26
— нонов 1: 245, 267, 363
— рибосом 111: 228
— фотохимическая III: 35
Гидратные оболочки I: 244, 245, 267
Гидрид-ион, акцептирующие коферменты
II: 238
— перенос II: 238
— сдвиг II: 90
Гидриндантин II: 213с
Гидрогеназы П: 350, 380, 426, 433; III: 61
•— в гидрогеиосомах II: 351
— при освобождении, клеток от избытка
водорода II: 426
402 Предметный указатель
Гидрогеназы у бактерий, окисляющих водо-
род II; 426 <
--------метаногенных II: 298, 434
-----животных и растений II: 426
_____Clostridium II: 354
Гндрогеносомы II: 351
Гидроксаматные группы в феррохроме III:
127
Гидроксиапатит I: 379, 374с; III: 299
— в митохондриях II: 393
Гндроксил-нон, константы связывания с
ионами металлов I: 264
Гидроксилазная система Pseudomonas II:
381
11 g-гидроксилазная система II: 444
Гидроксилазы II: 268, 434—449, 585.
См. также Монооксигеназы
— лизина II: 497
— пролина II: 494
Гидроксилами» II: 223с; III: 82
— в восстановлении нитрита II: 431—432
— ингибирование образования Os III: 51
— индуцированные судороги III: 340
— мутагенное действие I: 127; III: 289
— окисление I: 427
— окисляющие частицы II: 427
— расщепление пептидов I: 174
— реакционная способность II: 93
Гидроксилирование II: 307, 3110—311, 583
— ароматического углеводорода III: 293
— белков соединительной ткани II: 497—
501
— витамина D II: 587—588
— в метаболизме стерииа II: 581, 584
— зависимое от птеридина III: 145
— каротинов II: 574
— мембран I: 356; П: 502
— поликетидов II: 563
— при образовании убихинона III: 142
— с участием цитохрома Р-450 II: 443
— неферментативное II: 443
Гидроксокобаламин П: 287
Гидролазы, действие на клеточные компо-
ненты II: 502
— определение II: 75
— равновесие II: 92
Гидролиз I: 165, 166—168. См. также по
названиям соединений.
— жиров II: 81
— катализируемый ионами гидроксила I:
166
-----протонами Г. 166
-----ферментами Г. 166
— кислотный, ДНК и РНК I: 127
— полинуклеотидов Г. 166—168
— свободная энергия I: 220 (табл.)
— специфический, при биосинтезе II: 495—
496
Гидроокись железа, в ферритине III: 127
— — из Thiobacillus ferrooxidans II: 430
Гидроперекиси II: 440
— в клеточных мембранах II: 371—372
-----люминесценции III: 74
— жирных кислот под действием перекиси
водорода II: 371
--------разрушение глутатнонпероксида-
зой И: 372
Гидроперекисный анион, промежуточное
соединение при гидроксилировании II:
436
Гидроперекись флавина в люминесценции
бактерий III: 74
Гидрофобное окружение PLP в фосфорила-
зе III: 35
— связывание (Гидрофобное взаимодейст-
вие) I: 76—77, 105, 242, 247—249
-----в гемоглобине I: 296
— — влияние температуры I: 249
— — энтропийная природа Г. 248
Гидрофобные белки 1: 390; II: 410; III: 258
— белковые субъединицы, гены III: 270
— взаимодействия см. Гидрофобное связы-
вание
— группы I: 242
-----в восстановительных процессах II:
502
— кластеры белковых поверхностей I: 96
— силы I: 243
-----при агрегации II: 502
— участки I: 355
Гидрофобный карман в карбокснпептидазе
Гидрохинон III: 208
— в окислительном фосфорилировании II:
411
— у жуков-бомбардиров II: 404
Гикантон I: 141с; III: 293
— интеркаляция I; 140
Гиперболические функции при описании
кривых связывания I: 251
Гиперглицинемия П: 335
Гипероксалурия III: 118, 120
— первичная III: 118
Гиперполяризация III: 335
— Р-рецепторы III: 337
Гипертермия II: 514
Гиперурикемия (подагра) III: 172
Гиперхолестеринемия II: 583—584
Гипробромит, окисление сахаров I: 112
Гипогликемия II: 335
— при нехватке гликогенсинтетазы II: 510
Гипоглицин А. III: 117с
Гипоксантин I: 125; III: 170; 171 (схема)
— в антикодонах III: 218
Гипоксантнн-гуанин—фосфорибозилтранс -
фераза III: 170, 171
— недостаточность III: 171—172
Гипоталамус III: 317, 328, 330
— либерины I: 86; III: 319
— локализация III: 319
— нейрогормоны III: 330
— функции III: 330
Гипотаурин III: 131с, 134
Гипотеза неоднозначного соответствия (ги-
потеза «качаний», woble-гипотеза) III:
237
Гипотензивное средство III: 337
Гипохромный эффект I: 142; III: 22, 299
Гипофиз III: 317—321
— гормоны I: 86; III: 319, 321
— задняя доля III; 321
— передняя доля III: 321
— расположение Ш: 319, 328
Гиппокамп? Ill: 319, 330
Гнппуровая кислота II: 311с, 532; III: 129
Предметный указатель 403
Гиппуровая кислота, образование из глици-
на III: 119 (схема), 122с
Гипсородопсин III: 66
Гистамин II: 218
— в тучных клетках I: 385
— как гормон местного действия III: 358
— образование из гистидина III: 160
8а-(N-3-гистидил)-рибофлавин II: 259
8-гистидил-РАС II: 318
Гистидин, биосинтез III: 160
---слияние генов III: 142
— в активном центре рибонуклеазы II:
120—121
—-------— химотрипсина II: 109
---гемоглобине I: 314
— — кислородном связывании гемовых
белков II: 367—368
— — поперечном сшивании коллагена II:
498—499
— ингибирование глутаминсинтетазы III:
92
— иодирование остатков II: 379
— как аллостерический ингибитор III: 160
— катаболизм III: 160—161
— кодоны III: 192, 193
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— метаболизм III: 159—161
— оперон III: 187
— производные, буферная емкость III: 167
— репрессия гистидинового оперона III:
160
— специфические реагенты I: 316
— фоторазрушеиие II: 163
— рКа II: 51
L-гиствдин (His) I: 83с; II: 235; III: 159
— биосинтез III: 159
L-гистидин—аммиак-лиаза, дегидроаланин
II: 236, 237
Гистидиндекарбоксилаза II: 232—233
Гистидиновый оперон у Salmonella III: 160,
291
Гистидиноксимеродесмозин II: 499с
L-гистидинол III: 159с, 160
Гистидинолдегидрогеназа, ген, локализация
III: 187
Гистои(ы)1: 127
— ацетилирование II: 302
— богатые аргинином III: 301—302
---лизином III: 301, 302
— — в v-тельцах III: 302, 303
— комплекс с ДНК III: 301
— метилированные аминокислоты II: 496
— микромодификация III: 302
— свойства и реакции III: 302
— фосфорилирование II: 71
— Hl III: 302. 304
— Н2а, НЗ, Н4 III: 301
Гифы I: 45
Гладкие непроизвольные мышцы I: 317,
.319, 321
Глаукома, лечение III: 333
Глиальные клетки I: 54; III: 325
---поглощение глутамата и у-аминобу-
тирата III: 340
---фактор роста нервов III: 357
Гликогеи I: 111, 114, 115с, 157, 159; II: 69,
72, 336
— биосинтез II: 493, 507—509, 522
— брожение II: 348 (схема)
— в бактериях I: 16
— ветвящий фермент II: 509
— катаболизм II: 504—509
— метаболизм II: 508 (схема)
— — влияние адреналина II: 507
---генетические нарушения II: 510
---регуляция II: 508 (схема)
— мобилизация гормонами III: 317
— превращение в глюкозо-1-фосфат П: 482
--------лактат II: 336
— синтез из ADP-глюкозы II: 535
— содержание в печени крысы I: 157
---регуляция II: 503—504
— фермент, ответственный за расщепление
в точках ветвления II: 509
Гликогенсинтетаза II: 70, 493, 507, 508
— ген, локализация III: 187
— нехватка II: 510
— регуляция II: 69
Гликогенфосфорилаза II: 72, 82, 100, 222,
336, 507, 510
— активность восстановленного фермента
II: 230
— действие сАМР II: 71
— регуляция II: 69
— спектр поглощения III: 34—35
— флуоресценция III: 35
Гликозидазы II: 88
Гликозидные связи I: 107
Гликозиды, реакции замещения II: 95—108
— стероиды II: 591—593
N-гликозиды I: 123
Гликозилирование антоцианидинов II: 565,
566
— мембран II: 502
Гликозилирующий агент, сахароза II: 464
Гликозилтрансферазы I: 355, 356, 376; II:
103
— в клеточном взаимоузнавании III: 359
— в опухолевых клетках II: 545
— — синтезе гликолипидов II: 542
— клеточной поверхности III: 359
Гликозилфермент II: 95, 100
Гликозильная группа активная II: 461
Гликозильные остатки активированные П:
493
---полимеризация II: 522
Гликозурия почечная I: 360
Гликолат (гликолиевая кислота) II: -176;
III: 57
— метаболизм II: 328; III: 56, 57 (схема:)
— образование в хлоропластах II: 57 (схе-
ма)
— окисление до глиоксилата III: 57
Гликолат-глиоксилатный челночный меха-
низм 111:57 (схема)
Гликолатоксидаза II: 258
Гликолевый альдегид, образование в хло-
ропластах II: 207
--------с участием транскетолазы III: 36
---реакция с диолдегидратазой II: 293
Гликолиз II: 85, 326, 335—338, 337 (схе-
ма). См. также Брожение
— механизмы регуляции II: 325, 512 (схе-
ма) , I
— обращение последовательности П; 481
4б4 Предметный укаяЯтель
Гликолиз, определение II: 335
— скорость 11: 503
Гликолиевая кислота 11: 176. См. также
Гликолат
N-гликолилнейраминовая кислота I: 378.
См. также N-ацетилнейраминовая кисло-
та
Гликолипиды I: 151
— биосинтез 1:356; Н: 556—561
— болезни накопления II: 544 (табл.)
— в мембранах I: 342
— катаболизм II: 541
— метаболизм 11: 542—544, 554
Гликопептиды, содержащие фукозу И: 577
Гликопротеид, в (№++/К+)-зависимых
АТР аз ах I: 362
— мембраны эритроцитов 1: 353
— меченый II; 447
— перенос групп при синтезе II: 540
— присоединение сульфатных групп 1: 356
— секреция I: 376
Гликопротеидный гормон, эритропоэтин
III: 364
Гликопротеиды I: 37, 117—118
— антифриз I: 118
— ацетилирование I: 356
— биосинтез I: 356
— ингибирование цитратом II: 325
— как факторы агрегации III: 359
— образование триозофосфата II: 163
Гликосфинголипиды I: 377
Гликофорин (PAS-1) I: 353, 386
— антигены I: 375—376, 377
Гликохолевая кислота II: 583с, 584
Глиоксалаза II: 179; III- 114
- - I II: 178; III; 124
— II II: 178
Глиоксилат II; 169с, 486
— визуализация нейронов III: 338
— глицин III: 119 (схема), 120
— как регенерирующий субстрат в серино-
вом пути II: 478, 479с
— метаболизм II: 328
— образование из изоцитрата II: 481
----L-оксипролина III: 103
окисление, связанное с восстановлением
оксипирувата III: 118
переаминирование до глицина II: 478,
481
— превращение в глицин III: 120
— ---пируват II: 487
— реакции конденсации III: 120—121
• — утилизация III: 120
— циклический путь окисления III: 120
Глиоксилат-карболигаза II: 206, 329, 330
Глиоксилатный путь I: 34; II: 170,’ 458
479—481 (диагр.)
— — гены II: 481
Глиоксиловая кислота II: 474с. См. также
Глиоксилат
Глиоксисомы 1: 34; II: 480
Глицеральдегид, восстановление в глицерин
— из фруктозы 11: 521
— средняя степень окисленности II: 474
D-глицеральдегид 1: 109с
Глицеральдегид-З-фосфат в процессах био-
' синтеза:.II: 458-(схема)
— образование в результате расщепления
альдолазами 11: 166
фотосинтезе 11: 476
— как свободный альдегид II: 488
— окисление до 3-фосфоглицерата II: 247,
338, 347, 469
D-глицеральдегид-З-фосфат 11: 86, 157с,
161, 337
Глицеральдегид-З-фосфат — дегидрогеназа
(Фосфоглицеральдегиддегидрогеназа) I:
96, 99с, 292, 354; II: 246—248, 475
— антикооперативность II: 245
— изменения в специфичности, вызванные
светом Ill: 54
— каталитический домен Г. 98с
— механизм действия 11: 247—248
— образование NADH-x II: 252
— стереоспецифичность II: 243
— тиоловая группа II: 140
D-глицерат II: 329, 330; III: 57с
D-глицератдегидрогеназа, стереохимия II:
243
Глицератный путь II: 329
Глицерин в липидах 1: 147
— из глюкозы II: 349
— как продукт брожения II: 348, 349 (схе-
ма)
— сбраживание пропионовокислыми бак-
териями II: 322
— средняя степень окисленности II: 474с
((схема)
Глицеринкиназа II: 521
L-глицериновая ацидурия ИГ. 118
Глицеролдегидратаза II: 290
Глицеролтейхоевые кислоты в Lactobacillus
arabinosus I: 394
Глицерол-З-фосфат—ацилтрансфераза, ген,
локализация III; 187
Г-глИцеро-В-манногептоза, биосинтез II:
528—529
Глицерофосфат, стереохимическая нумера-
ция II: 46
L-a-глицерофосфат см. sn-3-глицерофосфат
sra-3-глицерофосфат I: 147с; II: 46, 337, 423
— в глицеролфосфатном челночном меха-
низме II: 423—424
— в митохондриях II: 349
Глицерофосфатдегидрогеназа II: 468
— митохондрий II: 396
Глицерофосфатный челночный механизм II:
423—424 (диагр.)
Глицилглицин Г. 268
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— комплексы с медью I: 268
5-глицил-тРНК в синтезе пептидогликана
II: 539
Глицил-тРНК-синтетаза, ген, локализация
III; 187
Глицин (Gly) I: 81с, 84, 98; II: 311, 478,
479, III: 57
— биосинтез III: 122—131
— в a-аманитине 111: 211
-----гемоглобине 1: 314
-----пептидогликанах 1: 389
— гликохолевая кислота II: 583
— дезаминирование П: 331
Предметный указатель W5
Глицин, декарбоксилирование II: 219, 488;
III: 58, 121—122
— ингибирование глутамиисинтетазы III:
92
— как карбоксилироваииый метиламин II:
488
---нейромедиатор III: 335, 340
---предшественник гема III: 122
-------пуринов III: 167
— катаболизм III: 120—122
— конденсация с сукцииил-СоА II: 488
— константы сЕЯзывания с ионами метал-
лов I: 263
— концентрация в мозге III: 340
— метаболизм II: 328; III: 118—131, 119
(схема)
— образование из гликолата III: 61
-------глиоксилата III: 58
--------- диметилглицииа III: 119—120
-------серииа II: 280; III: 118
— окисление III: 120
— средняя степень окисленности II: 474
(схема)
Глицинамид, константы связывания с иона-
ми металлов I: 264
Глнцинамидриботид II; 180с
Г лицинамидриботид-сиитетаза, механизм
действия II: 180
Глобин, эволюция гена I: 38
Глобозид II: 543
Глобулин, связывающий гормоны щитовид-
ной железы III: 146
а2-Глобулин, расщепление I: 103; III: 322
у-Глобулин I: 103, 181
Глобулины I: 103; II: 68
Гломерулоиефриты III: 366
Глутамат, ацетилирование III: 96
— биосинтез II: 174, 458; III: 89, 90 (схе-
ма)
— в карбоксипептидазе А II: 116
— — метаболизме беспозвоночных II: 352
---реакциях переноса азота III: 81
— включение метки III; 60
— восстановительное аминирование III: 89
— изомеризация III: 103
— как медиатор III: 335, 339
— катаболизм III: 101—103
— кодоны III: 192, 193
— концентрация в тканях мозга II: 327;
III: 340
— микроионофорез III: 340
— — обмен в митохондриях II: 423
— образование путем переамииироваиия
II: 323
— переаминирование III: 88
— поглощение клетками глии III: 340
— превращение в глутамин II: 137
— при малат-аспартатиом челночном меха-
низме II: 427
— «семейство» соединений II: 457
— сбраживание II: 101, 102 (схема)
— связывание кальция I: 268
L-глутамат I: 84; II: 43, 210, 457; III: 90,
91, 95. См. также Глутаминовая кислота
— в пептидогликанах II: 389, 540'
D-глутамат II: 43
— образование II: 218
Глутаматдегидрогеназа I: 181; II: 222, 246,
470; III: 89
— ингибирование II: 251
— обратимость III: 101
— при образовании мочевины III: 96
— стереохимия II: 243
Глутаматдекарбокснлаза в у-амииобутират-
ном шунте II: 327
— — мозге III: 340
— ген, локализация III: 186
— ингибирование II: 224
Глутаматмутаза II: 290, 296
Глутаматсинтетаза III: 89—91
у-Глутамиламииокислота III: 93с
у-Ь-глутамил-Ь-цистеииилглиции II: 17S.
См. также Глутатион
у-Глутамилцистеии III; 93с
у-Глутамильный цикл III: 93—94
Глутамин, аналоги III: 93
— биосинтез II: 137; III: 90 (схема)
— в реакциях переноса азота III: 81
— — синтезе гистидина III; 159—160
— — — карбамоилфосфата II: 200
— гидролиз в активных центрах ферментов
III: 97
— и синтез аспарагина III: 106
— как донор аммиака III: 97
-----нетоксичный переносчик аммиака
III: 89
— — предшественник пуринов III: 167
-------мочевины III: 89
— кодон III: 192, 193
— никель при гидролизе II: 42
— перенос азота к СТР III: 162
— репрессия генов фиксации азота III: 8$,
92—93
— субстрат для глутаматсинтетазы III:
89—90
D-глутамин в пептидогликанах I: 389
L-глутамин (Gin) I: 82с, 137; II: 527; III:
90с
Глутаминазная активность карбамоилфос-
фатсиитетазы III: 97
Глутамиизависимое аминирование III: 167,
168
— — в синтезе пуринов III: 168, 169
Глутаминовая кислота (Glu) I: 82с, 84, 97,
314. См. также Глутамат
— — в лизоциме II: 99
-----семейство III: 95—104
— рКа II: 51
Глутамиисвязывающий центр антраннлат-
синтетазы III: 139—140
Глутаминсинтетаза I: 284; II: 43, 137; III:
89—91, 92 (схема)
— активация транскрипции III: 92—93
— влияние марганца III: 52
— регуляция II: 69; III: 91—93, 92 (схе-
ма)
Глутаральдегид как фиксатор I: 19, 320
Глутарил-СоА III: 109с
— образование из лизииа III: ПО
Глутатион I: 158; II: 143, 178с; III: 93—94
— биосинтез II: 491
— в у-глутамильиом цикле III: 93—94
— восстаиовлеиие в эритроцитах II: 371
-----Fe3+ III: 128
— как кофермент II: 178, 179
-----чувствительный фактор у Anthopllu-
га и Hydra III: 348
Предметный указатель
Глутатион, микроскопические константы
связывания II: 179
— недостаток II: 371
— образование из глицнна III: 119 (схема)
— потенциал восстановления Е0' II: 179
— при окислении серы II: 429
Глутатионнлспермидии III: 100
Глутатионпероксидаза II: 370—372
— селен II: 331
Глутатионредуктаза II: 258
— недостаток II: 371
Глюкагон I: 386; II: 70—72, 504; III: 320,
352
— активация липаз II: 556
— антагонист инсулина II: 504
— биосинтез I: 387; II: 504
— влияние глюкокортикоидов на чувстви-
тельность рецепторов II: 515
— время полужизни I: 387
— деструкция I: 387
— образование при диабетах II: 505
— связывание на поверхности клеток III:
316
— синтез AMP III: 316
— — ингибирование II: 505
— стимуляция образования сАМР III: 317
— — глюконеогенеза II: 513
а-1,4-Глюкан:а-1,4-глюкан-6-глюкозилтран-
сфераза, локализация гена III: 187
Глюканы в стенках клеток I: 397
Глюкогенез II: 458, 481—484. См. также
Глюконеогенез
Глюкогеновые аминокислоты III: 117—118
Глюкоза, биосинтез II: 481—484
— в антоцианинах II: 565—566
— — гликолипидах I: 151
---фаговой ДНК I: 139
— высвобождение из печени III: 317
— гликоген печени III: 317
— диастереомеры I: 108
— как источник энергии II: 467—468
— конформация I: 75
— концентрация в крови II: 68
— крови при диабете II: 505
---регуляция II: 503—504
— — — у жвачных животных II: 516
— потребление тканями III: 317
— превращение в 3,6-дидезоксигексозу II:
222
— равновесная смесь в воде I: 108
— сбраживание I: 228
— стимуляция метаболизма дикарбоновыми
кислотами II: 319—320
— циклическая форма I: 106
— АТР при окислении II: 349
D-глюкоза I: 106, 109с; II: 34, 257, 457
— превращение в L-рамнозу II: 529—530
L-глюкоза I: 109с
D-глюкозамин I: 112
Глюкозамин-6-фосфат, ингибирование глу-
таминсинтетазы III: 92
D-глюкозамин-б-фосфат II: 527
а-1,4-глюкозидаза II: 510
P-Глюкозидаза II: 544
Глюкозидуроннды см. Глюкурониды
Глюкознлфермент из сахарозофосфорилазы
•«‘•И: 9& ••• .
Глюкозе-1-арсенат как промежуточный
продукт в реакциях арсеиолиза II: 97
Глюкозе-1,6-дифосфат II: 132
Глюкозооксидаза II: 257
Глюкозоуридиндифосфат (UDPG) II: 189,
482, 493
— в синтезе гликогена II: 510
-------сахарозы II: 530
Глюкозо-1-фосфат II: 337с, 461, 488
— арсенолиз II: 97
— из галактозо-1-фосфата II: 493
— как ключевое промежуточное соедине-
ние в биосинтезе II: 481
— превращение в гликоген II: 483
— предшественник полисахаридов II: 488
— стабильность кольца II: 488
Глюкозо-6-фосфат II: 34, 64, 65, 81, 86,
119, 157с, 337с, 340с, 457, 488
— активация гликогенсинтетазы II: 509
— в процессах биосинтеза II: 458 (схема)
---гликолизе II: 325
— влияние глюкокортикоидов II: 515
— изомеризация до фруктозо-6-фосфата II:
154
— ингибирование фосфорилазы а II: 508
— как циклический полуацеталь II: 488
— локализация II: 513
— образование из гликогена II: 336
— превращение в инозит II: 524
— роль в глюкогенезе II: 513
— свободная энергия гидролиза I: 217
Глюкозо-6-фосфатаза при диабете II: 505
Глюкозо-6-фосфат — дегидрогеназа II: 241,
248
— генетические нарушения II: 371
— недостаток II: 371
• — сравнение с глюкозооксидазой II: 257
— стереохимия II: 243
Глюкозо-6-фосфат — изомераза II: 157
— открытие кольца II: 156
— первичный дейтериевый изотопный эф-
фект II: 155
— число оборотов II: 154
— эффективность II: 155
Глюкокиназа как изофермент II: 67
Глюкокортикоидные гормоны, влияние на
тирозинаминотрансферазу III: 145
Глюкокортикоиды II: 504, 512, 585
— выделение при голодании II: 515
— индукция триптофаноксигеназы III: 157
Глюконеогенез II: 482—484, 503, 512
— влияние адреналина II: 513
— контрольные механизмы II: 512 (схема)
— стимуляция сАМР II: 504
— — глюкагоном II: 504, 513
5-глюконолактон, ингибирование II: 101
Глюконолактоназа II: 339
a-D-глюкопираиоза I: 106
— связывание конканавалином А I: 379
Глюкопиранозиловый эфир нулеозиддифос-
фата II: 492
P-Глюкуронидаза, недостаточность II: 541
Глюкурониды (Глюкозидуроннды) II: 532
— биосинтез II: 522
D-глюкуроновая кислота, катаболизм И:
525
— — метаболизм II: 526 (схема)
Р-В глюкуроноцая кислота (GlcUA) I: Ш,
Предметный указатель 407
Головной ганглий плоских червей 1: 51
Головоногие, ретинохром III: 66
— Mesozoa, обитающие в почках I: 50
Голодание II: 315, 515
Голосеменные I: 61
— азотфиксирующие сине-зеленые водорос-
ли III: 82
Голотурии I: 53; II: 592
Голотурии А II: 592с, 593
Голубь, образование мочевой кислоты III:
167
— синтетаза жирных кислот II: 485
Голубые медьсодержащие оксидазы II: 448
Гомеостаз I: 63; III: 330
Гомогенизатор I: 158
Гомогенизация I: 158
Гомогентизат (гомогентизиновая кислота)
II: 440; III: 143с, 144
— в синтезе пластохинонов и токоферолов
III: 143
— превращение в фумарат и ацетоацетат
III: 145
— расщепление кольца III: 145
Гомогентизиновая кислота II: 440; III: 143,
145. См. также Гомогентизат
«Гомоенолят-анион» II: 295
Гомолитическое расщепление II: 294
Гомологичность нуклеиновых кислот I: 143
Гомологичные дуплексы III: 285
— цепи ДНК III: 284
L-гомосерин III: 105с
— биосинтез III: 105
— в пептидогликанах I: 389
— превращение в треонин III: 105
— сукцинилирование III: 106
Гомосеринкиназа, ген, локализация III:
188
Гомотропные взаимодействия II: 38
Гомофермеитативное молочнокислое броже-
ние II: 345—349, 470
Гомохроматографня I: 171
L-гомоцистенн II: 221; III: 105с, 131
— биосинтез III: 105, 106
— S-метилирование II: 297; III: 106
— образование из метионина III: 112
— превращение в метионин III: 111, 119
---•— цистеин III: 111
— реакция с сульфид-ионом III: 106
Гомоцитрат, образование из а-кетоглутара-
та II: 167с
Гонорея I: 24
Гормон активации III: 322
— линьки см. Экдизон
— меченный Н3 III: 317
— роста (соматотропин) III: 316, 319
---влияние на концентрацию глюкозы в
крови III: 317
— эпифиза III: 157
Гормоны I: 64, 154, 386; III: 316—324.
См также по названиям
— «анаболические» II: 590
— в регуляции роста III: 357, 358
— влияние на синтез авидина II: 201
--------программы развития III: 361
--------рост волос II: 589
— коры надпочечников (кортикостероиды)
II: 584
— местного действия II: 549; III: 357, 358
— насекомых III: 322—323
— пептидные I: 85, 86; III: 496
— позвоночных III: 318—322
— пре- и пропроцессинг III: 322
— прогестины II: 584
— радиоиммуиологический анализ III: 318
— растений III: 323—324
---абсцизовая кислота II: 568—669
---гиббернллины III: 569
---многообразие функций III: 323
— регуляция ферментов II: 70—72
— рецепторы II: 32, 64 ,
— роста корней III: 324
— стероидные II: 584—591
— щитовидной железы III: 145—147
------- влияние на скорость метаболизма
III: 317
-------действие на митохондрии III: 147
-------ингибирование действия фосфо-
диэстеразы III: 147
—-- --мобилизация жиров III: 147
-------недостаток III: 147
«Горячая точка» в ДНК III: 291
Госсипол II: 569
Граафовы фоликулы, образование эстроге-
нов II: 590
Градиент концентраций I: 233
---вдоль мембраны I: 357
---обнаружение бактериями III: 348
- — плотности I: 164; III: 273 т;;
---хлористого цезия I: 164; III: 273 >
Грамин III: 158с
— пиридоксальфосфат в синтезе III: 158
Грамицидины I: 361
— биосинтез II: 491
Грамотрнцательные бактерии I: 24
---антигены I: 391
— — стенка I: 388 (рис.), 390—394
Грамположительные бактерии I: 25; III:
208
---клеточные стенки I: 394—395
---тейхоевые кислоты I: 394
Грануломатоз II: 372, 379
Гранулоциты I: 54
— возникновение III: 364
Гранулы гликогена I: 320
Граны I: 32, 338; III: 44
График Брёнстеда II: 55
— двойных обратных координат: I: 252;
II: 12, 28
----------для кинетики двухсубстратно-
го фермента II: 20
— Лайнуивера — Бэрка II: 12, 13
— Скэтчарда I: 252
— Хилла I: 262
— Эди—Хофсти II: 13, 20, 28
Графики производных I: 349
— Рамачандрана I: 89. См. также Кон-
формационные карты
— реассоциации I: 144
Графы, теория II: 23, 76
Грибковые инфекции I: 45
Грибы I: 45—47, 367
— биосинтез лизина III: 106
— восстаиовление нитрата II: 432
— генетические исследования III: 267, 286
— NADH-дегидрогеиазы II: 423
— карбамоилфосфатсинтетазы III: 97
— клеточная стенка I: 337. 397
408 Предметный указатель’
Грибы, поликетиды II: 561, 562
— протеазы I: 168
— сахар см. Трегалоза
— светящиеся III: 71
— структура хроматина III: 303—304
— эргостерин II: 582
— яды III: 208, 211
Гризеофульвин II: 562с
Гриньяра биологический реактив II: 295
Грипп I: 288
Групповая транслокация I: 358
Группы крови I: 375—388
---генетическая основа 1: 375, 376
— олигосахаридов в IgM I: 382
Груша, флоридзин II: 567
Гуанидиниумхлорид см. Гуанидинхлорид
у-Гуанидинобутирамид из лизина III: 104
Гуанидиновые группы I: 83с
— — включение II: 533
Гуанидинуксусная кислота III: 98, 99
Гуанидинфосфат II: 460
Гуанидинхлорид (гуанидиниумхлорид), де-
натурация белков I: 105, 182
Гуанилатциклаза, стимуляция при активи-
ровании мускариновых рецепторов аце-
тилхолина III: 338
5'-гуанилметилендифосфат III: 232
5'-гуаниловая кислота см. Гуанозин-5-фос-
фат
Гуанин (Gua) I: 123с, 126; III: 171с
— алкилирование III: 289
— гидролиз до ксантина III: 170
— метилирование II: 497; III: 289
— ошибки спаривания III: 289
— реакция с PRPP III: 170
Гуаниновые нуклеотиды, образование из
инозин-5-фосфата III: 169
Гуанозин (Guo) I: 126; III: 222с
— биполярный ион III: 224
— замещение деазанебуларином III: 215
— как предшественник рибофлавина II:
173—175
— метилирование III: 221—222
— метилированный в тРНК I: 139
— синтез нуклеотида III: 169
— спектры поглощения III: 22
— рКа III: 22
Гуанозиндифосфат в митохондриях II: 324
Гуанозиндифосфатглюкуроновая кислота
II: 522
Гуанозиндифосфатманноза (GDP-Man) II:
Гуанозиндифосфатманнуроновая кислота
II: 522, 524
Гуанозинполифосфаты, влияние на транск-
рипцию III; 246
— синтез III: 245
Гуанозинтрифосфат (GTP) I: 278; II: 72,
483
— биосинтез II: 74
в мРНК с концевым «колпачком» III:
224
— — перекрестной регуляции II:. 74
---регуляции синтеза AMP II: 74
---репликации РНК III: 245
— гидролиз во время синтеза белка Ш:
232, 234, 235
— как источник энергии для транслокации
III: 234
----кофермент II: 186
— комплекс с фактором Tu III: 234
— реакция с РЕР-карбоксикиназой II:
172—173
— флавины III: 173
— фолиевая кислота III: 173
Гуанозинтрифосфатазная активность фак-
тора EF-G III: 236
Гуанозин-5'-фосфат (GMP) I: 126; III:
169, 174
Губки I: 50, 51
— влияние трипсина I: 60
— кремний I: 121
Губоногие I: 53
Гулоза I: 108; II: 525
L-гулоновая кислота II: 525, 526с
L-гулонолактон II: 526
Гуминовая кислота, образование из лигни-
на III: 154
GMP см. Гуанозин-5-фосфат
cGMP см. Циклический гуанозин-3,5-моно-
фосфат
GDP см. Гуанозиндифосфат
GTP см. Гуанозинтрифосфат
Давыдовское расщепление III: 26
Дальтон I: 13
Дансилхлорид (5-д.иметиламинонафтилсуль-
фонилхлорид) I: 175, 176
Дансильные группы III: 32с
Дауномицин, интеркаляция I: 140, 141с
Двигательная зона коры III: 329
Двигательное возбуждение II: 225
Движение ангармоническое III: 9
Двойная связь, восстановление II: 239
—• — наведенная II: 367
Двойная спираль ДНК I: 127. См. также
Дезоксирибонуклеиновая кислота
----РНК III: 211, 269
Двудольные растения, клеточные оболочки
I: 395
Двукрылые, полиплоидные клетки III: 363
— политенные хромосомы III: 267
Двуокись кремния в «раковине» диатомо-
вых водорослей I: 49
Двуокись серы, детоксикация II: 430
Двуокись углерода I: 313
----ассимиляция в ходе фотосинтеза III:
55
— — восстановление II: 299
— — — в формиат III: 60—61
--------Н2 II: 299
—--- до метана II: 434
----гидратация II: 140, 173
----из люциферина III: 71
----как предшественник в биосинтезе
II: 475
----------пуринов III: 167
----карбаминовая кислота III: 96—97
----концентрирующая система Н: 484
----накопление ночью III: 59
---- скорость потребления при фотосинте-
зе Ш: а«
Предметный указатель 409
Двуокись углерода, точка компенсации III:
56
----транспортировка из клеток мезофил-
ла III: 59
----фиксация II: 425
— — фотосинтетическое восстановление II:
464
----энергия связи I: 227
Двупарноногие I: 53
Двууглеродные единицы в биосинтезе II:
484
— — в синтезе жирных кислот II: 487
Двухатомная молекула, растяжение III: 10
Двухволновой спектрофотометр II: 398
ДДТ-дехлоргидраза, глутатион как кофер-
мент II: 179
Деазанебуларин, включение в РНК III: 215
Деазарибофлавин-5'-фосфат II: 261
5-деазафлавин, неферментативное окисле-
ние NADH II: 260
Дегидратазы II: 160. См. также по назва-
ниям
Дегидратация, окисление-восстановление
II: 160, 161
— сахаров II: 529
Дегидрирование II: 360, 583
— ацил-СоА- производных II: 258
— механизмы переноса водорода II: 261
— реакции флавопротеидов II: 257 (таб-
лица)
— спиртов II: 237
Дегидроаскорбиновая кислота II: 442с,
525, 526
NADH-дегидрогеназа II: 266
— оксидированные флавины II: 259
Дегидрогеназно- декарбоксилазная система
пентозофосфатного пути II: 339
Дегидрогеназы II: 240—268
— аминокислот II: 239
— в цитоплазме II: 468
— а-кегокислог I: 296
----локализация II: 68
----последовательность реакций II: 272
(диагр.)
----рентгенострукгурный анализ II: 270
— конформационные изменения II: 245—
246
— механизм действия II: 243
— прямой перенос водорода II: 237
— трехмерные структуры II: 243—244
3-дегидроретиналь III; 64
— 11-цис, максимум поглощения III: 64
3-дегндроретинол (витамин А2) II: 576с
Дегидрохиннат — дегидратаза, ген, локали-
зация III: 186
Дегидрохиннат — синтетаза, ген, локализа-
ция III: 186
5-дегидрохинная кислота III: 136с, 138
7-дегидрохолестернн П: 581с
— образование холекальциферола II: 587
Дегидрошикиматредукгаза, ген, локализа-
ция III: 186
5-дегидрошикимовая кислота III: 136с, 137
Деградация по Смиту I: 177—178
— Штрекера II: 214
Дезамидо-NAD в синтезе NAD III: 156, 157
Дезаминаза D-серина (дегидратаза), ген,
локализация III: 186
Дезаминирование в аминокислотах III: 95.
(схема)
Дезозамин II: 562с
5'-дезоксиаденозилкобаламин II: 283с, 294
— кислотный гидролиз II: 289
5'-дезоксиаденозилкофермент В12 II: 283.
См. также 5'-дезоксиадеиозилкобаламин
5'-дезоксиаденозильный радикал II: 294
Дезоксиаденозин, ингибирование синтеза
ДНК III: 163
З'-дезоксиаденозин, ингибирование синтеза
РНК III: 241с
— в модифицированной тРНК III: 235
5'-дезоксиаденозин, промежуточное соеди-
нение в реакциях, зависимых от витами-
на В12 II: 293
2,3'-дезоксибензоат, превращение в эитеро-
бактин III: 139
Дезоксигемоглобин, сродство к О2 I: 306
Дезоксигуанозин III: 209с
— синтез нуклеотида III: 169
(3-дезокси-2-кето-В-арабиногептулозоновая
кислота)-7-фосфат III: 138
2-дезокси-2-метиламино-Т-глюкоза II: 533с
Дезоксипнридоксин II: 225
2-дезоксирибоза, водородное связывание
II: 190
— конформации I: 128
D-2-дезоксирибоза I: 122, 124с, 126
2-дезоксирибоза-5-фосфат, расщепление
альдолазой II: 166
Дезоксирибонуклеаза, выделение оператор-
ного участка III: 204
Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК)
I: 12—15, 122—146
----амплификация генов III; 301
----анализ ближайших соседей I: 177—
178
----АТ и GC-богатые участки III: 207
----большая бороздка I: 130
----«бреши», заполненные полимеразой
III: 199
----вирусная I: 181, 286
— — — глюкозилирование III: 279
----— модификация III: 279
— репликативная форма фага X III:
259
-------------ФХ174 III: 206
— — — репликация III: 276—278
-------упаковка в фаге X III: 261
----выделение I: 159
— —• вязкость I: 140
— — генетическая информация в большой
бороздке I: 133
— — гомологичные двойные цепи III: 283
— — «горячие точки» для мутаций III: 291
— — двойная спираль I: 129—134
— — — — «изломы» III: 302
-----------история вопроса III: 183
-----------плавление I: 249, 263
—------— стабильность I: 134
—----------сгэкинг-взаимодейсгвие основа-
ний I: 249
-----------А форма I: 134
------------В форма I: 129—130
----денатурационные карты III: 274, 300
-------петли III: 185
----денатурация I: 142—145
410 Предметный' указатель
Дезоксирибонуклеиновая кислота, затравоч-
ная цепь I: 279; III; 296, 297
-----защита рибосомами III: 244
-----изломы III: 302
-----изменения в содержании III: 363—
364
-----интеграция н исключение III: 281—
289
— — как генетический материал III: 182;
183
-----кинетика ренатурации I: 144—145;
III: 298, 299
— — кодирование III: 192
-----кодирующая емкость I: 41
— — кольцевые молекулы I: 139
-----константа седиментации I: 139—140
-----летальные поперечные сшивки III:
.290
— — «липкие» концы III: 262
-----малая бороздка I: 130
— — маркировка III: 279, 280
— — метилирование I: 139; III: 279, 280,
361—362
-----«минус»-цепь III: 190, 191, 206
-----митохондриальная I: 33; II: 393. См.
также Митохондриальная ДНК
— — модификация III: 278, 280, 361
— — нетранскрибируемые области III; 300
-----нуклеотидные последовательности Г.
168, 171; III: 252, 280—281
-----нуклеотидный состав I: 138; III: 183
-----одноцепочечная I: 286; III: 197,
276—277
-----одноцепочечные разрывы III: 197,
198
— — органелл III: 271
-----открытие III: 182
-----перемещение точки ветвления III:
282, 283
-----перенос с помощью бактериофага III:
257
-----плазмиды колицина El III; 285
-----плотность III: 195—196
--------супервитков I: 139
-----«плюс»-цепь III: 190, 191, 206
— — повреждения под действием ультра-
фиолета III: 281
— — повторяющиеся последовательности
I: 28; III; 287, 298—300
— I—^разделение центрифугированием I:
-----раскручивание III: 197, 210, 271, 278,
302
-----реассоциация, кинетика I: 144
-----релаксация III: 303
-----рентгеноструктурные исследования I:
181; III; 183—184
— — репарация III: 36, 271, 281, 291—293
-----репликация I: 133, 242; III: 184,
195—199, 271—278
--------— в органеллах I: 39
--------вращение III: 197
--------микрофотографии I: 131; III: 273
— — — подавление при пернициозной ане-
мии III: 285
--------рДНК. механизм разматывающего
пулоня III: 301
-------сопряжение репликации в ядре,
. митохондриях и хлоропластах III: 271
------ферменты III: 274—277
----рестрикция III: 278—281
-----сателлитная III: 298, 299, 301
----- связывание с ядерной мембраной
III. 271—272
-----содержащие в тканях I: 157
-----соотношение аденин/тнмин и цито-
зин/гуанин III: 183
— — стабильность I: 166
— — структура Уотсона—Крика I: 125
-----суперспирализацня I: 139: III: 271,
302—303
— — третичная спирализация I: 139
-----тройная спираль I: 135
— — фага X III: 261
-----фагов Т-четных III: 248
-----формы, димеры III: 285
-------кДНК (ДНК-копии) III: 289
-------катенированные кольца III: 285—
286
------- кольца из ренатурированиых мо-
лекул III: 298
-------кольцевые молекулы I: 139; III:
276—277, 285
-------«крестообразная» I: 146; III: 203,
204
—-------с одноцепочечным разрывом III:
198
-----— разветвленные III: 282
—------%-форма III: 285
— — фрагменты, защищаемые репрессором
III: 260
— — хлоропластов III: 270, 271, 281
-----I- и r-цепи III: 185
-----человека III: 271
-----число оборотов I: 139
— — чужеродная III: 288
— — электронные микрофотографии I: 131;
III: 216—217, 263, 271
-----электрофоретическая подвижность I:
' 140
Дезоксирибонуклеотидтрифосфаты II: 494
— в синтезе ДНК III: 199
Дезоксирибонуклеотиды I: 122—128
— образование III: 163—1'64
Дезоксисахара, синтез II: 529—530
Дезокситимидиндифосфат II: 529
Дезоксиуридинтрифосфат (dUTP), включе-
ние в ДНК III: 163—164
— превращение в dUMP III: 163
Дезоксихолевая кислота II: 583с
Дейтерий I: 169
— кинетический изотопный эффект II: 99
— первичный изотопный эффект II: 155
Декаметоний III: 332, 333с
Декарбоксилазы аминокислот II: 218
— содержащие кетокислоты II: 232
Декарбоксилирование II: 170—172, 216, 221
227, 440—441; III: 124, 141
— • аминокислот III; 101
— в процессах биосинтеза II: 473, 487—488
— — синтезе лизииа III: 107
— глицина II: 488
— катализ ионами металлов II: 171
— а-кетокнслот II: 202
— 6-кетокислОт II: 161. 171—172
Предметны# указатель та*
Декарбоксилирование копропорфнрина II:
365
— нингидрином II: 213
— а-оксикислот II: 312
— при введении полипреннльной цепи II:
578
•— шиффовы основания II: 203
— Р II: 487
Декапреноксантин II: 573
Дексаметазон II: 586с
Декседрин III: 337с
Декстран I: 114, 162
— биосинтез II: 536
Декстрансахараза II: 536
Декстрины I: 115; II: 101
Делецнонная петля III: 262
Деления (делении) I: 143
— в ДНК фага III: 259, 262, 263
Дельфинидин II: 566с
Дельфины, «звуковые линзы» II: 546
Деметилирование ланостерина II: 580—581
Демиелинизация II: 285
Денатурациониые карты и петли III: 274
Денатурация белков I: 105, 247
— нуклеиновых кислот I: 142—145, 247
— обратимая I: 263
Дендриты III: 325 (рис.)
— функции III: 327
Денитрофицирующие бактерии II: 431
Деполяризация в синапсах III: 331, 338
— мембран I: 370
— флуоресценции III: 30
Депрессивное состояние III: 344
Депсиды I: 50
Депсипептиды I: 86, 365
Дерматан, биосинтез II: 522
Дерматансульфат I: 115, 116с
— деградация II: 541
— накопление при синдроме Хантера II:
541
— расщепление II: 541
---с использованием механизма элими-
нирования II: 150
Дерматоспараксис II: 500
Десатуразы II: 549
«Десмид» I: 48
Десмозин II: 499, 500с
Десмосомы I: 58
Десмостерин II: 249с, 581 с
— восстановление до холестерина II: 239,
249
Дестиобиотии II: 199
Детергенты, блокирование fl-окисления II:
310
Детерминанты антигенные I: 372
Детнобиотнн, превращение в биотни III:
186
Детиобиотии-сннтетаза, ген, локализация
III: 186
Дефосфо-СоА в биосинтезе СоА III: ИЗ
(схема)
Деэпокснднрованне внолаксантина III: 54
Джоуль I: 202
— определение I: 201
Диабет сахарный см. Сахарный диабет
Диагональная хроматография I: 180
Диагональный электрофорез I: 180
Диаграмма пересечения II: 518
— переходного состояния II: 47
— потенциальной энергии, иллюстрирую-
щая флуоресценцию и фосфоресценцию
III: 28
-------органических молекул III: 28
Диазепам III: 340, 341с
6-диазо-5-оксонорлейцин (DON) III: 93с
Дяализ I: 162
— ферментов II: 191
а-Диалкиламннотрансфераза II: 225
1,4-диаминобутаи III: 100—101
Диаминоксидазы III: 101
Диаминомасляная кислота, в пептидогли-
канах I: 389
---образование из серина III: 176
Диаминопимелат, биосинтез III: 107
— в пептидогликанах I: 389; III: 107, 108
---пигментах рыжих волос III: 148—149
лсзо-Днаминопнмелинат III: 107с
ЬД-диаминопимелинат III: 107с
Диаминопимелатный путь III: 106, 107
(схема)
2,6-диаминопурин III: 290
Диастереомерные альдогексозы I: 108
Диастереомеры, определение I: 71
Диатомеи I: 49, 155; II: 573
— движение I: 49
— зеаксантин III: 43
— фукоксантин III: 43
— хлорофилл III: 40
Диатомовая земля I: 49
Диацетил в синтезе рибофлавина III: 175с
— образование II: 206
Дибенан III: 337
Дигалактозилглнцерид II: 558с
— в хлоропластах III: 45
Дигидробиоптерин (хиноиондиый) II: 438с
— изомеры II: 438
2,3-дигидро-2,3-диоксибензоат — дегидроге-
наза, ген, локализация III: 186
Дигидродипиколинат III: 107с
Дигндролипоевая кислота II: 294
Дигидролипоилдегидрогеназа (липоамид-
дегидрогеназа) II: 254, 258, 270
Дигидролипоил-трансацетилаза II: 270
Дигидронеоптеринтрифосфат, биосинтез III:
173
Дигидрооротат III: 161с
— окисление II: 391; III: 161
Дигидрооротатдегидрогеиаза, ген, локали-
зация III: 187
Дигидроптеридинредуктаза II: 439
Дигидроптероевая кислота II: 33
---в синтезе фолиевой кислоты III: 174с
7,8-дигидроптероилгексаглутамат I: 329
Дигндрорибофлавии, реакции с кислородом
II: 267
Дигидросфннгозин II: 560. См. также
Сфингозин
5,6-дигидроурацнл III: 167с
Дигндроуридиновая петля тРНК III: 218
Дигндрофлавины II: 176
7,8-дигидрофолат II: 279
Дигидрофолатредуктаза II: 279, 438; III:
165
Днгнтовии II: 592с; III: 63
— токсичность II: 592
1,2-диглицерйд II: 556
R-1,2-диглицерид-3-фосфат II: 554, 555с
Предметный, указатель
3,6- дндезокснгексозы, образование II: 222
цис-Дндентероэтнлен, образование из аце-
тилена III: 87
Диизопропилфторфосфат II: 107, 320
— при лечении миастении III: 333
— реакция с ацетилхолинэстеразой II: 108
— токсичность II: 107
Диимид при восстановлении азота III: 87
Дииодтирозин в тиреоглобулине III: 146
Дикарбоновая кислота I: 257
— транспорт в митохондриях II: 423
L-дикетогулоновая кислота II: 526
— — образование из дегидроаскорбиновой
кислоты II: 525
а-Дикетоны, расщепление II: 206
Диктиосома I: 30, 31 (микрофотография)
Дикумарол II: 389—390с
Димеризующий белок, равновесие I: 300
(схема)
Димерные ферменты, «флип-флоп»-механиз-
мы II: 246
Диметилаллилпирофосфат II: 177с, 564с
— конденсация II: 90
Диметиламинонафтилсульфоннлхлорид
(дансилхлорид) I: 176с
Диметиларсин II: 299с
Диметиларсинат II: 299с
Диметилбензилимидазол II: 283; III: 174с
— биосинтез III: 173—175
1,1-диметилгидразин, возникновение судо-
рог III: 340
Диметилглиоксим II: 295
Днметилглицнн III: 119
e-N-диметиллизин в белках II: 496
3,6-диметилоктановая кислота II: 312
6,7-диметил-8-рибитиллумазин III: 174с, 175
N-диметилсеротонин как галлюциноген III:
343
3,4-днметоксифенилэтиламин как галлюци-
ноген III: 336с
— связь с шизофренией III: 343
Динамическое равновесие I: 232
2,4-динитрофенол II: 401, 422
2,4-динитрофторбензол (фтор динитробен-
зол) I: 175с
— реакция с химотрипсином II: 109
Диоксетановое кольцо в люциферине Latia
III: 73
Диоксиацетонфосфат II: 157с, 163 с, 337
— ацилирование II: 554, 555
— в глицерофосфатном челночном механиз-
ме II: 424
— восстановление II: 337, 349, 554
— образование при фотосинтезе II: 477
— при образовании сульфолипида III: 134
— средняя степень окисленности II: 474
(схема)
3,4-диоксибензальдегид III: 154—(155
3,4-диоксибензоат II: 437
Диоксигеназы II: 435, 440
— в катаболизме витамина В6 III: 150
при раскрытии бензольных колец III:
150
L-диоксиизолейцнн в а-аманитине III: 211
5,6-диоксииндол III: 149
— при образовании меланина III: 148
Диоксиминдальная кислота III: 336с
Диоксин (2,3,7,8-тетрахлорднбензол-п-ди-
оксин) III:, 129
Дноксипиримндин I: 78
3,4-диоксифеннлаланнн (ДОФА) II: 447;
III: 144с, 148, 149, 155
— гематоэнцефалический барьер III: 338
— для лечения паркинсонизма III: 338
— потемнение в присутствии кислорода III:
148
1,25-дноксихолекальциферол II: 588
3,4-диоксициннамат III: 152с
20,26-диоксиэкдизон III: 323
у,б-диоксовалерат, превращение в 6-амино-
левулинат III: 124с
Днолдегидратаза II: 292—294
— механизм II: 292—293
— стереохимия II: 296
Днпальмитоилфосфатидилхолин I: 343
Дипептид I: 80с
Дипиколиновая кислота III: 107с, 108
----биосинтез III: 107, 108
— — в бактериальных спорах III: 353
Диплоидная клетка I: 39, 42
Диполь-дипольное взаимодействие I: 246
----в релаксации ядер Г. 347
Дипольный момент, поглощение света III: 8
----перехода, направление III: 19
Дисахариды I: 112
Диски в палочках сетчатки III: 62—63
A-диски I: 318, 320
1-диски I: 318, 320
Диски адгезии (перегородчатые десмосомы)
I: 58
Дисперсия оптического вращения (ДОВ)
III: 23—27
Дисульфидные мостики I: 101, 166, 173,
180
----в иммуноглобулинах I: 382
----— инсулине I: 175, 293
----рибонуклеазе I: 106, II: 121
----поглощение света в белках III: 21
----разрыв I: 167, 173
----реакции обмена I: 176
Дисульфидный обмен в пропапаине II: 115
— — — ферментах II: 258—259
Дитиобис-2-нитробензойная кислота I: 176
— — реакция с альдолазой II: 163—164
Дитиолсодержащий белок II: 236
Дитионит III: 83
— аддукт NAD+ II: 250
— восстановление флавинов II: 255
— натрия II: 241
Дитиотреитол I: 158, 173
— при расщеплении дисульфидов I: 173
Дитиоэритритол при расщеплении дисуль-
фидов I: 173
Дифенилгидантоин III: 341с
М,М'-дифенил-тг-фенилендиамин, замена ви-
тамина Е II: 387, 388
Дифосфатидилглицерин (кардиолипин) I:
152
1,3-дифосфоглицерат II: 82, 130, 337с
— в глицеральдегид-3-фосфат—дегидроге-
назе II: 248
2,3-дифосфоглицерат I: 306, 313с, 365
— связывание с дезоксигемоглобином I:
306
Дифосфопириднновый нуклеотид см. Нико-
тинамидаде ни ндинуклеотид
Дифтерийный токсин III: 305
— биосинтез II: 555с, 557
Дифтерия I: 24
Дифференцировка III: 316—364
— влияние витамина А II: 577
— клеток растений III: 324
— куколки III: 323
— необратимая III: 356
— обратимая III; 360
предельный уровень специализации
III: 363
— эпителиальных клеток II: 577
Диффузия II: 14—18
— в регуляции II: 65
— латеральнаи I: 348
-в мембранах I: 386
— облегченная I: 357
— Ill” д2СЛ0Р0да в корневых клубеньках
— скорость I: 357, 358; II: 14—18
— через мембраны I: 357—358
— эффект насыщения I: 357
Дихлорфеиилдиметилмочевииа III: 37с, 38
2,6-дихлорофеиолиидофенол (DCIP) II: 401
Дихрограф III: 23
Дихроизм III: 19. См. также Круговой ди-
хроизм
— инфракрасный III: 12
Дициаиокобаламии II: 289
Диэдрическая симметрия I: 281, 293
Диэлектрическая проницаемость I: 245; III:
7
Диэнцефалон (промежуточный мозг) III:
328
Диэстераза змеиного яда I: 167
Циэтиловый эфир как анестезирующее
средство III: 347
Диэтилстильбэстол в качестве противозача-
точного препарата II: 591с
Длины связей I: 69
------в железо-серных белках II: 381
— — — рубредоксине II: 380
— — при построении моделей I: 183
ДЛК см. Лизергиновая кислота, диэтила-
мид
ДНК см. Дезоксирибонуклеиновая кислота
ДНК-метилаза М, геи, локализация III: 187
ДНК-полимераза I III: 196, 274, 275 (схе-
ма)
------в репарации выщеплеиия III: 292
— — геи, локализация III: 187
------ копирование последовательностей
РНК III: 288—289
•-----«корректирующая» активность III:
275
------мутатор III: 213—214
------ экзонуклеазная активность III: 275
ДНК-полимеразы II и III III: 274
— геи III: 186, 273
ДНК-полимераза III* III: 277
ДНК-полимеразы III: 196—199, 207, 208;
III: 254, 283
— бактериофага Т4 III: 213—214
— в рекомбинации III: 282
— гипотетический участок III: 213
— открытые комплексы III: 207
— РНК-зависимые III: 288—289
— цинк II: 142
— эукариотических клеток III: 276
ДНК-«расплетак>щий» белок III: 254, 278
ДНК-фотолиаза III: 36, 292
Добавочная петля в РНК I: 132
ДОВ см. Дисперсия оптического вращения
Додекановая кислота (лауриновая кисло-
та) I: 149
Доказаиовая кислота I: 149
Долихолы II: 538, 540
Домеиы в структуре белка I: 96
— звенья метаболических процессов ПГ
317
Допущение о стационарном протекании
процесса II: 11
ДОФА см. 3,4-диоксифеиилалаиин
ДОФА-декарбоксилаза, иигиборы III: 337с,
344
Дофамии II: 21'8, 441с; III: 144с, 148, 155с,
336с
гидроксилирование III: 148
— как нейромедиатор III: 335
— освобождение резерпином III: 159
Дофамии-р-гидроксилаза II: 441, 447
— антитела III: 338
— уменьшение активности III: 343
Дофаминовые нейроны, гиперактивность
III: 342
— рецепторы, блокирование хлорпромази-
ном III: 342
Дофахииои III: 149 с
— при образовании меланина III: 148
Дочерние хромосомы III: 265
Древесина, лигнин III: 149
Дробление III: 355
Дрозофила (плодовая мушка) III: 227,
249, 256, 268, 296, 297, 299, 301
Дрожжи I: 47, 114
— брожение II: 240
— генетическое картирование III: 267
— глутаматсиитетаза III: 91
— катаболизм лизина III: 109
— клеточные стеики I: 397
— petite-мутанты III: 270
— окисление ацетальдегида II: 349
— пекарские, аминоацилироваиие тРНК
III: 236
— потребность в биотине II: 200
— размер генома I: 28
— синтез маннана I: 397; II: 540
— синтетаза жирных кислот II: 485
— штаммы-убийцы III: 269
ДТНБ [5,5'-дит,иобис(2-иитробеизойиая кис-
лота)], реагент Элмаиа I: 176
Дыхание I: 228
— анаэробное II: 430
— ингибиторы II: 398 (табл.)
— как источник энергии II: 361
— митохондрий, стимулирование арсенатом
II: 82
— у животных II: 361
Дыхательная цепь II: 361, 392
— — история вопроса II: 254
Дыхательный контроль II: 401
— фермент (Atmungslerment) II: 362
ДЭАЭ-целлюлоза I: 171
DPiN+ см. Никотинамидадеииидииуклеотид
Евгенические доктрины: III: 295
Европий I: 187
Единицы комплементации III: 297
414 Предметный указатель
Единицы Сведберга I: 163
Еиамин II; 89, 154, 164* 307
— в альдолазе II: 164
---ферментативных реакциях II: 154
— образование II: 307
Еидиол, промежуточные соединения II: 154,
155
Еноил-гидратаза II: 146, 309, 547—548
3-еионлпирувоилшикимовая кнслота-5-фос-
фат III: 136с, 138с
Еноилфосфат II: 460
— биотина II: 197
— в синтезе пурина III: 168
Д3-1{Цс-Д2-транс-Еноил-СоА-нзомераза II:
313
Енол, кислотные свойства I: 77
— при перегруппировке Амадори III: 141
Енолаза II: 148—149, 160, 336, 338
— необходимость ионов металлов II: 149
— релаксация протонов воды II: 149
Енольные промежуточные продукты в реак-
циях изомеризации II: 154
Енолят-анион I: 79; II: 88, 91, 146, 161
— в рибулозодифосфаткарбоксилазе II: 176
— из кетостероидов II: 159
— как нуклеофил II: 89, 307
— образование II: 307
— фосфорилирование II: 173
EcoRI, эндонуклеаза рестриктирующая III:
281
Емкость мембран I: 341
Зубы, налет I: 114; II: 536
— минерализация II: 372
Жабы, буфотоксин II: 592
— из яйцеклетки с трансплантированным
ядром III: 356
— число хромосом I: 39
Жвачные животные, пропионат как источ-
ник энергии II: 330
Жгутики, базальное тельце I: 37
— бактерий I: 15, 22, 103, 273, 276, 281—
284, 295; III: 255
---завитые I: 282
— — метилированные аминокислоты II:
496
---регуляция движения III: 348
— эукариот I; 35, 37, 276, 326
Жгутиковые I; 44, 45
— токсин III: 334
Железо I: 154, 267
— в геме I: 305
---гемэритрине II: 369
---ксантиноксидазе II: 266
---нитрогеназе III: 83, 84
---ферментах I: 156
— — фиксации азота III: 82
---формиатдегидрогеназе II: 329
— всасывание III: 128
— гидроокись II: 430; III: 127
— ион в аконитазе II: 150
— метаболизм III: 126—128
— негемовое см. Негемовое железо
— образование хелатных комплексов III:
127
— окисленное состояние в гемоглобине II:
367
— отсутствие в молочнокислых бактериях
II: 366
— поглощение III: 127, 128
— содержание в комплексах электронного
транспорта II: 399
-------организмах III: 126
-------почвах III: 126
-------эритроцитах III: 126
— токсичность III: 127, 128
— у бактерий II: 430
— функция в каталазе и пероксидазе II:
377
— энтеробактин I: 189. См. также Энтеро-
бактин
Железо-59, свойства I: 169, II: 76
Железобактерии, серии II: 430
Железо-серные белки II: 266, 379—383;
III: 47, См. также Негемовое железо
-----аденнлилсульфатредуктаза II: 433
-----в окислительном фосфорилировании
II: 414
-----в фотосистеме I III: 47
-----гидрогеназа II: 350
— — глутаматсинтетаза III: 90—91
-----нитрогеназные III: 83
-----пируват: ферредоксин-оксиредуктаза
II: 272
— кластеры II: 381—383; III: 87
— — ассоциация с сукцинатдегидрогеиа-
зой II: 379
— — в гидрогеназах II: 426
-----синтетические II: 383
-----состояние окисления II: 382
-----рАа II: 382
Желесодержащие ферменты III: 126
Желесодержащий белок с высоким потен-
циалом II: 380
Желтуха III: 130
Желудок, концентрация ионов водорода I:
359
Желудочно-кишечный тракт (энтерон) I:
52; III: 356
Желудочный сок II: 104
Желчные кислоты, биосинтез II: 583, 584
-----образование из глицина III: 119
(схема)
— пигменты III: 129—131
-----растительные II: 522; III: 44с
Желтое тело, синтез прогестерона II: 584
Желтые пигменты растений II: 567
Животные ткани, состав I: 157
Жирные кислоты I: 146—151; II: 549—550
-----антензо-ряд II: 560
— — ацил-СоА-производное II: 81, 306
— — биосинтез II: 192, 464—466, 473, 485,
487—490, 516, 546 (табл.), 548 (схема)
-------контрольные механизмы II: 512
(схема)
-------стимуляция с помощью COj и
NADPH II: 464, 466
— — в воске растений II: 550
-----величины рАа I: 151
— — в липополисахариде I: 178
— — изо-ряд II: 560
— — — катаболизм II; 333 (схема)
-----конформации I: 148
-----метаболизм II: 306—316, 464—465»
546—554
-----названия I: 149 (табл.)
Предметный указатель 41Р
.Жирные кислоты незаменимые I: 150: II:
188, 549
----ненасыщенные II: 375, 449
-------биосинтез II: 547
-------в мембранах I: 343
— — — модификации II: 547
----окисление II: 83—84, 306—316, 325
(схема)
-------контрольные механизмы II: 512
(схема)
-------а II: 312—313
-------₽ II: 467
-------ш II: 312
----полиненасыщенные I: 356; II: 436,
549
----превращение в более растворимые
продукты II: 502
----с разветвленной цепью I: 153; II:
333, 488—490
-------------биосинтез II: 485, 488—490
----------— метаболизм II: 310
----средняя степень окнсленностн II: 474
(схема)
----структуры-предшественники в био-
синтезе II: 546 (табл.)
----точки плавления I: 343, 347
— — удлинение цепи II: 547
----цнклопропансодержащие I: 153, 347;
II: 549
— спирты Г. 146
Жировая ткань I: 54
----биосинтез триглицеридов II: 556
Жировые клетки, рецепторы инсулина I:
386
Жир(ы), гидролиз II: 81. См. также Три-
глицериды
— мобилизация гормонами щитовидной
железы III: 147
— образование при избытке углеводов II:
516
— перекисное окисление II: 387
— превращение в сахар в масляных семе-
нах II: 480
— прогорание II: 387
— состав I: 153 (табл.)
Жук-бомбардир II: 404
Загар III: 68
Закись азота (NjO), восстановление нитро-
геназой III: 83
— — образование II: 431
Закон диффузии Фика II: 15
— Кулона I: 244—245
— Ламберта — Бера III: 8
Замещение аминокислот в гемоглобине III:
195
— процесс, допускающий смежное положе-
ние групп II: 123
— фосфора, «линейный механизм» II: 123
— (3 II: 221
— у II: 220
Замораживание — скалывание I: 20
— поверхности I: 57
Замыкающие клетки I: 63
Запах III: 347
— индивидуальный II: 550
Зародышевые слон II: 355—356
Заряд, влияние на связывание металлов-
I: 266
— перераспределение по белку II: 368
— электрона I: 245
Звуковые линзы дельфинов II: 546
Зеаксантин в хлоропластах III: 43, 54
ЗК-зеаксантин II: 573с
Зигота I: 39
Знмогеновые гранулы II: 104
Зимогены см. Проферменты
Зимостерин II: 581с
Зингерон (имбирь) III: 152
Злокачественная гипертермия II: 514-
Зоб III: 147
Зола после сжигания тканей I: 156
«Зоны слипания» I: 56, 58
Зрение III: 61—68
— механизм усиления II: 73
Зрительная кора III: 329
Зрительные пигменты II; 576, 577; III: 63—
65
----полосы поглощения III: 64 (табл.)-
— — регенерация III: 68
Зрительный пурпур см. Родопсин
Иглобрюхие, тетродоксин I: 371
Иглокожие I: 53
— гаструла III: 355
Идиопатическая пентозурия II: 525, 526-
Идоза I: 108
a-D-ндопираноза I: 110
a-L-идуронидаза II: 541
Идуроновая кислота I: 117
Иерусалимский артишок I: 114—115-
[5-Изгиб I: 91 (рис.) 100
Изетионовая кислота III: 131с
— — в нервных тканях III: 134
Излучение I: 169. См. также по названиям
(5-Излучение I: 169
Изменение свободной энергии в метаболи-
ческих реакциях I: 233. См. также Сво-
бодная энергия
-------и изменение 1g Кл I: 243
---- ----- константа равновесия I: 210
-------кажущееся I: 223
------- — образования I: 213
-------при гидролизе I: 220 (табл.)
----------диссоциации I: 217
----------окислении I: 162—164 (табл-У
-------------глюкозы II: 349
—----------- окислительно-восстановитель-
ных реакциях I: 229
----------сбраживании Г. 228
----— связывания I: 243, 271
— — — стандартное I: 208, 210, 243
-------суммирование I: 208
— энтальпии, в метаболических реакциях
I: 226, 233, 244, 248, 249
— энтропии при гидрофобном связывании-
I: 248
-------метаболических реакциях I: 233-
-------рацемизации I: 206
Изоакцепторные тРНК III: 239
Изоаллоксазиновое кольцо II: 254с
----нумерация II: 254
Изобутирил-СоА II: 564с
Изовалернановая ацидемия III: 117
Изовалернл-СоА II; 546с
416 Предметный укж»втель
Изовалерил-СоА — дегидрогеназа, ингиби-
рование гипоглицином А III: 117
Изодесмозин II: 499, 500с
Изозимы см. Изоферменты
Изо ионные точки I: 164
Изолейцин, биосинтез II: 490; ПГ. 105,
>113 (схема), 114—115
— в а-аманитине III: 211
----синтезе поликетида II: 563
— и валин, выбор III: 239
— ингибирование по принципу обратной
связи III: 114
- катаболизм 111: 115 (схема)
— кодоны III: 192, 193
— метаболизм III: 114—117
— неправильное включение рибосомами III:
240
— образование из треонина III: 114
----разветвленных жирных кислот I: 150
— регуляция синтеза II: 70
— синтез жирных кислот И: 546
---- ----структуры-предшественники II:
546
L-изолейцин (Не) Г. 81с, 97; ПГ. 115
Изолимонная кислота, образование в Cras-
sulaceae III: 59
Изологические взаимодействия I: 284, 296
Изологический димер I: 279, 29!
— квадрат I: 303
— тетраэдр I: 303
Изо логическое связывание I: 279—281
Изомеразы виолаксантина II: 575
— кетол-изомеразы II: 154
— определение II: 75
— малеилацетоацетата II: 179
— раскрытие цикла II: 156
— сахарофосфаты II: 156—157
Чис-транс-Изомеразы II: 151
Изомеризация II: 91
— изопентилпирофосфата II: 177
— оксикислот II: 486
— цитрата II: 149—150
цис-транс-Изомеризация фитохрома III; 70
Изомероредуктаза ацетооксикнслоты II:
178
Изопикотинилгидразид II: 223с
Изопентиннладенозин III: 222с, 223, 324
Изопентиннлирование аденозиновых колец
II: 497
Изоле нтинилпирофосф ат (пренилпирофос-
фат) I; 148с, II: 153, 489, 490, 563, 564с
— конденсация II: 90
— образование других соединений II: 567
— стереохимия изомеризации II: 177
Изопентенильная группа, перенос III: 223
Изопрен Г. 147с
Изопреноидные боковые группы хннонов,
функция II: 386
— соединения II: 315
-----биосинтез II: 153, 167, 563—593
Изопропанол в бактериальном фотосинте-
зе III: 37
-----брожении II: 354
а-Изопропилмалат, образование из а-кето-
изобутнрата II: 167с
Изопропил-6-П-т,иогалактозид как индуктор
III: 202
Изотерма адсорбции I: 250
Изотопные метки в биохимических исследо-
ваниях I: 168—170; II: 242, 322, 477;
III: 88, 155, 173
— эффекты кинетические I: 169, II: 99
-------вторичные II: 99
----у алкогольдегидрогеназ II: 243
Изотопный обмен в равновесных условиях
II: 33—34
Изотопы радиоактивные I: 168—170
— стабильные 1: 168, 169
Изотрансплантаты I: 378
Изоферменты II: 64, 66—68, 541—542
Изохинолин, алкалоиды III: 155
Изохорнзмат-синтетаза, ген, локализация
III: 186
Изоцитрат II: 150, 170с, 319
— в цикле трикарбоновых кислот И: 325
(схема)
— окисление в а-кетоглутарат II: 72
— расщепление до глиоксилата II: 481
Изоцитратдегидрогеназа, стереохимия II:
243
Изоцитрат-лиаза II: 170, 480, 481
— ген, локализация III: 186
Изоэйгенол гвоздики III: 152 (схема).
Изоэлектрическая точка I: 164
Изоэлектрическое фокусирование I: 164,
170
Икосадельтаэдр Г. 290
Икоса эдрические вирусы I: 281, 289—291
Имид II: 202, 203с
Имидазол I: 79; II: 108, 449
— в активном центре фермента I: 79—80
----карбоксипептидазе А II: 116
----фумаразе II: 60
----химотрипсине II: 111
— как катализатор II: 54
----поляризуемое основание II: 92
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— координационное связывание с Мпг+
I: 380
— скорость переноса протона II: 156
— — протонирования II: 156. См. также
Имидазольные группы
— спектр ЯМР I; 187
— рКа II: 51
Имидазолацетолфосфат-трансаминаза, ген,
локализация III: 187
Имидазолглицеролфосфат-дегидратаза, ген,
локализация III: 187
Имидазолглицерофосфат III; 159с
Имидазолглицеролфосфат-дегидрогеназа, пе-
ренос от дрожжей в Е. coli III: 295
Имидазолий-катион I: 79
Имидазолонпропноновая кислота II: 235
Имидазолуксусная кислота III: 161с
Имидазольные группы I: 83с, 305; II: 102
----в белках I: 268
----— карбоангидразе II: 141
----при переносе протона II: 57
— — связывание с железом II: 367—368
— — таутомерии I: 79
— — фосфорилирование II: 139
Иминогруппы в ферментах II: 228—230. См.
также Шиффовы основания
Иминокислота I: 81
Имнноксильная спиновая метка I: 349; II:
128—129
* хрсдоть < naan jnaaaivwiD
Имины II: 143. См. также Шиффовы осно-
вания
Имипрамин III: 341с, 344
Иммунная система в разрушении раковых
клеток III: 366
— — ингибирование III: 366
•--узнавание III: 360
Иммунодефицит III: 171 —172
Иммунный ответ II: 553; III: 364—367
Иммуноглобулины I: 85, 103, 378, 381—385
— вариабельные и гипервариабельные
участки I: 383; III: 365
— гены III: 365
— константные участки I: 383; III: 365
• — В-лнмфоцит I: 386
— «шарнирная» область I: 383
— эволюция I: 383
Импульсная метка III: 281
Импульсы нейронов, частота III: 327
— нервные, перенос III: 327
Инактиватор хемотаксического фактора
II: 114
Инвертаза II: 530. См. также Сахараза
Инвертированные повторы III: 220
Инверсия конфигурации II: 94
--во время действия цитрат-(ге)-синте-
тазы II: 168
-------— — малатсинтетазы II: -169
— — как критерий механизма II: 94
---отсутствие у фосфорилазы II: 100
Ингибирование бесконкурентное II: 30. См.
также Ингибиторы
— клеточного дыхания II: 104
— конкурентное II: 27—28, 30
— нейронов III: 327
— неконкурентное II: 28—31
— по принципу обратной связи (ретроинги-
бирование, ингибирование продуктом) I:
64; II: 18, 31, 39, 64, 70, 503; III: 91
— —----------ароматическими аминокис-
лотами III: 138
-------------биосинтеза аминокислот III:
160
-------------- при регуляции концентрации
глюкозы в крови III: 316
-------------секреции гипофиза II: 591
--- ------ — синтеза мевалоновой кисло-
ты II: 563
— —----------ферментов метаболизма ас-
партата III: 106
— ферментов II: 27—39, 64
— частично конкурентное II: 30
• — чисто неконкурентное II: 30
Ингибиторы моноаминооксидазы III: 341с.
См. также Ингибирование
---аитидепрессивное действие III: 344
— действующие по принципу обратной свя-
зи (ретроингибиторы) I: 64
— дыхания II: 398 (табл.)
— при изучении ферментативных механиз-
мов II: 31—32
— протеиназ II: 176
— структурно подобные переходному со-
стоянию II: 49—50
— холянэргических синапсов III: 333
— электронного транспорта II: 399
Индийская медицина III: 342
Индоксил III: 156
Индоксилсульфат III: 156
Индол III; 156с
— гидроксилирование III: 156
— образование триптофана III: 141
— спектры возбуждения III: 27
— флуоресценция III: 27
— энергия связи I: 227
Индолалкиламины при депрессии III: 344
— метилирование III: 343
Индол-З-глицерофосфат III: 140с, 141
— расщепление III: 142
Индолил-З-ацетат III: 157, 158с, 323. См.
также Ауксин
Индолил-З-этанол в растениях III: 158
Индолсодержащие алкалоиды, биосинтез
III: 158 (схема)
Индол-6-хинон III: 149с
— прн образовании меланина III: 148
Индофенольный краситель как донор элек-
трона при фотосинтезе III: 37
Индуктивные эффекты, слагаемое н кон-
станте замещения Г. 237, 238
Индуктор II: 66; III: 201
— действующий на программы развитая
III: 360
Индукция II: 65
— клеточным контактом III: 359
— ферментов II: 515; III: 200
— химические агенты III: 357
— через миллипоровые фильтры III: 357
Индуцированное соответствие I: 297—298,
301; II: 42
Инициаторная тРНК III; 218
— — формирование III: 237
— — эукариотических клеток III: 237
Инициирующий кодон III: 192, 193, 195,
231, 243
— — в ДНК фага ФХ174 III: 244
-------РНК фага MS2 III: 242
— — для z-гена III: 204
Инозин I: 126
— в антикодонах III: 237
— гидролиз до гипоксантина III: 171
— из аденозина III: 171
— спаривание с аденином III: 238
— — — урацилом III: 238
— — — цитозином III: 238
Инозиноваи кислота см. Инозии-5-фосфат
Инозин-5-фосфат (инозиновая кислота) I:
126; II: 74; III: 169
— в цикле пуриновых нуклеотидов III: 171
— превращение в другие нуклеотиды III:
169
— реакции с РЕР-карбоксикииазой III: 173
Инозитпентафосфат I: 313; II: 525
Инсектициды II: 104—106
— аналоги ювенильного гормона II: 571
Инстинкты III: 330
Инсулин I: 174, 292—294, 292с, 386; II: 72,
508; III: 320, 352
— влияние на процессы биосинтеза II: 505
-------гликогенсинтетазу II: 509
— действие II: 505
— инфракрасный дихроизм фибрилл III: 11
— инъекции при диабете II: 504
— конформационная карта I: 90
— проинсулнн II: 496
— раднонммунологнческнй анализ III: 318
— P-структура I: 293
4 № Предметный' указатель
Инсулин, ферментативное расщепление II:
504—505
— химический синтез II: 505
Интегральная форма уравнения скорости
II: 7
Интегральные белки мембран I: 353
Интеркалирующие агенты III: 291
Интеркаляция, биохимическая функция I:
142
— в ДНК I: 140—142, 368; III: 210
— угол раскручивания I: 141
Интеркомбинационная конверсия, конкурен-
ция с флуоресценцией III: 30
Интерфаза в клеточном цикле III: 264, 265
Инулин I: 114; И: 522
Информационная РНК, время жизни III:
215, 223
----гистонов III: 223
----деградация II: 65
----длина III: 215
----инициаторный комплекс III: 242
— — инициирующая последовательность
III; 231
----клеток мозга, гибридизация с ДНК
III: 350
— — кодирующая иммуноглобулины III:
365
----«колпачки» на 5'-конце III: 224
— — лидирующий участок III: 205
— — новые классы при образовании спор
III: 353
----палиндромы III: 205
----поли (А) III: 299—300
----последовательности III: 203, 236,
241—246
— — предшественник II: 496
— — процессинг III: 215
— — синтез в процессе обучения III: 351
стоп-кодон III: 236
----трансляция с помощью рибосом
Е. coli III: 195
----участки затухания III: 205
----цитоплазматическая III: 298
----электронная микрофотография III:
216—217
----ядерная III: 298
Инфракрасная спектроскопия I: 191
Инфракрасные полосы, уширение III: 10
— спектры III: 9—13
----амидных групп III: 11—12
----белков III: И
----в изучении протонного обмена III: 13
— — влияние изотопного замещения III:
12—13
-------образования водородных связей
III: 11
----воды II: 56
----вращательная структура III: 10
----дихроизм III: 12
----1-метилурацила III: 12
— — обертоны III: 11
---- ориентированных фибрилл инсулина
III: 11
----полоса амида А III: 9, 11
— — скелетные колебания III: 10
Инфракрасный дихроизм III: 12
Иод Т: 154
Иод-125 I: 169; 379
— в радиоиммунологическом анализе III:
318
— свойства I: 169
Иод-131 I: 169; II: 379
— свойства I: 169
Иодацетамид, реакция с тиолами II: 173
Иодацетат, реакция с тиолами I: 173
Иоднд-ион в щитовидной железе III: 145,
147
— как тушитель флуоресценции III: 30
Иодирование остатков тирозина и гистиди-
на II: 378—379
Иодная кислота, реакция с углеводами I:
177
Йодопсины III: 64
Ионная проницаемость, циклические изме-
нения III: 350
Ионообменная хроматография I: 164—165
Ионообменные смолы I: 165, 360
Ионный насос I: 360—369; II: 139
----механизм I: 363—365
— радиус I: 267 (табл.)
---- влияние на связывание металла I:
266—267
Ион(ы) галия (Ga3+) I: 189
— избирательное накопление I: 155—156>
— калия I: 268. См. также Калий
----активация ферментов I: 363
— — влияние на равновесие I: 226
----гидратация I: 363, 372
----замещение протонами I: 363
--------рубидием I: 363
----как внутриклеточный «символ» III:
317
-------- «вторичный» посредник для инсу-
лина II: 505
----каналы III: 349
----накопление в митохондриях II: 420
— — поглощение I: 360
— — увеличение проводимости мембра»
III: 335
— — центры связывания I: 364
— кальция, активация аденилатциклазь»
II: 71. См. также Кальций
----— киназы фосфорилаз II: 509
-------фотобелка Aequorea III: 74
— — блокирование натриевых каналов III:
67
— — в бактериальных спорах III: 353
— • — палочках сетчатки II: 66
—-------термолизине II: 116
---взаимодействие с карбоксилат-ионом
I: 244
----влияние на равновесие I: 226
— — высвобождение в мышцах I: 325; II:
415
--------при нервном импульсе I: 270; II:
415; III: 329, 331
— — как внутренние переносчики III: 67,
317
----контролирование К+-каналов III: 349*
— — концентрация в тканях I: 373
------------ сыворотк-е I: 373
--------измерение с помощью экворина>
III: 74
----метаболизм в костях I; 373
----накопление в митохондриях II: 420
Предметный указатель 419
Ибн(ы) кальция, регуляция с помощью ви-
тамина D II: 587, 588
•---связанные с актином I: 323
----------конканавалнном А. I: 379
----связывания константы I: 264
—------протромбина с фосфолипидами II:
389
— лантанидов I: 187
— магния I: 127, 221—223. См. также Маг-
ний
----в действии гексокиназы II: 125
-------метаболической регуляции II: 130
----включение в хлорифилл III: 124—125
----влияние на равновесие I: 225, 226
-------— рибосомы III: 227
— — константы связывания I: 263
— — концентрации в тканях II: 130
— — наркоз III: 344
— — связывание с конканавалнном А. I:
379
— марганца I: 379. См. также Марганец
----в бактериальных спорах III: 353
-------енолазе II: 149
----влияние на равновесие I: 226
---------- скорость релаксации протонов
воды II: 128
— — константы связывания I: 264
----наркоз III: 344
— — парамагнетизм II: 128; III: 53
----при транскарбоксилироваиии II: 198
— меди (Си2+), восстановление сахаров I:
111. См. также Медь
----диамагнитная пара II: 448
— — комплекс с аланином I: 265
----------аммонием I: 265
— — константы связывания I: 264 (табл.)
----сила осциллятора III: 19
----хелатные центры II: 445—446
— металлов I: 154, 225
—• — гидратирование I: 267
— — заряд I: 267
----ионные радиусы I: 266—267 (табл.)
---образование хелатов шиффовым ос-
нованием II: 212
----связывание I: 263—270
----форма орбиталей I: 266
----функции в киназах II: 125, 126
— натрия I: 268. См. также Натрий
----гидратация I: 363, 372
— — как внутриклеточный «символ» III:
317
----поглощение I: 359
----проницаемость мембран палочек III:
67
— — реабсорбция III: 322
----скорость прохождения через каналы
I: 372
— неорганические см. Неорганические ионы
— перекиси, координационно связанный
металл II: 442
— серебра, восстановление сахарами I:
112, См. также Серебро
— тиоцианата, изомеризация П: 151
— транслокация I: 283—284
— цинка в алкогольдегидрогеиазе II: 142,
245. См. также Цинк
-------ДНК-полимеразе II: 142
— — — карбоксипептидазе А П: 116
------ — карбоиангидразе II: 141
------РНК-полимеразе II: 142; III: 206
-------супероксиддисмутазах II: 142
448—449
— — — термолизиие II: 116
-------транскарбоксилазе II: 200
-------ферментах II: 142
—-- --щелочной фосфатазе II: 119
— — замена в ферментах II: 143
— — ингибирование фосфофруктокииазы
II: 511
----константы связывания I: 263
----маннозо-6-фосфат—изомераза Ц-
156
----образование хелатных связей с ими-
дазольными группами П: 116
----протопорфириновый хелат III: 124
---связь с витамином А плазмы II: 577
Иприты как алкилирующие агенты IJI:
289—290
Иридиаль II: 568
Исключение ДНК III: 281—288
— профага /. III: 260
Ископаемые бактерии и сине-зеленые водо-
росли, возраст I: 38
IF-1 (фактор инициации) III: 231, 233
IF-2 (фактор инициации) III: 231, 233
IF-3 (фактор инициации) III: 231, 233
IgE I: 385. См. также Иммуноглобулины
IgG I: 378. См. также Иммуноглобулины
— аномальные комплексы III: 366
IMP см. Инозин-5'-фосфат
Кадаверин III: 100с
Кадмий, токсичность I: 155, II: 143
Казугамицин, резистентные мутанты 1П:
240
Калиевые каналы III: 332
Калий I: 154, 362—363
Каллус III: 354
Каломельный электрод I: 229
Калории I: 201, 202
Калорийность пищевых продуктов.I: 202—
203
Калориметр I: 202
Калориметрические измерения иа животные
I: 203
Кальвина цикл II: 475—478
Кальмар I: 53
Кальсеквестрин I: 373
Кальциевый ионный насос I: 369, 373
Кальций I: 154, 372—375. См. также
Ион(ы) кальция
— всасывание, торможение глюкокортикои-
дами II: 586
— захват I: 359
Кальцийсвязывающие белки I: 266, 26$,
269с, 368, 373, 374
----внешние полярные группы I: 270
водородные I: 270
----зависимые от витамина D II: 589
----чувствительные к изменению электри-
ческого поля Ш: 349
Кальцитонин I: 374; III: 320
Камбий fc 61, 62 :
— дифференцировка III: 354
420 Предметный указатель
Камфора II: 568
— гидроксилирование II: 444
Кампестерин II: 582с
Кана — Ингольда — Прелога терминология
I: 72—73
Каиавалия мечевидная, коиканавалин А I:
379—380
---уреаза II: 41
Каналы I: 371
— в мембранах дисков палочек III: 66—
67
Каиамицииы II: 532; III: 240
— инактивация III: 257
«Канаты» («тяжи») из спиральных нитей
I: 94
— коллагена II: 498
Канцерогенные соединения III: 293
— превращение 3-метнхолаитреиа II: 445
Капроат в результате брожения II: 355
Капсид I: 286
Капсомеры I: 286
Карагеиаи I: 120, 121с
Карбамат(ы) II: 106
— в гемоглобине I: 313
Карбаматкииаза III: 97
— образование ATP III: 104
Карбамилфосфат см. Карбамоилфосфат
Карбаминовая кислота III: 96—97
Карбамииогруппы II: 142
— в гемоглобине I: 313
N-карбамонласпартат III: 105, 162с
Карбамонлфосфат II: 197с, 460, 461; III:
95
— ингибирование глутамиисинтетазы III:
92
— как предшественник мочевины III: 89,
96
— образование II: 200; III: 96—97, 105
— перенос карбамоильной группы III: 161
— реакции переноса азота III: 81
Карбамоилфосфатсинтетаза II: 200; III: 97
Карбарил II: 105
Карбииоламины II: 88, 140, 143
— в альдолазе II: 164
— конфигурации II: 144
Карбоангидраза II: 140—142, 173
— крови II: 140—141
— трехмерная структура II: 141
— число оборотов II: 9, 141
Карбогидразы см. Амилазы, Гликозилтранс-
феразы
Карбодиимнд I: 161
N-1'-карбоксибнотни II: 196
— днметилэфир II: 196
— при брожении пропионовых кислот II:
353
---образовании карбамоилфосфата III:
97
у-Карбокснглутамииовая кислота Г. 270;
II: 389с
Карбоксилаза мочевины II: 200
Карбоксилазы биотиизависимые II: 194,
' 200
Карбоксилирование II: 89
— в синтезе пуринов III: 168
— .глутамата II: 390
---ингибирование варфарином II: 390
— зависимое от биотина П: 195
— и декарбоксилирование в биосинтезе II:
464—466, 483—485
•-------при восстановлении NADP+ II:
471
— механизм II: 390
— пирувата II: 471
— с участием ATP II: 170
Р-Карбоксилнрование II: 89
Карбоксилирующая система восстанови-
тельного пеитозофосфатиого пути II: 476
Карбоксилтраисфераза II: 195, 353
Карбоксилфосфат (карбоннлфосфат) II:
197с, 390
— в образовании карбамонлфосфата III:
97
Карбоксильная группа II: 157
----В белках I: 268
—-------пепсине I: 113
Карбоксильные группы, восстановление
II: 246—247
---- резонансная стабилизация II: 347
----энергия связи II: 227
N-карбоксимочевииа (аллофанат) II: 200
Карбоксипептидаза I: 91, 96; II: 42, 104,
115
— активный центр II: 115
— действие I: 168
Карбоиий-ион II: 95, 124
— в амилазах II: 102
----реакциях замещения II: 98—100
— механизм действия фумаразы II: 148
• — образование из алкеиов II: 147
— -родопсина III: 65
— стабилизированный II: 98, 493
Карбоннлфосфат (карбоксилфосфат) II:
197с, 390; III: 97
Карбонильная группа в метаболических по-
следовательностях II: 146
— — восстановление II: 239
----временное образование III: 138
---поляризация II: 103
----при образовании и разрыве цепей II:
472
•---присоединение I: 107; II: 140
----протоиироваиие с помощью фермен-
тов II: 111
— — реакционная способность II: 103
•--- ускорение реакции присоединения
или отщепления II: 146
Карбонильные соединения, круговой ди-
хроизм III: 26
Карбоновая кислота, перенос протона II:
57
Карвон II: 568
Кардамон, бориеол II: 568с
Кардиолипин I: 341, 342; II: 392
Кариес зубов II: 372
Карнитин II: 314с
— биосинтез II: 440; III: 106, 108
— недостаточность у человека II: 315
Карнозин III: 167
Каротин I: 25; 159, 342; III: 43
— биосинтез II: 574—575
— десатурация II: 574
— расщепление с помощью оксигеназы II:
435 576
Р-Кар’отии I: 26, 148с; II: 573, 574; III: 43
1 предметный указанию
4*1
Каротиноиды I: 146; II: 574—575
— биосинтез II: 573 (схема)
— в фотосинтезирующей единице III: 41
— защита хлорофилла III: 53
— как фоторецепторы III: 70
— образование из изопентилпирофосфата
II: 563
— прохождение через мембраны тилакои-
дов III: 54
— спектр поглощения III: 43
— фотореакцин III: 53
— эпоксидирование III: 54
Каррагенин I: 49
Карта электронной плотности I: 310
Картирование активных центров II: 43
— бактериальных хромосом ПГ. 257
— генов физическими методами III: 262
Картофель, соланидин II: 592, 593
Карцинома III: 292
Катаболизм II: 64, 81, 306
— аминокислот III: 88—89
— сахаров II: 335—357
— сопряжение с синтезом АТР II: 81
Катаболитная репрессия III: 204
Катаболические пути II: 306—360
Катал II: 8
Каталаза II: 273, 366, 376; III: 57
— молекулярная активность II,- 9, 376
— промежуточные формы II; 377
— у жуков-бомбардиров II: 404
Катализ специфический гидроксильным
ионом II: 52
— ферментативный, искажение конформа-
ций II: 99
---механизмы II: 46—63, 87—181
---многократная атака II: 103
---напряжение 11: 62
— — объемные изменения II: 62
--- протонирование карбонильной груп-
пы 11: 111
— — энтропия II: 61
---эффект сближения и ориентации II:
61—62
Катализаторы, ферменты II: 5, 41
Каталитические субъединицы I: 296
— циклы, общие свойства II: 323
---первичный субстрат II: 317
---прн биосинтезе 11: 323
Катаракта при галактоземии II: 523
Катенированные кольца III: 285—286
Катепсины II: ИЗ; III: 95
Катехол III: 150с
Катехоламнновые нейроны III: 338
Катехоламино-О-метнлтрансфераза (КОМТ)
III: 148, 336, 343
Катехоламины III: 335—338
— в центральной нервной системе III:
337—338
— метаболизм III: 148
— образование циклического AMP III: 351
ел/-Каурен II: 570с
Качательные («flip-flop») механизмы II:
119, 246
Квазисубстрат см. Псевдосубстрат
Квазнэквнвалентность I: 281—282, 291—295
— репрессора фага % III: 260
Кванты и фотосинтез III: 38
— света III: 8
— энергии III: 5
Квантосомы III: 46. См. также Фотосинте-
зирующая единица
Кверцитин, За-рамнозил-П-глюкозильиое
производное II: 567
Кверцитнназа II: 447
КДО см. Кетодезоксиоктонат
КД-спектр см. Круговой дихроизм
Кейзер, определение Ill: 6
Келоны III. 358
Кенгуровая крыса, ДНК III: 298
Кератансульфаты I: 116—117
Кератаны I: 117
Кератин I: 94
— матрица I: 94
— мнкрофибрнлл I: 94
Кетимин II: 220. См. также Шиффово осно-
вание
— в аспартатаминотрансферазе II: 231
— образование из пиридоксальфосфата II:
213с
а-Кетоадипинат III: 90, 109с
— образование из триптофана III: 156с
(5-Кетоадипинат III: 150 с
3-кетоадипоил-СоА прн катаболизме фено-
лов III: 150
З-кето-5-аминогексаноат III: ПО
(5-Кетоацил-АПБ II: 465
а-Кетобутират, биосинтез III: 105с, 106
— в биосинтезе изолейцина III: 113
— декарбоксилирование в пропионил-СоА
III: 111, 114
— конденсация с пируватом II: 490
— образование из треонина III: 106
— превращение в нзолейцнн III: 111
— стереохимия образования II: 217
а-Кетобутирнльная группа как простети-
ческая II: 234
Кетогенные аминокислоты III: 117—118
а-Кетоглутарамовая кислота II: 534
а-Кетоглутарат (2-оксоглутарат) II: 210,
318с, 319, 323, 457, 486; III: 90, 91, 95
— в биосинтезе II: 475, 458 (схема)
-----малат-аспартатном челночном меха-
низме II: 424
-----сукциннл-СоА II: 472
— как декарбоксилируемый косубстрат
11: 440
— обмен в митохондриях II: 423
— образование d-аминолевулнната III: 123,
124
— — из оксалоацетата II: 486
-----О-сукцннилбензоата III: 143
— прн брожении глутамата III: 102
— элонгация цепи III: 107
а-Кетоглутаратдегидрогеназы, механизм II:
271
— структура ядра II: 271
а-Кетоглутарат— синтетаза II: 273
а-Кетоглутаровая кислота, средняя степень
окнсленности II: 474с (схема)
2-кето-3-дезоксн-Г-арабонат — дегидратаза,
механизм II: 181
4-кето-6-дезоксн-СПР-глюкоза II: 222
Кетодезоксиоктонат (КДО) в клеточных
стенках бактерий I: 391, 392, II: 166
2-кето-3-дезокси-6-фосфоглюконат II: 344с
Кетоз II: 315, 335, 515
— прн диабете II: 505
— у коров Ц: 516
412' Предметный указатель
Кетозы I: 107. См. также Углеводы
e-Кетонзобутират, превращение в а-нзо-
пропилмалат II: 167с
e-Кетоизовалериановая кислота II: 489
--- как предшественник валина II: 490
Кетокислоты, конденсация Манниха III:
154—155
— как простетическне группы II: 232—237
— процесс удлинения цепи II: 480, 486
e-Кетокислоты (2-оксокнслоты) II: 319.
См. также по названиям
— в катаболизме III: 101
— декарбоксилирование II: 202
-----окислительное II: 206, 268
— с разветвленной цепью III: 116
— удлинение цепи II: 485—487
0-Кетокислоты, декарбоксилирование II:
161, 171 — 172
— промежуточные продукты в синтезе
жирных кислот II: 465
— расщепление II: 202
— реакции II: 215
D-кетоксилозы, реакция с сахарозофосфо-
рнлазой II: 96
0-Кетол, расщепление II: 202
Кетол-нзомеразы II: 154—155
Кетолы, конденсация II: 206
— образование II: 206
а-Кетолы, образование нз а-кетокислот II:
205
— реакция с тиамином II: 202
«Кетоновые тела» II: 315—317; III: 117
в метаболизме мозга II: 515
----- использование н качестве источника
энергии II: 316
Кетоиы, кислотные свойства I: 79
Кетопантоат-окснметилаза III: 176
Кетосоединения при эпимеризации II: 250
а-Кетоспирт, реакция с тиамином II: 202
Кетостероид-изомераза II: 89, 158, 159, 584
— скорость действия II: 9, 159
e-Кетотиолазы II: 89, 162. См. также Тио-
лазы
Килобазы III: 192
Килокалория I: 202
Киназа фосфорилазы II: 507, 508
-----активация II: 72, 509
-----субъединица, структура II: 508
Киназы II: 125—128
— в регуляции II: 69
— роль иоиов металла II: 125
Кинетика быстрых реакций II: 24—27
— реакций двойного замещения II: 97
— 11~ г1?"1 высоких концентрациях фермента
с участием нескольких субстратов II:
-----сахарозофосфорнлазы II: 97
-----ферментативных II: 5—39
Кинетическая кривая для ферментативной
реакции II: 6
— теория газов II: 16
— энергия движения I: 244
Кинетические изотопные эффекты I: 169;
II: 99—100
— параметры II: 11
— уравнения для сложных механизмов II:
23—24
Кинетический механизм «проб и ошибок»
III: 239
Кинетосома I: 37
Кинуренин III: 157
— образование III: 156
— превращение в аланин II: 221
Кннуренииаза III: 157
Кииуреновая кислота III: 156с, 157
Кислород (О2) II: 361
— активация гемопротеидами II: 366
— в биолюминесценции III: 71—74
— включение в неорганические соединения
II: 435
— ингибирование фотосинтеза II: 172
— конкуренция за СО2 II: 176
— образование из воды III: 37
----при фотосинтезе III: 51, 367
— парамагнетизм II: 366
— реакционная способность II: 366
— реакция с рибулозодифосфат-карбокси-
лазой II: 176
— существенность для клеток в анаэроб-
ных условиях II: 434
— четырехквантовой процесс образования
III: 51
Кислород-18 в исследовании ацетат-тиоки-
назы II: 135
-------действия биотина II: 197
-------гидроксилаз (оксигеназ) II: 434
—------СоА-трансфераз II: 138
— — реакциях карбоксилирования II: 173
— перенос диолдегидратазой II: 292
----от цитруллина на AMP III: 98
— свойства I: 169
Кислородпереносящие белки II: 367—370
Кислотно-основный катализ, мутаротацни
II: 50, 53—54
----согласованный II: 53
Кислотность II: 50—51
— бензойных кислот I: 235
— групп в ферментах IJ: 51
— енолов 1: 77
— жирных кислот I: 151
— значения рКа I: 218—219
-------изменение в фотовозбужденном
состоянии III: 33
— кетонов I: 79
— тиамина II: 202
— феннлуксусных кислот I: 235
— фенолов I: 235
Кислотный катализ II: 50—61, 111
Кислотоустойчивые бактерии III: 208
Кислоты, значения рКа и термодинамиче-
ских констант I: 218—219 (табл.)
— сила см. Кислотность
Кислые белки III: 304
— фосфатазы II: 119
Кистозный фиброз I: 40
Кишечная палочка (Escherichia coli) I:
14—22, 28, 181, 189, 283, 362; II: 117
----аминоацилирование тРНК III: 236
---- аспарагинсинтетаза III: 106
----аспартаткиназы III: 106
----ауксотрофы, нуждающиеся в амино-
кислотах III: 245
----бактериофаг I: 286, 290; III: 206, 259
----белкн I: 170 (рис.)
----белок оболочки I: 391
Предметный указатель <123
Кишечная палочка, биосинтез ароматических
соединений III: 138
—выращивание на среде с l5NHT III:
----ген тирозиновой тРНК III: 220
----глноксилатный путь II: 480
----глутаматдекарбоксилаза II: 224
— — глутаминсинтетаза Ш: 91, 92
----дегидрогеназы а-кетокнслот II: 270
----ДНК-лигаза Ш; 198
----дыхание с использованием нитрата
II: 430
— — жгутики I: 273
— — карбамоилтрансфераза I: 296
----карбамоилфосфатсинтетаза III: 97
— — клонирование рекомбинантных моле-
кул III: 296
----«кувыркание» III: 348
----мембраны наружные I: 390—394
----метаболизм нуклеотидов III: 164
-------серы III: 132—133
— — метил-H4F0I: гомоцистеин — трансме-
тилаза II: 297
----М'РНК 1П: 200
— — мутанты I: 347; II: 279, 399
-------в биосинтезе ароматических соеди-
нений III: 137
----nmber-мутанты III: 274
----мутаротаза II: 60
— — ненасыщенные жирные кислоты I: 347
----ннтрнтредуктаза II: 430
----образование оксалоацетата II: 325
----оперой рибосомных белков III: 240
— — gal-оперон III: 202
----/ас-оперон III: 201 (схема)
----«stringents-ответ III: 245
— — пептидогликан I: 389
----пили I: 273
— — пирофосфатаза II: 120
----пируват- и а-кетоглутарат — дегидро-
геназы II: 270
----пируватоксидаза II: 272
------ повышение концентрации сАМР III:
352—353
— — поглощение аминокислот I: 360; II:
424
-------железа III: 127
— — предшественник рибосомной РНК
III: 217
— — — тирозиновой тРНК, последова-
тельность III: 221
--- размер генома I: 28; III: 184
— — рибонуклеотидредуктаза III: 163
рибосомы III: 227—228
----5S-PHK Ш: 230
РНК-полимераза III: 206
— — связывающие белки I: 358
синтез белка III: 194, 227
— — — жирных кислот II: 485
— — скорость синтеза рибосом III: 217
----смешанное кислое брожение II: 350—
352
----снижение репарирующей способности
III: 291
----содержание GC-nap в ДНК I: 138
----состав I: 154
-г- — способность к выражению эукарио-
тических генов III: 295
----стационарная фаза III: 100
----сукцинил-СоА — синтетаза II: 135—
136
----супероксиддисмутаза III: 52
----температурочувствительные мутанты
III: 276
----транскрипция III: 216—217
•---трансляция рибосомами III; 195
----транспорт калия I: 360
----триптофановый оперой III: 205
----трнптофансинтетаза III: 251
— — р-фактор III: 215
----факторы пола III: 189
----фосфатидилсерин-синтетаза III: 246
----хемотаксис III: 347
— — хромосома I: 18; III: 184, 197, 255,
257, 271
----хромосомная карта III: 184—189
— — число сериновых кодонов III: 238
----штамм В III: 249
----штамм К 111: 191, 249
----Hfr-штаммы III: 190, 191
----щелочная фосфатаза II: 119
----электронная микрофотография I: 16
----эксперимент Херши и Чейза III: 183
----сАМР II: 71 III: 204
Кишечнополостные I: 156
Кишечные бактерии, смешанное кислое бро-
жение II: 350
Кишечный эпителий, биосинтез триглицери-
дов II: 555—556
----влияние витамина D II: 589
----щелочная фосфатаза II: 119
Кладиноза II: 562с
Кластер генов III: 301
Клатрин III: 331
Клетки, азотфнксирующий потенциал Ш:
82
— волокнистые I: 61
— время генерации II: 39
— выбор направления дифференцировки
III: 360
— деление I: 39: III: 263, 264 (схема)
----подавление и стимуляция Т-клетками
III; 336
— животных, потенциал деления III: 360
— иммунологической памяти, долгоживу-
щие III: 366
— как «мешок» с ферментами II: 502
— коммуникативные связи I: 58
— костной ткани, влияние аспирина II:
554
— крови I: 54. См. также. Эритроциты
----образование III: 364
— культура I: 55
— — потенциал деления III: 360
— мезенхимы I: 54
— мезофила III: 59
— мембрана см. Клеточная мембрана
— мишени для гормонов I: 64
— мозга, агрегация III: 359
----транскрипция III: 350
— неорганические компоненты I: 37, 154—
155
— «ответчики» III: 317
— печени, возникновение III; 357
----узнавание I: 61
— плазмы III: 366
424 Предметный указатель
Клетки плоского эпнтеля I: 54
— поверхность см. Клеточная поверхность
— поджелудочной железы, атрофия III:
295
— почки, узнавание I: 61
— продуцирующие антитела, дифференци-
ровка III: 365
— прокариот, определение I: 14
— пространственная организация II: 68
— Пуркинье, полиплоидность III: 363
тормозное влияние III: 330
число синапсов III: 325
— размеры I: 26
— растении, влияние гиббереллинов I:
395—397
— — волокна I: 25
— Реншоу III: 327
— саркомы, фактор роста нервов III: 357
— «сенсорные» III: 317
— сетчатки III: 359
— скорость роста II: 40
— слияние I: 357; III: 268—269
— состав I: 156—158 (табл.)
— стволовые III: 354
-----дифференцировка II: 362
— стенка см. Клеточная стенка
— • узнавание иммунологическое III: 360
— фазы роста II: 39, 40
— фракционирование I: 158—159
— цилиндрического эпителия I: 54
— человека III: 226
— чувствительные к гормону, транскрипция
III: 316
В- и Т-клетки см. Лимфоциты
Клеточная мембрана I: 14, 15
— поверхность, липиды II: 550—551
-----полисахариды II: 495
— стенка I: 15, 17, 21, 30
-----бактерий I: 388; II: 224
-----растений I: 395—397
Клещи I: 53
Клои I: 55; III: 185, 256
Клонирование молекулярное III: 295, 296
Клостридии II: 426
— белкн с негемовым железом II: 379—383
— декарбоксилирование пирувата II: 272—
273
— отсутствие гема III: 366
— пируват : ферредоксин — оксидоредукта-
за II: 351
Клострнпаин II: 114
Ключевые промежуточные соединения в
биосинтезе II: 457
Киидарии (кишечнополостные) I: 50
Кобаламин II: 284—288, См. также Циа-
нокобаламин. Витамин В12
Кобалокснм II: 295с
Кобальт I; 154, 267; П: 295
— в витамине Bi2 II: 284, 286
-----транскарбоксилазе II: 200
-----ферментах I: 156
— карбоксиметильное соединение II: 299
— «иеобменноспособные» комплексы II: 506
— потребность у жвачных животных II:
286, 516
— связь с углеродом II: 284
Кобальт (II) в термолизние III: 32
— как флуоресцентный зоид III: 32
Кобра, яд III: 334
Ковалентная модификация II: 69
— — прогормонов и гормонов III: 322
Ковалентные радиусы I: 68 (табл.)
Ковалентный катализ II: 61
Код молекулярный, основа обучения III:
351
Кодирование в ДНК III: 192
— молекулярное III: 351—352
Кодоны I: 18; III: 200
— инициирующие III: 243
— количество III: 193
— 1ас-промоторно-операторный участок III:
203
— таблица III: 192, 193
— терминирующие Ш: 194, 243, 253
Кожа III: 292
— микроорганизмы II: 550
— пигменты III: 148
— эмбриогенез III: 356
Козимаза II: 240
Кокарбоксилаза II: 207
Коконаза II: 108
Кокцидия I: 43
Колбочки III: 61—62, 329
— синапсы Ш: 327
Колебания молекул, нормальные III: 10, 15
------- скелетные III: 10
— — типы III: 10
Колебательная энергия, диссипация в воз-
бужденном состоянии III: 29
Колебательные полосы III: 17
---в КД-спектре фенилаланина III: 25
— уровни энергии III: 8—13
-------газообразного НС1 III: 10
-------молекулы водорода III: 10
Коллаген I: 37, 90, 92, 94, 102, 117; II: 447,
497—501
— • в костях I: 373
— генетические дефекты II: 500
— гены II: 500
— катаболизм III: 103
— недостаток типа III II: 500
— переход спираль — клубок II: 417
— распад II: 114
— типы II: 500
— фибриллы (электронная микрофотогра-
фия) I: 93
---дезорганизованные при дерматоспа-
раксисе II: 500
Коллагеназы III: 95
Коллагеновый мономер (тропоколлаген) II:
498
Коллектор фракций I: 163
Колленхима I: 61
Колицин III: 232, 257, 306
Колнцин Е-1, плазмида III: 277
— Е-3 III: 257
Колициногенные факторы III: 257, 269
— — «физические карты» III: 263
Коловратки I: 52; III: 352
Коломиновая кислота, биосинтез II: 522
Колонки с обращенной фазой I: 160
Колхицин I: 276—279
— • биосинтез III: 155—156
— при лечении подагры III: 172
Кольца Бальбнанн III: 296, 297
Кольцевой ток в ЯМР-спектроскопии I: 185
Кольцевые димеры III: 285
Кольчатые червн (аинелиды) I: 53; III: 352
Коммуникативные связи I: 59
Коммуникация клеток I: 55; III: 316—364
Комплемент I: 385, 387—388
Комплементарность II: 42, 43
— аминокислот « карбонила II: 144
— принцип I: 242
Комплементацнонный анализ III: 259
----фага Т4 III: 253
КОМТ см. Катехоламин—О-метилтрансфе-
раза
Кональбумнн III: 128
Конвульсии, недостаточность витамина В6
II: 211
----у-аминомасляной кислоты III: 340
Конденсация, альдольная II: 162—170
— а II: 201, 205, 472, 490
— ₽ II: 86, 162, 472, 473
— Клайзена II: 561, 562
— Манниха III: 154
----с кетокислотами III: 154—155
Конидии I: 47
Коннфернловый спирт III: 152с, 153
----радикалы III: 153
Конканавалин А I: 101, 281, 379—380
— прн захвате Са2+ II: 71
— [5-структура I: 379
— субъединица, структура I: 379
Константа (ы) взаимодействия I: 302
— диссоциации I: 243; II: 12, 27
— — кажущиеся I: 223
----комплекса фермент — ингибитор II:
27
-------фермент — субстрат II: И—12
— замещения в уравнении Гаммета I: 235,
236 (табл.)
----по Тафту I: 236 (табл.), 238
— ингибирования II: 27
— Михаэлиса II: .11, 18
зависимость от pH II: 58
— образования I: 243. См. также Констан-
ты равновесия
— — для стадий реакции I: 253
пар оснований I: 136
радикалов флавина II: 263
— — шиффовых оснований II: 144
— — хелатов Fe2+ III: 127
— последовательных стадий связывания с
лигандами I: 252—253
— равновесия I: 210. См. также Констан-
ты образования, Константы диссоциации
— — влияние pH I: 223—224
—- — для взаимодействия ионов металлов
I: 265
----гидролиза I: 217, 219
----днмернзацнн белка I: 299
----диссоциации I: 243
----нзмененне с температурой I: 212
----кажущаяся I: 211
— — как отношение констант скоростей II:
10
---- карбоксилирования пропионнл-СоА
II: 195
----микроскопическая I: 254—261
----образования I: 243
-------радикалов флавина II: 263
----последовательных стадий связывания
I: 265
----предсказанная уравнением Гаммета
I: 235
----переамнннрования глнокснлата HI-
120
— связывания I: 249—268
— — биотина авнднном II: 201
— — истинная I: 257
----комплексов металлов I: 264 (табл.)
----микроскопическая I: 254
------- олигомеров 1: 299
—------протонов I: 255
— седиментации I: 163, 181, 182
----ДНК I: 139—140
---- молекулярные веса I: 182
— скорости II: 9, 16
----для реакций переноса протонов II:
56
— — по уравнению Гаммета I: 235
экспоненциального роста II: 40
— спнн-спинового взаимодействия I: 185
186
— тушения III: 30
Конститутивные ферменты II: 65, III: 203
Контактное торможение I: 61; III: 288,
359—360
Контакты 1: 58
— десмосомы I: 58
— плотные I: 58
— щелевые I: 50
Контрацептивные препараты II: 591
Контроль метаболизма см. Регуляция
Конфигурация I: 108. См. также Инверсия
конфигурации
— аминокислот I: 70—72
— зеркальное отображение I: 70
— Кана — Ингольда — Прелога терминоло-
гия I: 72—73
— Левая I: 72
— правая I: 72
— сахаров а I: 108
Р I: 108
— DL I: 71-72
— AS I: 72—73
Конформационные нзменення бактериаль-
ных жгутиков I: 282
----бактериофагов 1: 329
----белков II: 59
----в экворине III: 74
-------ионных насосах I: 364
-------процессе катализа II: 101—102
— — высвобождение ацетилхолина III: 349
----гемоглобина I: 307
----— прн окислении II: 368—369
----головки мнозина II: 415—417
----иммуноглобулинов I: 385
----индуцированные металлом I: 156
-------фосфорилированием II: 139
----кооперативные I: 297—317
----кофермента II: 232
•---медленные, с сигмоидной кинетикой
II: 38
----нуклеиновых кислот I: 145—146
— — полипептидов I: 105—106
----прн окислительном фосфорилирова-
нии II: 414
— — — открывании каналов III: 66—67
-------связывании Na+ антаманидом I:
368
426 Предметный указатель
Конформационные изменения репрессора
III: 202
---ретиналя III: 66
---рецепторного белка I: 386
---тРНК III: 239
---родопсина III: 66
— — связанные с протонированием I: 263
---сопровождающие действия дегидроге-
назы II: 245—246
---тропонина I: 325
---фаговых субъединиц I: 330
---ферментов II: 35—39
— •— химотрипсина II: 111
Конформационные карты I: 89
— — инсулина I: 90
— параметры белков I: 100
— формулы I: ПО
Конформация анти I: 73. См. также Кон-
формационные изменения и конформаци-
онные карты
— «асимметричной ванны» II: 156
— гош I: 74
— «завиток» ВТМ I: 295
— заслоненная I: 73
— квазиэквивалентность I: 291
— «конверт» I: 76, 128
— «кресло» I: 75
— «лодка» I: 75; II: 102
— малых пептидов I: 187
— молекул I: 73—76
— нуклеотидов I: 124, 128—129
— определение у макромолекул I: 183—191
— полисахаридных цепей I: 118—121
— «полукресло» II: 98
— предсказание I: 99
— преимущественная I: 73
— сахаров I: НО, 113
— «серпа» I: 74
— скошенная (гош-) I: 74, 128
чг«т«- син-Конформация нуклеотидов
Конформеры I: 297; II: 36
Концевые «колпачки» мРНК III: 224с, 237
— пластинки, миниатюрные потенциалы III:
331
Концепция ключевых ферментов II: 63
— многократной атаки II: 103
Конъюгация бактериальная II: 189
Кооперативное связывание I: 301
— — кислорода I: 302, 304
— — протонов I: 262; II: 59
---субстрата II: 39
---эффекторов II: 38
Кооперативность в мембранной проводимо-
сти I: 372
—• физиологическое значение I: 305
Кооперативные процессы I: 142, 261—263,
273
11^Фекты в каталитических процессах II:
Координация движений, роль мозжечка III:
329—330
Координаты реакции II: 47
Координированная репрессия III: 160
Копалилпирофосфат II; 570
Кополимераза III* III: 277
Копропорфирины II: 365
— вывод из организма III: 129
С-Копростанол, образование II: 581
Копчиковая железа II: 550
----секрет II: 546
Кора головного мозга III: 319, 328
-------лимбическая доля III: 330
Корепрессор, аминоацил-тРНК III: 205
Коричная кислота II: 237, 565; III: 151,
152
Коричное масло III: 152
Корневые волоски, размеры I: 63
Корненожки I: 43
Корриновый цикл II: 284, 286—287
Коррины, биосинтез III: 125—126
Кортизол II: 584; III: 321
— выделение при голодании II: 515
Кортизон II: 585
Кортикостероиды II: 584—586
— аитнвоспалительное действие II: 585
— иг.ибирование секреторной активности
гипофиза III: 339
Кортикостерон II: 444, 585с; III: 321
Кортикотропин (адренокортнкотропнн,
АКТГ) I: 86с, 386; II: 70, 585; III: 317,
320
— влияние на способность к обучению III:
342
— высвобождение сАМР III: 316
— регуляция секреции III: 317
— связывание на поверхности клеток III:
316
Косиитетаза, недостаточность III: 129
Кости I: 54, 373
— влияние 1,25-диоксихолекальцнферола
II: 589
— деминерализация II: 588
— при рахите II: 586
— рост II: 590
Костный мозг, лимфоидные клетки III:
364—365
----развитие В-клеток III: 365
Коттон-эффект III: 25
Кофактор, содержащий молибден III: 86
Кофеат см. 3,4-диоксициниамат
Кофеин III: 170, 171с
Кофермент А (СоА) II: 81, 190—193, 191с
----биосинтез III: 115
----функции II: 192—193
— витамин В12 II: 283—300, 333. См. так-
же Кобаламин
-------неферментативное расщепление
III: 289
-------ферментативные функции II: 290—
291, 292—297
----— фоточувствительность II: 283
— М II: 298с
— Q см. Убихинон(ы)
Кофермент А-трансферазы (СоА-трансфера-
зы) II: 138, 329; III: 102
— ген, локализация, III: 186
— при пропионовокислом брожении II: 353
Кофермент В12-зависнмые реакции II: 290—
391, 307
Коферментные формы фолиевой кислоты
II: 277—278. См. также Фолиевая кисло-
та
----------биосинтез III: 173—>175
Коферменты I: 136, 154; 186—301. См. так-
же по названиям коферментов
предметный указатель
Коферменты переноса водорода II: 237—268.
См. также по названиям
— электронный поток II: 57
Кошка сиамская, мутация III: 253
Кошланда модель I: 297, 301
Коэффициент активности I: 211
— вращательной диффузии II: 17
— диффузии II: 14
— экстинкции, молярный III: 8
Крахмал I: 114, 119
— биосинтез II: 522, 535
— превращение в малат III: 60
— фосфоролиз II: 95
Креатин, синтез III: 98—99
Креатинин III: 99
Креатинкиназа Ill: 98—99, 83
— активный центр II: 129с
Креатинфосфат II: 418; III: 83, 99с
— как «энергетический буфер» III: 99
— концентрация в мышцах II: 418
м- и n-Крезол, катаболизм у бактерий III:
150с
Кремний I: 121—122, 154
— в костях 1: 122
------мукополисахаридах I: 122
Крепининовая кислота I: 151с; II: 550
«Кресло», конформация I: ПО
— в холестаноле II: 579
«Крестообразная» форма нуклеиновых кис-
лот I: 146; III: 203, 204, 301
Кривая логарифмически-нормального рас-
пределения, описание спектров III: 16
— связывания, гиперболическая I: 251
Кривые Морзе III: 9
— насыщения I: 250—254
— потенциальной энергии и электронные
спектры III: 14
— реассоциации I: 144
— ренатурации ДНК III: 299
— связывания I: 250—254
Кристы I: 33; II: 394
Кровяные пластинки (тромбоциты) I: 55;
II: 549
Кроссинговер Г.: 40; III: 265, 266
— между сестринскими хроматидами III:
363
— неравный III: 287, 298, 363, 365, III: 287
— у дрозофил III: 249
Кротоназа см. Енонл-гидратаза
Кротонил-СоА II: 146; III: 103, 109с
— восстановление в бутирнл-СоА III: 103
— дисмутация III: 102
— прн брожении глутамата III: 103
масляной кислоты 11: 354
Круговой дихроизм (КД) I: 191; III: 23—
27
белков III: 26 (рис.)
-карбонильных соединений III: 26
------ константы связывания, определение
I: 250
медьсодержащего белка II: 25
п—>-л*-переходов III: 26
правила октанта III: 26
связанных PLP и РМР II: 231; III:
26
-связь с ДОВ III: 25
фенилаланиновых остатков III: 26
Крупный рогатый скот, кетоз II: 516
Крыса, взаимопревращения сеоина и глици-
на II: 279
— печень, состав I: 157
— синтетаза жирных кислот II: 485
— сывороточный альбумин II: 495
— устойчивая к варфарнну II: 390
Ксантнн III: 171с
— экскреция III: 173
Ксантнндегидрогеназа, молибден III: 85
Ксантиноксндаза II: 265; III: 171
— в метаболизме пурина III: 170
— ингибирование III: 172
— механизм действия II: 265—266
— не содержащая металл III: 86
— образование суперокснд-радикала II:
268
— сигналы ЭПР II: 266
Ксантннрибонуклеотид, синтез III: 169
Ксантозин-5'-фосфат II: 74
Ксантоптернн II: 276с
Ксантоуреновая кислота II: 156, 157
— — образование III: 156с
Ксантофиллы II: 574
— в хлоропластах III: 43
Ксеродерма пнгментосум III: 292
Ксилан(ы) I: 111, 114
— биосинтез II: 522
— у растений, спиральные структуры I: 121
Ксилема I: 61, 62
— образование из камбия III: 354
— транспорт веществ III: 323
Ксилоглюканы в клеточных стейках расте-
ний I: 395
D-ксилоза (Xyl) I: 109с, 114
P-D-ксилоза I: 111с
L-ксилоза II: 526
Ксилулоза, восстановление до ксилита II:
525—526
D-ксилулоза, биосинтез II: 525—526
L-ксилулоза II: 526
— образование из аскорбиновой кислоты
II: 525
Кснлулозо-5-фосфат II: 341с
Кукуруза III: 266, 267, 308
Кулон I: 245
— численное значение I: 201
n-Кумарат (4-окснциннамат), в растениях
III: 142, 143с
Кумарин II: 389; III: 152
Куриная слепота II: 576
Кутикула I: 30
— растений I: 62
Кюрн (Ku) I: 170
СоА см. Кофермент А
CRP см. Белок-активатор катаболита
(САР)
Лазеры III: 7, 65
Лакказа II: 448
Лаковое дерево II: 446
Лактаза, недостаточность II: 524
а-Лактальбумии II: 531—532
Лактаразулен II: 569
Лактат как продукт брожения II: 85, 348
(схема), 356
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— образование нз глюкозы II: 345
— пропионовокислое брожение II: 352
D-лактат III: 114
— в бактериях II: 338
— дегидрирование II: 425
— образование нз метилглнколя II: 90
-------хлорпропноната II: 94
L-лактат II: 34, 67с, 86, 337
— образование в мышках II: 345
— превращение в гликоген II: 345, 481—482
Лактатдегидрогеназа I: 281; II: 34, 468;
III: 118
— активный центр II: 244
— в гликолизе II: 338
— изоферменты II: 67
— инактивация бутандионом II: 245
— • ингибирование пируватом II: 251
— стереохимия II: 243
— структура II: 243—244
L-лактатдегндрогеназа дрожжей II: 267
Лактатоксигеназа II: 273, 437
Лактил-СоА II: 334
Лактобацилловая кислота I: 151с
Лактоза I: 112, 113с,,114
— биосинтез II: 522
— в индукции фермента II: 66
— влияние на транскрипцию гена III: 353
— ан Р-конфигурацин I: 113, 114
— непереносимость II: 524
— оперон III: 187
— рост Е. coli III: 200
— синтез II: 531
Лактозилцерамнд II: 543
Лактозосннтетаза II: 531
— марганец III: 52
Лактон D-глюконовой кислоты II: 257с
— мальбионовой кислоты II: 101
Лактопероксндаза I: 353; II: 378
Лактоферрин III: 128
Ландыш, гликозиды II: 592
Ланолин II: 58
Ланостерин II: 90с, 580, 581
— образование из сквалена II: 579—580
— перегруппировка в синтезе II: 90
— превращение в холестерин II: 580
Лантаниды см. Ионы лантанидов
Латиризм II: 501; III: 134
Лауриновая кислота I: 149
в клеточных стенках I: 392
Леггемоглобин III: 82, 83
Лейкодистрофия Краббе II: 544
Лейкодофахром III: 149
— пр,н образовании меланина III: 148
Лейкоз II: 279; III: 241
Лейкоптернн II: 276
Лейкоциты I: 54
Лейцнн, биосинтез II: 90, 177, 490; III: 113
(схема)
— в синтезе полнкетида II: 563
• — катаболизм II: 564; III: 115 (схема)
— кодоны III: 192, 193
— метаболизм III: 115—118
— образование нз ацетолактата II: 206
— полипептид с регулярным чередованием
III: 194
— прн болезни «кленового сиропа» III: 116
— синтез жирной кислоты I: 150; II: 546
— структуры-предшественники в синтезе
жирных кислот II: 546
L-лейцнн (Leu) I: 81с, 97; III: 115
Лейциновые остатки, перенос на белкн II:
497
Лейцинэнкефалин III: 346с
Леканоровая кислота III: 177
Лекарственные вещества II: 32, 33. См.
также по названиям
— — влияние на ферменты II: 27
метаболизм II: 443—444
— — от психических болезней II: 342—344,
341с
при тромбоэмболических заболева-
ниях, антагонисты витамина К III: 389—
390
фторсодержащие II: 321
— — чувствительность различных видов
II: 75
Лектиноподобные белки I: 381
Лектины I: 378
Лемур, рибофлавин в тапетуме II: 256
Ленточные черви I: 52
«Летальный синтез» II: 320
Лецитин см. Фосф атнднлхолнн
Легкие, эмбриогенез III: 356, 357
— катаболизм простагландинов II: 553
— тучные клетки I: 117
Лед, водородные связи I: 246
— остаточная энтропия прн абсолютном
нуле I: 247
— плавление I: 204
— скорости реакций II: 56
— структура I: 246—247
-в жидкой воде I: 247
Лназы II: 75, 166
— определение II: 75
Либриум см. Хлордназэпоксид
Лигазы в репликации по механизму «раз-
матывающегося рулона» III: 278
— определение II: 75
Лигнины III: 149, 153с
— биосинтез III: 152—153
— в клеточных стенках растений I: 386
— промышленное значение III: 154
— растворимость III: 152
Лизергиновая кислота III: 158с
------диэтнламнд (ДЛК) III: 158, 347
— — образование из триптамина III: 158
Лизис клетки вирусами III: 258
Лнзнл-тРНК, связывание с рибосомами III:
194
Лнзилоксидаза II: 498, 501
D-лизин, расщепление III: 109, 111
L-лнзнн (Lys) I: 83с, 307, 360; II: 477; III:
90, 109—111
— ацетилирование III: 302
— биосинтез II: 167, 485, 486; III: 80, 104,
107 (схема), 108
— в активном центре рибонуклеазы II:
120
— — альдолазе II: 163
------гемоглобине I: 314
------пептидогликанах I: 389
------рибосомных белках III: 228
------синтезе пептидогликанов II: 540
предметный указатель
L-лнзни, гндрокснлнрованне II: 497—498
— декарбоксилирование III: 100
-— как необходимый компонент пнщн III:
106
— катаболизм III: 108—111, 109 (схема)
— кодоны III: 192, 193
— метилирование III: 302
— образование из аспартата III: 106
— Р-окисление III: 108
— регуляция синтеза II: 70
— шиффово основание с кетоглутаратом
III: 107
— рКа II: 51
Ь-лизнн-2,3-амнномутаза III: ПО—111
D-a-лнзннмутаза II: 290
— • необходимость в пнридоксальфосфате II:
296
L-P-лнзннмутаза II: 290; III: 111
— необходимость в пирувате II: 296
Лизинокснгена’а II: 437; III: 104
Лизогенное состояние III: 258, 261
Лизосома I: 26, 34; II: 68, 114, 554; III:
326
Лнзосомные болезни накопления II: 541—
546
— ферменты I: 357; II: 502
Лизоцим I: 96, 97с
— активный центр I: 97
— бактериофага I: 329; III: 260
— кинетические изотопные эффекты II: 99
— микроскопические рКа II: 99
— яичного белка II: 98—99
Ликопен II: 573
— биосинтез II: 574
— спектр III: 20
Лимбическая кора, локализация III: 319
— система III: 330
-Лимонная кислота, синтез II: 166
— — средняя степень окнсленности II: 474
Лимфатические узлы, клетки III: 364—365
Лимфоидные клетки, дифференцировка III:
364—365
— — стволовые III: 364
Лимфоциты I: 54, 365—366, 386
— В-клеткн I: 378; III: 364, 365—366
— Т-клетки II: 71; III: 364, 366
— недостаточность III: 171—172
— распад II: 585
— человека, слияние с клетками грызунов
III: 268
М-линин I: 318, 320
Линкомицнн III: 240
Линолевая кислота I: 151
---как незаменимый компонент пищн II:
549
Линоленонл-СоА II: 548
Липазы I: 172, 181
— активация гормонами II: 556
— отсутствие прн болезни накопления хо-
лестерина II: 584
Липидные бнслон, модель структуры мем-
бран I: 338, 343, 350
--- электронная микроскопия I: 339
— переносчики II: 537—540
Лнпнды I: 146—154, 147—151с
— в мембранах I: 341—352
— клеточной поверхности II: 550—551
— полярные компоненты I: 147
___ растворимость I: 146
— с эфирной связью II: 558—560
— содержание в тканях I: 156
— строительные блоки I: 146—148
Липоамнд-дегидрогеназа II: 258
Лнпоат см. 'Лнпоевая кислота
Лнпогенез II: 516
Лнпогрануломатоз II: 544
Липоевая кислота II: 268—275, 269с, 351
------ напряжение кольца II: 269
------ прикрепление к белкам II: 269, 497
Липоксидаза (липоксигеназа:) II: 436, 549
Липополисахариды I: 178, 283, 355, 391
— пирогенное действие I: 392
_ структура, определение I: 178
Лнпопротендлнпаза II: 556
Липопротеиды I: ЮЗ; II: 73
— низкой плотности I: 104
.— -- — комплексы с холестерином II:
583
------ — рецепторы II: 583—584
Липосомы I: 357
Липотропин III: 320, 321
_ метнононэнкефалнн Ш: 346
Липофусцины II: 388
Литий I: 362
Литотрофные организмы см. Хемолнтотроф-
ные организмы
Лихорадка, кетоз II: 516
Лишайники I: 50
— леканоровая кислота III: 177
— орселлиновая кислота II: 561с
Лук, число хромосом I: 39
Льюисовская кислота II: 142
Люлибернн I: 86с
Люминесцирующие бактерии III: 71, 74
Люминол III: 72с
Люмиродопснн III: 65
Лютеин III: 43
Лютропин (лютеинезнрующнй гормон, ЛГ)
II: 590; III: 320
Люцифераза III: 71
Люцефирнладеннлат III: 71, 72с
Люцефнрнлсульфат Renilla III: 71, 72с
Люцефнрнн светляка III: 71, 74
Люцефирнны Cypridia, Latia, Renilla III:
71, 72c
Магний I: 154, 325; II: 129. См. также
Ионы магния
_ в костях I/ 373; II: 130
—. в хлорофилле II: 130; III: 40, 42, 47
Магний-протопорфирнн-lX, метиловый эфир
III: 125
Магнитная проницаемость III: 7
а2-Макроглобулины (IgM) I: 103
___ гомогенные I: 382
Мак снотворный III: 155
Макромолекулы. См. также Полимеры
__ связывание I: 252—254
___ упаковка 1: 270
Макромолекулярные структуры, самосбор-
ка I: 326—331
Макрофаги, влияние на реакцию В- клеток
III: 366
Максимальная скорость (Ук«кс), зависи-
мость от pH II: 58
430 Предметный указатель
Максимальная скорость реакции, катализи-
руемой ферментом II: 11
L-малат II: 147, 169, 319. См. также Ма-
леиновая кислота
— в вакуолях III: 60
---малат-аслартатном челночном меха-
низме II: 424
---сериновом пути II: 479
---цикле трнкарбоновых кислот II: 325
(схема)
— обмен в митохондриях II: 423—424
— образование из фумарата II: 60
— окислительное декарбоксилирование III:
59
— расщепление до ацетн л-СоА II: 170
Малат-аспартатный челночный механизм II:
423—424 (днагр.)
Малатдегндрогеназа I: 181; II: 309, 326,
468, 471
— антикооперативность II: 245
— стереохимия II: 243
Малатион II: 105
Малат-синтетаза II: 480, 481
— в цикле днкарбоновых кислот II: 330
Малеатизомераза II: 151
Малеилацетоацетат III: 144с
— изомеризация II: 151, 179
Маленлпируват III: 150с
— изомеризация II: 151
Малил-СоА II: 479
— в сериновом пути II: 478
Малонат II: 318, 320с
Малонил-СоА II: 198, 325, 333с, 464—465,
487
— биосинтез жнриых кислот II: 334, 464—•
466
— стимуляция образования цитратом II:
516
Малониловая группа как [5-карбоксилиро-
ванная ацетильная группа II: 487
Малоновая кислота, рАа I: 258
Малоновый альдегид из полиеновых кислот
II: 387, 389с
---шиффовы основания с белками II:
388
— амид в синтезе полнкетнда II: 563
Мальвндни II: 565
Мальтоза I: 107с, 113, 172
а-Мальтоза, действие [5-амнлазы II: 103
Малярия I: 43, 315; III: 295
— сопротивляемость II: 371
Маниакально-депрессивный психоз III: 344
Маннан-белковый комплекс в клеточных
стенках I: 397
Маннаны I: 114
— биосинтез II: 522, 540
Манноза (Man) I: 109с
— в гликолипидах I: 151
— — иммуноглобулинах I: 383
Маннознльная группа, перенос II: 538, 540
Маннозо-6-фосфат, образование при фото-
синтезе II: 477
— равновесие с фруктозо-6-фосфатом II:
521
Маннозо-6-фосфат — изомераза, цинк II:
156
a-D-Маннопираноза, связывание с конка-
навалином А I: 379
Марганец I: 154, 267. См. также Ионь»
марганца
— замещение магния III: 53
-----цинка III: 53
— концентрация у бактерий III: 53
— роль в фотосинтезе III: 41, 46, 50—51
— симптомы недостатка III: 52—53
— содержание в тканях III: 52
Марихуана III: 347, 569
Масла, состав I: 153
Масло гаультернн см. Метилсалнцилат
— горького миндаля см. Амигдалин
Масляная кислота и брожение II: 353—355
Маслянистые семена, глиоксилатный путь
II: 480
Матрица в синтезе нуклеиновой кислоты
II: 494
Матричная цепь III: 196, 197
Мгновенная скорость II: 6
Мевалоновая кислота II: 490с, 564
-----биосинтез II: 563
-----в биосинтезе холестерина II: 490
-----как фактор роста II: 490
Мегакариоциты I: 55
— возникновение III: 364
Мегалобластическая анемия II: 287
Медиатор I: 60
— высвобождение III: 327
Медицина, роль биохимиков III: 367
Медуза I: 50
— биолюминесценция III: 74
Медь I: 154, 267; II: 445—449. См. также
Ион (ы) медн
— в ферментах I: 156; II: 445—449, 498
-----цитохромоксндазе II: 376
— голубые белки II: 446
— как необходимый компонент пнщи II:
445—449
— концентрация в митохондриях I: 156;
II: 397
— накопление при болезни Вильсона II:
445, 448
— недостаток III: 48
— — у животных II: 445
— отсутствие в молочнокислых бактериях
III: 126
— функция в гемоцианине II: 369—370
Медьсодержащие белки II: 445—449, 498
Медьсодержащий белок, спектр КД III: 25>
Международная система единиц I: 12
Международный биохимический союз II: 75
Межклеточная перегородка I: 17
Межклеточное вещество I: 54, 115
Межмембранное пространство II: 395
Межъядерные расстояния, измерение с по-
мощью магнитной релаксации II: 128—
129
Мезаконат в брожении глутамата III: 102с
Мезодерма III: 355, 356
Мезодермальные клетки III: 357
Мезосома I: 15, 21
Мезосомальные клетки III: 356
Мейоз I: 39; III: 265, 266 (днагр.) 286,
287
Меланины II: 447; III: 144, 148
— биосинтез III: 148, 149 (схема)
Меланолибйрнн III: 319
Меланосомы III: 148
Предметный указатель ;43>
а-Меланот^опин, С-концевая амидная груп-
Меланотропины III: 320, 321с
Меланоцнтстнмулирующий гормон III: 319,
342
Меланоциты II: 447; III: 148
Мелатонин III: 157, 320, 339
Мелат-синтетаза А, геи, локализация III:
186
Мембранные белки хлоропластов III: 270
Мембранный потенциал I: 363
---в митохондриях II: 419—420
---в палочке сетчатки III: 67
— фильтр III: 196
Мембраны I: 21—22, 337—399
— бислойные I: 355
— введение меток иодинированием II: 379
— внутренние белкн I: 353
— возбудимость I: 363, 369—372
— гидроксилирование II: 502
— гликозилирование II; 502
—двойные грамотрицательных бактерий
— деградация I: 357
— деполяризация I: 370
— емкость I: 341
— искусственные I: 340, 341
— исследования методом замораживания—
скалывания I: 340; II: 395
— «круговорот» компонентов I: 357
— латеральное разделение фаз I: 344
— лнпиды I: 341
— метаболизм I: 355—372
— митохондрий II: 392. См. также Мито-
хондриальные мембраны
— наружные I: 390—394
— необходимость окислительного фосфори-
лирования II: 410
— образование I: 356
— окислительные ферменты I: 356
— периферические белки Г. 354
— плазматическая см. Плазматическая
мембрана
— полярная I: 17
— поверхность II: 395
— подвижность внутри I: 347
— потенциал покоя I: 369
— предпереходная температура I: 344, 351
— проницаемость для антибиотиков III:
240
-------ионов I: 370—371
— пурпурные I: 355; III: 68
— разность потенциалов I: 357
— реакции I: 356
— самосборка I: 330
— состав I: 341, 342 (табл.)
— стабильность I: 355
— строение I: 338—355
— сфингомиелины I: 351, 352
— текучесть компонентов I: 356
— транспорт I: 353 357—369
— фаговые белки III: 251
— физические свойства I: 342—352
— ' флуоресцентный зонд III: 31
— функции I: 355—372
— хиноны I: 356
— хлоропластов I: 337, 348; III; 270
Менадион II: 385, 401с
Менахннон (витамин К2) II: 385, 391, 434
Менструальные кровотечения, потеря желе-
за III: 128
Менструальный цикл, регуляция II: 584,.
590, 591
Ментол II: 568с
Мепробамат III: 341 с
Меристема I: 61
Мескалин III: 337с
Р-Меркаптопируват III: 131
Меркаптоэтанол Г. 158, 173
— действие на антитела I: 381
Р-Меркаптоэтиламин в коферменте А П'г
191с, 192
Мерозигота III: 190, 191
Меромиозины Г. 322, 323
Металлы см. Ионы металлов
Метаболизм I: 11; II: 502—503. См. также
по названиям соединений
— азота в растениях, алкалоиды как ко-
нечные продукты III: 154
— азотсодержащих соединений III: 81—18t
— аминокислот,' регуляция III: 160
— бактерий I: 22
— ингибирование продуктом II: 18
— использование изотопных меток I: 16»
— контроль с помощью белков III: 184
— липидов II: 306—323, 541—593
— мембран I: 355
— определение I: 11
— регуляция см. Регуляция
— углеводов II: 72, 335—357, 521—546
— у растений семейства Crassulaceae 1Ц:
59
— энергетические изменения I; 233
— эффективность I: 234
Метаболические петли II: 456—457; III: 94
— пути, краткий обзор II: 81—87. См.
также по названиям
— циклы в биосфере III: 367
Метадон III: 345с
Металлопротеиды I: 268
Металлотионеин II: 142
Металлоферменты II: 142
Металлофлавопротеиды II: 265
Метан, восстановление СО2 II: 434
— кофермент М при образовании II:
— образование II: 283, 296, 297
Метанефрин III: 336с
Метановая кислота I: 149. См. также Му-
равьиная кислота, Формиат
Метаногенные (метановые) бактерии II:;
297, 434
Метанол, биосинтез II: 478
— использование бактериями II: 434
Метародопснны III: 65, 66
Метафаза III: 264, 265
Метафазная пластина III: 265_
Метафосфат в результате действия кина»
II: 126
— образование II: 124
Метахроматическая лейкодистрофия II: 544
Метахроматические гранулы I: 16
Метгемоглобин, нормальное содержание II:
371
NADH-метгемоглобин — редуктаза II: 371
Метгемоглобин-редуктазная. система I: 317».
371
Метедрии III: 337с
5,10-метенил-Н4ро1 II: 280, 282
Предметный указатель
5,10-метеннл-Н4Ро1, в синтезе пуринов III:
168, 169
— образование из серина III: 119 (схема)
№-метиладенозин на З'-конце мРНК III:
224
6-метиладенин в ДНК I: 139
— — факторе А II: 284
Метилазы модифицирующие III: 280
— мРНК с концевыми колпачками III: 224
Метил иодистый, реакция с гидроксил-ио-
ном II: 46
co-N-Метиларгинин в белках II: 496
Метиларсонат II: 299с
Р-Метиласпартаза II: 150
Р-Метиласпартат II: 283; III: 103
— в брожении глутамата III: 102
L-метилвалин в актиномицине D III: 209
N'- и №-метилгистидины II: 496; III: 160
Метилглиоксаль II: 90, 178
— как регулятор роста III: 114
— образование из треонина III: 114с
— превращение в D-лактат III: 114
Метилглиоксальсинтетаза II: 161
N-метилглицин (саркозин) II: 259; III: 120
N-метилглутаматсинтетаза II: 261
Метил-Н4Ро1-гомоцистеин—трансметилаза,
механизм действия II: 297
7-метилгуанозинмонофосфат, ингибирование
синтеза белков III: 307
М7-метилгуанозин III: 307
— в апуринизации ДНК III: 289
а-Метилдофа III: 337с
— при депрессии III: 344
а-Метиленглутаратмутаза II: 291
Метиленовые атомы водорода, активация
II: 465
Метиленовый синий II: 362, 401с
------как заместитель кислорода II: 253
5,10-метилентетрагидрофолиевая кислота
II: 218, 280, 478, 479
------в биосинтезе СоА III: ИЗ
— — восстановление до 5-метнл-Н4Ро1 II:
282—283
------образование из серина III: 119 (схе-
ма)
-----перенос одноуглеродного остатка III:
164
Метиленциклоартенол II: 582с
Метилирование антоцианидинов II: 565
— аргинина III: 302
— гистонов III: 302, 304
— ДНК I: 139; II: 497; III: 280
— исчерпывающее I: 176
— катехоламинов, повышенная активность
III: 343
— лизина III: 302
— мышьяка II: 298—299
— поликетидов II: 563
— при определении структуры полисахари-
да I: 178
— 16S РНК III: 240—241
— ртути II: 298
— специфические участки в ДНК III: 280
— тРНК II: 497
------предшественников III: 220—222
Метнлкобаламин II: 284
— метан II: 297—300
— образование П: 297
Р-Метилкротонил-СоА, карбоксилирование
II: 194—195
E-N-метиллизин I: 281
— в бактериальных жгутиках II: 496
Метилмалонил-СоА II: 333с, 335; III: 116
— в брожении пропионовой кислоты II:
352
— при образовании разветвленной цепи II:
490
S-метилмалонил-СоА, карбоксилирование
пропионата II: 334
— константа равновесия при образовании
из пропионил-СоА II: 195
— образование из изолейцина III: 115
Метилмалонилмутаза, механизм действия
II: 295
Метилмалонил-СоА—мутаза II: 291
— стереохимия II: 296
Метилмалонильный путь II: 334; III: 167
Метилмалоновая ацидурия II; 335
— кислота II: 474с
Метилмалоновый полуальдегид, образование
из валина III: 115
М-метил-М-нитро-М-нитрозогуанидин, мута-
генная активность III: 290с
Метилпантотеновая кислота как антагонист
II: 193
Метионин, биосинтез II: 221; III: 104
— кодон III: 192, 193
— N-концевой в бактериальных белках
III: 195
— метаболизм III: 112 (схема)
— образование из гомоцистеина II: 297
-------цистатионина III: 113
---переаминирование III: 112
— превращение в S-аденозилметионин II:
463
-------цистеин III: 131 (схема), 133—134
— реакция с бромцианом I: 174
— регуляция синтеза II: 70
— N-формилпроизводное III: 195
Метилртуть II: 298
О-метилсалицилат III: 152
6-метилсалициловая кислота II: 561с, 562
Метилтетрагидрофолиевая кислота (метил—
H4Fol) III: 297
Метилтиоаденозин III: 100
S-метилтиоакрилат, выделение III: 136
5'-метнлтиорибозо-1-фосфат из метионина
III: 112
Метнлтрансферазы II: 496
1-метилурацил, инфракрасный и раманов-
ский спектры III: 12
— таутомерия I: 256
— рКа I: 256
5-метилцитозин в ДНК I: 139
Метильная группа, метаболизм II: 282—283
--- окисленное состояние II: 281
— — реакции переноса II: 296—300
L-метионин (Met) I: 82с, 97; II: 221
Метионинэнкефалин III: 346с
Метод замораживания — травления I: 20
---в исследовании палочек сетчатки III:
63
— негативного контрастирования в элек-
троной микроскопии III: 225
Предметный указатель 4.33
Метод пептидных карт I: 167
-------прн изучении гемоглобина I: 314,
316
-------------триптофансинтетазы III: 251
— реплик (отпечатков) III: 185, 188
— скачка давления II: 26
---температурного II: 25
— — электрического поля II: 26
Методика Фёрстера для оценки рКа фено-
лов в возбужденном состоянии III: 33—
34
Метотрексат II: 279; III: 166
— ингибирование дигидрофолатредуктазой
II: 279
Механизм см. Ферменты, механизм дейст-
вия
— встраивания в синтезе амилазы II: 537
--при росте цепи углеводов II: 536
— присоединения — элиминирования при
образовании 3-еноилпирувоилшикимовой
кислоты III; 138—139
— проб и ошибок, ДНК-полимераза I как
корректор III: 275
—---------кинетический III: 239
— с упорядоченным присоединением суб-
страта II: 31
Механизмы гомеостаза для ионов металлов
I: 265
— контроля метаболических реакций II: 64
Механоциты I: 53
Мечехвосты I: 53
Миастения III: 333
Миграция ароматических заменителей II:
439—440
— индуцируемая гидроксилированием II:
439
— клеток III: 358
1,3-миграция протона И: 158
Миелин I: 337, 341, 354, 371; III: 328
— AI-белок I: 354
— протеолипид I: 354
Миелиновая оболочка III: 325 (рис.)
---антитела III: 366
Миелобластоз птиц, вирус III: 288
Миелоидные стволовые клетки III: 364
Миелома множественная I: 382
Миелопероксидаза II: 379
Микобактерии, витамин К II: 385
— пиридоксалькиназа II: 223
Микоплазмы I: 14, 15, 24
— мембраны I: 21
Микоцерозовая кислота II: 547с
Микроволновые спектры III: 6 (рис.) 9, 10
Микроворсинки I: 29
р2-микроглобулии I: 378
Микроионофорез III: 331, 335
Микрокалориметр I: 203
Микрококковая ДНКаза I: 167, 179; И: 124
Микроскопическая обратимость И: 50
Микроскопические константы связывания I:
254—261
---— для пиридоксина I: 260
«Микроскопический беспорядок» I: 205
Микросома I: 33; II: 375
— определение I: 33
Микротельца I: 34
Микротрубочки I: 34, 103, 270, 277—279,
323, 330, 386, III: 258
— в митозе III: 265
----нейронах III: 350
— лабильность I: 273
— фосфорилирование II: 71
Микрофиламенты I: 386
— в области десмосом I: 58
Миксобактерии, переключение программ
развития III: 353
Миксомицеты I: 45
Милтаун см. Мепробамат
Мимоза, свертывание листьев III: 70
Миндалевидное ядро III: 319, 328, 330
Минерализация зубов, стимуляция ванадием
II: 372
Миниатюрные потенциалы концевых пла-
стинок III: 331
Миоглобин I: 38, 95с, 96, 101, 182, 296, 305
365
— кривые окисления I: 306
— модельные соединения II: 368
— функции II: 367
Миозин I: 94, 278, 318, 319; II: 5; III: 352
— коэффициент диффузии II: 15
— сходство с рибосомными белками III:
235
— шарнирная область II: 416
Миоинозит I: 147; II; 499; 524с
— в липидах I: 147
— как витамин II: 524—525
— образование галактииола II: 532
— превращение в D-глюкуроновую кисло-
ту в бактериях II: 525
-------стрептидии II: 533
Миофибриллы I: 318
Миристиновая кислота в клеточных стенках
I: 392 \
Митоз I: 39; III: 264, 265 (диагр.)
Миторибосомы II: 393 .
Митотическое веретено, микротрубочки I:
276
— деление, задержка III: 356
Митохондриальная ДНК II: 393; III: 270,
308 " '
----гены цитохромоксидазы II: 376
----действие ферментов рестрикции III:
28i
дрожжей III: 270
----репликация в одном направлении III:,
274
----свойства III: 269—270
Митохондриальные мембраны I: 337; II:
392—393
----белки III: 270
----проницаемость II: 392
— — солюбилизация II: 410
----убихинон II: 392
-- ферменты II: 393—396
----фосфолипиды II: 392
— рибосомы III: 228, 271
Митохондрия I: 26, 30, 33, 320, 321; II: 67,
68, 322, 324, 392—425, 481; III; 57
— аденилатная система II: 395
— адениинуклеотидиый переносчик II: 423
— б-аминолевулиновая кислота, синтез III:
122—123
— архитектура II: 392—393, 394, 395
— бактероидов III: 83
— белки с иегемовым железом II: 379
— выход в цитоплазму соединений II:
471—472- -
434 Предметный указатель
Митохондрия, глутаматдегидрогеиаза III:
89
— движение I: 356
— деление I: 39
— ДНК см. Митохондриальная ДНК
— железо, содержание II: 379
— жесткое сопряжение II: 400
— карбамоилфосфатсинтетаза III: 97
— кардиолипин I: 152
— конденсированная форма II: 392
— кристы I: 33
— матрикс I: 33; II: 68; 392, 394
— мембраны см. Митохондриальные мемб-
раны
— окислительное фосфорилирование II:
392, 393
— (3-окислительиый путь II: 393
— оксалоацетат, концентрация II: 32
— ортодоксальная форма II: 392
— плотные гранулы II: 393
— площадь мембран II: 392
— происхождение I: 37, 38
— размеры II: 392
— регуляторные функции II: 393
— рибосомы II: 393
— рост II: 393
— состав II: 397 (табл.)
— состояния II: 404—406, 405 (табл.)
— спектрофотометрические наблюдения II:
405
— степень фосфорилирования II: 423
— структура II: 394 (рис.)
— транспорт II: 423
— удлинение цепи жирных кислот II: 547
— химические реакции II: 89, 122—123,
393, 395
— центры фосфорилировании, локализация
II: 400
— цикл трикарбоновых кислот II: 393
— число в клетке I: 34
— электронные микрофотографии II: 395
— энергизованиая форма II: 392
— энергозависимые процессы II; 420—425
— ATP-Pi-обмен II: 402
— NADH II: 423
Мицелий I: 45
Мицеллы I: 338
Многогранники I: 285
Многоклеточные животные I: 50
— растения I: 50
Многоножки I: 53
Модели водородных связей для нуклеоти-
дов II: 189
Модельные системы витамин В12-зависимых
ферментов II: 295
-----неферментативные II: 57, 109
— — с пиридоксалем II: 212
— — фиксации азота III: 87
Модификация ДНК. III: 278, 363
-----«часы» развития III: 361
— коллагена II: 497—501
— предшественников тРНК III: 220—222
— эластина II: 497
Модифицирующие метилазы III: 280
Можжевеловое масло, а-терпинеол II: 568
Мозаицизм генетический III: 363
Мозг, взаимодействие нейронов III: 358
— использование кетоновых тел II: 515
— т/пля HI.- 319. 328. 330
— организация III: 328— 330'
----у моллюсков I: 53
— перерезка мозолистого тела III: 328
— реверберирующие контуры III: 350
—связывание стероидных гормонов III: SIT'
— содержание холестерина II: 582
— человека III: 319 (рис.)
— эндогенные электрические ритмы III:.
350
Мозжечок III: 328
— как компьютер III: 329
— обучение III: 352
— полиплоидные клетки III: 363
— связи III: 325
Мозолистое тело (Corpus callonum) HI:
328
----локализация HI: 319
Молекулы аминоацил-тРНК как корепрес-
соры III: 205
— амфипатические I: 355
— вращение II: 16
— растворителя, релаксация, вызывающая:
флуоресценцию III: 29
— репрессора, движение по цепи ДНК III:
204
— силы взаимодействия I: 243—249
— соединение друг с другом I: 242—331
— столкновения II: 15, 16
— хелатные комплексы с железом III: 306.
Молекулярная активность II: 8
----аконитазы II: 150
----каталазы II: 376
----кетостероидизомеразы II: 158
----фумаразы II: 147
Молекулярное вращение III: 25
— клонирование III: 295
Молекулярные веса I: 13
----определение I: 181—183
----— методами гель-фильтрации и гель-
электрофореза I: 182
----— по константам седиментации 1г
181
Молибден III: 85—87
— в ксантиноксигеназе II: 266
----механизме действия ДНК-лигазы ПГ.:
199
----иитратредуктазе II: 430
----нитрогеназе III: 82, 84
----форматдегидрогеназе II: 329
— координационное число III: 85
— полимерные ионы, соединенные кисло-
родными мостиками III: 86
— протонирование соединений III: 87
Молибденсодержащие ферменты III: 85
Молибдоферредоксин (MoFd) III: 84
Моллюски I: 53
— дофаминсодержащие нейроны III: 338
— как факультативные анаэробы II: 351 —
352
— нейроны — водители ритма III: 350, 351
(рис.)
— оплодотворенная яйцеклетка, дробление-
по спирали III: 355
— святящиеся III: 71
Молния, фиксация N2 III: 81
Молочная кислота II: 350. См. также Лак-
тат
Предметный указатель 435
L-молочная кислота 1: 365; II: 65. См. так-
же L-лактат
Молочнокислые бактерии, отсутствие гема
II: 366
— — — железа 11: 366; Ill: >126
------меди III: 126
----тирозиндекарбоксилаза II: 210
Молочные железы в развитии III: 357
----выделение молока III: 321
— — пентозофосфатиый путь II: 343
Молярная эллиптичность III: 25
Молярный коэффициент экстинкции III: 8
-------лакказы II: 448
Моно — Уаймена — Шанжё модель I: 297,
300; II: 36, 37
Моноаминоксидаза (МАО) III: 148, 336
— в наружной митохондриальной мембране
II: 395
— ингибиторы III: 344
— ковалентносвязанный флавин II: 259
— снижение активности III: 343
Моногидрат индан-1,2,3-триона см. Нингид-
рин
Моноиодтирозин в тиреоглобулине III: 146
Мономеры I: 67
— сборка II: 478—490
Монооксигеназы II: 268, 435, 436
— в тилакоидах III: 54
— зависимые от аскорбиновой кислоты II:
441
— а-кетоглутаратзависимые II: 440
— косубстрат II: 435
— флавинсодержащие II: 437
Моносахариды I: 106, 109с, 111 >(рис.)
— взаимопревращения II: 521—529, 522
(схема)
Монотерпены II: 567
— биосинтез II: 568 (схема)
Моноциты I; 54, III: 364
Морская звезда I: 53
------- ядовитая II: 592 (схема)
Морские свинки, «фактор гибкости» II: 582
Морской еж I: 53
----бластула III: 356
----размеры генома I: 28
— лук II: 592
Морула III: 356
Морфин III: 155с, 344—345
Морфиновые рецепторы III: 345
Морфиноподобные пептиды III: 342
Москит, число хромосом I: 39
S—S-Мостики I: 180. См. также Дисуль-
фидные мостики
Мохообразные I: 61
Моча, объем при диабете II: 505
— органические сульфаты II: 139
— почернение III: 145
— цвет III: 129, 130
Мочевая кислота II: 266, 457; III: 171с
----гидролиз III: 170
— — избыточное образование III: 172
----экскреция III: 161
----рКа III: 171
Мочевина II: 41с; III: 89, 95
— биосинтез III: 96—98, 95 (схема), 104
— денатурация белков I: 105
— как источник азота II: 200
— резоиаисиая энергия I: 227
— экскреция III: 98
Мужская стерильность, гены у кукурузы
Ill: 266; III: 308
Мукозамин II: 562с
цис,цис-Му канат III: 150с
Муконолактон III: 150с
Мукополисахаридоз II: 541
— Ill II: 139
Мукополисахариды II: 139
— кремний I: 122
— синтез II; 515
Мультисубстратиые ферменты, кинетика II:
18
Муравьи, иридиаль II: 568
50ИТРонеллаль как Фероян тревоги II:
Муравьиная кислота I: 149, 177; II: 280
См. также Формиат
— образование в результате брожения
II: 350
-------из диметилглицииа III: 119—126
Мурамовая кислота (Mur) I: 111с
Муреин I: 388
Ь( + )-мускарин III: 332, 333с
Мускариновые рецепторы III: 332, 351
Мутагенные соединения I: 41, 127, III: 185
247, 289—294
---в окружающей среде III: 293, 294
---тест-штаммы бактерий III: 293
Мутазы II: 131 —132
Мутанты III: 253. См. также Мутации
— в биосинтезе ароматических соединенья
III: 137
— дефектные по способности к рекомбина-
ции III: 281
— не растущие на минимальной среде lit
185, 188
— нуждающиеся в гистидине III: 291
---— тимине III: 165
— стрептомицинзависимые III: 240
— температурочувствительные III: 253
— условно-летальные III: 252
— устойчивые к рифамицину III: 207
---— стрептомицину III: 240
— rll III: 251
Мутаротаза II: 50, 60
— ингибирование флоридзином II! 567
Мутаротация II: 50, 51
— глюкозы II: 60
— катализ кислотами II: 53
Мутаториая ДНК-полимераза III: 213—214
Мутации I: 12, 64, 143; III: 246—247,
289—296. См. также по названиям
— аутосомные рецессивные I: 41
— белков головки фага III: 253
•— видимые в политенных хромосомах III:
267—268
— влияющие на поглощение питательных
веществ I: 360
— во время репликации РНК фага Q|
III: 245
— вредные доминантные I: 41
— в результате фотохимических реакция
III: 35
— вставки I: 143; III: 247
— делеции III: 247
— замена пар оснований III: 246
— летальные I: 41; III: 252—253 ’•
— обратные III: 293 v '
438: '^евммяа*.йтвЙП^
Мутации со сдвигом рамки III: 247—248,
252, 290, 294
— с терминацией цепи III: 253
— сцепленные III: 249
— температурочувствнтельные III: 253
— типы III; 246—248
— точковые III: 246
— условно-летальные III: 252—255
— цвета глаз, супрессия III: 256
— частота III: 247, 289
---в генах иммуноглобулинов III: 365
---обратных мутаций III: 247
— nonsense и missense III: 251, 253
Муцины I: 118
— из слизистого секрета желудка свиньи I:
377
Мхи I: 61
Мышечная дистрофия II: 331, 386
--- недостаточность питания II: 386
— масса человека III: 99
— работа, продуцирование аммиака III:
171
Мышечные сокращения, влияние на адени-
латную систему II: 511
---высвобождение кальция III: 329
---«гребная» модель II: 415—416
---теории II: 415—418
---химия II: 415—418
— белки, метилированные аминокислоты
II: 496
Мыши, дефектные по синтезу миелина II:
545
— линии Jimpy II: 545
---Quaking II: 545
Мышца(ы) I: 317—326, 330, 362. См. также
Мышечные сокращения
— асинхронные летательные I: 317
— белые III; 345
— гладкие I: 54, 317, 319, 321
— I-диски I: 318, 320
— летательные насекомых I: 323
— М-линии 1:318, 320
— механическая работа II: 415—416
— образование из мезодермы III: 356
— переход спираль — клубок II: 417
— плазматическая мембрана I: 318
— Z-пластинки I: 318, 320
— поперечнополосатые I: 54, 318
— поперечные мостики II: 415
— сердечная I: 54, 317
— скелета, содержание ионов I: 361 (табл.)
— сокращение без изменения объема II:
417
— толстые и тонкие нити I: 318, 319, 415
Мышь, размер генома I: 28
— ™СЛо делений клеток в культуре III:
— — хромосом I: 39
Мышьяк I: 155; II: 82—83
— метилирование II: 298
— против насекомых II: 299
— соединения, токсичность II: 83
Мышьяковокислые эфиры II: 83
Мята II: 568
Missense-мутации III: 253
Надмуравьииая кислота I: 173
Наднрчечникн Ш: 330 -
— аскорбиновая кислота II: 443
— образование норадреналина II: 441—442
Надъянтарная кислота II: 441с
Налоксон как антагонист алкалоидов опия
III: 345
Напряжение в ферментативном катализе
II: 62
«Напряженные нити» I: 326
Наркотические вещества III: 344—347
Насекомые I: 53
— гормон лнньки II: 592с
— гормоны III: 322—323
— летательные мышцы I: 323; II: 423
— личинки III: 323
— определение пола I; 42
— размер мозга III: 324—325
— трегалоза как антифриз II: 530—531
— ювенильный гормон II: 569
Наследственные болезни I: 12, 41, 314—325;
II: 313, 335, 370—371, 500, 504—506, 510;
III: 116, 135, 172
----галактоземия II: 523
----диагноз II: 541
— дефекты ферментов цикла мочевины
III: 98
----мембранного транспорта I: 360
----метаболизма гликогена II: 510
----репарации ДНК III: 292
Насосы калиевые I: 360—369
— кальциевые I: 360
— натриевые I: 360—369
Насыщение в физиологических процессах
I: 250
— при связывании I: 250
— фермента II: 8
Натриевые каналы, блокирование тетродо-
токсином III: 334
----открывание III: 332, 349
Натриевый насос I: 364. См. также Ионный
насос
Натрий I: 154, 362—363. См. также Ион(ы)
натрия
— комплекс с антаманидином I: 369с
— содержание в клетке I: 362—363
— центры связывания I: 364
Натрнй-калиевый насос I: 364; III: 67, 349
----стехиометрия I: 363
Натрия додецилсульфат (SDS) I: 170, 183,
352
---- денатурация белков I: 105
— пернодат, реакции с углеводами I: 177
Нафталин, энергия связи I: 227
Нафтильные группы, перенос энергии III:
32
Нафтохиноны из О-сукцинилбензоата III:
143
Невральная пластинка III: 357
Негемовое железо в реакционных фотохи-
мических центрах III: 46
------рибонуклеотидредуктазе III: 163
----содержание в митохондриях II: 397
Негистоновые белки III: 316
Незаменимые аминокислоты II: 457; III: 93
— жирные кислоты; II: 188, 549
Нейрогипофиз III: 321
— гормоны I: 86
Нейроглия I: 54. См. также Глиальные
клетки
Нейроглия, объем в мозге человека III; 325
Нейрогормоны III: 317, 321
.— гипоталамуса, влияние на способность
к обучению III: 342
Нейромедиаторы I: 323; II: 68, 71; III:
317—318, 330—342
.— анализ I: 180
— высвобождение «квантами» III: 331
— инактивации III: 332, 334
— накопление III: 333
— освобождение I: 373
— рецепторы II: 32
Нейроны I: 53, 180, 337, 370; II: 73, 325
(рис.) См. также Аксон
— водители ритма ( пейсмекеры) III: 350
— вставочные III: 329
дофамиисодержащие III: 338
— двигательной зоны коры III: 329
— деполяризация мембраны I: 370
— кальмара I: 53
— метаболизм III: 349—352
— потенциал действия I: 370
— примитивная радиальная сеть у книда-
рий I: 50
— реабсорбция медиатора III: 332
— свойства III: 325—327
— синтез норадреналина II: 441—442
— сенсорные III: 357
— тормозные III: 327
— число в мозжечке III: 328
— электротонические соединения III: 327
Нейроспора III: 115, 142
Нейротоксины III: 334с
Нейрофибриллы III: 326
Нейрохимия III: 316, 324—352
Нейтрофилы I: 55; II; 549
Неконкурентное ингибирование II: 28—31,
38
Нематоды I: 52
— число клеток III: 352
— экдизон III: 323
Нематоциты (стрекательные клетки) III:
358
Неметаллические ионы, радиусы I: 266
(табл.)
Ненасыщенная жирная кислота, аутоката-
литический процесс II: 387
а,P-Ненасыщенные ацильные группы, вос-
становление II: 239
Неоксантин II: 575с
— в хлоропластах III: 43
Неомицины II: 532; III: 240
Неоптерин И: 277
Неоптеринфосфат в образовании биоптери-
на III: 173
Неорганические ионы, концентрация I: 359
— — функции I: 156
— окислители, замещение кислорода II: 425
— реакции как источник энергии II: 425
— соединения в дыхании II: 426—430
— — окисление кислородом II: 425
Неотетразолий-хлорид II: 401
Непереносимость белковой пищи III: 98
Неполярные группы, определение I: 76
Неправильно образованные пары основа-
ний, узнавание 111:^293
Непродуктивные комплексы П: 23, 32
Нервная система, заторможенность III: 366
----развитие из эктодермы III: 356
Нервно-мышечиые соединения III: 329
Нервно-паралитические газы III: 105, 107
Нервные импульсы в активации фосфорилаз
II: 509
----проводимость, изменения в мембра-
нах III: 31
----палочек сетчатки III; 66—67
— — скорости I: 371
— клетки II: 104
Нервный яд II: 320
Нервы, тиаминовые коферменты II: 209
Нереципрокная рекомбинация III: 286—287
Нерилпирофосфат II: 568с
Нефтяные продукты, образование питатель-
ных белков II: 310
Нигростриатиый путь III: 328, 338
Никелоплазмин II: 42
Никель I: 155, 267
— в рационе II: 41
— комплексы II: 41—42
Никотин II: 333с
— окисление до никотиновой кислоты II:
241
Никотинамид II: 188, 238, 242с. См. также
Никотинамидадениндинуклеотид. Никоти-
намидаденнндинуклеотидфосфат, Никоти-
новая кислота, Пиридиннуклеотидные ко-
ферменты
— метилирование II: 94
— содержание в теле человека II: 451
— суточная потребность II: 242
— физические свойства II: 242
Никотинамидадениндинуклеотид (NAD+)
II: 240с, 318
— аддукт NAD-пируват П: 244
— биосинтез III: 156 (схема), 157
• — в биосинтезе ароматических соединений'
III: 138
окислении жирных кислот II: 84
синтезе дезоксисахаров II: 529
— восстановление дитионитом II: 241
— восстановленный (NADH) II: 324
----в брожении II: 87
-------окислительном фосфорилировании
II: 410
----модификация в кислоте П: 252; III:
141
---- непроницаемость митохондриальных
мембран II: 423
----окисление О2 II: 84
-------неферментативное II: 252, 260
-------рибофлавином II: 76
----светопоглощение II: 241
----свободная энергия окисления I: 227
— — содержащий 2Н II: 242
----спектр поглощения II: 241
— гидролиз щелочью II: 253
— конформация в дегидрогеназах II:
243—245
— модельные реакции II: 244
— окисление I: 227—228
----феррицианидом II: 253
— окислительно-восстановительные потен-
циалы II: 239
— 6-пиридоны П: 253
— поли (ADP-рнбоза) III: 304—305
— при брожении II: 34$-;30' ->
138 Предметный указателе
Ннкотинаиидадениндинуклеотид (NAD+),
присоединение II: 250
— связывающие домены в белках I: 96,
98с; II: 245
— спектр поглощения II: 241
— стереохимия восстановления II: 243
Никотинамидадениндинуклеотидфосфат
(NADP+) II: 237, 240с, 318
— биосинтез III: 156
— восстановление дитионитом II: 241
— выделение II: 240
— окисление феррицианидом II: 253
— окислитель в пентозофосфатном пути
II: 343
— .окислительно-восстановительные потен-
циалы II: 239
— 6-пиридоны II: 253
— присоединение II: 250
— связанный в 4-эпимеразе UDP-глюкозы
II: 250
— стереохимия восстановления II: 243
— восстановленный (NADPH) II: 65, 279
----в биосинтезе II: 87, 343
----------жирных кислот II: 466
-------цикле Кальвина III: 39
---как восстановитель еноил-СоА—ре-
дуктазы II: 547
----косубстрат монооксигеназ II: 437
— — неферментативное окисление II: 253
----образуемый фотохимически II: 475;
III: 36
----при образовании глутамата III: 90
----светопоглощение II: 241
Никотинамидмононуклеотид, действие
ДНК-лигазы III: 198
— замещение III: 198
Никотинамидное кольцо, А- и В-стороны
II: 243
Никотиновая кислота II: 242с. См. также
Никотинамид
----в синтезе поликетида II: 563
-------факторе толерантности к глюкозе
II: 506
----как гормои роста корней III: 324
----превращение в NAD III: 156, 157
----синтез в растениях III; 157
Никотиновые рецепторы III: 332
----холинэргические III: 338
Нингидрин I: 179, 316; II: 212, 213с
Нитевидные бактериофаги III: 258. См.
также Бактериофаг
Нитрат(ы), восстановление III: 81—82
— из иона аммония II: 426
— как акцептор электрона II: 430
----неорганический окислитель II: 425
— образование под действием молнии III:
81
Нитрат-ион, ингибирование киназ II: 128
Нитратредуктазы II; 430—432
— молибден III: 85
— Е. coli III: 86
Нитриды III: 87
Нитрнт(ы), восстановление II: 430—431;
III: 290
— из иона аммония II: 426, 427
— образование под действием молнии III:
81
— окисление И: 425
— реакция со вторичными аминами в же-
лудке III: 290
Нитрифицирующие бактерии II: 426—428
----медленный рост II: 427
Нитрогеназа II: 380; III: 61, 83—88, 92
— гипотетическая структура III: 84
— инактивированная ванадийсодержащая
II: 372
— компоненты III: 83—84
— механизм действия III: 87—88
— молибден III: 85
— обращенный поток электронов II: 406,
422
— сигнал ЭПР III: 84
Нитрозамины, мутагенное действие III:
290с
2-нитрозофлуорен III: 291
Нитроксил (NOH) II: 431
Нитрометан, ингибирование аммиак-лиазы
II: 237
Нитроний-ион II: 165
и-Нитросалициловый альдегид, деградация
Штрекера II: 214
n-Ннтрофенилацетат II: 108
— гидролиз, катализируемый имидазолами
II: 103
и-Нитрофенолят-анион, уходящая группа
II: 106
Нитроформа II; 165
Нобелевские премии I: 169, 174, 181; II:
120, 168, 187, 192, 345, 477, 493; III: 194,
201
Норадреналин (норэпинефрин) II: 441с;
III: 144с, 320, 335
— биосинтез II: 441; III: 335
— высвобождение в надпочечниках III: 330
— как нейромедиатор III: 335
— метаболизм III: 148
— освобождение с помощью резерпина III:
158—159
— повышение кровяного давления III: 336
Норадронолонфенилпропионат II: 590с
Норметанефрин III: 336с
Нуклеаза стафилококков I: 161; II: 124
---- водородные связи II: 124
----ионы кальция I: 375
Нуклеазы III: 166, 217. См. также Рибону-
клеазы
— РНКаза Р III: 220
— селезенки I: 178—179
— стафилококков (микрококков) I: 161,
179
— эндонуклеазы рестрикции I: 171
Нуклеиновые кислоты Г. 122—146
----биосинтез II: 494; III: 161 —172,
195—223, 271—278
-------влияние полиамннов III: 99
----гидролиз I: 166
— — гомологичность I: 143
----дрожжей III: 182
----исследование плавления I: 142—143;
III: 22
----количество в клетках 1: 157
----константа седиментации I: 181
----конформационные изменения I: 145—
146
----«крестообразная» структура I: 146;
III: 203
Нуклеиновые кислоты, метилирование II:
496
---пары оснований I: 134—137
--пуриновые основания III: 169
— — разделение I: 163—164
---спектры поглощения III: 20—22
---тимуса III: 182
---функциональные группы I: 126
.Нуклеозиддифосфат, глкжопиранозиловый
эфир II: 492
Нуклеозидтрнфосфат, связывание с ДНК-
полимеразой III: 196—197
Нуклеозид-5'-трифосфаты в биосинтезе
нуклеиновых кислот II: 494
Нуклеозндфосфорилазы III: 166
’Нуклеозиды I: 123—126
— ингибиторные аналоги III: 241
— конформации I: 128—129
— названия I: 126
— торсионные углы I: 129
Нуклеоид I: 14
Нуклеопротеидное волокно III: 303
Нуклеосомные частицы III: 303
’Нуклеотидная последовательность /ас-регу-
ляторного участка III: 203
— «ручка» и специфичность метаболизма
II: 189
---коферментов II: 189
Нуклеотидные пары I: 18
Нуклеотидный состав ДНК и РНК I: 138—
139
.Нуклеотидтрифосфат как затравка в транс-
крипции III: 224
Нуклеотиды I: 18, 123—126
— вандерваальсовы радиусы II: 189
— выбор полимеразой III: 213 (рис.)
— кислотный гидролиз III: 141
— конформации I: 128—129
— названия I: 126
— обнаружение I: 179
— разделение I: 165
— син-конформация III: 247
— стэкинг-взаимодействие I: 263
Нуклеофил, присоединение III: 214
Нуклеофильность II: 92
— связывание с ионами металлов I: 265
— соединений серы II: 93
Нуклеофильный агент, определение II: 91
— катализ И: 61. См. также Ковалентный
катализ
’NAD+ см. Никотинамидадениндииуклеотид
NADH см. Никотинамидадеииндинуклеотид
восстановленный
NADH—X II: 252
NADP+ см. Никотинамидадениндинуклео-
тидфосфат
NADPH см. Ннкотинамндадениндииуклео-
тидфосфат восстановленный
NlH-сдвиг II: 439
Nonsense-кодоны (бессмысленные кодоны)
III: 194
Nonsense-мутацин III: 251, 253
Обезболивающие препараты III: 346
•Обезьяний вирус 40 (SV40) I: 287, 288;
III: 280, 288
-------ДНК Ш: 280
—.--------нуклеотидная последователь-
ность III: 281
----------суперспирализованная III: 303
-------«мини-хромосомы» (микрофотогра-
фия) III: 303
-------перенос гена III: 294—295
-------расщепление ДНК эндонуклеазами
рестрикции III: 280—281
Обкладка III: 59
Область иммунности генома фага X III: 260
Облучение двойное I: 186
----мутации III: 247
----продуктов питания III: 247
Облысение II: 589—590
Обмен см. по названиям соединений
— бикарбоната I: 353
— протонов, участвующих в образовании
водородных связей III: 13
Обменивающий белок для фосфолипидов
II: 561
Обменная диффузия I: 359
Обменные реакции митохондрий II: 400
----ферментов II: 96
Обновление клеточных компонентов II: 495,
502—503
Оболочка гидратная I: 24
Оболочники I: 53
— ванадий II: 372
Обонятельная зона коры III: 330
Обратимые реакции I: 205 >
----кинетика II: 9—40
Обратная транскриптаза III: 288—289
Обучение, блокирование пуромицином III:
351
Огстена концепция II: 323
Одноуглеродные остатки, образование 1П:
118
— соединения в метаболизме II: 279—282
----таблица уровней окисления II: 281
Одноцепочечные обмены при рекомбинаций
III: 284
Ожнренне II: 504
Окисление—восстановление дегидратацией
II: 161
Окнсленне жирных кислот II: 84, 306—316,
549—550
— изоцитрата, ADP как положительный
эффектор II: 325
— насыщенных углеводородов II: 310
— неферментативное II: 362
— полнненасыщенных кислот II: 436
— пути, связанные с циклом трикарбоно-
вых кислот II: 327
— серы, глутатион II: 429
— а, при генетических дефектах II: 312
— р II: 308—313, 309 (диагр.); Ill: 115
----при расщеплении лизина III: 108
----цнклопропановых жирных кислот II:
549
— со II: 312
Окислительно-восстановительные потенциа-
лы I: 228—232. См. также Электродный
потенциал
----внутри клеток II: 239
— — пиридиновых нуклеотидов II: 238,
471—472
----ИАО+-системы, влияние на цикл три-
карбоновых кислот II: 325 f
— реакции, внутренние И: 473
црсдиегаып yiluaaiesib
Окислительно-восстановительный буфер II:
143, 470
Окислительное декарбоксилирование, де-
фектное III: 116
----а-кетокислот II: 206, 268—275, 274
(диагр.) 318, 319, 330; III: 115, 116
----перекисью водорода II: 273—274
— фосфорилирование II: 84, 252, 324, 338,
391—425; III: 103
----высокоэнергетические промежуточные
соединения II: 402
----железо-серные белки II: 414
----конформационные изменения II: 414
— — модельные эксперименты II: 410
— — необходимость мембран II: 410
— — протонный градиент II: 419—422
— — разобщение тироксином III: 147
— — реконструкция II: 409
---стехиометрия II: 400
----теории II: 410—422
----участки фосфорилирования в мито-
хондриях II: 399, 400, 408
----факторы сопряжения II: 409
----фононная теория II: 414
----химиоосмотическая гипотеза II: 391,
419—422
----химическая гипотеза II: 391, 410—
422
Окислительные пентозофосфатные пути II:
339, III: 59
— свойства сопряженных окислительно-вос-
становительных пар I: 229
Окислительный метаболизм II: 65
----пуринов III: 170—171
З-Окислительный путь II: 470
----в митохондриях II: 393
Окись углерода II: 362
----в результате метаболизма бактерий
II: 282
— — выделение при разрушении гема III:
129
----из 10-формил-Н4Ро1 II: 282
----как ингибитор дыхания II: 398
----комплекс с цитохромом Р-450 II: 443
----окисление II: 426
— — энергия связи I: 227
Окончательная дифференцировка III: 297
Окоченение I: 324; II: 415
Окрашивание по Граму I: 25
— хромосом, методика III: 268
Окрашивающие реагенты I: 179
Оксазаридин II: 438с, 440
Оксалат II: 162с; III: 57
— избыточное образование III: 118
— метаболизм II: 328
— окисление II: 329
— рКа I: 259
Оксалил-СоА II: 329
Оксалоацетат II: 45, .86с, 62с, 210, 309с,
318, 323; 326, 327, 456, 457, 473, 480с,
483, 486
— в биосинтезе II: 458 (схема)
— — клетках мезофилла III: 59
— — малат-аспартатном челночном меха-
низме II: 424
----метаболизме Craesulaceae III: 59
----сериновом пути II: 479
---цикле трикарбоиовых кислот II: 325
(схема)
---С4-растениях III: 56
— декарбоксилирование II: 173
— 3-дикарбоксилированный ацетальдегид
II: 487
— как енол II: 154
— концентрация в митохондриях II: 322
• — нехватка при кетозе II: 515—516
— переаминирование II: 472
— превращение в а-кетоглутарат II: 486
— регенерация в цикле трикарбоновых кис-
лот II: 321
Оксалоацетат-ацетилгидролаза II: 162, 168
Оксалоацетатдекарбоксилазы II: 89, 173,
326
Оксалоацетат-таутомераза II: 154
Оксалосукцинат II: 318с, 319
Оксамицин см. Циклосерин
D-оксикислоты, накопление в зеленых
листьях II: 312
N-оксиаминокислоты III: 176—177
3-оксиантранилат III: 156, 157
— образование III: 156
L-0-оксиацил-СоА II: 146
3-оксиацил-СоА-дегидрогеназа II: 309
5-оксибензимидазол в образовании метана
II: 298
л-Оксибензоат III: 150с
n-Оксибензоат III: 136с, 150
— мутанты с потребностью III: 137
— образование из тирозина III: 142
— — — хоризмата III: 139
— превращение в убихинон III: 142
— СоА-производные III: 142
4-оксибензоат-гидроксилаза II: 437
Оксибиотин II: 199
L-3-оксибутират II: 315с, 316
D-3-оксибутирил-СоА в ходе окисления
жирных кислот II: 315
Р-Оксибутирил-СоА при брожении масля-
ной кислоты II: 354
Оксигеназы II: 434—449. См. также Диок-
сигеназы, Монооксигеназы
— алкаптонурия при отсутствии III: 145
— расщепление каротинов II: 576
Оксидаза аскорбиновой кислоты II: 448
NADH-оксидаза, недостаток II: 379
Оксидазы D-аминокислот II: 41, 258
— — из тканей почки II: 254
— со смешанной функцией см. Моноокси-
геназы
З-Оксидеканоилтиоэфир-дегидратаза, ген,
локализация III: 186
— механизм действия II: 547—548
Оксидоредуктазы, определение II: 75
6-оксидофамин III: 343
— как нейротоксин III: 336с, 343
3-оксиизобутират, образование из валина
III: 115
D-оксиизовалериановая кислота I: 365с
4-окси-2-кетоглутарат, расщепление альдо-
лазой II: 166
3-оксикинуренин III: 157
— образование III: 156
D-оксикислоты, образование в растениях
II: 312
Оксилизии 1: 117, П: 497, 498с, 500
Оксилизииы в коллагене II: 497—498
D-P-оксимасляная кислота I: 153
З-окси-З-метилглутарил-СоА (HMG-CoA)
II: 167с, 316, 489, 490, 564; III: 115
— в биосинтезе II: 458 (схема)
5-оксиметилдезоксицитидии-5'-фосфат, син-
тез III: 164
5-оксиметилцитидиитрифосфат в вирусной
ДНК Ш: 279
Оксиметилцитозии в бактериофаге I: 139
— синтез III: 253
З-О-оксимиристиновая кислота в клеточных
стенках I: 392
6-оксиникотиноксидаза, ковалентносвязан-
ный флавин II: 259
Оксипероксидаза II: 377, 378
3-оксипиридин рКа I: 260—261
а-Оксипиридин, таутомерный катализ II: 55
Оксипируват II: 479; III: 57с
— восстановление до глицерата III: 118
— фосфенолпирувата II: 478—479
— образование из серина III: 118
17-а-оксипрегненолон II: 585с
З-окси-Ь-пролин II: 497
4-окси-Ь-пролин I: 81; II: 498с
— в а-аманитине III: 211
— катаболические превращения II: 166;
III: 103—104
Р-Оксипропионат II: 333
Р-Оксипропионил-СоА II: 333с
D-10-оксистеарат II: 151
Окситетрациклин II: 562с
Окситиамин II: 209
Окситоцин I: 86с; III: 320, 321
— высвобождение III: 321
5-окситриптамин III: 158с. См. также Серо-
тонин
— как нейромедиатор III: 335
5-окситриптолин III: 344с
5-окситриптофан II: 439; III: 157, 158
— декарбоксилирование III: 339
n-Оксипировиноградная кислота III: 136,
143
— гидроксилирование II: 440с
— действие диоксигеназ III: 145
— декарбоксилирование III: 145
— образование из тирозина III: 145
— переаминирование до тирозина III: 139
Оксифенилпропановые звенья лигнина III:
152
25-оксихолекальциферол II: 588
4-оксициннамат III: 152
12-Е-окси-5,8,10,14-эйкозатетраеновая кисло-
та как фактор хемотаксиса II: 549
20-оксиэкдизон III: 323
26-оксиэкдизон III: 323
2-а-оксиэтилтиамин II: 204
б-окси-FAD II: 259
8-okch-FAD II: 259
а-Оксоглутарат см. Кетоглутарат
а-Оксокислота см. а-Кетокислота
5-оксопролин II: 137с; III: 93
— размыкание III: 94
5-оксопролиназа II: 93
Оксофенарзии II: 83с
Октадекаиовая кислота (стеариновая кис-
лота) I: 149
1-октадекаиол, биосинтез II: 548, 550
— секрет жировых желез II: 546
н-Октаи II: 310, 311
Октанол, окисление II: 310—311
Октаэдрическая структура I: 267
Октопальмин (Р-окситирамин) III: 335, 336
Олеатгидратазы II: 88
Олеиновая кислота I: 151
— гидратация II: 151
— изомеризация II: 176—177
— окисление II: 312
Олеоил-СоА II: 449
— биосинтез II: 548
Олива III: 328, 329
Олигомеры белковые I: 296
— высокого порядка I: 303
— константы образования I: 299
— определение I; 67
— с циклической симметрией I: 270
Олигомерные ферменты I: 270; II: 35
Олигомицин II: 403
— влияние на митохондрии II: 422
Олигонуклеотиды, последовательность I:
172
— синтез III: 194
Олигосахаридные единицы в гликопротеи-
дах, синтез II: 540
Олигосахариды I: 112—114
— в клеточном узнавании III: 359
— как факторы агрегации III; 359
— синтез II: 530—541
Олово I: 154
Онкогенные вирусы I: 394; III: 288—289
Ооциты III: 363
— первичные III: 266
— хромосомы типа ламповой щетки III:
297
Оператор фага А см. Бактериофаг А
— — — последовательность III: 260
Операторные мутанты III: 203
Операторы III: 203
— гена тирозиновой тРНК III: 220
— определение III: 202
— симметрия последовательности III: 204
— фага А III: 259—260
gaZ-onepoH III: 202, 295
Zac-оперон III: 201—205
— 1-ген III: 236
— промоторно-операторный участок III: 203
(рис.)
— схема III: 201
Опероны III: 201—205
— изолейцина-валииа III: 187
— фага А III: 259, 260
Опий радиоактивный, локализация рецепто-
ров III: 345
Оплодотворение яйцеклетки III: 355—356
Опсины колбочек III: 64
— объединение с 11-цас-ретииалем III:
63—64
Опсинкиназа III: 67
Оптимальная скорость II: 57
Оптическая изомерия I: 71
— плотность III: 8
Оптическое вращение I: 71
— — предсказание III: 27
Опухолевые клетки, необходимость аспара- »
гииа III: 106
Опухоли, изоферменты альдолазы II: 165
— опасность индукции III: 296
-d-орбитали, участие в образовании кова-
лентной связи I; 267
Органеллы I: 26
— концентрация ионов I: 359
— разделение I: 163
.L-орнитии I: 360; III: 90с, 95, 97
— биосинтез III: 96, 104
— в грамицидине S II: 491
----- пептидогликанах I: 389
— — уратсвязывающем белке III: 96
— декарбоксилирование III: 100
Юриитиндекарбоксилаза, влияние сАМР
III: 351
— геи, локализация III: 188
Орнитинкарбамоил-трансфераза III: 97
— геи, локализация III: 186
Ориитинмутаза II: 290
Ориитиитраискарбамоилаза (орнитиикарба-
моилтрансфераза) III: 97, 186
'Оротидин-б'-фосфат II: 466; III: 161, 162с
— в синтезе уридни-5'-фосфата II: 1611с
— декарбоксилирование III: 161с
Орселлиновая кислота II: 561
Ортокремиевая кислота, эфиры I: 122
Ортоэфир амииоацил-тРНК. III: 235с
Осветляющий фактор II: 556
Оси псевдовторого порядка I: 295
Осмотический шок I: 358
Осмотическое давление I: 181
Основание Y III: 222с
Основания, гипермодифицироваииые при
связывании с рибосомами III: 223
— длинноцепочечиые II: 560
— модифицированные III: 218, 222с
Основной катализ II: 50—61, 111
— обмен I: 204
Основность II: 54
Основные колебания III: 10
Остеоартриты II: 501
Остеобласты I: 54, 374
— щелочная фосфатаза II: 119
Остеогенез, нарушения II: 501
Остеокласты I: 374
— кислая фосфатаза II: 119
Остеоциты I: 373—374
— щелочная фосфатаза II: 119
Островки Лангерганса II: 496
Осциллятор гармонический III: 9
Ось симметрии второго порядка I: 133, 284;
III: 262, 280
-----третьего порядка I: 271, 285
Осьминоги I: 53
— интеллект I; 53
Отек II: 553
Отжиг денатурированной ДНК I: 142
Открытая система I: 64, 233
Отношение P/О II: 400
— NADPH/.NADP+ II; 248, 341, 466
-----в цитоплазме II; 471
-«Отпечатки пальцев» митохондриальной
ДНК III: 308
-----пептидов I: 167, 314
-----полинуклеотидов I: 171, .172
Отрицательная кооперативность см. Анти-
кооперативность
.Офтальмовая кислота II: 178
Ошибки спаривания, исправление III: 301
ochre-кодоны III: 194
<ichre-мутаны III: 254
Палиидромиые участки III: 285, 287
Палиндромы I: 145; III: 205, 220, 262, 362
— в ДНК эукариот III: 301
Палочки, диски III: 62—63
— наружный члеиик III: 62 (рис.)
— самообиовлеиие III: 62 (рис.)
— сетчатки I: 337—338; III: 62—63, 329
------- поляризация мембран III: 67
— строение III: 62
— электронная микрофотография III: 62
Пальмитальдегид, испускание света при
окислении III: 74
Пальмитил-СоА см. Пальмитоил-СоА
Пальмитиновая кислота I: 151
-----в клеточных стенках I: 392
----окисление II: 312
Пальмитоил-СоА II: 548
— в образовании сфингозина II: 219
Пальмитолеиновая кислота II: 562
Пальмитолеоил-АПБ, биосинтез II: 548
Пальмитои, биосинтез II: 517
Память, химическая основа III: 350—351
Панкреатическая дезоксирибонуклеаза I:
167
— рибонуклеаза см. Рибонуклеаза
Панкреатический трипсиновый ингибитор,
структура II: 114
Панкреозимин III: 320
Пантетеин II: 191с
— биосинтез III: 115
Паитетеин-4'-фосфат II: 191с, 192
— в ацилпереиосящих белках II: 193
----биосинтезе СоА III: 113
----синтезе грамицидина II: 491
-------жирных кислот II: 485
Паитоевая кислота II: 193с
----биосинтез III: 115
----в коферменте А II: 191
Пантотеновая кислота II: 188, 191с, 192,
193с, 199; III: 115
----содержание у человека II: 151
— — суточная потребность II: 193
Панцирные жгутиковые I: 47
Папаверин III: 155с, 157
Папаии II: 114
Папайя II: 114
Папилломавирусы I: 288
Паповавирусы I: 288
Папоротники I: 42, 61, 156
Парамагнитная релаксация сигналов ЯМР
III: 53
Парамагнитные ионы, ядериая релаксация
II: 128
— свойства ядер хрома II: 506
Параноидные явления III: 342
Р-Параоксибутиратацетоацетат II: 470
Парасимпатическая нервная система III:
330
Паратгормон (паратиреоидный гормон) I:
374; II: 589; III: 320, 322
Паратион II: 105с
Паратоза I: 391с
Парвальбумии I: 268. См. также Кальций-
связывающие белки
Парвовирусы I: 288
Паргнлии III: 341с
— как антидепрессант III: 344
— ковалентные связи с флавином III: 344
Паренхима I: 61.
Предметный указатель 443
Паркинсона болезнь III: 342
Партеногенетическое потомство III: 356
Парциальные реакции обмена, отсутствие
способности к катализу у фосфорилаз
III: 100
Пары оснований I: 134—139; III: 183—184,
212, 275
----ДНК, названия I: 130
----замена III: 246
----«неоднозначность III: 238с
----по Уотсону — Крику III: 238с
-------Хугстену I: 135
----пурин—пурин III: 246—247
— — свободная энергия образования III:
212
— — сила связей I: 136
----таутомерные свойства I: 138; III: 214
Пауки I: 53
Пектинразрушающие ферменты III: 269
Пектиновые вещества в стенках клеток рас-
тений 1: 395
Пектины I: 37, 114
— биосинтез II: 522
— и гемицеллюлоза, биосинтез в пузырьках
аппарата Гольджи I: 386
— реакция элиминирования II: 150
Пеларгонидин II: 566с
Пеллагра II: 187, 242
— при маисовом рационе III: 157
L-пенициламин II: 224
Пенициллиназы II: 117; III: 188, 257
Пенициллины I: 46, 367; II: 117
— биосинтез III: 113
— гидролиз кольца (З-лактана III: 257
— использование для получения мутантов
III: 188
— как аналоги О-аланил-П-аланина II: 117
----ацилирующие агенты II: 117—118
— метод отбора III: 137
— противобактериальное действие II: 117
Пентамеры I: 270, 290
— гистидиндекарбоксилазы II: 234
— повторяющиеся III: 203
Пентозо-фосфатиые пути II: 87, 165, 339—
344, 342 (схема)
— — восстановительные II: 87, 475—478
----— карбоксилирующая система II:
476
----метаболизм у Crassulaceae III: 59
----неокислительные и окислительные П:
342—343
-------как источник глицеральдегид-3-
фосфата II: 341
----у бактерий, окисляющих водород II:
426
Пентозофосфаты II: 457—458
— равновесная смесь II: 341
Пентозы I: 108
Пеонидин 11: 565
Пепсин I: 167; II: 104, 113
Пепсиноген II: 104
Пептид из мозга крыс, боящихся темноты
III: 351
Пептидазы II: 107—117
— в у-глутамнновом цикле II: 88
Пептидилтрансферазный центр рибосомы
III: 234
Пептидильиый участок рибосом III: 232
Пептидная карбонильная группа, координа-
ционное связывание с Мп2+ I: 380
— связь I: 80, 88с, 89
----в переносе протона II: 57
----образование Г. 88; П: 49; III: 234
----плоское строение I: 87—88
— — резонанс I: 87
----таутомеризация II: 57
----цпс-пептидные связи в актиномици-
не D III: 210
Пептидные антибиотики Г. 365—366
----синтез I: 364
----фосфопантетенн в биосинтезе II: 193
Пептидные гормоны I: 85, 86, II: 496
----последовательности III: 321—322
----посттранскрипциониое расщепление
III: 322
— медиаторы III: 341—342
— петли в актиномицине D III: 209
— цепи, суперспираль I: 92
----элонгация III: 233, 234 (схема)
Пептидогликановые цепи, ориентация в
клеточных стенках I: 395
Пептидогликаны I: 117—118, 283, 388—390;
III: 107
— биосинтез II: 117, 218, 224, 522, 539
(схема), 540
— влияние пенициллинов II: 117
— гидролиз П: 98
— действие лизоцима II: 98
— поперечная связь II: 116
Пептиды белков головки фага III: 252
— биосинтез II: 491—492 ...
— как гормоны местного действия 1Ц: 359
— мозга, имитация действия алкалоиде»
опия III: 346 1.
— морфиноподобные III: 342 а 4
— обратимая денатурация I: 263
— торсионные углы I: 88—90
— циклические I: 84 I
Переамидирование II: 22, 323
Переамниирование II: 210, 216—217, 479,
490
— аминокислот III: 101
— в у-аминобутиратном шунте II: 327
— — биосинтезе гистидина III: 159
------ катаболизме III: 101
----метаболизме аминокислот III: 88, 90,
113, 115
— глиоксилата III: 57, 58, 120
— глутамина как донор аминогрупп II:
533—534
— полуальдегида глутамата III: 96
— полуреакция II: 217
— с участием сахаропина III: 107
Перегородчатые десмосомы I: 58
Перегруппировка Амадори III: 140 (схема),
141, 173—174
----при синтезе гистидина III: 160
— в синтезе валина и изолейцина II: 490.
Перекиси органические II; 176. См. также
Ион(ы) перекиси
— реакции II: 307
— флавиновых коферментов П: 268
Перекисный дианион, обратимое образова-
ние гемэритрином II: 369 |
Перекись водорода II: 179 i
----гидроксилирующий агент II: 437 -
----образование в пероксисомах Ш: 57
444 ПрЙй<етйыйукШ(ЙЙ'
Перекись водорода, образование при введе-
нии аутоокисляемых лекарств II: 370—371
-------флавопротеидами I: 258
--- окислительное декарбоксилирование
III: 273—274
---разрушение клеток II: 371
---у жуков-бомбардиров II: 404
Перенос заряда III: 65
— протона в аспартатаминотрансферазе II:
231
---внутримолекулярный II: 155, 159
---контролируемый диффузией II: 155—
156
— — межмолекулярный II: 150
— — скорость II: 56—67
— энергии .в родопсине III: 63
---'внутримолекулярный III: 31
— — геометрический фактор III: 31
— •— и флуоресценция III: 31, 32
---как функция расстояния III: 32
(рис.)
— — при люминесценции Renilla III: 72
---у кишечнополостных III: 74
син-Перенос протонов II: 159
Переносчик(и) аденнннуклеотидов в мито-
хондриях II: 423
— водорода II: 84, 86, 237—271. >м. также
Флавинадениндинуклеотид, Никотинамид-
адениндинуклеотид
— липидные П: 537—540
---в мембранном транспорте I: 357—358
— электронов в хлоропластах III: 48
Перехваты Ранвье I: 371; III: 325 (рис.)
Переход спираль — клубок в коллагене II:
417
— полипептидах II: 26
— электронный, вероятность III: 18
Переходное состояние II: 46—50, 53с
Переходы, индуцируемые светом III: 8—9
— электронные III: 14
Перец III: 152
Перинуклеарное пространство I: 29
Период абсолютной рефрактерности I: 371;
III: 327
Период полураспада I: 169; II: 8
Периплазматические белки I: 358
Периплазматическое пространство I: 388
Перманганат калия I: 338
Пермеаза I: 358; III: 201
— для лактозы III: 200
Пермутационные перегруппировки II: 121 —
124
Пернициозная анемия II: 188, 284
Пероксидаза, реакция с Кг1гВг6 II: 378
Пероксидная группа в люминесценции III:
73
Пероксидазы II: 366, 376; III: 57
— в образовании лигнина III: 153
-------тироксина III: 146
— хрена II: 377
— недостаточность II: 388
— промежуточные формы II: 377
— у жуков-бомбардиров II: 404
Перокси-радикал II: 267
Пероксисомы I: 34
— гликолатоксидаза III: 57
— протеаза нейтральная Ш: 95
Персульфидная группа в ксаитин- и альде-
гидоксидазах II: 266
Перья, красные пигменты III: 148, 149
Петунидин II: 565
Печеночники I: 61
Печень, пентозофосфатный путь II: 343
— при лечении пернициозной анемии II:
285
— синтез холестерина II: 582
— цитохром Р-450 II: 455
Пигменты вспомогательные III: 40—44
Пигменты глаз и волос II: 447
— зрительные III: 63—64
— желчи III: 44
— «желчные, растительные» III: 44с
— жирорастворимые I: 342
— изнашивания II: 388
— красные и черные III: 148—149
— рыжих волос, биосинтез III: 149 (схема)
— флавонолы II: 565, 566с, 567
— фотосинтетические II: 39—44
Пикорнавирусы I: 288
Пикосекундная спектроскопия III: 65
Пикосекундные кинетические исследования
III: 47
Пикротоксин II: 569с; III: 340
Пили I: 15, 22, 273, 276, 327; III: 189. См.
также F-пили
— ген III: 187
— связывание фага III: 244
F-Пили (Половые ворсинки) III: 189, 257,
258
— гены III: 257
— образование III: 257
— перенос ДНК III: 189
Пилин, накопление в клеточной мембране
III: 258
Пимарадиен II: 594с
Пимелоил-СоА III: 115
Пинакол II: 177с
Пинаколон II: 177с
Пинакол—пинаколоновая перегруппировка
II: 177
«Пннг-понг»-механизм II: 22, 31
— для сукцинил-СоА: ацетоацетат—СоА-
трансферазы II: 138
---сахарозофосфорилазы II: 97
— уравнение скорости II: 22
а-Пинен II: 568
— в скипидаре II: 568
Пиносильвин II: 566с
Пиноцитоз I: 29; III: 305—306
Пиноцитозные вакуоли, слияние с лизосо-
мами II: 544
— пузырьки I: 321
L-пипеколинат III: 109с
Пиперидин III: Г52
Пиперин III: 152с
Пиразин в люфицеринах III: 73
Пирамидный тракт III: 329
Пиранозные кольца I: 108, 115. См. также
Углеводы
Пиреноид I: 47
Пиридин как катализатор II: 53
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 264
— энергии связи I: 227
Пиридиинуклеотидиые коферменты П: 238,
240—268
предметный указателе. что
Пиридиновые нуклеотиды, аналоги II: 253
---содержание в митохондриях II: 397
Пиридоксаль II: 210с
— неферментативное превращение в пири-
доксамин II: 211
Пиридоксалькиназа, действие иа токсопири-
мидин II: 225
— ингибирование изоникотинилгидразидом
II: 223
Пиридоксальфосфат (PLP) I: 85; II: 209—
232, 215с, 479; III: 34, 111, 113, 134
— аддукт с SH-группой II: 230
— аналоги II: 232
— антагонисты II: 223—225
— в гликогенфосфорилазе II: 101; III: 34
— — декарбоксилировании глицина III:
121, 122
— — катаболизме сфингозина II; 560
— — мозге III: 340
---образовании тироксина III: 146
---реакции конденсации глицина II: 488
— гидратация II: 26
— как катализатор II: 212
— окружение в фосфорилазе III: 35
— основная функция II: 214—223
— повороты в ферментах II: 232
— при образовании (З-оксиаспартата II: 481
— разрушение гистидиновых остатков II:
163
— реакция с аминокислотами II: 212, 216
(схема)
— связанный, круговой дихроизм III: 26
— спектр поглощения II: 229
— стереохимия катализа II: 226 (схема)
— шиффовы основания II: 143
— ЯМР I: 184
Пиридоксамин II: 210с
— реакция с нингидрином II: 213
— флуоресценция III: 33
— рКа III: 34
Пиридоксамин : пируват—аминотрансфераза,
стереохимия II: 227
Пиридоксаминфосфат II: 210, 217
— как кофермент II: 222
— связанный, круговой дихроизм III: 26
— спектр поглощения II: 227—228
е-Пиридоксиллизин II: 229с
Пиридоксин (витамин В6) I: 78с, 225; II:
210
— дегидратация III: 150
— как гормон роста растений III: 324
— константы микроскопические I: 255, 260
— — связывания протонов I: 255
— таутомерия I: 78
Пиридоксин-5'-фосфат II: 211
6-пиридоны II: 253
Пиримидиновые нуклеотиды (пиримидинну-
клеотид), биосинтез II: 39; III: 162 (схе-
ма)
— нуклеозиды, катаболизм II; 166—167
— основания I: 123с, 126
— •— биосинтез III: 97, 104, 161—166
---водородные связи I: 135; II: 189
--- восстановление боргидридом натрия
I: 127
— — инфракрасные спектры III: 11
---метаболизм III: 161—167
---метилирование III: 220—222
---названия I: 126.
-----нуклеофильное присоединение III: 214
— — повторное использование III: 166
— — поток электронов II: 57
----растворимость I; 78
-----реакции с PRPP III: 166
-----спектры III: 21, 22
-----фотохимические реакции III: 35
Пирит (ферросульфид), окисление II: 430
Пиритиамин II: 209
Пировиноградная кислота II: 65, См. также
Пируват
-----средняя степень окисленности II:
474с (схема)
Пирогены II: 554
Пироглутамильные группы I: 86
Пирокатехаза II: 434
Пирофосфат в результате фотофосфорили-
рования III: 5')
— вытеснение II: 494; III: 197
— гидролиз I: 222; II; 135, 461—463, 493
— как дополнительный источник энергии
III: 50
— мевалоновой кислоты II: 153
— элиминирование II: 493
—• — в синтезе полипренильных соедине-
ний II: 578
Пирофосфатаза II: 120, 461—463, 493; III:
163—164
Пирофосфатная группа, перенос II: 132;
III: 141
Пирофосфатные мостики, связывающие дн-
сахариды I: 391—392
— эфиры, образование II: 462 :
Пиррол, энергия связей I: 227 <
Пирролидонкарбоксильная кислота СМ.
Оксопролин
Д'-Пирролин III: 101с
Д'-Пирролин-2-карбоксилат III: 103с
Л'-Пирролин-5-карбоксилат III: 90, 103с
Пиррольное ядро, изотопные метки III: 123
Пиррольные фрагменты из глицниа III:
123_____124
Пируват II: 34, 67с, 84, 86, 166, 321, 326,
337с, 456, 457, 486, 487, 490. См. также
Фосфоенолпируват
— в биосинтезе II: 471 (схема)
-----реакциях брожения II: 338
— восстановление до лактата II: 67
— для фиксации N2 III: 83
— енольная форма II: 337с, 338
— как а-карбоксилированный ацетальдегид
II: 487
-----промежуточный продукт биосинтеза
II: 473
— карбоксилирование II: 471
— образование в гликолизе II: 325, 336,
337 (схема)
-----пути Энтнера — Дудорова II: 344
-----из ацетил-СоА II: 472
-------глиоксилата II: 487
— окисление в цикле трикарбоновых кис-
лот II: 325 (схема)
-----P/О отношение II: 400
— поступление в митохондрию II: 423
— превращение в ацетонн II: 202
-------фосфоенолпируват II: 483
-------уридиловую кислоту II: 466
— прямое аминирование III: 69 . . ,
что иредаиетяыиукаЗВТель
Пируватдегидрогеназа II: 270
— ингибирование II: 324
— механизм II: 270—271
Пируватдекарбоксилаза II: 205
Пируваткарбоксилаза II: 174, 194, 200, 318,
321, 483
— ингибирование с помощью метилмало-
нил-СоА II: 335
— марганец III: 52
Пируваткиназа II: 338; III: 194
— как оксалоацетатдекарбоксилаза II: 173
— обратимое действие II: 483
— отсутствие у Ascaris II; 358
Пируватное семейство II: 457
Пируватный остаток в пролинредуктазе II:
236
Пируватоксигеназа Е. coli II: 272
Пируват : ферредокси — оксидоредуктаза
II: 272, 298, 351, 379
Пируват-формиат-лиаза II: 274—275, 350;
III: 83, 103
Пируват-фосфат-дикиназа II: 484; III: 59
Пирувоильная группа в ферментах II:
233—237
Питание дрожжей II: 192
— молочнокислых бактерий II: 192
Пищеварительные ферменты III: 352
Пищеварительный тракт, образование из эн-
додермы III: 356
Пиявки, объем мозга III: 324—325
Плавление ДНК I: 263
— мембранных липидов I: 343
— нуклеиновых кислот I: 142—145; III: 22
Плавучая плотность I: 164
Плазма крови, белки I: 103—104
----содержание холестерина II: 582
— — человека, содержание основных
ионов I: 361
Плазмалемма I: 318, 325. См. также Плаз-
матическая мембрана
Плазм а логе ны I: 52
— биосинтез II: 558, 559с
Плазматическая мембрана I: 29, 356, 388—
395
— — мышц I; 318
— — палочек, нервный импульс III: 66—67
Плазменные ионизационные детекторы I:
180
Плазмида, включение генов эукариот III:
294
— интеграция III: 287
— несущая R-фактор III: 279
Плазмиды I: 38; III: 256—258, 287
Плазмодесмы I: 30
Плаиарии I: 51
Планктон I: 49
Пластиды I: 34
/-.пластинки I: 318
Пластохиноны II: 384с, 385, 578; III: 49,
143с
— биосинтез III: 142, 143 (схема)
— в перекачивании протонов 111; 50
----фотосинтезе III: 38, 41
— нз хоризмата III: 143
Пластохром анолы II: 385
Пластоцианин II: 446, III: 48
— в фотосинтезе III: 38, 41
Плодовое тело, образование у Dictyoste-
lium III: 353
Плоды экки-дерева III: 117
Плоские черви I: 51
Плотность супервитков I: 139
— упаковки белков I: 96
Плотный контакт I: 56, 58
Пневмония атипичная I: 14
«Побеление» мышц II: 331
Поверхности, определяемые вандерваальсо-
выми радиусами I: 135
Повреждения, возникающие под действием
рентгеновских лучей III: 293
Повторы инвертированные III: 220
Повторяющиеся последовательности в гете-
рохроматине III: 363
-------ДНК III: 287, 298
Повторяющийся пентамер в /ас-промоторе-
III: 207
Поглощение света I: 250, III: 8—27. См.,
также по названиям спектров
----количественное измерение III: 8
— •— комплексами хрома II: 506
•---определение констант связывания I:
250
----правила отбора III: 8
Подагра III: 96, 172
Подагрический артрит III: 172
Подвижность, измерение с помощью флуо-
ресценции III: 31
Подергивание у бактерий III: 255
Поджелудочная железа, развитие III: 357“
----продуцирование инсулина II: 504
Подкорковые ядра III: 330
Подчелюстные (слюнные) железы, фактор»
роста нервов III: 357
Позвоночник, искривление II: 500
Показатель преломления III: 7
Покрытосеменные I: 61, 62
— азотфиксирующие актиномицеты как
симбионты III: 82
Пол I: 39
Ползучие сорняки III: 56
Полиаденнловая кислота (поли-А) III: 299»
----в Г-яРНК III: 223
-------мРНК III: 223, 300
Полиакриламидный гель I: 164, 170
Полиамины I: 127, 329; III: 99—101
— влияние сАМР на синтез III: 351
— связывание с ДНК III: 99
— стабилизация суперспиральной ДНК III:
100
— функции III: 99—100
Полигалактуроновые кислоты см. Пектины
Полиглицин I: 89, 94с
«Полиголовки» мутантных бактериофагов;
III: 253
Полиеновые антибиотики I: 367
Полиены, спектры III: 20
Поликетиды II: 488; III: 136
— биосинтез II: 561—563
— гидроксилирование II: 563
— метилирование II: 563
Р-Поликетон II: 561
Полимеразы нуклеиновых кислот III: 2147
См. также ДНК-полимеразы, РНК-поли-
меразы
Полимеризация, матричный механизм Пт
492
— пренильных единиц II: 462
Предметный указатель '44
Полимеры I: 67
— биосинтез II: 491—501
— катаболизм II: 495—497
— необратимая модификация II: 495—500
Полиметафосфат I: 16
Полимиксины II: 491
Полиморфноядерные лейкоциты I: 54; II:
379, 553—^554
Полиневрит II: 187
По линенасыщенные жвриые кислоты I: 356
-------окисление II: 436
Полинуклеотидкиназа I: 177
Полниуклеотид-лигаза III: 283
— в рекомбинации III: 282
-----репарации ДНК III: 292
Полинуклеотидфосфорилаза, геи, локализа-
ция III: 187
Полинуклеотиды I: 122—146. См. также
Нуклеиновые кислоты, Дезоксирибону-
клеиновая кислота, Рибонуклеиновая кис-
лота
— гидролиз I: 166—168
— направление роста цепи II: 494
— понижение стабильности при высоких
темлературах 1: 249
•— при расшифровке генетического кода III:
194
— с регулярно чередующейся последова-
тельностью III: 194
— торсионные углы I: 128—129
— химические реакции I: 127—128
Полиовирусы I: 288
— мРНК, неприкрытая концевыми колпач-
ками III: 224
— основные белки оболочки I: 290
Полн-Э-Р-оксибутират I: 16, 153—154
— синтез II: 146
Полиоксикетоиы I: 107. См. также Угле-
воды
Полиома, вирус I: 288
— суперспиральиая ДНК I: 139
Полипептиды I: 84—106; II: 26. См. также
Белки
— конформация I: 84—106
-----изменения I: 105—106
— определение I: 80
— с регулярно чередующимися последова-
тельностями III: 194
— спиральная структура I: 87—95
Полиплоидные клетки I: 278; III: 363
-----в печени III: 267
-----у человека III: 267
— организмы III: 267
Полипотеитные стволовые клетки, диффе-
ренцировка III: 364
Полипреннловые спирты I: 342
Полнпренилпнрофосфат III: 143
Полнпренильиая группа, перенос III: 142
Полипреннльиые соединения II: 316
-----биосинтез II: 490, 563—593
-----полимеризация II: 177
•— цепи, введение в хиноны II: 577
Полнпренильнын «стержень» III: 32
Полнпролин I: 92, 93
Поли(АОР-рибоза) III: 304
Полирибоиуклеотиды, расщепление перйода-
том I: 177
Полирибосомы (полисомы) III: 236—237
Полисахариды I: 106—121
— биосинтез II: 492—494
— заблокированные концы I: 115
— звенья в иеразветвленных участках цеп
1:176
— капсульные III: 183
— катаболизм II: 495, 541
— конформация I: 118—121
—• концевые звенья I: 176
— модели полимеризации II: 493
— накопление I: 114
— синтез II: 492—494, 535—541
— торсионные углы I: 118
— точки ветвления I: 176
— циклические Г. 115
Полистнролсульфонат I: 165
Полисульфид линейный из глутатиона II
429
Полнтениые хромосомы III: 267
----диски III: 267, 296
----пуф, индуцируемый экдизоном III
323
Полиуридиловая кислота, тройная спирал!
I: 263
Поли(dT)-участки в ДНК животных III:
299
Полифеиилалаиин III: 240
Полифторэтилеи, спиральная структура I:
87
Полифуикциоиальный катализатор II: 66
Полихеты I: 53
Полиэтилен I: 87 ' •,
Полностью согласованная реакция II: 137
Полностью тра«с-ретиналь III: 63, 64с» 1
----максимум поглощения III: 64----------
Половое размножение у бактерий III: 189
Половые гормоны II: 584, 589—591.
также Андрогены, Эстрогены и гормоны
по названиям
— клетки из эндодермы III: 356
— пили см. F-пили
«Полоса Сорэ» спектра порфиринов III: 20
—------цитохрома II: 373
Полосатое тело III: 328, 338, 342
Полость оксианиоиа II: 111
Полосы поглощения, форма II: 14—17
Полуальдегид а-аминоадипииата III: 107,.
108, 109с
— аспарагиновой кислоты III: 105с, 107
— малоновой кислоты, средняя степень,
окисленности II: 474с (схема)
— тартроновой кислоты II: 329, 330
Полуацеталь I: 108; II: 88, 140. См. также
Гликозидные связи
— образование I: 108, 488
Полуиприты, мутагенные свойства III: 290-
Полукетали II: 88, 140
Полуконсервативная репликация, экспери-
ментальное доказательство III: 195
Полумеркаптали II: 88, 140
Полюсы клеток III: 264
Поляризация мембран III: 67
— переходов III: 19
— связей I: 76
— флуоресценции III: 30
Поляризуемость II: 92
Полярная мембрана I: 17
Полярные группы I: 96
----определение I: 76;
Полярные молекулы, определение I: 76
— тельца III: 266
Поперечнополосатые скелетные мышцы I:
317—326. 317—326. См. также Мышцы
Порфины II: 364
Порфирия врожденная III: 129
Порфиропсины III: 64
Порфобилиноген II: 364г
— изотопные метки III: 123
— образование III: 119 (схема), 123 (схе-
ма)
Последовательное фосфорилирование — де-
фосфорилирование II: 463, 470, 534
Последовательности аминокислот I: 84
----в активном центре химотрипсина II:
108
-------аспартатаминотрансферазе I: 85
— кодонов, колинеарность с пептидом III:
252
— ССА в тРНК III: 223
Постганглионарные волокна симпатической
системы III: 330
Постоянная Больцмана I: 205
----численное значение I: 201
— Гаммета о, корреляция со спектральны-
ми сдвигами III: 20
— Планка I: 184; III: 7
Постсинаптическая мембрана III: 325
Постсинаптический потенциал II: 327
Постсинаптическое утолщение III: 326
Потенциал покоя клеточных мембран I: 369
— фосфорилирования II: 406
Потенциалы переноса групп I: 217—221
------- роль ионов металлов I: 225
----пирофосфатов II: 105
Потенциометр I: 229, 230
Початок, термогенная активность II: 404
Почва, гуминовые кислоты III: 154
Почечная гликозурия I: 360
— остеодистрофия II: 588
Почечные канальцы I: 58, 360
Почки, оксидаза D-аминокислот II: 254
— болезни III: 366
— при подагре III: 172
Правила отбора, поглощение света III: 8
Правило Марковникова II: 249
— спаривания кодона с антикодоном III:
237—238
— Фишера для сахаров I: 108—109
Празеодим I: 187
Прадидоксим II: 106
Прегненолон II: 584, 585с
Преднизолон II: 586с
Предположение о быстро устанавливаю-
щемся равновесии II: 24
Предстательная железа, содержание цинка
II: 142
Предшественник РНК III: 206, 217, 225
— тРНК III: 220
Прекальциферол II: 587с
Препюмиродопсин III: 65
Пренилфосфат I: 148. См. также Изопенте-
нилфосфат
Препарат Кейлина — Хартри II: 399
Препроинсулин III: 322
Препропаратирин III: 322
Препроцесоииг .III: 322
— гормонов III: 322
Пресинаптическое утолщение III: 326
Прескваленовый алкогольпирофосфат II:
571, 573
— снирт II: 572с
Пресмыкающиеся, экскреция мочевой кисло-
ты III: 161
Претирозин III: 139с
Префенат, переаминирование в претирозин
III: 139
— превращение в га-оксифенилпируват III:
139
— сопряженное элиминирование II; 152с
Префеновая кислота III: 136с
образование из хоризмата III: 139
Приблизительная симметрия второго поряд-
ка в актиномицине D III: 210
Признаки, сцепленные с полом III: 268
Прилежащие тела III: 322
Приматы, экскреция азота III: 170
Примитивные организмы, брожение II: 345
Принцип неопределенности Гейзенберга I:
344
— Франка — Кодона III: 14
Притяжение вандерваальсово I: 244
— между заряженными группами I: 244
Проангиотензин III: 322
Прогерия III: 292
Прогестерон II: 397, 585с, III: 321
— биосинтез II: 584
— глюкурониды II: 584
— инициация секреции II: 590
— метаболизм II: 584
— образование из холестерина II: 584
Прогестины II: 584
— ингибирование овуляции II: 591
Прогормоны, амииолиз III: 322
Программы развития III: 316, 352—354
— в многоклеточных организмах III: 360—
364
Продолговатый мозг III: 319, 328
Проекционные формулы Фишера I: 71, 108
Проекция Ньюмена I: 73
Проинсулин II: 496с
— поперечные мостики II: 505
— расщепление цепи II: 496
— сходство с фактором роста нервов III:
357
Прокариотические 5S-PHK III: 226с
Прокариоты, азотфиксирующие I: 25
Проколлаген II: 440
— гидроксилирование II: 497
— структура II: 497—498
— тройная спираль II: 498
Проколлагенпептидаза II: 498
Пролактин (мамматропин) III: 320с
Г-пролин(Рго) I: 81с, 98; III: 90с
— биосинтез III: 90 (схема), 95—96
— в актиномицине D III: 209
— — гемоглобине I: 314
— восстановление до 5-аминовалерата III:
103
— гидроксилирование II: 497—498
— катаболизм III: 103
— кодон III: 192, 193
— мутации в кодонах III: 195
— реакция с нингидрином II: 213
— цис-связи в пептидах I: 88
Про липоксидаза III: 103
Пролинредуктаза П: 236
Промежуточное состояние рекомбинации,
электронная микроскопия III: 284
Промежуточные метаболиты, определение
I: 154
— продукты в модели Холидея III: 285
Прометазин III: 341с, 342
Промотор III: 202, 203, 207
• — определение III: 202
— узнавание РНК-полимеразой III: 206—
207
Промышленность, роль биохимиков III: 367
Проназы I: 168
Проницаемость для Na+, увеличение под
действием батрахотоксина III: 334
— митохондрий II: 314
Пронтозил II: 32
Пропандиол, превращение в пропиональде-
гид II: 292
Пропановая кислота I: 149. См. также Про-
пионовая кислота
Пропанол как продукт брожения II: 348
(схема)
Пропапаин II: 115
1-пропенилсульфеновая кислота из чеснока
II: 215
Пропиламин III: 100
Пропилирование I: 178
Пропионат из валина III: 115
— как продукт брожения II: 348 (схема)
— катаболизм II: 330—335, 333 (схема)
— превращение в оксалоацетат II: 335
— при кетозе II: 516
Пропионилкофермент (пропионил-СоА), ка-
таболизм II: 310, 330, 333с, 490, 546
— в метаболизме стероидов II: 583
------образовании разветвленных цепей II:
490
---пропионовокислом брожении II: 352
— карбоксилирование II: 194
— образование из изолейцина и треонина
III: 114, 115
Пропионильная группа II: 490
Пропионовая кислота I: 149
------в швейцарском сыре II: 330
Пропионовокислое брожение II: 352—353
Пропионовокислые бактерии II: 195, 322
— — брожение лактата II: 353
------фосфоеиолпируват-карбокситранс-
фосфорилаза II: 173
Пропранолол III: 337
Прорастание семян, зависимость от дейст-
вия света III: 69
------фитохром III: 69
Простагландин(ы) I: 356; II: 548, 551—
554; III: 321
— биосинтез II: 548, 551, 552 (схема); III:
316
— катаболизм II: 551, 552 (схема)
— оксигеназы, роль в синтезе II: 434
— при воспалении II: 553
— синтез, ингибирование аспирином II: 554
— структура II: 551, 552
— F, индукция аллергической реакции II:
554
— PGE I: 150с
Простейшие I: 43—45, 155, 362, 368
— люминесцирующие III: 71
— смешанное кислое брожение 11: 351
Простетические группы I: 268; II: 186
------присоединение II: 497
Простуда II: 621
Протамины I: 127; III: 301
Протеазы II: 107—113
— бактериальные I: 181
— освобождение гормонов щитовидной же-
лезы III: 146
— грибов II: 113
— ингибиторы II: ИЗ
— ионы металлов II: 115—116
— нейтральные II: 114
Протеинкиназа II: 69, 127, 508
— аллостерический эффектор II: 70
— действие на глнкогенсинтетазу II: 509
Протеогликаны I: 117—118
Протеолипиды I: 354
Противогистаминные препараты III: 161,
342
------прометазин III: 341с
Противоопухолевые агенты III: 209
Противосудорожные препараты, лечение
эпилепсии III: 341с
Противоточное распределение I: 159
Противоядия для органических фосфатов
II; 106
Протисты I: 43—50
Протогем II: 365
Протогем—ферро-лиаза (феррохелатаза)
III: 124
Протокатехат III: 1150с, 151
Протоколлаген, гидроксилирование II: 443
Протомеры I; 268
— кольца I: 270—273 Н
Протонированное состояние в соединениях
молибдена III: 87 А
Протонный насос, в митохондриях II: 419
— — гипотетическая модель II: 420 1
------под действием света III: 68
— обмен в родопсине III: 67
Протонодвижущая сила II: 240
Протоны, восстановление нитрогеназой III:
83
— диссоциация III: 35
— 1,3-миграция II: 158
— перенос, контролируемый диффузией П:
155—156
Протопласты I: 21
— растений III: 269
Протопорфирии, комплексы с металлами
III: 124
Протопорфирин IX II: 365
— биосинтез III: 123 (схема)
Проторакальная железа насекомых III: 323
Протохлорофиллид а III: 125с
Протромбин I: 181; II: 73, 389
— активация II: 389
— аномальный при отсутствии витамина К
II: 389
— свертывание крови II: 72
Профаг III: 258
— Л, исключение III: 261, 364
исследование репликации III: 272 •
------сайт интеграции III: 186
Профаза III: 264, 265
Проферменты II: 66, 104, 495—496. См.
также Зимоген
— гистидиидекарбоксилазы II: 233
— папаина П: 115
w иредмстяьшушатсль
Профлавин I: 141с
— интеркаляция I: 140
Прохиральные центры II: 44—45, 243
Псевдовитамии Ви И: 284
Псевдовращення II: 123
Псевдомонады I: 25; II: 151
— галоидацетат—галогеиидпидролазы 11:1
93
— голубой белок из Pseudomonas II: 446;
III: 16, 17
— изомеризация олеиновой кислоты II:
176—177
— необычные ферменты III: 150—151
— окисление муравьиной кислоты II: 329
— превращение оксипролина в а-кетоглу-
тарат III: 104
— сериновый путь II: 478
— феиилалаиии-гидроксилаза II: 277
Псевдоподии, микротрубочки I: 276
Псевдоунимолекулярная реакция II: 7
Псевдоуридии I: 145—146, III: 222с
— спаривание с аденином III: 222
Псилоцибин III: 157, 158с
Психические болезни III: 342—344
----лекарственные препараты III: 341с
Психозин II: 542
Психотропные средства III: 344—347
Птеридннзависнмые гидроксилазы II: 439
Птеридины восстановленные как косубстра-
ты для гидролаз II: 438
— кольцевая система II: 27б—276
— у насекомых II: 275—276
— фоточувствительные II: 275—276
Птерин II: 276
Птерииовые коферменты II: 275—283
Птероилглутамат в печени крысы II: 278
Птицы, экскреция мочевой кислоты III: 161
Пузырьки аппарата Гольджи I: 356, 386
•Пункт перекреста II: 406
Пуриновые нуклеотиды, биосинтез III: 168
(схема)
Пуриновые основания I: 123с, 126
----биосинтез III: 167—169
----водородные связи I: 135; II: 189
----инфракрасные спектры III: 11
----катаболизм III: 171 (схема)
----метаболизм III: 161
-------дефекты III: 172—173
-------окислительный III: 170—171
----метилирование III: 220—222
----названия I: 126
----нуклеофильное присоединение III:
214
— — образование из глицина III: 119 (схе-
ма)
----повторное использование III: 166
----продукты распада III: 171 (схема)
----растворимость I: 78
----реакция с PRPP III: 166
— — спектры III: 21—22
----фолатные коферменты в биосинтезе
II: 279
----фотохимические реакции III: 35
----электронный поток II: 57
Пуромиции III: 241с
i— влияние на обучаемость III: 351
— терминация синтеза пептидной цепи III:
241
Пурпурные мембраны I: 355; III: 68
«Пурпурный белок» в люминесценции Latia
III: 73
Пурпурный краситель Руэмаииа II: 213
Пусковая реакция метаболитов II: 81
Пустой цикл см. Субстратные циклы
Путамен III: 328, 338
Путндаредокснн II: 380
Путресцин I: 329; III: 95с, 100 с
Пуффы хромосом III: 296
Пьерицидни А II: 397, 398с
Пятивалентные промежуточные соединения
II: 121 — 124
Пятиуглеродные разветвленные единицы,
образование II: 489 (схема)
«Пятна» лимфоцитов I: 386
Пятнистая лихорадка Скалистых гор I: 24
PAPS см 3'-Фосфо-5'-аденилсульфат
PAS-1 (гликофорин) I: 353
petite-мутанты дрожжей III: 270
pH, влияние на равновесие I: 223—224
-----связывание металлов I: 265
— —• — ферментативную активность II:
57—61
— крови I: 63
— оптимальное значение II: 58
рАа, значении I: 243. См. также Опреде-
ленные соединения
— — в возбужденном состоянии III: 33—
34
---гемоглобина I: 312
— кажущиеся II: 60
— микроскопические II: 99
— пнрндоксамина III: 34
— по данным ЯМР-спектроскопии I: 188
— ферментов II: 58
— химотрипсина II: 109
pH-функция Михаэлиса I: 224
PRPP см. Фосфорибозилпирофоофат
Рабдовирусы I: 287
Работа, единицы измерения I: 201
— затрачиваемая на сближение двух одно-
именных зарядов I: 259—260
— при увеличении концентрации веществ
в 1000 раз I: 201
— требующаяся для разнесения двух заря-
дов на бесконечное расстояние I: 245
— химическая и электрическая I: 202
— электрохимическая I: 232
Равновесие в возбужденном состоянии III:
33
---реакциях карбоксилирования II: 195
— дегидрогеназ в цитоплазме II: 468—469
— между субъединицами рибосомы III:
231
— скорость приближения II: 10
«Радиальная проекция» I: 271
---толстых нитей I: 322
Радиационное время жизни, влияние на
флуоресценцию III: 29
Радиация, воздействие на генетический
аппарат III: 368
Радий I: 170
Радикалы, атомы серы II: 259
— из кониферилового спирта III: 153
— стабильные, из замещенных фенолов II:
385—386
— флавина II: 259
— хлорофилла в фотосинтезе III: 46
предметные укюдтель явг
Радикальные механизмы в хемилюминес-
ценции III: 71
Радноавтограмма I: 170; II: 477
Радиоавтограф III: 252
— ДНК III: 196
Радиоавтографические методы III: 273, 317
Радиоавтография I: 169; II: 477; III: 199
Радиоактивные метки в изучении метабо-
лизма III: 122
----- при определении последовательности
I: 171
Радионммунологический анализ I: 168;
III: 318
Радиолярии I: 43, 121
Радиус Ван-дер-Ваальса I: 68, 70
— железа в гемовых белках II: 368
— ковалентный I: 68, 70
— столкновений II: 16
Разделение молекул по размерам I: 162
-----— растворимости I: 159
-------электрическому заряду I: 164
— — центрифугированием I: 163
— олигосахаридов I: 164
— соединений I: 159—166
«Разматывающийся рулон», механизм реп-
ликации III: 278
Разобщение электронного транспорта и
фосфорилирования II: 401
— окисления и фосфорилирования II: 82
Рак II: 165, 545; III: 289, 359—360. См.
также Опухоли
— антифолаты III: 165
— вызванный нитрозоаминами III: 290
— химиотерапия II: 282; III: 165
Раки, линька, индуцированная экдизоном
III: 323
— размер мозга III: 324—325
Раки-отшельиики Cypridina, люминесцен-
ция III. 72
Раковые клетки I: 362
-----дигидрофолатредуктаза II: 279
-----коммуникативные соединения I: 60
— — отсутствие контактного торможения
I: 61
-----разрушение III: 366
-----штамм HeLa I: 55
----------компоненты ядер III: 304
----------места перекачки ионов I: 362
----------предшественник рРНК III: 225
Ракообразные I: 53
Раман-спектры I: 191; III: 13
— влияние изотопного замещения III: 12
— 1-метилурацила III: 12
Рамногалактоуронаиы в стенках клеток
растений I: 395
L-рамноза (Rha) I: 112 с
— биосинтез II: 529—530
—- в антоцианинах II: 565
Рамнозная группа, перенос II: 538
Ранние опероны ДНК фага А III: 261
«Ранний» РНК-транскрипт, расщепление
III: 215
Раны, заживление I: 61; II: 443
Расплетание ДНК /ас-репрессором III: 204
-----скорость III: 271
Расплетающие белкй III: 198, 277, 278.
СЛ. также. ДНКграсплетающие белки
Рассеянный склероз. I; 3§4
Растения (зеленые), биосинтез лизина III:
106
— вегетативное размножение III: 354
— влияние красного света III: 69
— восстановление нитрата II: 432
— глутаматсинтетаза III: 91
— гормоны III: 323—324
— NADH-дегндрогеназы II: 4ЙЗ
— необходимые питательные вещества I-
359
— образование оксалоацетата II: 325
— селекция II: 269, 295
— семейства Crassulaceae, метаболизм III:
59
— синтез гема III: 124
— состав I: 157
— сосудистые I: 61
— структура хроматина III: 303—304
— тетраплоидные III: 267
— ткани I: 61
— транспорт жидкости III: 323
— фотосинтез III: 36—61
С3-растеиия III: 56
С4-растения III: 56
а-Расщепление II: 202, 205
— в цикле дикарбоновых кислот II: 328
--------трикарбоновых кислот II: 317
— механизм II: 202
P-Расщепление II: 161, 201, 312
— в цикле дикарбоновых кислот II: 328
—-------трикарбоиовых кислот II: 31?
Раффиноза, биосинтез II: 531с, 532
Рахит II: 187, 586, 587
Рацемаза I: 206; III: 111
— для метилмалонил-СоА II: 352
Рацемизация аминокислот I: 206; II: 218
— энтропия I: 206
Реакции (реакция) второго порядка II: 9
— декарбоксилирования-переаминировання
II: 226
— зависимые от тимина, общие свойства
II: 201, 205 (схема)
— замещения II: 87—139
-----атома фосфора И: 118—139, 461
— — гликозидов II: 95—103
-----двойного II: 95—100
—-------в рибонуклеазе II: 121
-----— выделение промежуточных про-
дуктов II: 97
-----иодида из метилиодида II: 92
— — множественного II: 132—139
-----нуклеофильного II: 91—139, 107
----- при образовании пептидной связи
III: 235
-----скорости II: 92—93
-----сульфоний-иона II: 93
-----у карбонильных групп II: 103—115,
162, 459—461
--------5'-метиленовой группы АТП II:
133, 463
--------насыщенных атомов углерода II:
93—95
--------Sul и Sn2 II: 98
— ^-замещения II: 216
— изомеризации II: 89, 91, 176—178, 583
— — енольные промежуточные соединения
II: 154 / , !
-----зависимые QT виТвмИМ Ви 11:294—»
296
J llUOTTIWip
Реакции изотопного обмена II: 137
— обмена гликозильной группы II: 95
— первого порядка II: 7—8
— перегруппировок II: 90, 91, 176, 307
----ацетолактата II: 490
— переноса водорода II: 239 (табл.), 307
(табл.)
---- группы при модификации полимеров
II: 496
----метильных групп II: 296—300
----электрона II: 307
— пренилирования III: 143
— присоединения II: 87, 88—89, 140—154,
307
----енолят-аниоиа к карбонильной груп-
пе или к иминам II: 162
----------СО2 II: 170
----к двойным связям, изолированным
II: 140, 145—146, 151
-------------поляризованным II: 140
-------------примыкающим к карбок-
сильным и карбонильным группам II:
145, 146
----как часть ферментативных реакций
II: 140
----метилирование II: 497; III: 280
----NAD+ и NADP+ II: 250
----обратимость II: 153
----превращение в гипоксантин III: 170,
289
----пуринов и пиримидинов III: 214
----с помощью карбонильной группы
II: 146
----стереохимия II: 144
— с участием фолиевой кислоты II: 307
-------четырех центров II: 139
— Стикленда III: 103
— типы II: 87—181, 88—89 (табл.)
— фотоприсоединения III: 33
— Эдмана I: 174
— элиминирования II: 87, 89, 98, 140—
154, 307
----карбоксильной группы II: 153
----механизм II: 152—153
----обратимость II: 153
----пектинов II: 150
----полимеров уроновой кислоты II: 150
•---при образовании а-кетокислот II: 490
— — с помощью карбонильной группы II:
----сопряженного II: 152
Реакционные центры III: 31, 46—48
----число молекул хлорофилла III: 39
Реассоциация ДНК, кинетика I: 144
Ревербирующне контуры в коре больших
полушарий III: 350
Ревматоидный артрит II: 533; III: 366
Регенерирующийся субстрат для каталити-
ческого цикла II: 317
-------пентозофосфатного цикла II: 343
Регуляторные субъединицы I: 296, II: 39
Регуляторный ген III: 201, 202
----скорость транскрипции III: 202
— участок ДНК III:"202’
Регуляция активности ферментов II; 69
е-4 биосинтеза- JItr'-S0H-517
— и пространственная организация клетки
II: 68
— ключевых ферментов II: 63
— метаболизма I: 63—75, 501—517
— — аминокислот III: 160
— механизмы контроля II: 64
— РНК-полимераз III: 205—215
—• участие рибосом III: 245
— ферментативной активности II: 63—75
APS-редуктаз а II: 429
Fd-NADP — редуктаза хлоропластов III: 48
Редуктоизомераза а-окси-Р-кетокислот, ген,
локализация III: 187
Резерпин III: 158, 336, 342, 344
Резонанс I: 68—69, 79—80, 237
— в эфирах и амидах II: 103
— фенолят-иона I: 237
Резонансная раман-спектроскопия II: 369;
III: 13
— частота поглощения I: 184
Резонансный перенос энергии III: 31
— эффект, слагаемое в константе замеще-
ния I: 237
Рекомбинантные бактерии III: 191
Рекомбинантный бактериофаг, идентифика-
ция III: 249
Рекомбинация III: 281—288
— гены III: 188
— модель Холидея III: 282—283, 284
— нереципрокная III: 286—287
— ошибки III: 289
— фага X III: 261
Релаксационные методы II: 25—26
«Релаксационный» фермент I: 104
Релаксация, времена I: 344
Релаксин III: 320
Ренин III: 320
— как протеаза Ш: 322
Реннин II: 113
Рентгеновские лучи, вызываемые поврежде-'
ния III: 293
-----как мутаген III: 289
Рентгеноструктурный анализ аденилаткина-
зы II: 126—127
— — бактериохлорофиллсодержащего бел-
ка III: 42
— — витамина Bi2 II: 286
-----гексокиназы II: 126
-----дегидрогеназ кетокислот II: 270
-----ДНК Ш: 183—184
-----иммуноглобулинов I: 383
— — карбонангидразы II: 141
— — комплекса дезоксигуанозин—актино-
мицин III: 210
----- конканавалина А I: 379
-----кофермента витамина Bi2 II: 283
-----кристаллография I: 94
-----лизоцима II: 98
-----мембран I: 343
— — нуклеаз микрококков II: 124
-----папаина II: 114
-----рибонуклеазы II: 120—121
-----триозофосфатизомеразы II: 158
-----трипсина II: 109
-----ферментов ограничения II: 43
-----фибрилл мышц II: 415
— — фосфоглнцераткиназы Щ 126—12?
•----химотрипсина. II; 109
Рентгеноструктурный анализ этилхлорофил-
лида а III: 47
Рентгенограмма I: 309
Реовирусы I: 289
Репарационная система I: 41
----мутанты III: 291
Репарация ДНК III: 271, 291—293
— — ошибки III: 247, 289
— повреждений, вызванных УФ-облучением
III: 36, 291—292
Репликаза фага Q0 III: 244
Репликативные формы вирусной ДНК III:
276
Репликационные вилки III: 198, 272, 303
----количество III: 274
«Репликационные фигуры» III: 196
— фрагменты III: 198
Репликация в двух направлениях III: 196
----------хромосомы Е. coll III: 273
(Рис.)
— ДНК III: 195—199, 271—278
----гены III: 271, 276
----инициация III: 245, 276, 278
----картирование III: 273
----направление III: 196, 197, 272
----ошибки III: 289
— — регуляция III: 304
----скорость III: 207
— — современное представление III: 198—
199
----стадия элонгации III: 274, 276
----у фагов I: 131
----ферменты III: 274—277
-------Drosophila III: 303
— механизм «разматывающегося рулона»
III: 278
— одноцепочечной фаговой РНК III: 245
— полуконсервативная III: 195—197
— расплетающий белок III: 278
— РНК-затравка III: 198—278
— РНК-содержащих бактериофагов III:
244
— скорость у дрозофилы III: 273—274
— терминирование III: 276
----вирусной III: 276, 278
Реплики в электронной микроскопии Г. 19,
20
Репрессия биосинтеза аминокислот III: 160
— по принципу отрицательной обратной
связи II: 66, 503; III: 205
— синтез ферментов II: 64
— транскрипции Г. 360; III: 106
Репрессор(ы) II: 66; III: 201—202, 205
— генов III: 302
— гистоны III: 304
— дефектные III: 202
— фага Л III: 259
— число молекул в клетке III: 202
lac-Penpeccop III: 202
— мутантные варианты III: 256
— связывание с ДНК III: 256
— тетрамерная структура III: 204
Репрессорный оперон фага X III: 260
Реснички Г. 34, 35, 36, 276. См. также
Жгутики
— в палочках сетчатки III: 62
— электронная микрофотография I: 36
Ресничные инфузории I:. 45
Рестрикция ДНК III: 278—281, 363
30—422
Ретикулярная система III: 330
Ретиналь П: 576; III: 64, 68, 576, 577 , ,ч
Ретииилпальмитат II: 576
Ретиноевая кислота II: 575—576
Ретинол см. Витамин А
Ретинохром III: 68
Ретроиигибирование см. Ингибирование по
принципу обратной связи
Рецептор(ы) I: 64, 330
— ацетилхолина электрического угря HI-
332
— гормонов I: 64, 386; II: 68, 70
— запаха и вкуса I: 37; III; 348
— инсулина II: 504
— колицинов III: 306
— липопротеидов низкой плотности II:
583—584
— на клеточных поверхностях I: 372—384
— наркотиков в культивируемых клетках
опухоли III: 346
— света I: 37; III: 61
— стероидных гормонов I: 386
— токсинов дифтерии III: 305—306
— феррохрома III: 306
Fc-рецептор 1: 385
а и |3-Рецепторы III: 336—337
Рецессивные признаки I: 42
Ржавчинные грибы I: 47
Рибит I: 108, 111
4-Рибитиламино-5-амии-2,6-диокснпирими- _
дин III: 174с, 175 \
Рибитолтейхоевая кислота в Bacillus sub:
Ulis I: 394 . ..
D-рибоза I: 108c
— в РНК I: 122; II: 497 -
— водородная связь в нуклеотидах, II: 190
— как аттрактант для Е. coli III: 347
— конформации I: 128
— метилирование III: 220—222
Рибоза-5-фосфат II: 158, 341с, 477
— в биосинтезе II: 343
— превращение в фосфорибозилпирофосфат
III: 141
Рибозилмитимидин-5'-фосфат (Thd-5'-P) I:
126
Рибонуклеаза (панкреатическая) I; 96, 105,
173, 181; III: 120—121
— аминокислотная последовательность II:
120
— коэффициент диффузии II: 15
— механизм действия II: 120, 121
— рентгеноструктурные исследования II:
420
— спектр ПМР I: 187
— ЯМР-спектр II: 121
— рКа II: 121
Рибонуклеаза S II: 121
— Т1 I: 167
— Т2 I; 167
— фага Т7 III: 215
— Н III: 277, 288
— Р III: 220
—РШ III: 220
Рибонуклеиновая кислота (РНК) I: 14, 18,
122—146. См. также Полинуклеотиды
---в вирусах I: 288 , .
-------ДНК вирусов и плазмид III: 277.
-------цитоплазме III: 184 . __
---выделение!: 159 ... __
Рибонуклеиновая кислота, гетерогенная
ядерная (Г-яРНК) III: 223
------- двойная спираль III: 211, 269
----- денатурация I: 142—145
-----затравка в репликации ДНК III: 277
-----информационная (мРНК) I: 19, 143;
III: 184, 199—200. См. также Информа-
ционная РНК
-----история вопроса III: 199
-----как «вторичный шаблон» III: 184
— — катаболизм II: 496
-----комплекс инициации мРНК—16S
РНК III: 231
-----матрица для образования ДНК III:
288—289
-----мииус-цепи III: 245
-----молекулярный вес I: 181
— — накопление в яйцеклетке III; 360
-----небольшая ядериая III: 304
----- нуклеотидные последовательности у
вирусов III: 236, 241—242
-----нуклеотидный «остав I: 138
-----пары оснований I: 136—'137
-----плюс-цепн III: 245
— — последовательности нуклеотидов III:
252
-----рибосом'иая см. Рибосомная РНК
-----связанные .полиамины III: 99
-----синтез И1: 200—203. См. также
Транскрипция
-----содержание в клетках I: 157
-----стабильность I: 166
— — транскрипция III: 200—203. См. так-
же Транскрипция
— — транспорт в цитоплазме III: 199
-----транспортная (тРНК) см. Транспорт-
ная РНК
--------реакции модификации II: 496
-----фага срХЛ74, гибридизация III: 206
-----фрагменты, защищенные рибосомами
III: 242
-----щелочной гидролиз I: 166
-----ядерная I: 29
Рибоиуклеозиддифосфат-редуктаза, геи, ло-
кализация III: 186
Рибонуклеозиды, спектры III: 21, 22
Рибоиуклеопротеидные нити, электронная
микроскопия III: 216—217
Рибоиуклеотид-пирофосфорилаза в реакции
PRPP с пуринами III: 169—170
Рибонуклеотидредуктаза II: 290, 292—296:
III: 276
действие противоопухолевых препаратов
— механизм действия II: 295
— млекопитающих III: 163
— регуляция по
III: 163
механизму обратной связи
— субъединицы, структура III: 163
Рибонуклеотидтрифосфаты III: 207
Рибосома(ы) I: 15; III: 193—194, 228
— бактериальная I: 14, 19
— белки см. Рибосомные белки
— в теле нервной клетки III: 349
— гидратация III: 228
— действие антибиотиков III: 240—241
— масса JII: 227—228
— митбХондрий II: 393; Ш: 228
— млекопитающих III: 305
— неправильное считывание под действием
стрептомицина III: 240
— образование III: 301
----фосфатидилсерина II: 556
— открытие III: 199
— пары белков, связанные поперечными
связями III: 230
— пептидильиый участок III: 232
— плотность I: 65
— прикрепленные к мембранам III: 94
— размеры III: 228
— реагенты, образующие поперечные связи
III: 230
— регуляторные функции III: 245
— связывание антител III; 230
----с мРНК III: 242
— тринуклеотидами III: 194
— скорость образования III: 217
— содержание РНК III: 217, 227
— состав III: 227—231
— субъединицы III: 227, 228, 230
— трехмерная структура III: 230
— фосфатидилсериидекарбоксилаза II: 556
— фосфорилирование II: 71
— хлоропластов III: 270
— число в Е. coli III: 227
— электронная микрофотография III: 216—
217
— 70S III: 227
Рибосомная РНК (рРНК) I: 19
----гены III: 300—301
— — доступность в рибосомах III: 228
----митохондрий III: 270
• молекулярные веса III: 217
----образование III: 215—218
----петли со спаренными основаниями
III: 228
----предшественник III: 217, 225
----прекращение синтеза во время спо-
руляции III: 353
----синтез III: 224
— — содержание в клетках III: 215—218
— — состав III: 199
— — шпильки III: 214
------- электронная микрофотография III:
216—217
----эукариот, молекулярный вес III: 225
58-рибосомиая РНК (5S рРНК) III: 226
----взаимодействие с ТфС-участком
тРНК III: 230
----гены у Drosophila III: 227, 301
-------— Xenopus III: 300
-------------связывание с белками III:
230
168-рибосомиая РНК (16SpPHK), вторич-
ная структура III: 232
----действие колицииа Е-3 III: 257
•---метилирование III: 240—241
----молекулярные веса III: 227
— — «открытая» конформация III: 231
— — последовательность III: 227
----связывание нуклеотидов III: 242
-------с белками II: 230
Рибосомные белки, вытянутая конформация
III: 200—231
----обозначения Ш: 229 (табл.)
----связывание III: 228—230
Рибосомные белкн, сходство с миозином
III: 235
-----транскрипционная единица III: 240
— — эукариотических клеток III: 228
Рибосомный белок S1 в репликазе фага
QP III: 244
-----S4 III: 240
-----S12, локализация гена III: 188
— комплекс, движение III: 235
Рнботимиднн III: 221
Рибофламнн I: 160; II: 188, 238, 255с
— биосинтез III: 174 (схема)
— восстановление под действием света в
присутствии ЭДТА II: 254
— • время жизни в возбужденном состоя-
нии III: 30
— облучение I: 160
— обнаружение I: 180
— спектр поглощения II: 254
— суточная потребность II: 256
— фотоокисление III: 33
— • эффективность флуоресценции III: 30
Рибофлавинтетрабутират, спектр возбуж-
дении III: 27
— • флуоресценция III: 27
Рибофлавин-5'-фосфат II: 237, 238, 254с,
297; III: 132
— в образовании жирных кислот II: 466
а-Рибофуранозилдиметилбензимидазол II:
286
Рибулозо-I,5-дифосфат II: 175с, 475
— образование при фотосинтезе II: 477
Рибулозодифосфат-карбокснлаза II: 175,
476; III: 46, 56
— активация фруктозо-6-фосфатом III: 54
— гены III: 270
— ингибирование фруктозо-1,6-дифосфатом
III: 54
— свойства II: 175
— субъединицы, структура II: 175
Рибулозо-5-фосфат II: 158, 340с, 341с, 476с
— образование в фотосинтезе II: 477
— фосфорилирование II: 475
Ь-рибулозо-5-фосфат—4-эпимераза, ген, ло-
кализация III: 186
L-рибулокиназа, ген, локализация III: 183
Риновирусы I: 287, 288
Рифамиции I: 368; III: 207, 208с
— связывание с РНК-полимеразой III: 207
Рифампицин III: 208с
— ингибирование репликации плазмиды по-
лиции Е-1 III: 277
Рицинолевая кислота I: 151с
-----биосинтез II: 549
Рицинолеоил-СоА, биосинтез II: 548
Ришта I: 52
РНК, ядерные, небольшие, связанные с
ДНК III: 304
РНК-ДНК-гибрид II: 198
РНК-завнсимая ДНК-полимераза III: 288—
289
РНК-затравка III: 277
РНК-полимераза III: 201, 215
— в репликации ДНК III: 277
— вирусов III: 206
— гены (п'Л> локализация III: 188
— ингибирование актиномицинами III: 209
--а-аманитином III: 211
рифампицином III: 208
— инициация транскрипции III: 202
— комплексы с ДНК III: 207
— места связывания III: 203—204
— открытый комплекс III: 207
— регуляция III: 205—215
— связывание с промотором III: 202
— субъединица, структура III: 206—207
— устойчивая к рифампицину III- 277
— фага Т7 III: 206
— цинк II: 142
— эукариот III: 206
— Е. coli III: 206
РНК-полимераза II, зависимость от сАМР
III: 351
РНК-содержащие бактериофаги, реплика-
ция III: 244
Роговица, образование лактата II: 345
Роданеза III: 131
— детоксикация цианнд-ионов III: 135
Родопсин I: 352; III: 64—67
Родопсиноподобный белок Halobacterium
III: 68
Розеофлавин II: 259, 260с
Розовый коробочный червь, половой феро-
мон II: 551
Розоцветные, флоридзин II: 567
Рост III: 316—364
— в период полового созревания II: 590
— гормональная регуляция III: 357, 358
— цепи жирных кислот, окончание роста
II: 485
Ротенон II: 398, 399с, 423
— ингибирование транспорта электронов
II: 399
Ртуть, метилирование II: 298
— токсичность I: 155
Рубец II: 330
— продукты брожения II: 330
— пропионовокислые бактерии II: 352
Рубидий I: 154, 155, 363
Рубредоксины I: 101; II: 380, 444, 445
Рутамицин см. Олигомицин
Рутин II: 566с, 567
Руэманна краситель II: 213
«Ручки» («держатели») для наращивания
цепи жирных кислот II: 485
---продуктов метаболизма I: 136
— нуклеотидные II: 493
Рыба, выделение азота III: 170
— протамины III: 301
Рэлеевское рассеяние III: 13
Сайт att X III: 259
Сайт-специфическая рекомбинация III: 281
Сакситоксин III: 334с
— блокирование натриевых каналов III:
334
Салат, фитохром III: 69
Сальмонелла (Salmonella) I: 282, 284, 368;
II: 496
— О-антиген II: 537
— биосинтез метионина II: 221
— жгутики I: 276
— клеточная стенка I: 393
— «кувыркание» III: 348
— липополисахариды I: 392
30'
«ж» предметный указатепр
Сальмонелла, муанты, ауксотрофные по
гистидниу III: 291
— РЕР-карбоксилаза II: 174
— R-мутаиты 1: 392
— серотипы I: 391
— слияние генов III: 142
— тест-штаммы III: 293
— хемотаксис III: 347—348
Сальтаториое проведение I: 371
Самосборка I: 242, 326—331
Сапонины II: 591
Саркодовые 1: 43
Саркозин (N-метнлглицин) III: 120
— в актиномицине D III: 209
Саркозни—дегидрогеназа, ковалентносвя-
заниый флавии II: 259
Сарколемма 1: 318
Саркома III: 357
Саркомер 1: 319
Саркоплазма I: 318
Саркоплазматический ретикулум I: 320,
324
Саркосомы I: 318
Сателлитная ДНК III: 298, 299, 301
Сахара I: 106—114. См. также Моносаха-
риды, Олигосахариды
— в липидах I: 147
— дегидратация II: 529
— 6-дезокси I: 112
— катаболизм II: 335—357
— метаболизм II; 521—529
— обнаружение I: 179
— растворимость I: 77
— «редкие» бактериальные I: 392
— свойства I: 106—114
— связанные с нуклеотидами II: 493
— химические взаимопревращения II: 521,
522, 523
Сахараза (инвертаза) II: 530
Сахарный диабет I: 360; II: 315, 324, 504;
III: 295
---кетоз II: 516
---ошибочный диагноз при идиопатиче-
ской пентозурии II: 525
— спирт I: 111
Сахароза I: 109, 112, 158, 163 II: 521
— биосинтез I: 115; II: 530
— в биосинтезе декстрана II: 536
— влияние на дифференцировку камбиаль-
ных клеток III; 354
— как гликозилирующий реагент II: 461
---донор глюкозильной группы II: 536
— — транспортный сахар II: 530
— свойства II: 530
Сахарофосфорилаза II: 94—97, 100, 530
Сахаро-изомеразы см. Кетол-изомеразы
Сахаропии III: 90, 107, 109с
Сборка отростка фага, последовательные
стадии I: 329—330
Сбраживание I: 23, 228; II: 65, 85, 344—
356, 348 (схема); III: 60
— бесклеточный сок дрожжей II: 240
— бутанольное II: 353—355
— в щелочной среде II: 349
— гетероферментативное молочнокислое II:
355—356
— глутамата III: 101
— гомофермеитативное молочнокислое II:
345
— измеиеиие свободной энергии I: 228
— количество образовавшейся биомассы Г
234
— пропионовокислое II: 352—353
— образование ATP I: 234; II: 134—135,
246—248, 345
— образующее масляную кислоту II: 353—
355
— основанное на пеитозофосфатном пути
II: 355—357
•------пути Эмбдеиа—Мейергофа II:
345—349
— смешанное кислое II: 350—352
— сопряжение окисления и восстановления
II: 346
— у Clostridium Kluyveri II: 354
— энергетические соотношения II: 346
— этанола н ацетата II: 355
Свекла, нитраты III: 290
Свертывание крови I: 330, 388—389
— — время, влияние витамина К II: 388
----каскадный механизм II: 72, 72 (схе-
ма)
Сверхтонкая структура сигнала ЭПР от
Mo(V) III: 86
----спектра ЭПР I: 349
Свет III: 5—80
— активация ферментов цикла Кальвина
III: 54
— видимый спектр III: 6 (рис.)
— влияние иа развитие растений III: 324
— дипольный момент III: 8
-------перехода, направление III: 19
— когерентный III: 7
— красный III: 69
— плоскополяризоваиный III: 7
— поглощение III: 6
— поляризованный по кругу III: 7
— реакция растений III: 69, 70
— свойства III: 5—8
— синяй III: 70
— скорость распространения в вакууме III:
5
— суточные циклы III: 68—69
— энергия III: 5, 6
— энтропия III: 48
Светлячки II: 451
«Светонакопители» II: 40
Светорассеяние I: 181
Светящиеся моллюски III: 71
Свечение светляка, энергия III: 71
Свинец I: 154
— токсичность I: 155
Свиньи, чувствительные к стрессу II; 514
Свободная энергия активации (AG) II: 47
----Гиббса I: 200, 207—232
------- зависимость от длины связи II: 47
----образования I: 208, 213
----— биохимических веществ I: 214—
216
-------РНК-спирали I: 136
-------Н+ I: 217
----окисления NAD+ I: 214—216
---- парциальная молярная I: 210
----при разбавлении раствора иона I: 370
----сгорания I: 214—216 (табл.), 227
Предметный указатель'
Свободные радикалы II: 263, 264, 267—268,
294, 295, 366, 378, 386, 387, 443; III: 46,
47, 50
---аскорбиновой кислоты II: 443
--- в действии пероксидазы н каталазы
II: 377—378
Связи гетерологичные I: 270, 271
— гидрофобные I: 243, 247
— длины см. Длины связей
— изологнческне I: 279—281
— несимметричные I: 291
— поляризация I: 76
Связывание 2,3-днфосфоглицерата I: 311
— ионов металла I: 263—270, 325
— количественные измерения I: 249—270
— неупорядоченное II: 19, 24
— протонов I: 255
— прочность I: 243
— стандартная свободная энергия I: 243
Связывающие белки I: 358—360
---галактозы I: 358
— • — гормонов II: 64
Сгорание I: 202—204
— свободная энергия I: 227—228
— энтальпия I: 202—204
Седиментационное равновесие I: 181
Седогептулозоднфосфат, действие фосфатаз
II: 476
Седогептулозо-7-фосфат II: 341, 343, 529
— образование при фотосинтезе II: 477
Секретин III: 320, 322
Селезенка, лимфоидные клетки III: 364—
365
Селен I: 154; II: 331—332
— в формнатдегндрогеназе II: 329, 350
— дезаминирование глицина II: 331
— замещение S в Fe-S-кластерах II: 382
— защита от ртути II: 332
— метаболизм II: 332
— метилирование II: 298
— пищевая потребность II: 332
Селенопротеиды мышц II: 331
Селенотрисульфид II: 332
Семена I: 63
Семенная жидкость, простагландины II:
551
Семикарбазнд II: 223с
Семихиноны флавинов II: 263
«Сенсорные» клетки III: 317
— — микротрубочки I: 276
— нейроны, влияние фактора роста нервов
III: 357
Сепиаптерин II: 276; III: 173
Сера в белках II: 379—383
— метаболизм III: 131—136
— окисление III: 132
— — у Thiobacillus II: 428
— цепные молекулы II: 428
— шарики в бактериях II: 428
Сера-35, в меченом фаге III: 183
— свойства I: 169
Сердечная мышца II: 392
Сердечно-сосудистые заболевания I: 41
--- с характерной поперечной нсчерчен-
ностью I: 317
Сердечные глнкознды I: 361
Серебро I: 154. См. также Ионы серебра
Сернл-тРНК—синтетаза, ге», локализация
III: 188
L-сернн (Ser) I: 82с, 84; II: 457, 474
— в активном центре протеаз II: 107, 100;
111
----липидах I: 147
----пептидогликанах I: 389
— дезаминирование до пирувата III: 118
— декарбоксилирование II: 556
— как аттрактант для Е. coli III: 347
— — карбоксилированный этаноламин II:
488
— катаболизм I: 118
— кодоны III: 192, 193
— конденсация с пальмнтоил-СоА II: 488
— метаболизм III: 118—120, 119 (схема)
— мутация в кодоне III: 195
— образование метилен-Н4Ро1 II: 280
— одноуглеродный фрагмент II: 280
— оперон III: 188
— переаминирование до оксипирувата II:
478
— полипептид с регулярным чередованием
III: 194
— превращение в глицин II: 280; III: 118
-------триптофан II: 227; III: 141
— при образовании сфингозина II: 219
----фосфорилировании II: 69
— рКа II: 51
— синтез III: 118
Сериндегидратазы II: 215
Сериновое семейство II: 457
Сериновые пептидазы II: 108
«Сериновый путь» II: 478—479
Серинокоиметнлаза см. Серинтрансоксиме-
тнлаза
Серинтрансоксиметилаза (сернноксиметила-
за) II: 218; 227; III: 114, 120, 158
— хиноновый промежуточный продукт <11:
231
Серная кислота, загрязнение воды II: 430
----эфиры II: 139
Серое вещество III: 328
Серотонин (5-окснтрнптамин) III: 321
— биосинтез III: 157, 339
— влияние на секреторную активность ги-
пофиза III: 339
— выведение с помощью резерпина III:
158—159
— н днета III: 339
— как гормон местного действия III: 358
----нейромедиатор III: 339
— N-метилнрование III: 343
Серповидноклеточная анемия Г. 12, 40, 3114
— — гомоглобин II: 371
Серусодержащне иприты III: 289с
Серый полумесяц яйцеклетки III: 355
Сетчатка глаза II: 73; III: 61—62, 327
Сефадекс I: 114, 182
Сиаловые кислоты см. N-ацетнлнейрамнно-
вая кислота, N-глнколилнейрамнновая
кислота
Сиамские кошки, цвет шерсти III: 253
Сигнал ЭПР азоферредоксина III: 84
----бактериохлорофилла III: 47
----ферментов, зависимых от витамина
В12 II: 294
Сигналы терминации III: 215 5
----цепи III: 256
Сидерофиллины III: 128
458 Предметный укааателй!
Сндерохромиый пептид-феррохром, рецеп-
тор III: 306
Сидерохромы III: 127
Силикагель, использование в хроматогра-
фии I: 160
Сила кислоты II: 50, 51. См. также Кислот-
ность
— осциллятора, определение III: 18
----производных бензола III: 19
----связь с радиационным временем
жизни Ill: 29
----толуол III: 19
----Cu2+ HI: 19
— связывания см. Константы образования,
Константы диссоциации, Свободная энер-
гия связывания
----в комплексах металлов 1: 265
Силы, действующие между молекулами I:
243—249
— электростатические I: 243, 244
Симбиотические отношения I: 38; III: 367
----между водорослями и организмами,
не способными к фотосинтезу III: 367
Симметрия второго и третьего порядка см.
Ось симметрии
— кубическая I: 285
— циклическая I: 270, 271
Симпатическая система III: 330
Симпатические нейроны, влияние на фактор
роста нервов III: 357
Синапат III: 152
Синапсы 1: 60; II: 71; III: 326 (рис.), 331,
338
— лентовидная структура III: 327 (рис.)
— облегчение синаптической передачи III:
351
— память III: 351
— торможение синаптической передачи III:
351
Синаптическая щель III: 325, 326
----электронная микрофотография III:
326
Синаптические пуговки III: 325, 331, 351
— пузырьки III: 326 (рис.), 331
Синаптонемальный комплекс III: 286
Синаптосомы 1: 33
Синдром Леша — Нихана III: 172
— Санфилиппо II: 139
— Хантера II: 541
— Хёрлера II: 541
— Элерса — Данлоса II: 500
Сине-зеленые водоросли I: 14, 25, 26; III:
44
----альдолазы II: 165
----биоптерин II: 277
----количество фиксируемого азота III:
83
----претирозин Ill: 139
— — фитофлавин II: 265
— фотосинтез III: 36, 37
Синий свет, реакция высших растений III:
---- — эвглены 111: 70
-------Phycomyces III: 70
Синтаза, определение II: 166
Синтез амидов II; 136
— аминокислот с помощью реакции Штре-
кера III: 176 ।
— антител I: 386
— белка III: 227—246, 234 (схема)
-----влияние полиамниов III: 99
-----во время обучения III: 351
-----инициация III: 232, 233—234
-----история III: 199
— — факторы инициации III: 231
— биотина, гены в трансдуцирующем фаге
III: 287
— гликогена, активация глюкозо-6-фосфа-
том II; 509
-----ингибирование сАМР II: 509
—• гликолата, подавленный III: 56
— полипептидов, терминация III: 236
— тиоэфиров II: 136
— фермента, генетический контроль II: 65.
См. также Синтез белка
— Фурье I: 309
— холестерина, восстановление десмостери-
на II: 239, 249
-----из ланостерина II: 580, 581 (схема)
-------сквалена II: 579
— — ингибирование ванадием II: 372
----- регуляция II: 563, 583
— эфиров II: 136
Синтетаза I ацетооксикислот III: 187
Синтетазы жирных кислот II: 485, 547
—-----локализация II: 68
— определение II: 166
— поликарбоновых кислот II: 166—169
Синтропизм III: 137
Сиомицин III: 241
Сиренин II: 569
Сирогем 11: 365; III: 132с
— в восстановлении нитрита II: 432
Система комплемента III: 360
— кровообращения, из мезодермы III: 356
— нейронов III: 329—330
— переноса заряда II: 110
— репарационного вырезания ДНК, мута-
ции III: 294
— стереоспецифической нумерации I: 148;
II: 45—46
— структурной перестройки сахара при
брожении Bufidobacterium II: 339, 356
— термодинамическая, определение I: 201
Системная красная волчанка III: 366
V и К-система II: 31
Ситовидная трубка Г. 62
Ситовидные клетки I: 62
— пластинки I: 62
Ситостерин II: 582с
Сифилис I: 24
— химиотерапия II: 83
Скарлатина I: 24
Сквален, биосинтез II: 571—574
— окись П: 579, 580с
— происхождение названия II: 579
— стереохимия синтеза II: 572
— превращение в холестерин II: 579
Скелет, из мезодермы II: 356
Склеренхима I: 61
Склероз рассеянный I: 354
Скипидар II: 551
— а-пинен II: 568
Складчатый слой I: 92
-----в карбокснпептндазе I: 91
Предметный уцадатещ. 469
Скорость достижения равновесия II: 10
— мгновенная II: 6
— объединения Н+ и ОН- II: 26
— переноса энергии Ш: 31
— псевдовращения II: 123
— реакций замещения II: 92
— роста клеток II: 40
— седиментации I: 163
— транскрипции Ill: 207
Скорпионы I: 53
Скошенная конформация, пентоз I: 128
Слепота, гиповитаминоз А II: 576
— цветовая I: 42
Слизевики I: 45
Слизистая оболочка желудка II: 285
Слияние генов, мутация со сдвигом рамки
III: 142
— клеток I: 357
— мембраны синаптических пузырьков с
плазматической мембраной 111: 331
— соматических клеток III: 268
Сложноцветные I: 151
Слюна, гликопротеиды I: 376
Смешанное кислое брожение II: 275, 350—
352
Сморчки I: 47
Совместная трансдукция III: 192
Соединение AF-350 из Acquorea III: 72
— «magic spot» III: 245
С4-соединеиия, выход из митохондрий II:
471
Соединительная ткань I: 54; II: 491—501;
III: 356
-----коллаген II: 497
----основное вещество I: 115
-----эластин II: 497
Сократительные вакуоли I: 43
— волокна, флуоресцентный зонд III: 31
Сокращение в немышечных клетках I: 326
— отростка фага I: 329
Соланидин II: 592 (схема); 593
Соли желчных кислот II: 584
— лития при лечении маниакально-депрес-
сивных психозов III: 344
Солнечная энергия III: 61
----организующая основа жизни I: 233
Соль Тьера I: 184, 187
Соматическая двигательная система III: 330
Соматолиберин III: 319
Соматостатин II: 505; III: 319
—• действие на паикреазу III: 319с
Соматотропин III: 320
Сон и серотонин III: 339
Соотношение спектров поглощения и флуо-
ресценции III: 28
— Менделя III: 286
— Холдейна II: 18, 21
— NADH/NAD+ II: 466, 470
Сопряженное элиминирование II: 152
Сопряженные основания II: 51
-----рК. II: 51
D-сорбит I: Ill; II: 468
Сосна, ванилин III: 152
Сосудистые растения I: 61
Спаржа III: 135—136
Спаривание оснований ДНК I: 242
-----кодона н антикодона III: 237—238
-----по Хугстену I: 135
----при генетической рекомбинации III:
282
Спарсомицин III: 240
Спейсерная область ДНК, повторы III: 300
Спектииомицин III: 240
Спектр действия III: 28
— — обращение ингибирующего действии
окснуглерода II: 362
Спектральные сдвиги, связанные с измене-
нием рАа III: 33, 34
----связь со структурой III; 19—20
Спектрин I: 352
Спектрометры, использующие фурье-преоб-
разование I: 188
— ядериого магнитного резонанса 1: 184
«Спектроскопическая» калибровка III: 32
Спектроскопия, абсорбционная III: 8
— магнитного резонанса I: 344—347
-------сужение полосы I: 346
— пикосекундная III: 65
— разностная III: 22—23
— ядериого магнитного резонанса 185—187.
См. также Спектры ядериого магнитного
резонанса
Спектрофотометрическое определение тау-
томерного отношения I: 255
Спектрофотометрия митохондрий II: 405
— электронных переносчиков II: 405
(табл.)
Спектрофотометры III: 13
Спектры см. По названиям
— возбуждения III: 27, 28
— инфракрасные III: 9—13
— испускания III: 27—33
— микроволновые III: 6, 9, 10
— поглощения I: 191; III: 8—27, 43
— — определение III: 8
— — сила осциллятора III: 18
— флуоресценции III: 27—33
— электромагнитные III: 6 (рис.)
— ядериого магнитного резонанса (ЯМР),
азот-15 I: 191
— — — — времена релаксации I: 360; II:
198
----------константы связывания I: 250
----------протонов II: 128 '
-----------------------------------------— белков в конформации ста:
тистического клубка I: 187
----------— пиридоксаль-5'-фосфата I:
184
-------------тРНК I: 188; III: 239
— —-------углерод-13
-------------и биосинтез витамина Вц
III: 125
— -----------мембран I: 343
— —-------уширение линий II: 128
----------фосфор-31 I: 190
— —-------фосфорилированных метаболи-
тов 1: 190
----------ширина сигнала I: 345
Сперматид, образование III: 266
Сперматозоиды млекопитающих III: 301,
— образование III: 266
— основные белкн III: 301 ,
— проникновение в, яйцеклетку III: 355
— синтез фруктозы II: 467—468
Сперматоцит первичный ПТ- 266 - f? »
Ш Предметный укййтель
Спермидин I: 127, 329; III: 100с, 277
— ацетилирование III: 100
— биосинтез III: 100
----гены III: 188
— в клеточном делении III: 99
— окисление III: 101
Спермин III: 100с
— расщепление до спермидина III: 101
— фосфорнокислая соль в сперме человека
III: 100
Специи, запах III: 151
Специфический кислотный катализ II: 53
Специфичность трипсина II: 112
— ферментативного действия II: 40—46
— химотрипсина II: 112
Спикулы губок I: 50, 51
Спин-меченые бислои I: 343
Спинной мозг III: 328
Спиновая развязка I: 186
Спиновые метки I: 349, 351; II: 129
Спиновый переход, индуцированный в
ЯМР-спектрометре I: 183—184
Спин-орбитальное взаимодействие I: 349
Спин-спиновое взаимодействие I: 186
Спираль I: 279. См. также Суперспираль
— двойная I: 129—134
— окисление III: 123
— переход спираль — клубок I: 263
— полипролиновая III: 32
— рост I: 263
— с одним доступным концом I: 276
— структуры I: 273—276, 277, 278, 281—
283
— тройная I: 92, 94
— шаг I: 93, 95
— а I: 92—93, 95с, 100, 318
----в инсулине I: 292
— — круговой дихроизм III: 26, 27
---- поток электронов II: 57
— л I: 94
— Зю I: 94
Спиральная структура агарозы I: 119—120
----гиалуровой кислоты I: 121
----карагенанов I: 120
----ксилаиа I: 121
----хондроитинсульфатов I: 121
Спиральное дробление III: 355
Спириллоксантин III: 43
— в фотосинтезирующих реакционных цент-
рах III: 46
Спирохеты I: 24
Спиртовое брожение II: 345
----варианты II: 348—349
Спирты, дегидрирование II: 237
— как наркотики III: 344, 346
—^присоединение к карбонильной группе
— хемилюминесценция во время окисления
III: 71
Споигии I: 50
Спонгозин III: 241с
Споровики I: 43
Спорофит I: 43
Споруляция бактерий III: 215, 353
----синтез мРНК III: 215
Споры бактериальные I: 22
Спорынья, лизергиновая кислота III: 158
Способность к обучению, влияние пептидов
мозга III: 342
Среда окружающая, загрязняющие вещест-
ва II: 75
Срезы печени, образование мочевины III;
96
Стабильность мембран I: 355
Стандартные состояния I: 208
Стандартный электрод I: 229
— электродный потенциал I: 230
Старение, болезнь иммунных комплексов
III: 366
— преждевременное III: 292
«Старый желтый фермент» II: 254
Статистические эффекты I: 256
Статистический клубок I: 101
— — круговой дихроизм III: 26, 27
Стахиоза II: 532
Стационарная фаза кривой роста II: 40
Стационарное состояние I: 11, 64, 200, 232
----в биосфере III: 367
-------мембране при диффузии I: 363—
364
-------фотохимической реакции II: 587
Ствол мозга III: 339, 340
Стволовая часть мозга III: 328
Стволовые клетки, лимфоидные III: 364
----миелоидные III: 364
----черты эмбриональных клеток III: 360
----эритроидные III: 364
Стеароил-СоА (стеарил-СоА) II: 449
— биосинтез II: 548
Стеариновая кислота I: 147с, 151
— — окисление 11: 312
Стебель аминокислотного акцептора тРНК
III: 239
— разрез I: 62
Стеллационин II: 446
Стереоизображение карбоксипептидазы А
I: 91
— конканавалина А I: 380
— тРНК I: 133
Стереоспецифичность карбоний-ионов II: 99
Стереохимические исследования, использо-
вание хнральных ацетатов II: 168
Стереохимия глюкозо-6-фосфат-изомеразы
II: 154
— образования хоризмата II: 152
— пиридоксальзависимых ферментов II:
225
— присоединения II: 144—145
— реакций синтетаз поликарбоновых кис-
лот II: 168
— ферментативных реакций I: 169
Стерильность из-за недостатка витамина А
II: 576
— у крыс, предотвращение витамином Е
II: 386
Стерильные пятна бактериофагов III: 248
Стерины Г. 146; 356; II: 578—593
— оксигеназы в образовании II: 434
— превращение в более растворимые про-
дукты II: 502
— растений II: 582
— эфиры I: 342
Стерические факторы при выборе основа-
ний III: 215
Стеркобилин III: 130с
Стеркобилиноген III: 130с
Стероидные гликозиды II: 591
— гормоны II: 64, 584—591
Предметный указатель 461
Стероидные гликозиды, биосинтез II: 444,
585 (схема)
-----витамин D II: 588
-----действие II: 72
-----рецепторы I: 386; III: 316
-----— в мозге III: 317
Стероиды II: 578—593
— биосинтез II: 490; III: 579—582
— гидроксилирование II: 443
— из изопентилпирофосфата II: 563
— конформация II: 578—579
— а- или P-ориентированные II: 579
— растений: биосинтез II: 580
— токсичность II: 592—593
Стигма I: 47
Стигмастерин II: 582с
— как «фактор гибкости» II: 582.
Стикленда реакции III: 103
Стильбенкарбоновая кислота II: 566с
Стирол, энергия связи I: 227
Столбняк I: 24
Стоп-кодон III: 236
ге (rectus)-Сторона, определение II: 145
si (sinister)-Сторона, определение II: 145
Стрептидин II: 533с
— биосинтез II: 532—533
L-стрептоза, биосинтез II: 532—533
Стрептолидигии III: 208
Стрептомицин I: 367; II: 285; III: 240
— биосинтез II: 532—535
— ген рибосомных белков S12 III: 240
— инактивация II: 535; III: 257
— связывание с рибосомами III: 240
Стрептомицин-зависимые мутанты III: 240
Стрихнин III: 334с
— вытеснение из ствола мозга III: 340
— как антагонист глицина III: 340
— облегчение обучения III: 351
«Строгий» ответ («stringenU-ответ) III: 245
Стронций I: 155
Структура «клеверного листа» тРНК I: 132,
134. См. также Рибонуклеиновые кислоты
P-Структура I: 100
— круговой дихроизм III: 26, 27
— цилиндрическая II: 158
— электронный поток II: 57
Структурные единицы рибосом III: 228
— формулы Хеуорса I: ПО
Структуры, методы определения I: 158—191
— молекул см. По названиям соединений
Стэкинг-взаимодействие I: 127, 249, 263
Субер иларгинин II: 592с
Субмитохондриальные частицы II: 399
Субстрат I: 242
— взаимодействие с ферментом, скорость
II: 14—18
Субстрат-связывающие центры II: 39
Субстратное фосфорилирование II: 319, 334
-----в брожении II: 346
-----хемолитотрофных бактериях II:
429
-----Thiobacillus thiooxidans II: 429
-----при окислении альдегидов II: 247
(диагр.)
-----а-кетокислот II: 275 (диагр.)
-----с помощью 10 формил-Н4Ро1 II: 282
(диагр.)
Субстратные циклы (пустые циклы) II:
513; III: 171
----в регуляции II: 73
----выделение тепла II: 514
----гипертермия II: 514
----скорость in vivo II: 513—514, 518
Субталамическое ядро III: 328
Субтилизии II: ПО
Суккуленты III: 59
Сукцинат II: 41, 319, 322, 323, 441, 480,
481
— в цикле трикарбоновых кислот II: 325
(схема)
— константы связывания с ионами метал-
лов I: 263
— образование при анаэробном метаболиз-
ме II: 351
----катаболизме фенолов III: 150
----трихомонадами II: 351
Сукцинатдегидрогеназа II: 40, 239, 309
— ассоциация с белками, содержащими ие-
гемовое железо II: 379
— в митохондриях II: 379
— влияние окислительно-восстановительно-
го состояния убихинона II: 235
— ковалентно связанный флавин II: 259
— стереохимия II: 258
— флавин и железо-сериые группы II: 266
Сукцинаттиокиназа (сукцинил-СоА — син-
тетаза) II: 135—436
Сукцинил-СоА II: 138; 318с; III: 101
— в биосинтезе II: 457, 458 (схема)
----катаболизме пропионата II: 333
----пропионовокислом брожении II: 352
----цикле трикарбоновых кислот II: 318с,
319, 323, 325 (схема)
— как предшественник гема III: 123
— конденсация с глицином II: 218, 488
— образование GTP II: 334
— превращение в а-кетоглутарат II: 472,
475
Сукцинил-СоА : ацетоацетат — СоА-транс-
фераза II: 138
О-сукцинилбензоат III: 143с
О-сукцинилгомосерии II: 221; III: 131
— в синтезе цистеина III: 133
— образование из аспартата III: 105
— превращение в цистатионин II: 221
Сукцинилированная форма изоцитрат-лиазы
II: 170
Сукцинилирование III: 107—108
Сукциниловые группы в липополисахариде
I: 178
Сукцинил-СоА — синтетаза (сукцииат-тио-
киназа) II: 135—136
Сукцинил фосфат II: 136
Сульфаминовая кислота, производные И:
139
Сульфаниламид II: 33с
— ацетилирование II: 190с
Сульфат, активный II: 139
Сульфатазы II: 88, 140, 544
— в липидах I: 147
— восстановление II: 434; III: 132
----с помощью Н2 II: 432 ’
— выделение III: 135
— как неорганический окислитель II: 425
— недостаточность II: 541
— поглощение I: 359
— потенциал восстановления П: 432
462 Предметныйуказатадь
Сульфатазы, этерификация III: 136
М-сульфат-2-ацетиламииофлуореи III: 293
Сульфатиды I: 341
Сульфатные группы, перенос II: 139—140,
536
Сульфгидрилсодержащие ферменты II: 151
Сульфгидрильные (—SH) группы II: 250
---в коферменте А II: 191, 193
---связь с протогемом II: 365
Сульфид, включение III: 132
— окисление у Thiobacillus II: 428—429
Р-Сульфинилпируват III: 131с, 134
Сульфит III: 132
— окисление в сульфат II: 428—429
— присоединение к флавинам II: 261
Сульфитоксидаза II: 428, 430
— дефектная III: 135
— и цитохром 65 III: 135
— содержащая вольфрам III: 86
---молибден III: 85, 135
Сульфитредуктаза II: 433; III: 132
— сирогем II: 432; III: 132
Сульфит-цитохром-с—редуктаза II: 429
Сульфокиназы II: 139
Сульфолактальдегид III:. 135с
— при образовании сульфолипида III: 134
Сульфолипид I: 150с, 151, 341; III: 131, 134
— в хлоропластах 1: 151; III: 41, 45
З-Ь-сульфомолочная кислота в бактериаль-
ных спорах III: 353с
Сульфонамиды II: 33. См. также Сульфа-
ниламид
— блокирование синтеза пуринов III: 170
Сульфонатзамещениый полистирол I: 165
Сульфонаты в липидах I: 147
Сульфоний-ион, нуклеофильное замещение
II: 93
Р-Сульфопируват III: 131, 135с
— при образовании сульфолипида III: 134
Сульфотрансферазы II: 88, 139
6-Сульфохииовоза III: 134, 135с
— биосинтез III: 135
Сульфоэфирные группы, перенос II: 139
Сульфурилаза II: 464
Суммарная степень окисленности II: 473
«Супербактерии» III: 257
Супероксид-анион II: 268, 274, 366, 436,
438, 440
— в реакциях гидроксилирования II: 435
— ксантиноксидаза II: 268
Супероксиддисмутаза II: 287, 448—449
— ингибирование II: 435—436
— содержащая марганец III; 52
---цинк II: 142
Суперпреципитация I: 324
Суперскрученность см. Суперспираль
Суперспирализация ДНК, влияние гистонов
III: 303
Суперспираль I: 92
— ДНК I: 139; III: 257
— жгутиков I: 276, 282
— пептидных цепей I: 132
Супрессия, внутригеииая III: 255
— nonsense-мутаций III: 253
— эффективность III: 256
Супрессорные гены III: 243, 254, 255
— amber III: 188, 243, 254
— ochre III: 188
— sup F (su-3) III: 254
---тирозииовая тРНК III: 220
Сурфактии I: 86c
Сурьма I: 155
Суточные циклы, действие света III: 68—69
Сферопласт I: 22
Сфингаиии (дигидросфингозии) II: 560с
Сфиигеиии см. Сфингозин
Сфингозин (сфингеиии) I: 148с; II: 560
— биосинтез II: 219, 488
— катаболизм II: 560
— серии III: 118
Сфинголипидозы II: 542, 543, 544 (табл.)
Сфинголипиды I: 152, 173; II: 560с
— биосинтез II: 543 (схема), 560
— катаболизм II: 543 (схема)
— свойства II: 560
Сфингомиелиназа II: 544
Сфингомиелины I: 149, 152с, 341
— биосинтез II: 542, 543
— в мембранах I: 351, 352
Сыворотка крови, концентрация кальция
I: 373
— — электрофорез I: 164
Сывороточный альбумин I: 103
SAM см. S-адеиозилметионин
SDS см. Натрия доцеиил сульфат
SV40 см. Обезьяний вирус 40
5У40-подобные молекулы ДНК III: 294
Таламус III: 319, 328
Таллий I: 155
Талоза I: 108
Таннииы, гидролизуемые III: 151
— конденсированные III: 151—152
Тапетум, рибофлавин, II: 256
— цинк II: 143
Тараканы, углеводороды II: 551
Таурин III: 131с
— как нейромедиатор III: 335
---ингибитор нейронов III: 340
— функция в фоторецепторных клетках
сетчатки III: 134
Таурохолевая кислота II: 583с, 584
Таутомер азы II: 154
Таутомеризация II: 481. См. также Тауто-
мерия
— в синтезе пуринов III: 168
Таутомерия I: 77—79, 255—256; III: 124
— амидов I: 77—78
— глутатиона I: 256; II: 179
— и спаривание оснований I: 138
— имидазольной группы I: 79
— кето-енольная I: 77
— константы равновесия I: 79
— 1-метилурацила I: 256
— пиридоксина I: 78
— порфиринов II: 365
— при образовании меланина III: 148
---связывании лигандов с белками I:
256
— урацила I: 78
— цистеина I: 256
Таутомерное отношение I: 79, 255
---спектрометрическое определение I:
255
Предметный указатель- 463
Таутомерные переходы в парах оснований
III: 214
Таутомерный катализ II: 55, ПО
Таутомеры см. Таутомерия
— биполярные ионные I: 78
— минорные III: 214
---как причина мутаций III: 247
— — тиаминднфосфата II: 204
Тенхоевые кислоты I: 394—395
---в клеточных стенках I: 394
---синтез II: 494
Тектин I: 352
Тэленцефалон III: 328
Теллурий, метилирование II: 298
— токсичность I: 155
Тело нейрона III: 325
Телофаза III: 264, 265
v-Тельца III: 302—304
— суперспиральная ДНК III: 302
— электронная микрофотография III: 303
Температура, влияние на гидрофобное взаи-
модействие I: 249
— перехода мембран I: 343
Теноилтрифторацетон II: 397, 398
Тенуазоновая кислота II: 594с
Теория графов II: 23
— ключа и замка II: 42
— Кноопа, Р-окнсления II: 311
— переходного состояния II: 48—49
— рецепторов II: 32
Теплота I: 2011, 202—203
— генерация II: 403
— сгорания I: 202, 203
Тератогенная активность диоксина III: 129
Тербий(III) как флуоресцентный зонд III:
32
Терминальные пластинки I: 58
Терминаторы в гемоглобиновых генах III:
364
Терминация белкового синтеза III: 231, 234,
236
Терминирующие кодоны III: 192, 193, 243
---в MS2 РНК Ш: 242
---дублирование III: 236
Термиты, простейшие I: 44
Термогенная ткань, бурая жировая II: 403
---в растениях II: 404
Термодинамика I: 200—241
— второй закон I: 205—208
— жизнедеятельности I: 232—234
— необратимых процессов I: 233
— неравновесных процессов I: 233
— первый закон I: 201—205
— транспорта электронов II: 406—409
Термодинамическая температурная шкала
I: 205
Термодинамические барьеры в биосинтезе
II: 491
Термолизнн I: 101
— Тербий в кальцийсвязывающем центре
III: 32
— флуоресцентный зонд III: 32
— Са2+ I: 375
Терморегулятор I: 64
Термохимия I: 202
Терпены I: 146; II: 56Т—574
— биосинтез II: 563, 567—568
—структура II: 569 ,
1,8-Терпин II: 568с
Терпингидрат II: 568
а-Терпинеол II: 568с
Тест на восстановление ацетилена III: 82
цис-транс-Тест III: 250
Тестостерон II: 585с; 589; III: 321
Тетрагидробиоптерин II: 438с
Тетрагидроканнабинол III: 347
Д'-3,4-транс-Тетрагидроканнабинол II: 569
Тетрагидрофолиевая кислота (H4-F0I) II-
218, 275—283, 278с, 330, 434, 478
----биосинтез III: 174 (схема)
----конфигурация II: 277
— — одноуглеродные производные II: 280
(схема)
----перенос формила III: 160
---- при декарбоксилировании глицина
III: 121
----сопряженные соединения II: 277
Тетрагидрофолнлтриглутамнновая кислота
(Н4Ро1-триглутаминовая кислоты) II: 277
См. также Тетрагидрофолиевая кислота
— биосинтез III: 1174 (схема)
— у Clostridium II: 278
Тетрагональная бипирамида как переход-
ное состояние прн псевдовращеиии II:
123
Тетрада III: 266
— анализ III: 286
Тетрадекановая кислота (миристиновая
кислота) I: 149
цис-11-Тетрадеценнлацетат как феромон III
551
Тетрадотоксин I: 371, 593; П: 209, III: 334с
— блокирование натриевых каналов III:
334
Тетразолиевая соль II: 401
Тетракозановая кислота (лигиоцерниовая
кислота) I: 149
2,3-ди-О-(3'К, 7'R, II'R, 15-тетраметнлгек-
садецил)-хп-глицерин II: 560с
Тетраметилглюкоза, мутаротацня II: 54
2,2,6,6-Тетраметилпиперидии-1-оксид I: 343
— спектр ЭПР I: 350
Тетраметнлснлан I: 185
Тетраметил-тг-фенилендиамин II: 401с
— в транспорте электронов II: 400
Тетрамер I: 270
Тетрамерный фермент I: 281
Тетраннтрометан, реакция с альдолазой II:
165
--------тирозильными группами II: 165
Тетрануклеотид, гипотеза структуры нук-
леиновой кислоты III: 183
Тетрапирроллы водорослей III: 44, 131
Тетрапиррольные пигменты, с открытой
цепью III: 130
Тетраплоидные организмы III: 267
2,3,7,8-Тетрахлордибензо-л-диоксин III:
129с
— индукция д-аминолевулинат-синтетазы
III: 129
Тетрациклины I: 367; II: 562с; III: 240 ।
— биосинтез II: 563
— влияние на «stringentb-отзет III: 246
Тетраэдр I: 285
Тетраэдрический аддукт амнноацил-тРНК
III: 235 -
Тетраэдричеекое’Промежуточное соединение,
н гидролизе эфиров « амидов II: 103с’:'
464 Предметный указатель
Тетраэдрическое расположение субъединиц
I: 280
Тетраэтилпирофосфат II: 105с
Тефлон (полифторэтилеи) I: 87
Тиазолидиновый цикл II: 224
Тиамин II: 207—209
— аддукты II: 202
— аналоги II: 209
— анион желтого цвета I: 281; II: 208
— в метаболизме глиоксилата III: 120
---пируват : ферредоксин — оксидоре-
дуктазе II: 273
---цикле трикарбоиовых кислот II: 317
— вытеснение из нервных клеток II: 209
— деградация с помощью щелочи II: 208
— дезаминирование II: 209
— как гормон роста корней III: 324
— кислотно-основные свойства I: 261; II:
207—208
— кооперативное связывание протонов I:
262
— образование пиримидинового кольца
III: 170
— пиримидиновая часть II: 225
— расщепление бисульфитом II: 93
---сульфитом II: 209—209
— содержание в организме человека II: 451
— тиол II: 208
— трициклическая форма I: 261; II: 208
— ферментативные реакции II: 205
Тиаминазы II: 209
Тиаминдифосфат II: 201—209, 202с, 240,
270, 275, 341, 473, 490; III: 104, 113
— в образовании О-сукцинилбензоата III:
143
— — а-расщеплении II: 202, 307
---цикле дикарбоновых кислот II: 328
— механизм действия II: 203—209
— рентгеноструктурные исследования II:
204
— система «переноса заряда» II: 204
Тиаминмонофосфат II: 442
Тиаминовые коферменты, в нейронах II:
-------транспорте натрия II: 209
Тиаминпирофосфат см. Тиаминдифосфат
Тиамиитетрафосфат II: 207
Тиаминтрифосфат II: 207
Тиаминтрифосфатазы II: 209
Тивелоза I: 391с
Тилакоиды в хлоропластах III: 44—46, 54
Тимидилат-синтетаза III: 164, 165—166
— в хемотерапии рака III: 165
Тимидиловая кислота (dTMP), образова-
ние из dUMP III: 164
Тимидин I: 126
— ингибирование синтеза ДНК III: 163
— радиоактивный III: 166, 196
— фосфорилирование III: 1166
’Н-тимидии III: 196, 272, 281
— в радиоавтографии III: 196
Тимии I: 123, 126, 168
— замена на бромурацил III; 272
— радиоактивный III: 166
— расщепление III: 167
— фолатные коферменты II: 279
— фотодимеризация III: 36
— фотохимические превращения I: 138
•Н-тнмин в радиавтографии III: 272, 273
Тимозии III: 365
Тимол II: 568с
Тимус, гистоиы III: 302
— развитие Т-клеток III: 302
Тимьян, содержание тимола II: 568
Тиогалактозид-трансацетилаза, геи III: 187
Тиоглутатиои III: 135
Тиолазы II: 162, 308
Тиолиз II: 309
Тиоловые группы I: 176
— определение I: 176
— периферийные, в синтетазе жирных кис-
лот II: 485
— присоединение к карбонилу II: 1140
5'-Тиометиладенозии III: 112с
— образование у животных III: 112
Тиополуацеталь в глицеральдегид-фосфат-
дегидрогеназе II: 248
Тиоредоксин II: 294; III: 122, 162
— при восстановлении рибонуклеотида III:
163
Тиоредоксинредуктаза II: 258
Тиострептон III: 241
Тиосульфат, образование III: 135
— окисление до тетратионата II: 428
— — у Thiobacillus II: 428—429
— расщепление на S и SOj" II: 428
Тиосульфатредуктаза II: 433
Тиосульфонат, роль в восстановлении суль-
фата III: 133
Тиотаурин III: 135
4-Тиоуридин III: 221
Тиохром II: 208с
Тиоцианат см. Ион(ы) тиоцианата
Тиоцистеин III: 135 с
Тиоэфирная группа, функция в ацетил-СоА
II: 167
Тиоэфиры II: 402
— в биосинтезе пептидов II: 4911
---окислении альдегидов II: 246—247
— восстановление II: 239
— образование, общий механизм II: 135—
138
— окисление иодом II: 413
— реакции замещения II: 103
— синтез II: 136
---из глицеральдегида-3-фосфата II:
140
Типы клеток животных I: 53
— — позвоночных III: 360
— метаболических реакций II: 307 (табл.)
Тирамин III: 344
— в биосинтезе морфина III: 155
Тиреоглобулин III: 146
— образование тироксина III: 146
Тиреотропный гормон (ТТГ) III: 146, 320,
321
L-тирозин I: 81; II: 438; 447
— аденилирование II: 69; III: 91
— биосинтез III: 136 (схема), 137
— в флаводоксине II: 265
— ингибирование синтеза по принципу об-
ратной связи III: 138
— иодирование остатков II: 379
— катаболизм III: 1145
----в бактериях III: 149—151
— кодоны III: 192, 193
— метаболизм у животных и бактерий III:
144—155, 144 (схема)
* 4.
L-тирозии, метаболизм у растений III: 151—
154, 152 (схема)
— мутаитиые клетки III: 137
— переаминироваиие III: 145
— реагенты для обнаружения I: 316
— сдвиг спектра под влиянием растворите-
ля III: 18
— спектр поглощения III: 16
Тирозиназа (полифеиолоксидаза) II: 447;
III: 148
Тирозинаминотрансфераза, индукция глюко-
кортикоидными гормонами III: 145
— посттраисляцноииая модификация III:
145
Тирозин—аммиак-лиаза III: 151
Тирозингидроксидаза III: 1148
Тирозиндекарбоксилаза II: 210
Тирозин—3-монооксигеназа, индукция в
нейронах III: 339
Тирозиновая тРНК III: 255—256
---ген su-3 III: 188
---минорная III: 220
— — — синтез гена III: 220
Тирозиновые остатки, перенос энергии III:
31
— — спектрофотометрическое титрование
III: 75
Тироксин III: 145—147, 320
— влияние на скорость переноса электро-
нов III: 147
— высвобождение из тироглобулниа III:
146
— образование III: 146
— превращение в трииодтироиии III: 147
Тироцидины I: 367; II: 491
Тканевая совместимость I: 378
Ткаиеспецифичиые адгезивные молекулы
III: 359
Ткани, анализ I: 156—157
— животных I: 53—61
---состав I: 157
— растений I: 61—62
ТМС см. Тетраметилсилаи
Токотриенолы II: 384с, 385
Токоферолхииои хлоропластов II: 384с, 385;
III: 411
Токоферолы II: 383—388, 384с, 578; III:
143
— биосинтез III: 142, 143 (схема)
— в мембранах I: 342
---фотосинтезирующей единице III: 41
— из хоризмата III: 143
— как антиоксиданты II: 387
Токсин, вызывающий ботулизм III: 334
— продуцирование III: 296
— столбняка, влияние на транспорт каль-
ция III: 334—335
---ингибирование высвобождения гли-
цина из нейронов III: 340
— холеры II: 71, 545
Токсины, невосприимчивость к ним III: 257
Токсопиримндин II: 225
Толуол (метилбеизол), сила осциллятора
III: 15
— электронный спектр поглощения III: 15
Тонкие срезы I: 19
Тонкослойная хроматография I: 160
Топологические изомеры ДНК I: 142
— проблемы в репликации ДНК III: 271
Торможение синаптической передачи сАМР
III: 338
Тормозные нейроны III: 339
Торсионные углы при S—S-связи I: 101
глицинсодержащих пептидов I: 89, 90
общее правило для полимеров I; ’113
определение I: 74
----пептидов I: 88—90, 186
полисахаридов I: 118
Тотнпотеитиость III: 354, 362
Точка ветвления, перемещение по ДНК III-
282, 283
— световой компенсации III: 56
Точковые мутации III: 246
Транзиция, мутация III: 246
Траисальдимииирование II: 230; III: 124
— в PLP-зависимых ферментах II: 230
Траисальдолаза II: 165, 341
— механизм II: 165—166
Трансаминаза В, геи III: 187
Трансаминазы II: 210. См. также Амино-
трансферазы
— при образовании мочевины III: 96
Трансацетилаза III: 201
Трансацилирование II: 103
— при образовании пептида II: 492
петидогликана II: 116
Траисверсия, мутация III: 247
Траисгидрирование II: 470
Трансгликозилирование в синтезе гликогена
II: 493
Трансдукция в генетическом картировании
III: 191—192
Траисдуцирующие вирусы III: 294
— фаги III: 287. См. также Бактерио-
фагии)
X III: 259
Mu III: 287
— — PI1 III: 192, 251, 287
Pike III: 251
Транскарбамоилтраисфераза III: 161
Транскарбоксилаза II: 196, 200
Транскетолаза II: 206, 341
— в цикле Кальвина II: 476
— гликольальдегид как побочный продукт
III: 56
Траискортии I: 103; II: 585
Транскриптаза обратная III: 288—289
Транскрипционная единица III: 201
----в политеиных хромосомах и в хро-
мосомах типа ламповой щетки III: 297
----рибосомных белков III: 240
----рРНК III: 217
----электронная микроскопия III: 216
Транскрипция I: 19; II: 64; III: 200—237
— активация глутамиисиитетазой III: 92
— в эукариотических клетках III: 223—227
— влияние ауксииа III: 324
------- гиббереллинов III: 324
— — нейромедиатора III: 327
----фитохрома III: 70
— — экдизона III: 323
----сАМР III: 351
— доля транскрибируемых генов III: 352
— ингибирование инициации III: 208
— инициация III: 202, 206, 316
----скорость III:, 205
«К» Предметы» укжжтелъ
Транскрипция, контроль II: 64, 72; III: 259,
295, 304, 316
— направление в SV40 III: 281
— положительный контроль III: 204—205
— регуляция II: 72, 588—589
----у фага X III: 259, 2611
— с двухцепочечиой матрицы III: 205
— скорость III: 207
— спаривание оснований III: 205
— стимуляция небольшими ядерными РНК
III: 304
— терминация III: 215
Транслокация, блокирование III: 305
— в рибосомах III: 232, 234
— ДНК Ш: 365
Транслокои III: 365
Трансляция генетической информации I: 19;
III: 227—246. См. также Синтез белка
— регуляция II: 64, 72; III: 295
Траисметилироваиие II: 88, 93—94, 556, III:
98, 111
— при образовании лецитина II: 555
-------убихинона III: 142
Трансмиссионный коэффициент II: 48
Транспептидация III: 93—94
— при образовании пептидогликана II; 117
Трансплантация ядер III: 356
Транспорт см. По названиям соединений
— генетические аспекты I; 359
— ионов через митохондриальные мембра-
ны II; 420—125
— калия, влияние валииомицииа I: 368
— кальция, влияние столбнячного токсина
III: 334—335
— через мембраны I: 357—369
----митохондриальные мембраны II:
423—425
Транспортная РНК I: 132, 133с; III: 200,
218—223
— — акцепторный стебель III: 239
аминоацилироваиие III: 235
— — в биосинтезе пептидов II: 491
-------ДНК закодированная III: 270
-------хромосомах I: 29
----гены III: 300
----дигидроуридииовая петля III: 239
----инвариантная структура одной сторо-
ны III: 239
----как адаптеры II: 492
— — метаболизм III: 223
----метилирование II: 497
----«нагруженная», специфическое связы-
вание с кодоном III: 231
— — нуклеотидная последовательность I:
132; III: 194
----общие черты III: 219
----предшественник 45S РНК у эукариот
III: 225
----реакции модификации II:- 496
----стереоизображение I: 133
----структура I: 1132—134
— — супермодифицироваииые основания
I: 133; III: 218, 223
-----терминирующий участок, гена III: 220
----типы, число III: 237
----триплеты оснований I;. 134
----химическая модификация 114: 239
Траносукцииилаза, ядро II: 274
Трансферазы гликозильных групп II: 535
— действие иа клеточные компоненты II:
502—503
— определение II: 75
Трансферрин I: 103; II: 448; III: 128
Трансформация III: 288
— бактерий III: 183
— клеток вирусом SV40 III: 280
— Ломбри де Бройна — Альберда ваи
Экенштейна II: 154
Трансформированные клетки, свойства по-
верхности III; 288
Трахеиды I: 61
Трахома I: 24
Трегалоза I: 112, 113с
— биосинтез II: 530—531
— продуцирование у Dictyosteliam III; 353
— свойства II: 530—531
Трегалозо-б'-фосфат II: 531с
Трематоды I: 52
Треоиилкарбамоиладеиозин III: 222
L-треонин I: 82с; III: 113, 114с
— биосинтез II: 221; III: 105с
— кодон III: 192, 193
— конфигурация I: 72
— метаболизм III: 113
— превращение в амииоацетои III: 114
— а-кетоглутарат III: 105
— расщепление до глицина и ацетальдеги-
да II: 218; III: 114
-------------ацетил-СоА III: 1176
— регуляция синтеза II: 70
L-aZZo-треонии I: 82с
Треоииндезамииаза см. Треоииидегидратаза
Треоииндегидратаза II: 215; 234; III: 113
— биодеградатнвиая III: 113
— биосинтезирующая III: ИЗ
— ген, локализация III: 187
— кофактор II: 234
Треоиииоиитетаза II: 221; III: 106
— геи, локализация III: 188
Третичная спирализацня ДНК I: 139
— структура белка I: 94
Трехмерная структура, аденилаткииазы II:
127
— белков змеиного яда III: 332
— дрожжевой гексокииазы II: 1127с
— карбоангидразы II: 140
— тРНК Ш: 219
— трипсина II: 109
— фосфоглицераткииазы II: 127с
— химотрипсина II: 109
— цинксодержащих ферментов II: 142
«Триалкильиый замок» II: 62, 193
Тригликозилцерамид II: 544
Триглицерид I: 147с
— биосинтез II: 555, 556
— метаболизм II: 554—556
— мобилизация гормонами III: 317
— содержание в клетках I: 156
Тригональная бипирамида II: 122
Тригональные атомы углерода II: 144—1145
Трииодтироиии III:' 145—147, 146с
—действие иа транскрипцию III: 147
— образование III: 146
Трикарбоновая кислота, транспорт в ми-
токоидрияк II: 423
Тример I:. 270—271
Триметиллиаииы в белках II: 496
Трниуклеотиды, связывание с рибосомами
III: 194
Триозофосфатнзомераза, молекулярная
активность II: 156—157
— структура II: 158
Триозофосфаты 11: 85. См. также Глице-
ральдегид-3-фосфат
— путь Энтиера—Дудорова II: 344
Триоксиацетофеион в образовании полике-
тида II: 562
1,24,25-Триоксихолекальциферол II: 587—
589
Трипаносома I: 34, 44; II: 277
— соединения мышьяка II: 83
Трипарсамид II: 83с
Триплетное состояние, время жизни III: 29
---в фотохимических реакциях III: 32
---фосфоресценция III: 29
Триплетный код III: 192, 193, 252
Триплеты оснований по Хугстеиу I: 188
Триполифосфатиая связь, образование II:
462—463
Трипсин I: 323; II: 9, 107—113; III: 280.
См. также Химотрипсин
— влияние иа губок I: 60
— последовательность в активном центре
II: 108
— специфичность I: 166; II: 1112
— трехмерная структура II: 109
Трипсиноген II: 104
Триптамин, превращение в лизергиновую
кислоту III: 158
Триптические пептиды I: 166
Триптолииы, образование н мозге III: 343,
344с
L-триптофан II: 435с; III: 156
— алкалоиды III: 157—158
— антидепрессивиая активность III: 344
— биосинтез III: 139—142, 140 (схема)
— во флаводоксине II: 265
— ингибирование глутаминсинтетазы III:
92
— — синтеза по принципу обратной связи
III: 138
— как незаменимая аминокислота III: 137
— катаболизм III: 109, 156
— а-кетоадипинат в результате катаболиз-
ма III: 109
— кодон III: 192, 1193
— метаболизм III: 156—159
— мутанты, ауксотрофиые III: 137, 251
— никотинамидная активность II: 242
— образование из серина II: 227
— оперон III: 188, 205
— перенос энергии III: 31
— превращение в NAD III: 156—157
— разрушение Г. 166
— спектр возбуждения III: 27—28
------- поглощения III: 16, 21—22
— флуоресценция III: 27—28, 31
Триптофаназа I: 181; II: 215
— хиноноидный промежуточный продукт
II: 2311
Триптофаигидроксилаза II: 439
Триптофаи-2,3-диоксигеиаза П: 435
— ингибирование тРНКрТ* III: 256
— индукция III: 156—>157
Триптофановые остатки, окисление надму-
равьииой кислотой I: 173
предметный указатель ОВГ
Триптофанпирролаза см. Трнптофаи-2,3-дно-
кснгеиаза
Триптофаи-репрессориый комплекс III: 205
Триптофаисиитетаза II: 216, 227
— геи, локализация III: 188
— замещения аминокислот III: 251
— мутанты III: 255
— пептидное картирование III; 251
— субъединицы III: 141, 251
— частота рекомбинации в гене III: 251
Тритий (SH), кинетический изотопный эф-
фект II: 99 *
— свойства I: 169
Тритиоиатредуктаза II: 433
Трифосфопиридиииуклеотид II: 240. См.
также Никотинамидадеииидииуклеотид-
фосфат
Трихины I: 52
2,4,5-Трихлорфеиоксиуксусиая кислота HI-
129
Трихоломовая кислота II: 224
Трихомоиады, смешанное кислое брожение
II: 3511
Тройная спираль ДНК I: 135
---проколлагена II: 498
Тромбин II: 72, 73, 389
— последовательность в активном центре
II: 108
Тромбоксан А II: 552с, 553
Тромбопластин II: 73
Тромбоциты (кровяные пластинки) I: 55
Тропин, биосинтез III: 176
Тропическая макроцитарная анемия И: 188,
278
Тропические травы, пируват, фбсфат-Дикн-
иаза II: 484
Тропоколлаген I: 92, 93
— поперечное сшивание II: 498
Трополоиовое кольцо (цикл) I: 278; III:
156
Тропомиозин I: 94, 318, 325
Тропонин I: 270, 318, 320
— С-субъедииица I: 325, 373
Трубочки I: 324
— Т-системы I: 29
Т-трубочки I: 320, 325; III: 329
Трюфели I: 47
ТТГ III: 320. См. также Тиреотропный гор-
мон
Туберкулез I: 24, 367; III: 208
Туберкулезные бактерии, микоцерозован
кислота II: 547
D-тубокурарии III: 332, 333с
Тубулины I: 278
Туйои III: 347
Турако II: 365
Тучные клетки I: 117, 385
Тушение флуоресценции для исследования
белков III: 30
Тушители, в фотосинтезе III: 49
— флуоресценции III: 30
Тяжелые цепи, иммуноглобулинов I: 381
-------гены III: 365
Тяжелый меромиозин I: 322, 323
TPN см. НикотииамидадеииндииуклеоТВД4’
фосфат 1
Ts—Tu см. Факторы элонгации
Wfl- иредметныиуказатедь
Уабаин (строфантин G) I: 361; II: 592с
— ингибирование (Ма+ + К+)-АТРазы II:
592
Убихиноны II: 363, 383, 384с, 392, 394,
578; III: 136, 143 (схема)
— биосинтез II: 399; III: 142, 143 (схема)
— в фотосинтезе бактерий III: 48
----дегидрогеиироваиии NADH II: 423
----мембранах I: 342
----митохондриях II: 399
----окислительном фосфорилировании II:
413
----фотохимических реакционных цент-
рах III: 46
— влияние окислительно-восстановительно-
го состояния на сукцииатдегидрогеназу
II: 325
— содержание в митохондриях II: 397
— функция II: 399
Убихроманол II: 384с, 385
У бихромено л II: 384с
Углеводные цепи, синтез II: 484—485
Углеводороды, насыщенные, окисление II:
310
— растворимость в воде I: 248
Углеводы см. Сахара, Полисахариды
— как биосинтетические предшественники
II: 473
— обнаружение I: 179
— превращение в жиры II: 516
— разветвленные цепи I: 1107
— реакция с перйодатом натрия I: 177
— содержание в тканях I: 157
— химические реакции I: 111 —112
Углерод-13, природное содержание I: 188
— свойства I: 169
Углерод-14 и цикл Кальвина II: 477
— свойства I: 169
Углерод радиоактивный II: 322, 480; III:
155. См. также Изотопы
Углеродный скелет, сборка II: 473—490
Углерод-углеродные связи, образование II:
161, 472, 473
----расщепление II: 91, 161, 473
Угол раскручивания при интеркаляции I:
141
Удельная активность фермента II: 8
Удельное вращение II: 25
Удлинение цепи кетокислоты II: 167, 485—
487
Удобрения III: 81
«Узелки» в оинаптонемальном комплексе
III: 286
— листьев, инфицированных Klebsiella III:
82
Уксусная кислота I: 146—147
----свободная энергия образования I:
213
---- средняя степень окисленности II: 474
(схема)
---- энтальпия и энтропия диссоциации I:
245—246
Улитки, размер мозга III: 324—325
— серотонннсодержащие нейроны III: 339
Ультразвук I: 158; II: 26, 393
Ультратонкие срезы I: 19; III: 199
Ультрафиолетовая эндонуклеаза, в репара-
ции ДНК Ш: 291
----геи, локализация Ш: 188
Ультрафиолетовое излучение см. Ультра-
фиолетовый свет
Ультрафиолетовые-видимые спектры погло-
щения см. Электронные спектры погло-
щения
Ультрафиолетовый свет, аномальная чувст-
вительность III: 291, 292
---инактивация репрессора фага X III:
261
---мутации III: 36, 137, 185, 289
---повреждения в ДНК III: 291—292
— — химические реакции, индуцируемые
III: 14
— спектр III: 6 (рис.)
Ультрафильтрация I: 162
— коферментов II: 191
Ультрацентрифугирование I: 181
Умеренный бактериофаг I: 393; III: 258—
263, 305. См. также Бактериофаг X
Ундекапренол (Бактопренол) II: 537с
Ундекапренолфосфат II; 538
Уникальные последовательности ДНК III:
298
Унимолекулярные процессы II: 7
Уотсон-крнковское спаривание оснований
I: 135; III: 214
Упаковка молекул I: 70, 270
— в кристалле льда I: 247
Уплотнение артерий см. Атеросклероз
Упорядоченное присоединение II: 19
Уравнение основности Брёнстеда II: 54
— Вант-Гоффа I: 2113
— Гаммета I: 235, 260—261
---для многократных замещений I: 236
-------реакции дегидрирования II: 243
---применение к 3-оксипиридину I: 260
---скорости реакции II: 54
— — таблица констант I: 236
---р I: 235
— Дебая — Хюккеля I: 211
— Доннана I: 369
— Карплуса I: 186
— Михаэлиса — Ментен II: 11
— Нернста I: 370
— скорости для ферментов II: 5
---линейные анаморфозы II: 13
— — для механизма типа «пинг-понг» II:
22
---стиадия, лимитирующая скорость II:
24
— Смолуховского II: 15
— Стокса — Эйнштейна II: 15
— Тафта I: 236, 238
— Штерна—Вольмера III: 30
— Эдера I: 254
Урат натрия при подагре III: 172
Уратоксидаза II: 447; III: 170, 171
Уратсвязывающий гликопротеид, орнитин
III: 96
Урацил I: 123с, 126
— катаболизм III: 166, 167
— метилирование II: 497
— ретроингибирующее действие III: 97
— таутомерия I: 78
— фотогидратация III: 36
— фотодимеризация III: 36
Уреаза II: 40, 41
Р-Уреидопропионат III: 167с
Предметный указатель 4S&
Уридилилтрансфераза III: 91
Уридильная группа, удаление III: 91—92
5 -уридиловая кислота см. Уридии-5'-фос-
фат
Уридин I: 127; III: 222с
— метилирование III: 221—222
— превращение в псевдоуридии III: 222
— спектры поглощения III: 21
— фотохимическая димеризация I: 128
— рКа III: 21
Уридиидифосфат (UDP), биосинтез III: 163
Уридиидифосфат-GlcNAc, специфические
трансферазы II: 535
УридиндифосфатнЫ-ацетилгалактозамин,
биосинтез II: 527
Уридиидифосфат-И-ацетилглюкозамин II:
527
Уридиидифосфат-|Ы-ацетилмурамовая кис-
лота, биосинтез II: 528с
Уридиидифосфатгалактоза (UDP—Gal) II:
493, 521
— активирующий фермент для синтеза II:
523
— биосинтез II: 523
— изомеризация II: 523
— превращение в UDP-глюкозу II: 249
— специфические трансферазы II: 535
Уридиидифосфатгалактоза—4-эпимераза,
ген III: 186
Уридиидифосфатглюкуроиовая кислота II:
524, 526, 535
Уридиндифосф ат-Ь-идуроиовая кислота,
биосинтез II: 524
Уридиндифосфатксилоза, специфические
трансферазы II: 535
Уридинмонофосфат см. Уридии-5'-фосфат
Уридиитрифосфат (UTP), биосинтез III:
163
Уридин-5'-фосфат (Urd-5'-P или UMP) I:
124, 126; III: 161с, 162
— синтез из аспартата III: 1162
-------пирувата II: 466
Уридин-2',З'-циклический фосфотионат, дей-
ствие рибонуклеазы II: 123—124
Уриказа III: 173
Уробилин III: 1-30с
— IXa III: 130с
Уробилиноген III: 130с
Урогастрои III: 358
Уроидный липофусциноз II: 388
Урокаиаза II: 235
— а-кетобутирильиый остаток II: 235
Урокаииновая кислота II: 235с
Уроиовая кислота, реакции элиминирования
II: 150
Уроновые кислоты I: 112
Уропорфиноген III III: 123
Уропорфирин I, экскреция III: 129
— полимер III: 194
— спектр поглощения III: 16
— токсичность III: 1145
Уропорфирины II: 365, III: 124
Уропорфирогеи Ш-косинтетаза III: 124
Урушиол сумаха укореняющегося II: 562
Условно-летальные мутации III: 252—255
Успокаивающие средства III: 341
Устойчивость к антибиотикам, гены III: 296
тт -г действию наркотика III; 345
---рибонуклеазе I: 144 . . .,
---рифамицину, мутанты III: 207
---стрептомицину, геи, локализация III:
488
---— у Chlamydomonas III: 269
Устрицы, как факультативные анаэробы 1Г
351
— содержание гликогена I: 157
Уходящая группа, влияние иа скорости
реакций II: 92
---определение II: 91
UMP см. Уридин-б'-фосфат
Фабрициева сумка III: 365
Фаг см. Бактериофаг
Фагоцитоз I: 29, 387
Фагоциты, микробицидная активность II:
372
Фаза III: 7
S-фаза клеточного цикла III: 264
Фазовый переход I: 204
— «животного белка» II: 285. См. также
Витамин В12
Фактор (ы) агрегации III: 359
— высвобождения тиреотропного гормона
I: 86с
— гибкости II: 258
— «животного белка» II: 285
— инициации IF-1 III: 231, 233
— Кристмаса II: 73
— окисления пирувата II: 268
— пола III: 189, 257
— роста дополнительные II: 187
---нервов III: 357
— сопряжения II: 393; III: 46
---митохондрий II: 393
— — синтез АТР II: 414
---субъединицы II: 409
— спектроскопического расщепления I: 349
— Стюарта II: 73
— терминации RF1 III: 236
— толерантности к глюкозе II: 506
— устойчивости II: 535; III: 257
— фертильности см. F-фактор
— Хагемана II: 73
— хемотаксиса I: 387; II: 549; III: 357
— элонгации III: 234, 236, 244
— А II: 204
— F III: 189—191
— — интеграция с клеточной ДНК Ш: 287
---при переносе гена III: 257
— HF III: 245
— i III: 2311
z-Факторы Paramecium III: 269
Факультативные анаэробы I: 23
Фаллоидииы III: 212
транс-транс-Фариезилпирофосфат II: 564с
Фарнезилпирофосфат, превращение в тер-
пены II: 571—573
Феиазинметасульфат II: 401с
Фенилалаиил-тРНК, связывание с рибосо-
мами III: 194
L-феиилалаиии I: 81с, 84; II: 438, 565
— биосинтез III: 136 (схема)
— в инсулине I: 293
---результате мутации серинового кодо-
на III: 195
— гидроксилирование II: 438; Ш: 145
— дезаминирование II: 236
4Т0 Предметный указатель!
L-фенилаланнн, изомеризация D-фенилала-
нин И: 491
— ингибирование синтеза по принципу об-
ратной связи III: 138
— катаболизм у бактерий III: 149—151
— КД-спектр III: 25, 26
— колебательный спектр III: 16
— кодоны III: 192, 193
— метаболизм у бактерий III: 144—151
-------животных III: 144 (схема)
-------растений III: 151—154
— метаболиты у растений III: 152 (схема)
— мутанты III: 137
— незаменимая аминокислота III: 137
— неферментативное гидроксилирование
II: 443
Фенилаланин—аммиак-лиаза II: 237; III:
151
— дегидроалаиин II: 237
2'-Фенилаланин-тРНК III: 235
Фенилаланингндрокснлаза II: 438
Фенилаланиндезаминаза см. Фенилаланин —
аммиак-лиаза
3'-Фенилаланин-2'-дезокси-тРНК III: 236
Фенилацетат III: 144с
— из фенилаланина III: 144—145
— конъюгаты глутамина III: 145
— экскреция III: 145
Феннлацетоглутамнн III: 144с
Фенилацетуровая кислота II: 311с
Фенилглюкозид, гидролиз II: 100
Феннлглюкураннд II: 532с
Фенилизотиоцнанат I: 174
Фенилкетонурия I: 41; II: 439; III: 145
Феннллактат III: 144с
N-фенилнафтиламнн как флуоресцентный
зонд I: 344
Фенилпировнноградная кислота III: 136с
Фенилпируват III: 144с
— биосинтез II: 152, 154; III: 139
— нз фенилаланина III: 144
— переаминирование до фенилаланина III:
139
Фенилтиогидантоин I: 174
Фенилуксусная кислота II: 311с
-----кислотность I: 235
Фенобарбитал III: 341с
— увеличение активности цитохрома Р-450
II: 445
Феноксазон III; 209с
Фенолы, как катализаторы II: 54
-----репеллент для Е. coli III: 347—348
— катаболизм у бактерий III: 150
— кислотность I: 235
— превращение в фенолглкжуранид II: 532
— сульфоэфиры II: 13?
— элиминирование из тирозина III: 149
— энергия связей I: 227
— рКа в возбужденном состоянии III: 33—
34
Фенольная группа, кислотность в возбуж-
денном состоянии III: 33—34
Феопорфирин III: 40с
Феофитины III: 40с, 41
Фермент, активирующий аминокислоты см.
Амииоацил-тРНК—синтетаза
— гидролизующий ДНК с*. Эндонуклеазы,
Экзонуклеазы - - -'И ь л.. >.
— лимитирующий скорость, фосфофрукто-
киназа II: 511
— расщепляющий гликоген в точках вет-
вления, недостаток II: 510
Q-фермент в синтезе амилопектина II: 537
«иР»-фермент III: 91—92
Ферментативные реакции второго порядка
II: 9
-----интегральная форма уравнения ско-
рости II: 7
-----кинетические кривые II: 6
— — классификация II: 87—91
— — обратимые II: 9—10, 18
-----первого порядка II: 7—8
— — скорость II: 6—9
Фермент-субстратиые комплексы (ES-комп-
лексы) II: 8, 42
-----образование и реакции II: 10—12
-----перенос протона II: 56
-----порядок связывания II: 19
-----скорость распада I: 250
Ферменты I: 12; II: 5—39; III: 52. См. так-
же по названиям
— активация II: 27—39
— — светом III: 54
— активный центр I: 12; II: 43
— бифункциональные III: 142
— введение с помощью микрокапсул II: 545
— захват клетками II: 544
— иммобилизованные I: 168
— ингибирование II: 27—39
-----необратимое II: 27
-----обратимое II: 27
— индуцнбельные II: 66
— как катализаторы II: 5, 40—42
— кинетика реакции II: 5—39
— кинетические параметры II: 11
— классификация II: 75, 87—92
— конститутивные III: 203
— конформационные изменения II: 35—39
— концентрации II: 24
— лизосомные I: 357; II: 502, 583
— локализация II: 393—396
— механизмы II: 46—63
-----«flip-flop» II: 119
— модификаторы II: 29
— мозга, одинаковые по электрофоретиче-
ской подвижности III: 350
— молекулярная активность II: 8
— молибдеисодержащие III: 85—96
— мультнсубстратные, кинетика II: 18
— направление реакции II: 502
— насыщение II: 8
— нуждающиеся в марганце III: 52—53
— обновление II: 66
— олигомерные I: 270; II: 35—38
— пищеварительные III: 352
— прикрепленные к мембране II: 68
— растворимые I: 158
— расщепляющие лимонную кислоту II:
169, 471
-----фосфопантетенн II: 193
-----целлюлозу III: 269
— реакции см. Ферментативные реакции
— связанные с мембраной II: 68; III: 272
— скорость соударений с субстратом И:
14—18 ‘ ! .2 • •: ;
Предметный указатель 471
Ферменты, специфичность II: 40—46
— типы катализируемых реакций II: 87—
181
— удельная активность II: 8
— уравнения скорости II: 5
— цинксодержащие II: 141; III: 52—53
— число оборотов II: 8—9
Феромоны II; 551, 567
— изомеры II: 551
Феррат-иои как аналог фосфат-иона II:
128
Ферредоксины II: 275, 372—383, 444
— в восстановительном биосинтезе II: 472;
III: 48
---восстановлении сульфата III: 133
---метановых бактериях II: 434
---фотосинтезе III: 36, 41
— восстановленные III: 61, 83, 91
— «затравочная» реакция II: 306
— окислительно-восстановительные потен-
циалы II: 472
— при образовании пирувата II: 475
---фотосинтетическом образовании Н2
III: 61
— связывание с гидрогеназой II: 426
— хлоропластов II: 383; III: 48
— £. coli II: 380
— Peptococcus aerogenes II: 381, 382с
Ферригемы II: 362
Феррильиое железо в пероксидазе и ката-
лазе II: 378
Ферритин III: 126
Феррицианид в фотосинтетическом обра-
зовании О2 III: 37
— восстановление сахарами I: 112
— как окислитель для пируваткиназы II:
271
-------Хилла III: 38
Феррицитохром с, механизм восстановле-
ния II: 374—375
Феррогемы II: 365
Ферро-ионы (Fe2+) II: 150, 364, 368; III:
127
— включение в протопорфирин III: 124
— окисление II: 367; III: 128
---бактериями II: 430
Ферроксидаза II: 448; III: 128
Феррохром III: 127
Ферулат III: 152с
Фибрин II: 72, 73
Фибриноген I: 103; II: 73
— в свертывании крови II: 72
Фибробласты I: 54; III: 292—293
— культура II: 541, 545
— секреция фактора роста нервов III: 357
— синтез коллагена II: 497
Фиброин шелка I: 92
Фиброциты I: 54
Фига, фицин II: 114
Физалин II: 282
Физиологическая модуляция III: 352—354
Физиологическое топливо см. Калорийность
пищевых продуктов
Физическая карта генома фага Л III: 260
- г хромосом III: 263
Физостигмин III: 333с
— при лечении миастении Ш: 333
Фикобилисомы III: 44
Фикомицеты, водная плесень III: 354
— низшие грибы I: 47
— сиренин II: 569
Фикоэритрины II: 44
Фикоцианины, спектры поглощения III: 43,
44
Фикоцианобилин III: 44с
— в фитохроме III: 69
— спиральная структура III: 44
Фикоэритрин I: 49; III: 44
— спектры поглощения III: 43
Фикоэритробилин III: 44с, 130 с, 131
Фиксация азота, азотофлавин II: 264
---гены III: 295
---неферментативиая III: 87
— потенциала, метод I: 370
Фиксирующие вещества I: 19
Филлохинон II: 384с, 385
Филлохинон-2,3-эпоксид II: 390с
Фимбрия см. Пили
Фитановая кислота II: 313
Фитил, в синтезе хлорофилла III; 125
Фитилпирофосфат в синтезе хлорофилла
III: 125
Фитин II: 525
Фитиновая кислота II: 525
Фитоен, биосинтез II: 571
транс-Фитоен, стереохимия синтеза II: 574
цис-Фитоен II: 573с
— стереохимия синтеза II: 574 ,
Фитол II: 313
— цепи I: 348; II: 578
Фитосфингозин II: 560с
Фитофлавин II: 265
Фитохром III: 69, 131
— в мембранах пластид III: 70
— высвобождение гиббереллинов III: 70
— изменение свойств мембраны III: 70
— изомеризация, индуцированная светом
III: 69
— медленные реакции III: 70
— хромофор III: 44
Фицин II: 114
Флаваноны II: 566с
Флавинадениндииуклеотид (FAD) II: 237,
253—268с; III: 132
— при окислении жирных кислот II: 84,
466
— сукцинатдегидрогеназа II: 259, 309
Флавинмононуклеотид см. РибофлавИи-5'-
фосфат, Флавины
Флавиновые дегидрогеназы, механизм дей-
ствия II: 260—268
Флавиновые коферменты 11:253—268
---аддукты при дегидрогенировании II:
262
---в аминоксидазах II: 447
-------монооксигеназе II: 436. См. также
Флавины
---связывание с белками II: 238, 256
Флавины II: 253—268
— биосинтез III: 173—175
— в глутаматсинтетазе III: 90
---люциферазе III: 75
— восстановленные, реакция с О2 II: 255
— как фоторецепторы III: 70
— ковалентно связанные П: 259, 260
— комплексы с металлами II: 265
Предметный указатель
Флавины, поглощение света II: 268
— по л у восстановленные II: 263
— радикалы II: 263, 264с
— реакции присоединения II: 261
— семихиионы, см. Флавины, радикалы
— содержание в митохондриях II: 397
— сульфитный аддукт II: 433
— фотопревращение в люмихром III: 70
— хроматография I: 180
— рХа II: 264
Флаводоксины II: 264, 275
Флавоноиды, эстрогенная активность II:
591
Флавоны II: 566с
Флавопротеиды II: 256—268; III: 57
— в декарбоксилировании глицнна III:
121—122
— восстановительные потенциалы II: 239,
256
— окисление аминов II: 257
---полуацеталей II: 257
---спиртов II: 257
— реакции II: 257—259, 257 (табл.)
— у Nitrosomonas II: 427
— электронпереносящие II: 308
Флавоцитохром, ковалентно связанный фла-
вин II: 259
Флагеллин I: 281
Флеш-фотолиз II: 26
Флоема I: 61
— моркови III: 354
— образование из камбия III: 354
— транспорт III: 323
Флоридзин II; 567с
Флуорескамин I: 180с
Флуоресцентные гистохимические методы
III: 338
— зонды III: 31, 32
Флуоресценция I: 180, 191, 344; II: 26;
UJ- 27__зз
— витамина В6 II: 227; III: 33
— влияние pH III: 33
— дансильных производных I: 176; III: 32
— диаграмма потенциальной энергии III:
28
— 'индола III: 27
— константа скорости III: 30
— красителей III: 31
— пиридоксамина III: 33—34
— поляризация III: 30
— связь со спектром поглощения III: 28
— смещение положения 0—0-полосы III:
28
— тербия III: 32
— триптофана III: 31
— тушение III: 30
— флавинов I: 160; II: 255; III: 28, 74
— хлорофилла а III: 43
— энергия III: 28—29
— этидиумбромида I: 140
— PLP в фосфорилазе III: 35
Флуоресцирующие антитела I: 176, 326
к цитохрому с II: 393
Флуоресцирующий белок Renilla III: 71—72
— продукт кетонов и пиридиновых нуклео-
тидов II: 251
Флуориметрический метод определения тиа-
мина II: 208
Флуориметрия иаиосекуидиая III: 35
Фолиевая кислота (птероилглутамииовая
кислота) П: 33, 188, 275—276, 278; III:
140, 170
— биосинтез III: 173—175, 174 (схема)
— в образовании метильных групп III:
118—119
— влияние на пернициозную анемию II:
287
— история вопроса II: 278
— максимум допустимого содержания в
таблетках поливитаминных препаратов
II: 287
— маскировка недостатка витамина Bi2 II:
288
— траисметилирование производных II: 93
Фоллитропин (фолликулостимулирующий
гормон) I: 181; III: 320
Фораминеферы I: 43
Форма гидры I: 50
— медузы I: 50
Формальдегид II: 280, 473
— «активный» II: 478
— в биосинтезе II: 478—479
---первичной атмосфере II: 473
— обнаружение нейронов III: 338
— равновесие гидратации II: 140
— реакции с пуринами и пиримидинами I:
128
Формамид, «распрямление» РНК III: 225
Формиат III: 73, 112. См. также Муравьи-
ная кислота
— в биосинтезе II: 478—479
— — результате восстановления СО2 III:
61
• синтезе пуринов III: 167, 168
— как продукт брожения II: 348 (схема)
— окисление II: 329
Формиат-водород-лиазная система II: 275,
350
Формиатдегидрогеиаза II: 329, 331, 350, 478
— ассоциация с нитратредуктазой II: 430
— в метановых бактериях II: 434
— молибден III: 85
— связывание с гидрогеназой II: 426
— селен II: 331—332
— Е. coli II: 329
Формил-СоА II: 329
Формилкинуренин II: 435с; III: 156
N-формилметионин в бактериальных бел-
ках III: 1111
— в синтезе белков III: 231
5-Формилтетрагидрофолиевая кислота
(5-Формил-НфРо1) II: 280с, 281
— •— «спасающее действие» II: 282
10-Формилтетрагидрофолиевая кислота
(10-Форм,ил-Н4Ро1) II: 282
— в синтезе пуринов III: 168, 169
— образование нз серина III: 119 (схема)
— синтез II: 282
Формиминоглицин II: 282
Формиминоглутаминовая кислота II: 282;
III: 160, 161с
Формицин III: 241с
Формы молекул I: 67, 73
— полос электронных спектров III: 13—18
Фосфаген II: 418
Фосфат в клетках I: 1155
---липидах I: 147
иредмсшми улалахслв
Фосфат, реабсорбции II: 589
Фосфат кальции в митохондриях II: 393
Фосфатазы II: 64, 88, 118—120, 476, 508,
528, 534, 539, 555
— в биосинтезе II: 464
— — регуляции II: 69
---синтезе пептидогликана II: 540
---фотосинтетическом восстановлении
СО2 II: 464
— для гидролиза фруктозодифосфата II:
482
— как фосфотрансферазы II: 125
— неспецифические II: 464
— специфичность II: 464
Фосфат-аргиииновые связи II: 245
Фосфатиднлглицерии I: 152с, 557с
Фосфатидилглицерофосфат II: 557
Фосфатидилинозит I: 152с, 341, 342
— биосинтез II: 555—556
— как предшественник простагландина II:
551
Фосфатидилсерин I: 152с, 341, 342
— биосинтез II: 555—556
— декарбоксилирование II: 218, 488
— образование у животных II: 556
Фосфатидилсерии-декарбоксилаза I: 355
Фосфатидилсернн-синтетаза в рибосомах
III: 246
Фосфатидилхолин (лецитин) I: 147с, 149,
339, 340, 341
— биосинтез II: 555с—558
— в мембранах I: 352
— — реконструкции системы окислитель-
ного фосфорилирования II: 410
• — как предшественник простагландина II:
551
— образование у животных II: 556
Фосфатидилэтаноламин I; 1152с, 341, 342;
II: 218; III: 65
— биосинтез II: 488, 555с—556
— в мембранах I: 351
---реконструировании системы окисли-
тельного фосфорилирования II: 410
---циклопропановых жирных кислотах
II: 549
— метилирование II: 556
— образование у животных II: 556
— шиффово основание с полностью транс-
ретииалем III: 68
L-a-фосфатидная кислота I: 152с; II: 554,
555
Фосфатиды I: 148
— ’ Образование III: 118
— структура I: 152
Фосфатные группы, водородные связи с
NH-группами II: 265
---перенос протона II: 57
Фосфатный потенциал II: 406
З'-Фосфо-б'-аденилсульфат II: 464; III: 132
— восстановление в сульфит III: 132
— перенос сульфурильной группы в люци-
ферине III: 71
3'-Фосфоадеиозин-5'-фосфосульфат см.
З'-Фосфо-б'-аденнлилсульфат
Фосфогексокетолаза II: 356
N'-фосфогистидии из кислой фосфотазы II:
120с
Qi__аоо
Фосфогликолат II: 1176
— образование в хлоропластах III: 56
2-Фосфоглицерат II: 330с, 337с
— дегидратация II: 148, 149, 172, 330с,
337с
З-Фосфоглнцерат II: 86, 175с, 330, 337с,
457, 475, 476с
— активация синтеза крахмала III: 55
— в биосинтезе II: 458 (схема)
---хлоропластах II: 175, 476, 478
— как ключевой промежуточный продукт
в биосинтезе II: 457
— образование в клетках обкладки III: 59
— превращение в серин III: 118
З-Фосфоглнцерат-дегидрогеназа, ген III: 188
Фосфоглицераткиназа I: 101
— трехмерная структура II: 126—127
Фосфоглицератмутаза II: 132
Фосфоглицеролипиды I: 152. См. также
Фосфатиды
Фосфоглюкомутаза II: 1131, 336
— ингибирование бериллием II: 130
6-Фосфоглюкоиат в пути Эитера — Дудо-
рова II: 344
---эритроцитах II: 371
— лактон II: 248с
— окисление в рибулозо-5-фосфат II: 172
Фосфоглюконат-дегидрогеназа II: 160
6-Фосфоглюкоиат-дегидрогеназа II: 339
— стереохимия II: 243
Фосфоглюкоиатиый путь см. Пентозофос-
фатный путь
6-Фосфоглюколактон II: 340с
6-Фосфоглюкоиовая кислота II: 340с
Фосфодиэстераза I: 169, 172; II: 73, 508,
509
— активация при выцветании родопсина
III: 67
— в регуляции содержания сАМР II: 70
— селезенки I: 167
— циклического аденозинмонофосфата,
иигибироваиие гормонами щитовидной
железы III: 147
Фосфодиэфирные связи I: 123
Фосфоеиолпнруват (PEP) I: 359; II: 149,
321, 337с, 457, 483, 487
— в биосинтезе II: 458 (схема)
-------ароматических соединений II: 138,
139
— — метаболизме Crassulaceae III: 59
— из фотосинтеза II: 477
— как a-карбоксилнрованная фосфоеноль-
ная форма ацетальдегида III: 487
•--стабилизированный енол II: 160
— ключевое промежуточное соединение II:
1172с
— образование из оксипирувата II: 479
-------пирувата II: 483
— перенос фосфорильной группы иа ADP
II: 338
Фосфоеиолпнруват-карбоксикнназа II:
171—172, 480, 484
Фосфоенолпируват-карбоксилаза (РЕР-кар-
боксилаза) II: 89, 174, 321; III: 59
— механизм действия II: 174
Фосфоенолпируват-карбокситраисфосфори-
лаза II: 173
Фосфоеиолпируватсиитетаза, механизм дей-
ствия II: 484
VW ; иредметныч^дадауе».
Фосфоинозит II: 392
Фосфоинозитиды II: 525
Фосфокетолаза II: 206, 356
— в образовании лактата II: 356
Фосфокиназы II: 88
Фосфокреатин II: 129с; III: 99
— из глицина III: 119 (схема)
Фосфолипаза А I: 172, 351; II: 551, 554
Фосфолипидный бислой I: 339с
Фосфолипиды I: 341, 342, 356. См. также
По названиям
— биосинтез II: 555—561
— в фотосинтезирующей единице III: 41
— метаболизм II: 554—561
— обмен в мембранах II: 560—5611
— особенности сборки II: 494
— суспензия I: 357
Фосфомутазы II: 88
Фосфонаты в липидах I: 147
З-Фосфооксипируват в образовании серина
III: 119
4'-Фосфопантотенат в биосинтезе СоА III:
ИЗ
4'-Фосфопантотенилцистеин в биосинтезе
СоА III: ИЗ
Фосфопротеинфосфатазы II: 509
Фосфор-32; свойства I; 169
Фосфоресценция III: 27—33
— диаграмма потенциальной энергии III:
28
Фосфорибозил-адеиозинмонофосфат—гидра-
лаза, ген, локализация, III: 187
Фосфорибозил-аденозинтрифосфат—пиро-
фосфогидролаза, ген, локализация III:
187
Фосфорибозил-аденозинтрифосфат—пиро-
фосфорилаза III: 187
Фосфорибозиламии II: 180с
— образование III: 167
Фосфорибозилпирофосфат (PRPP) III:
1141с, 162
— в биосинтезе гистидина III: 159—160
— реакция с глутамином III: 167
------оротовой кислотой III: 161
---— свободными основаниями III: 166,
169—170
Фосфорибозилтрансферазы в реакции PRPP
с пуринами III: 169—170
Фосфорилаза II: 69, 73, 508
— гликогенфосфорилаза II: 82, 100—101;
II: 222, 482
— ингибирование 5'-глюконолактоном II:
100
— b II: 69, 73, 508
— — активациц AMP II: 507
О-Фосфорилгомосерин II: 221
Фосфорилирование антибиотиков III: 257
— белков микротрубочек I: 278
— гистонов III: 304
— (Na+ + K+)-зависимой АТРазы I: 364
— на субстратном уровне II: 247, 275, 319,
410
— натриевый насос II: 425
— сопряженное с расщеплением а-кетола
II: 206
— стрептомицина II: 533
— тирозинаминотрансфераза III: 145
Фосфорилходин в образовании фосфрлипи- .
дов II: 494, 495
— как гаптен I: 384
Фосфорильная группа в катализе II: 336
------перенос I: 219, 222; II: 125—132
Фосфорильные соединения, активные II; 460
Фосфорокластическая реакция см. Пируват-
формиат-лиаза
Фосфоролиз II: 95
— гликогена, активация Са2+ II: 509
— цитруллина III: 104
О-Фосфосерин активного центра химотрип-
сина II: 1107с
— в образовании серина III: 119
Фосфосульфатангндрид II: 461
Фосфотрансфераза, Mg2+ II: 130
Фосфоферменты II: 126, 131, 170
— образование из фосфатаз II: 119
Фосфофруктокиназа II; 325, 337
— активация AMP II: 511
— в регуляции II: 64, 511
— ингибирование АТР II: 511
------Zn2+ II: 5П1
— константа равновесия II: 511
— отношение действующих масс II: 511
— отсутствие у Rhodotorula gracilis II:
344
— цитрат как отрицательный эффектор II:
325
Фотоавтотрофы I: 23 •
Фотобелок Aequorea III: 74
Фотовосстановление бензохинона III: 47
— возбужденным хлорофиллом III: 33
Фотогидрирование урацила III: 36
— цитидина III: 35
Фото димеризация тимина III: 36
— урацила III: 36
Фотодыхание III: 56—58
Фотометаболизм в фотосинтезирующих
организмах III: 61
Фотоморфогенез III: 324
Фотон, определение III: 5
Фотоокисление рибонуклеазы II: 120
— ЭДТА рибофлавином III: 33
Фотоотщепление III: 33
Фотореактивация III: 36, 292
Фотореактивирующая способность при ксе-
родерме пигментосум III: 292
Фоторецепторы млекопитающих III: 68
Фотосинтез I: 48; II: 87, 171, 477; III: 37—
61
— в бактериях III: 36, 37
— выход II: 176
— ингибирование кислородом II: 176
— первая стадия фотохимического процес-
са III: 46
— перенос электрона ПГ. 38, 39
— регуляция III: 54, 55 (схема)
— резонансный перенос энергии III: ЗГ
— синтез АТР III: 39
— Z-схема III: 38 (рис.)
— энергия III: 5
Фотосинтезирующая единица, размеры III:
46
-состав III: 41 (табл.)
— — число хлорофиллов III: 41
Фотосинтезирующие бактерии II: 472; III:
36, 37
— ;-7- а-кетоглутаратгсинтетаза II: 273
Фотосинтетические пигменты III: 39—44
Предметный указатель
Фотосистема I III: 37
— II III: 37, 39
Фотосистемы хлоропластов III: 37, 39
ФоТотаксис III: 68
— эвглены III: 70
Фототропизм III: 68, 70, 323
Фотофосфорилирование I: 221; II: 87, 338;
III: 39
— неорганического фосфата III: 50
Фотохимическая реакция, стационарное со-
стояние II: 587
Фотохимические реакции, избыток продук-
тов III: 33
---каротиноидных пигментов III: 53
— — коферментов витамина Bi2 III: 288
оснований нуклеиновых кислот III:
35, 36
---синглетное состояние III: 30
— реакционные центры, изолированные III:
46
Фотохимия III: 33—36
— флавинов II: 268
Фоточувствительность при порфирии III:
129
Фрагменты Оказаки III: 1198
Fab-фрагменты иммуноглобулинов I: 383
Фракционирование клеток I: 158—-159
D-фруктоза I: 109с, 115
— глицеральдегид II: 521
— клеток спермы II: 467—468
— концентрация в сперматозоидах II: 468
— • метаболизм II: 521
— стимуляция окисления этанола III: 346
Франка—Кондона принцип III: 14
Фруктозодифосфат, действие фосфатаз II:
476
Фруктозо-1,6-дифосфат II: 65, 1119, 336,
337с
— в гликолизе II: 325 (схема)
— ингибирование цикла Кальвина III: 54
Фруктозо-1,6-дифосфатаза, активация све-
том в хлоропластах III: 54
— в глюконеогенезе II: 513
— стимуляция сАМР II: 513
Фруктозодифосфат-альдолаза II: 163
— гипотетический активный центр II: 164
(схема)
— обработка фермент-субстратного комп-
лекса боргидридом натрия II: 163
— отсутствие у некоторых бактерий II: 163
— промежуточное образование шиффовых
оснований II: 163
Фруктозо-1,6-дифосфат—фосфофруктокиназ-
ный цикл, скорость in vivo II: 513
Фруктозо-сахарный обмен II: 96
Фруктозо-1-фосфат, расщепление альдола-
зой II: 521
Фруктозо-6-фосфат II: 64, 65, 1157с, 337с,
511
— активация цикла Кальвина III: 54
— биосинтез II: 527
— в гликолизе II: 325 (схема)
— метаболизм II: 526—529
— равновесие с маннозо-6-фосфатом II: 521
Фруктозофосфаты см. ГексозофОсфаты
— образование в результате фотосинтеза II:
477
Фруктокиназа II: 521
Р-D-Фруктофураноза (Fru) I: 111 с
Фтор I: 154
— в костях I: 373
Фторацетат II: 320
5-Фтор-2'-дезоксиуридин III: 165
5-Фтордезоксиуридин-5'-фосфат III: 165
5-Фтор-2'-дезоксиуридин-5'-фосфат III: 165
Фтор динитробензол I: 175
Фторнд-ион, дыхание II: 339
— ингибирование енолаз II: 339
---кислых фосфатаз II: 119
Фтороксалоацетат II: 320
Фтороцитрат II: 320, 3211с
5-фторурацил III: 165с
— влияние на клетки III: 165
п-Фторфенилаланин I: 282
Фузариевая кислота, биосинтез III: 176е
Фузидиевая кислота II: 593с; III: 241
Фукоза в иммуноглобулинах I: 383
L-фукоза I; 112с, 376
— в веществах группы кровн I: 375
а-Фукозидоз II: 545
Фукозилтрансфераза I: 376
Фукоксантин I: 49; II: 573; III: 43
— стереохимия II: 574
Фумараза (Фумаратгндратаза) II: 44, 88,
— вторичный изотопный эффект II: 148
— зависимость от pH II: 60, 147
— механизм II: 147—148
— скорость обмена субстрата II: 148.
— число оборотов : 147
— рКа II: 61
Фумарат II: 44с, 74, 147, 319, 320; III: 98,
1168
— в цикле трикарбоновых кислот II: 325
(схема)
-------пуриновых нуклеотидов III: 171
— образование из аденилосукцината III;
169
---аргининосукцината III: 96
— — изомеризация II: 150
— окисление дигидрооротата II: 391
— при дегидрогенировании II: 391
— присоединение аммония III: 89
Фумаратгндратаза см. Фумараза
Фумарилацетоацетат, енольная форма III:
144с
Фумарилпируват III: 15бс
Фумаровая кислота II: 60. См. также Фу-
марат
— — средняя степень окисленности II: 474
(схема)
pH-Функции Михаэлиса I: 224; II: 58
Функциональные группы, колебательные
частоты III: 10—И
Функция состояния R II: 37
— Е (внутренняя энергия) I: 201
Фуранозные кольца I: 108, 115. См. также
Углеводы
FAD см. Флавинадениндинуклеотнд
FMN см. Рибофлавин-5'-фосфат
Халконы II: 566с
— как биорегуляторы III: 324
Хвостатое ядро III: 328, 338
Хемилюминесценция III: 71
Хемоавтотрофы I: 23; II: 434 -Л
476 Предметный указателе
Хемолнтотрофные бактерии, фосфорилиро-
вание на уровне субстрата II: 429
— организмы II: 425—434
Хемолитотрофы, медленный рост II: 425
— транспорт электронов II: 425
Хемостат II: 40
Хемотаксис I: 282; III: 347, 358
— гены III: 186
Хемотаксическая подвижность, гены III:
186
Хиазмы III: 266, 284
Химно-осмотическая теория окислительного
фосфорилирования II: 391, 419—422, 421
(схема); III: 50
Химиотерапия бактериальных инфекций II:
83
Химотрипсин I: 167; II: 9, 107—113. См.
также Трипсин
— активный центр II: 110с
— зависимость активности от pH II: 1109
— классификация II: 75
— конформационные изменения II: 111
— последовательность в активном центре
II: 108
— специфичность II: 112
— трехмерная структура II: 109
— рКа II: 109
Химотрипсиноген I: 182; II: 104
— активация II: 112
Хинальдиновая кислота III: 156с, 1157
Хиноидное промежуточное соединение как
акцептор электрона II: 220—221
---— синтез из пиридоксальфосфата II:
215с, 216
Хинолиновая кислота (хинолииат) III:
156с, 157
Хннолфосфат в окислительном фосфорили-
ровании II: 413
Хиноны как переносчики водорода II
383—386
Хиральность I: 71
Хнральные ацетаты II: 168
Хитин I; 43, III, 1114
— биосинтез II: 522, 540—541
— в клеточных стенках I: 397
— наружный скелет членистоногих Г. 53
Хитинсинтетаза, микрофибриллы II: 540
Хлопчатник, госсипол II; 569
О-хлораланин, реакция с оксидазами
D-аминокислот II: 262
Хлорамфеникол III: 240с, 257
Хлораигидрнд II: 459
Хлордназэпоксид III: 340, 341с
Хлорид-нон, активация а-амилаз II: 101
— в тканях I; 155
— 2з|еличение ПРОВ°ДИМОСТИ мембран III:
Хлорины II: 364; III: 39
Хлористый водород, спектр III: 10
Хлорокруорогем II: 364с
Хлоропласты I: 30, 34, 338; III: 48, 57
— галактолипид I: 150; II: 557
— граны I: 338
— деление I: 39
— каротиноиды III: 43
— мембрана I: 337, 348; III: 270
— ориентация III: 68
— «перекачивание» протонов III: 49
— перенос электронов III: 48—51
-----энергии III: 31—43
— рибулозодифосфат-карбокснлаза II: И75
— синтез АТР III: 49
— структура III: 44—46
— сульфолипид Г. 151; III: 41, 45
— ферредоксин II: 380
— фотосистема I. электродный потенциал
III: 48
— фотосистемы III: 37, 39
— цикл Кальвина II: 475—478
— электронная микрофотография I: 32; III;
45
Хлорофиллы a, b, с, d III: 40с
— димеры молекул III: 42, 46
Хлорофилл/хлорофилльный катионный ра-
дикал, окислительно-восстановительный
потенциал III: 38
Хлорофиллиды III: 40с, 41
Хлорофиллины III: 41
Хлорофилл(ы) I: 25, 159, 266, 337, 342,
348; III: 39—43
— биосинтез III: 124—125
— гидратированные III: 47
— защита каротиноидами III: 53
— катион, скорость образования в хлоро-
пластах III: 47
— красный III: 40
— обесцвечивание III: 47
— образование из глицина III: 119 (схема)
— окружение III: 41
— ориентация молекул III: 45—46
— перенос электрона в димерах III: 48
— поглощение света III: 31, 40, 42
— полосы поглощения III: 41
— реакционных центров фотосистем III: 31,
41
— спектры поглощения III: 20, 40, 43
— флуоресценция II: 43, 49
----------время жизни III: 47
— фотовосстановление III: 48
— фотоокисление III: 46
— число в фотосинтезирующей единице Ш:
411
Хлорпероксидаза II: 378
Хлорпромазин III: 341с, 342, 343
— болезнь Паркинсона III: 342
— экстрапирамидные явления III: 342
L-2-хлорпропионат, реакция с ионом гидро-
ксила II: 94
Хлортетрациклин II: 562с
и-Хлорфенилаланин, ингибирование синтеза
серотонина III: 339
Хоаноцит I: 51
Холат натрия при солюбилизации мембран
II: 410
Холевая кислота II: 583с
Холекальциферол (витамин D3) II: 587
— биосинтез II: 581
— гидроксилированные производные II:
587, 588
Холера I: 24; II: 71
Холестанол (дигидрохолестерни) II: 578с
— конформация II: 578
— образование бактериями II: 581
Холестерин I: 148с, 342, 347; II: 316, 392,
581с, 585с
— биосинтез II: 579—581
— в микоплазме I: 21
Холестерин в мембранах I: 347
— как предшественник стероидных гормо-
нов II: 158
— метаболизм II: 582
— повышенная концентрация I: 41
Холецнстокинии III: 320
Холил-СоА II: 583
Холин I: 147; II: 494, 495с
— активация II: 494
— поступление с пищей III: 1118
— фосфорилирование II: 494
Холинсульфат II: 139
Холинфосфат II: 556
Холинэргические иейроиы, действие хлор-
промазина III: 343
— синапсы III: 331, 332
-----ингибиторы III: 333
-----локализация III: 332
-----модуляция III: 338—339
Холоферментсинтетаза II: 201
Хондроитин I: 116с
— биосинтез II: 522
Хондроитинсульфаты I: 115, 116с; III: 52
• — биосинтез II: 535
— спиральная структура I: 121
Хордовые I: 53
Хорея Хантингтона III: 340
Хоризмат III: 143с
— в процессах биосинтеза II: 458 (схема)
— образование, стереохимия II: 152
— превращение в 2,3-дезоксибеизоат III:
139
-------триптофан III: 1140 (схема)
Хоризматмутаза-префенатдегидратаза HI-
139
Хоризматмутаза, Т-префенат—дегидрогена-
за, геи, локализация III: 188
Хоризмовая кислота II: 457; III: 136с, 139.
См. также Хоризмат
Хориокарцинома II: 279
Хром I: 154; II: 504, 506
— в комплексах РНК—белок II: 506
-----факторе толерантности к глюкозе II:
506
— комплекс с ADP II: 129
-------АТР II; 129
— недостаток II: 506
— парамагнитные свойства II: 128, 506
— поглощение света II: 506
— содержание в сыворотке крови II: 506
Хроматиды III: 264, 266
Хроматин I: 29
— расщепление нуклеазами III: 302
— v-тельца III: 302—304
Хроматиновые волокна III: 302, 303, 304
(схема)
Хроматография I: 159; II: 213. См. также
по названиям
— диагональная I: 180
— ионообменная I: 165
— на бумаге I: 160
-----двумерная II: 477
Хроматофоры I: 25
Хромаффинные клетки III: 330, 339
Хромомеры III: 296
Хромосомная карта III: 185. См. также Ге-
нетическая карта
-----бактериофага Т4 I; 330
---фага МП: 263
---Е. coli III: 184—192, 185 (днагр.)
Хромосомы I: 29, 39; III: 265
— аутосомы I: 42
— бактериальные I: 14
— гомологичные пары I: 39
— избирательное разрушение III: 363
— инактивация III: 363
— картирование III: 191, 248—255, 287
— организация III: 271
— пол I: 42
— полнтеиные III: 267, 323
— размеры Г. 39
— состав III: 296
— типа ламповых щеток III: 297
----------спаренные петли III: 297
----------хроматиды III: 297
— центры связывания с мембранами III:
2711
— человека, идентификация III: 268
---картирование III: 268
— число Г. 39
— эукариот, регуляция III: 296—305
— Е. call III: 184, 271
Х-хромосомы I: 42; III: 268
— инактивация III: 363
Y-хромосомы I: 42
— повторяющиеся последовательности ДНК
III: 298
Хромофор(ы) II: 231; III: 63—65
— фитохрома, чувствительный к дальнему
красному цвету III: 69
— экворина III: 74
Хрусталик, образование лактата II: 345
Хрящ I: 54, 116—117
Цветение, как процесс, зависящий от свет®
III: 68—69
— гормон III: 324
— фитохром III: 69
Цветовая слепота I: 42
Цветовое зрение III: 64
Цветы, пигменты II: 565—567
Цвиттерионы I: 80. См. также Биполярные
ионы
Цезий I: 155, 363
Целлобиоз I: 163
Целлотриоз I: 163
Целлофан I: 162
Целлюлоза Г. ПИ, 114, 119с, 159
— биосинтез I: 386; П: 493, 522, 540—541
— волокна I: П9
— конформация I: П9
— продуцирование в Dictyostelium III: 353
— распространение I: 114
— содержание в шпинате I: 157
Целлюлозные микрофибриллы в стенках
растительных клеток I: 395
Центральная нервная система (ЦНС), чув-
ствительность к гормонам III: 317
Центриоли I: 26, 34; III: 264
— отсутствие в клетках растений III: 264
Центрифугироваине I: 163
— в градиенте плотности CsCl I: 163; III:
273,298
Центромеры III: 264
|l78 Предметный указатель
Центры связывания I: 252
----кальция I: 268
— удовольствия III: 330
Цепни I: 52
Цепь переноса электронов II: 84, 391, 397
(схема); III: 48—51. См. также Электро-
ны, обращенный поток
Церамидаза II: 544
Церамидаминоэтилфосфаты I: 152, 341
Церамиды I: 152с; II: 542
— биосинтез II: 542
Цереброзиды I: 151
— биосинтез II: 542
— сульфатные эфиры I: 341
Цереброкупреин 11: 448
Церулоплазмин I: 104; II: 448; III: 128
Цефалоспорины I: 367; II: 118с
Р-Цианаланин III: 134
— как причина латиризма II: 501
Цианат, реакция с гемоглобином I: 315
Цианборгидрид, действие на родопсин III:
65
Цианид II: 362
— как ингибитор дыхания II: 398
'— превращение в формамид III: 177
Цианид-нон, восстановление нитрогеназой
III: 83
— . реакционная способность II: 93
Цианидин II: 566
Цианидный аддукт NAD+ II: 250
Цианин (диглюкозилцианидин) II: 566
Цианобактерии см. Сине-зеленые водоросли
Цианогенные растения III: 176
Цианокобаламин II: 283с. См. также Вита-
мин В12
— восстановление II: 288
Цианофита см. Сине-зеленые водоросли
С«-цикл, концентрация СО2 III: 58 (схема)
Цикл(ы) дикарбоновых кислот II: 328—
329; III; 12
— и прекращение роста цепи III: 488
— Кальвина II: 475—478. См. также Вос-
становительный пентозофосфатный путь
----в хлоропластах II: 475
----расщепление ATP II: 475; III: 39
----регуляция III: 54
----стехиометрия III: 511
----NADPH III: 39
— Кори II: 345, 482
— Кребса см. Цикл трикарбоновых кислот,
Цикл мочевины
лимонной кислоты см. Цикл трикарбоно-
вых кислот
— мочевины III: 96—98
— пуриновых нуклеотидов III: 171 — 172
пустой см. Субстратные циклы
— сон — бодрствование III: 330
— трикарбоновых кислот II: 84, 308, 315—
327, 318 (днагр.), 470, 485, 512; III: 98
— — — биодеградация II: 456
— — — в митохондриях II: 392
------ — «запуск» II: 174
----— катаболизм промежуточных соеди-
нений II: 326
-------модифицированный II: 480—481
-------окисление глутамата III: 101
-------открытие II: 319
-------регуляция II: 324—325
-------связанные пути окисления II:
327—330
-------стереохимия II: 323
— «фосфорилирование — дефосфорилирова-
ние», в восстановительном пентозофос-
фатном пути II: 476
— чередований II: 246
Циклическая симметрия I: 270, 271
Циклические нуклеотиды III: 338—339
— промежуточные соединения, в метабо-
лизме лизина III: 109
Циклический аденозин-3',5'-монофосфат II:
64, 72, 131с, 373; III: 317
-----активация протеинкиназ II: 507
-----в бактериях III: 204
----- — действии тиреотропного гормона
III: 146
-----— регуляции метаболизма II: 513
-----у Dictyostelium III: 317
-----влияние I: 387
-------глюкозы на концентрацию III: 204
—'-----глюкокортикоидов II: 5115
-------простагландинов на синтез II: 553
— — высвобождение при голодании III:
317
-------тирозинаминотрансферазы рибосом
III: 145
-----как аттрактант Dictyostelium I: 45
-----— гормон III: 317
— ----- сигнал субстратного голодания
III: 353
— — — символ при недостатке углевода
III: 317
-----модификация белков III: 316
-----образование I: 387
-----продуцирование, колебательный ха-
рактер II: 71
— — рецепторный белок III: 202
-----связывание с CAP III: 201
— — стабильность II: 131
-----стимуляция глюконеогенеза II: 504
— -----фруктозо-1,6-днфосфатазы II: 513
-----уменьшение ответа III: 338
-----фосфорилирование мембранных бел-
ков III: 338
— — чувствительность у Dictyostelium III:
353
— гуанозин-3', 5'-моиофосфат (cGMP) в
нейронах III: 338
-----— регуляции II: 72
Циклическое фотофосфорилирование III:
39, 48
— — в клетках мезофилла III: 59
Циклоартенол II: 580с
Циклобутаиовые димеры III: 36
— — вырезание III: 291
— структуры в биосинтезе сквалена II:
571—573
Циклогексан Г. 75
1-Циклогексилурацил, димеризация Г. 1136
L-циклогексимид II: 562с; III: 241
Циклоглутаматы II: 224
Циклооксигеназа II: 551; 554
Циклопропановые жирные кислоты I: 153;
II: 347, 549
D-циклосерин II: 223с
Цинга II: 187, 442
1,8-Цинеол II: 5<58с
Предметный указатель 479
Циик I: 154, 267
1 — в обратной транскриптазе III: 288
— содержание у челоиека II: 142
Цинксодержащие ферменты, марганец III:
53
----трехмерные структуры II: 141
Циннамоил-СоА II: 565, 566с
— антоцианины III: 151
— танннны III: 151
— флавоноидные пигменты III: 1151
Цистатион II: 221с; III: 131
— образование II: 221; III: 105, 106
— у-расщепляющий фермент III: 134
— у-элиминнрование II: 221
Цистатионин-Р-синтетаза III: 134
Цистатионурия III: 131
Цистеин (Cys) I: 82с, 84
— в а-амаинтине III: 211
— кодон III: 1192, 193
— комплекс с цинком II: 143
— метаболизм III: 131 (схема), 132—136
— образование из серина III; 118, 119
(схема)
-------H2S III: 134
— переаминнрованне III: 134
— превращение в р-меркаптопируват III:
134
-------Р-цианаланин III: 134
Цистеннилглнцин III: 93, 94
Цистеиновая кислота III: 131с, 134
----мнкрононофорез III: 340
----образование из О-ацетилсернна III:
134
Цистеинсннтетаза II: 2116; III: 131, 133
Цистеинсульфиновая кислота III: 131с, 134
----переамннированне III: 134
Цистерны ЭР, внутренняя полость I: 30
Цистин I: 82с, 93
— производные, спектры поглощения III:
16
Цистинурня I: 40, 360
Цнстрон,. определение III: 250—251
5'-Цитидиловая кислота см. Цитидин-5'-
фосфат
Цитидин (Cyd) I: 126
— спектр поглощения III: 21
— фотогидратация III: 35
— рКа III: 21
Цитидиндифосфатднглнцерид II: 555
Цитидиндифосфатглицерин в синтезе тей-
хоевых кислот II: 494
Цитидиндифосфатрибит в синтезе тейхое-
вых кислот II: 494
Цитидиндифосфатхолин II: 189, 494, 495с
Цитидинтрифосфат (СТР) II: 39
— ингибирование глутаминсинтетазы III;
92
Цитидин-5'-фосфат (Cyd-5'-P или CMP) I:
126; II: 495
Цитидин-5'-фосфат-|Ы-ацетилненрамнновая
кислота, биосинтез II: 527
Цитозин (Cyt) I: 123с, 126
— дезаминирование в ДНК III: 361
----до урацила III: 1166, 289
---остатков III: 195
— метилирование I: 139; II: 497; III: 280
— превращение в урацнл III: 166
— фотохимическая димеризация I: 127—
128
Цитозинарабинозид (ага-С) III: 241с
Цитозиннуклеотиды, образование нз СТР
III: 163
Цитозиновое кольцо, нуклеофильное при-
соединение III: 214
Цитозоль, определение I: 29
— ферменты пентозофосфатного пути II-
339, 340
Цитокинин III: 223, 323
— в дифференцировке камбия III: 354
— влияние на транскрипцию ПГ.324
--------трансляцию III: 324
— как гормон растений III: 323
Цитолипнн К И: 543
Цитоплазма, движение у амебы I: 243
— концентрация кальция I: 373
— определение I: 14
Цитоплазматическая наследственность III:
269—271
«Цитоскелет» I: 37, 386
Цитохром а I: 181; II: 376, 393. См. также
Цитохромы
----у Nitrosomonas II: 427
— аз II: 376, 393
----изменение потенциала II: 409
----содержание в митохондриях II: 397
— b II; 363
----комплекс с убнхнноном II: 376
— — содержание в митохондриях П: 396,
397
----у Nitrosomonas II: 427
— i>2 см. L-лактатдегидрогеназа дрожжей
— b5 I: 355 .
----в наружной мембране митохондрий
II: 395
----система перевода жирных кислот в
ненасыщенную форму II: 449
----структура II: 375
— &557 II: 431
— i>559 в хлоропластах III: 41, 49
— &5вз (цитохром b6) III: 50
— bt, изменение потенциала II: 409
— с I: 181; II: 267, 363, 375с
---- аминокислотная последовательность
II: 374
----антитела II: 393
— — метилированные аминокислоты II: 496
— — содержание в митохондриях II: 397
----спектр поглощения II: 373
— — структура II: 374—375
----у Nitrosomonas II: 427
----феррн, механизм восстановления II:
374—375
----ферро, механизм окисления II: 374—
375
----эволюция II: 374
— — 13С, ЯМР-спектр I: 1190
— d II: 375—376
----содержание в митохондриях II: 397
— с2, структура II: 374
— сз при восстановлении бисульфита II:
433
— С552, ковалентный флавин II: 259
— / в хлоропластах III: 49
----количество в фотосинтезирующей
единице III: 41
— о II: 373
— Р-450 II: 373, 378, 443, 445
480 Предметный указатель
Цитохром Р-450 в эндоплазматическом ре-
тикулуме II: 449
---индуцибельность II: 445
---механизм действия II: 444
— — при превращении лоностерина в хо-
лестерин II: 581
Цитохромоксидаза II: 362, 376, 445
— антитела II: 393
— гены митохондриальной ДНК II: 376
— субъединица, структура II: 376
Цитохромы II: 362, 365, 373—376, 394
— в фотосинтезе III: 41
— классификация II: 373
— тип Ъ, фотовосстановление III: 70
— у Nitrobacter II: 428
Цнтрамолат III: 102, 103
— при брожении глутамата II: 102
Цитрат (лимонная кислота) II: 45, 86, 318с,
319—320, 323
— в цикле трикарбоновых кислот II: 325
(схема)
— выход из митохондрий II: 325, 471
— изомеризация II: 149
— ингибирование гликолиза II: 511
— как аллостерический активатор II: 200
— константы связывания с ионами метал-
лов Г. 264
— расщепление до ацетил-СоА 11:516
— стереохимическая нумерация II: 45
Цитрат-лиаза II: 169, 516
Цитратобразующие ферменты II: 487. См.
также Цитратсинтетазы
Цитратсинтетазы II: 89, 1168, 318
— ингибирование II: 324
— специфичность II: 168, 487
Цитрил-СоА II: 169
Цитроворум-фактор II: 282
Цитронеллаль II: 568с
Цитронеллол II: 568с
Цитруллин III: 90, 95, 98с
— биосинтез III: 95 (схема), 96
Цитруллинаденилат III: 98
Цитрусы, как средство от цинги II: 442
СМР см. Цитндин-5'-фосфат
Частоты колебаний III: 10—И
«Часы развития» III: 360—362
Человек, азотфиксирующие штаммы Kleb-
siella III: 82
— метаболизм II: 503
— размер мозга III: 324—325
---генома I: 28; III: 296
— число хромосом III: 71
Черви круглые I: 52
— светящиеся III: 71
Четвертичная структура I: 94, 270
Четвертичные амииы, реакция с нитритами
III: 290
Четырехокись осия I: 320, 338
---в электронной микроскопии I: 20
Чечевицеобразное ядро III: 328
Черный перец III: 152
Т-четный фаг см. Бактериофаг Т-четный
Число Авагадро I: 201
— Фарадея, значение I: 201
— оборотов см. Молекулярная активность
Членистоногие 1-: 53
— глутамат как нейромедиатор III: 339
— линька, индуцируемая экдизоном III:
323
— нейроны тормозные III: 339
— феромоны II: 567
— хитин в наружном скелете I: 114
Чужеродная ДНК, интеграция в хромосо-
мы III: 287—288
«Чувствительность» палочек к свету III: 67
— реакции I: 235
Чума I: 24
Шаг ДНК-спирали I: 130
— «надспиралей» жгутиков I: 276
— а-спирали I: 95
«Шапочки» лимфоцитов I: 386
Шванновские клетки I: 337; III: 325 (рнс.)
Швейцарский сыр, пропионовая кислота II:
330
Шизофрения III: 342—343
— влияние метионина III: 343
----триптофана III: 343
Шикимат-5-еиолпируват-З-фосфат II: 136—
137, 152с
Шикимовая кислота III: 136с, 1137
— — в биосинтезе ароматических соедине-
ний III: 137—139
•---с радиоактивной меткой III: 142
Шистосома III: 323
Шистосомоз I: 52, 140, 141
Шиффовы основания II: 203; III: 90
----в альдолазах II: 163
--------аминотрансферазах II: 228
--------реакции Манниха III: 154
--------родопсине III: 65
— — восстановление II: 239
--------боргидридом II: 144
----енамин II: 154
----константы образования II: 144
----мало новый альдегид II: 388
----механизм образования II: 143
— — образование из пентозного кольца
III: 141
----пиридоксальфосфата II: 212, 307
----при люминесценции Latia III: 73
--------образовании порфобилиногена III:
1124
----ретиналя II: 577
----с ацетальдегидом II: 214
----таутомерные превращения III: 141
— — у тиолаз II: 162
— — флуоресценция III: 35
----фототаутомеризация III: 35
Шпилечные структуры («шпильки») в крах-
мале I: 119
—-------лизоциме I: 96
--------РНК I: 134; III: 225
--------фага MS2 III: 245
Шпинат (Spinacia oleracea) II: 278
— нитраты III: 290
— рибулозоднфосфат-карбоксилаза II: 175
— состав I: 157
— фотосинтезирующая единица III: 41
Hfr-штамм III: 190, 258
Штаммы-убийцы у дрожжей III: 269
Предметный указатель 481
Щавелевоуксусная кислота, средняя степень
окисленности II: 474с (схема)
Щавелевоянтарная кислота, средняя сте-
пень окисленности II: 474 (схема)
Щелевые контакты I: 59; III: 327, 358
Щелочная фосфатаза II: 119
--- антикооперативность II: 245
Щелочные земли см. Ионы щелочных зе-
мель
— металлы I: 362—363
Щитовидная железа, метаболизм III: 145—
147
---болезни III: 147
Эвглена III: 43, 163, 348
Эвглениды I: 47
Эвкалиптовое масло II: 568
— — 1,8-цинеол II: 568
Эволюционная связь между гормонами ги-
пофиза III: 321—322
Эволюция I: 12; III: 298, 367'—368
— источники энергии II: 345
— неравный кроссинговер III: 287
— сложные организмы I: 37
— человека III: 295, 367—368
ЭГТА I: 263
Эдмана реакция I: 1174
ЭДТА см. Этилендиамиитетрауксусная кис-
лота
Эйгеиол III: 152с
Эйкозановая кислота (арахиновая кислота)
I: 149
Эйнштейн (света), определение III: 7
— энергия III: 5
Экваториальная плоскость в тригональной
бипирамиде II: 122
Экворин I: 375; III: 74
Экдизон II: 592с; III: 323
5'-3'-Экзонуклеаза III: 282, 283
5'-3'-Экзонуклеазная активность ДНК-по-
лимеразы III: 275, 277
----при репарации ДНК III: 292 (рис.)
5'-3'-Экзонуклеазное действие ДНК-поли-
меразы 1 III: 275
Экзонуклеазы I: 167, 168
— вирусные III: 279
Экзоцитоз I: 32
Экологические проблемы III: 367—369
Экология химическая III: 367
Экситон, делокализация III: 26
Экситонное расщепление III: 46
Эксперименты по реконструкции диссо-
циированных рибосом III: 230
— с изотопными метками в изучении синте-
за мочевой кислоты III: 167
Экспоненциальный рост II: 40; III: 352
Экстензии в стенках клеток растений I: 395
Экстракция липидов I: 159
«Экстрапнрамидная» система мозга III: 328
(днагр.)
«Эксудативный диатез» II: 332
Эктодерма I: 50; III: 355, 356
— клеточные закладки III: 357
Эктоферменты III: 359
Эластаза II: 114
— последовательность в активном центре
II: 108
— разложение соединительной ткани ПГ
95
— чрезмерная активность III: 95
Эластин I: 37; II: 445, 447, 497—501
Электрическая работа I: 230, 232
Электрическое поле в мембране III: 349
Электродвижущая сила окислительно-вос-
становительной системы I: 229
Электродные потенциалы I: 229—232; Ц-
406—409
Электромагнитное излучение III: 5, 6
Электронная микроскопия мышц II; 415
-----прн изучении репликации III: 273—
274
— — рекомбинационных промежуточных
соединений III; 282
-----рибосомных субъединиц III: 230
-----рРНК-предшественников III: 225—
226
-----ферритина III: 126
-----хромосом Е. coli III: 2118
Электронная энергия, уровни молекул III;
9
Электронные переносчики, изопотенциаль-
ные группы в митохондриях II: 409
— — окисленное и восстановленное состоят
ние II: 405—406
— — последовательность реакций II: 399
-----потенциалы II: 408 (табл.)
-----содержание в митохондриях II: 397
(табл.)
— переходы, интенсивности III: 18
-----классификация III: 17
-----поляризация III: 19
-----п-п* III: 17. 19
-----л.-я III: 17
Электронные спектры поглощеиня (УФ-ви-
днмые спектры) III: 13—23
-------аденозина III: 22
-------батохромный сдвиг III: 19—20
-------белков III: 20—22, 26
-------витамин Be-зависимого фермента
II: 227
-------«возмущающие агенты» III: 23
-------гипохромный эффект III: 22
-----— гуанозина III: 22
-----— давыдовское расщепление III: 26-
-------делокализация экситона III: 26-
-------дихроизм III: 19
— ----- интенсивность, связь со структу-
рой III: 19—20
--------— липоевой кислоты II: 269
-------нуклеиновых кислот I: 142; III:
21—22
-------подгонка под гауссовы кривые III:
16, 17
•------положение полосы, связь со
структурой III: 19—20
-------тирозина III: 16
-----— тонкая структура III: 23—24
-------триптофана III; 116, 21
-------триптофандиокснгеназы II: 435
-----— уридина III: 21
-------уширение полосы III: 14
-----— фенилаланина III: 16
--------- формы полос III: 14
-----— цистина III: 16
-------цитидина III: 21
482 Предметный указатель
Электронные спектры поглощения, эффект
цис-транс-изомерии ликопеиа III: 20
Электронный микроскоп I: 19—21
— — при картировании генов III: 262
Электронный парамагнитный резонанс
(ЭПР), спектры I: 343, 348—351. Зл
также Сигнал ЭПР
-----— графики первой производной I:
349
•-------митохондрий II: 379
------- — путндаредоксина II: 383
—-------релаксационные методы II: 198
Электронный сигнал через пару оснований
III: 214
— транспорт II: 361—451
-----в хемолитотрофных организмах II:
425
-----ингибиторы II: 398 (табл.)
------- наблюдаемые потенциалы II: 406—
409
-----поглощение аминокислот I: 359; III:
424
------- равновесие II: 406—409
— —• термодинамика II: 406—409
-----хлоропластов III: 39
Электронпереносящий флавопротеид II: 308
Электроны, обращенный поток II: 406, 422
-----— в бактериальном фотосинтезе III:
48
------------ хемолнтотрофах II: 425
--------при окислении нитрита II: 425
------- — у Nitrobacter II: 428
— перенос см: Цепь переноса, электронов
Электроотрицательность III: 10—11
Электростатическая теория I: 267
Электростатические взаимодействия I: 243—
244. См. также Электростатические силы
-----прн агрегации II: 502
Электростатические силы (солевые мости-
ки) в дезоксигемоглобине I: 307, 312
--------химотрипсине II: 112
— — взаимодействие карбоксилат — ам-
миак I; 244
— эффекты и величины рКа I: 260—261
--------— кривые титрования белков I: 260
-----передача через систему ароматиче-
ских колец I: 260
Электростатическое отталкивание III:-213
-----антикооператнвность I: 258
-----при сокращении мышц II: 416—417
Электрофильный центр в ферментах II: 232
----- определение П: 91
Электрофорез. I: 103, 164, 170, 172; III: 252,
268
— в полиакриламидном геле Г. 170, 182—
1183, 362; III: 304
— диагональный I: 180
— для обнаружения генетических вариаций
II: 68
— ДНК I: 140
Электрофоретическая подвижность ДНК Г
140
-----при обозначении изоферментов II: 68
— — субъединиц РНК-полимеразы III: 208
Электрофоретическое введение вещества
(мнкрононофорез) III: 331
Электрохимический перенос I: 267
'ЭлмгтпоэнпеЛалогоамма III: 330
Элемицин в мускатном орехе III: 152с
Элиминирование аммиака II: 481
— аргинина III: 98
— воды в биосинтезе ароматических соеди-
нений II: 561—562
— у-заместитель II: 220
— карбоксильной группы II: 89, 403, 489
— фосфата III: 138
— PPj II: 462—463
транс-Элимнннрованне III: 98
а- и у-Элиминированне в синтезе лизина
III: 107
Элмана реактив I: 176
Элонгация в белковом синтезе III: 231
— клеток растений I: 397
Эмбдена — Мейергофа—Парнаса путь II:
85, 336, 345—349
Эмбрион, зачаток конечности III: 361
Эмбриональное развитие животных III:
354—356
Эмбриональный гемоглобин I: 314; III: 364
Эмбрионы, аномальные после центрифуги-
рования яйцеклетки III: 356
— животных III: 354—358
— растений I: 63
— рост II: 503
Эмоциональное состояние III: 331
---растройства III: 342
Эмфизема легких II: 1114
Энантиомеры I: 71, 108
— определение I: 71
Энантиоморфные формы, определение I: 71
Энграммы памяти III: 350
Эндиол II: 89
Энтодерма I: 50, III: 355, 356
— клеточные закладки III: 357
Эндокринные железы III: 319, 330
Эндонуклеаза III: 262
— R, ген, локализация III: 187
у-Эндонуклеаза III: 293
Эндонуклеазы Г. 167, 168; III: 190, 262,
278, 279, 283
— АТР-зависнмые III: 286
— в репликации по механизму разматы-
вающегося рулона III: 278
— вирусные III: 279
— вырезающие апуринизованные участки
ДНК III: 292
— действие I: 168
— при рекомбинации III: 282
— расщепление пре-рРНК III: 217
— рестрикции I: 171; III: 279—281, 298,
301, 308
— — в анализе последовательности ДНК
III: 280—281
— — получение фрагментов ДНК III: 294
---EcoRI III: 280, 285
---EcoRII III: 280
---Hindlll HI: 280
Эндопептидаза I: 1166
Эндоперекнсь PGG II: 552
Эндоплазматический ретикулум I: 39, 33,
320; II: 395
---в контроле метаболизма II: 68
-------метаболизме этанола III: 347
---гидроксилазы II: 497—498
---гладкий I: 32
---кальциевый насос I: 373
Предметный указатель 48»
Эндоплазматический ретикулум, превраще-
ние жирных кислот в ненасыщенную фор-
му II: 449, 549
— — синтез гликолипидов II: 542
— — транспорт мембранных иеществ I: 356
— — ферменты метаболизма стеринов II:
580
---цистерны III: 94
---цитохром 65 II: 375
---шероховатый I: 30
Эндосперм I: 63
Эндоспоры см. Споры
Эндоцнтоз I: 33, 356
— комплекса холестерии-ЛНП II: 583
Энергетика I: 200—241. См. также Термо-
динамика
Энергетические уровни молекул III: 8. См.
также По названиям спектров
— вращательные III: 8—9
—-------кинетические III: 8
--------колебательные III: 8—11
--------функциональных групп III: 10—11
------- — электронные III: 8
---— эффект образования водородных
связей III: 11
Энергетический барьер II: 47
— «заряд» I: 222; II: 418
— метаболизм, стимулирование гормонами
щитовидной железы III: 147
Энергия связей I: 226
---таблица I: 226—227
Энергия (Е) I: 200, 201
— активации II: 47
Аррениуса II: 48
— взаимодействия жидкостей I: 333
— — лигандов I: 333
— единицы I: 201 (табл.)
— из неорганических реакций II: 425—434
— кванта I: 183
— кинетическая, молекул III: 8
---молекулярного движения I: 244
— колебательная, молекул 111: 8
— нулевых колебаний III: 9
— один эйнштейн III: 75
— сокращения мышц II: 336
— солнечная I: 233
— требуемая на увеличение расстояния
между двумя зарядами I: 245
Энергозависимые процессы II: 419
— в митохондриях II: 420—425
Энкефалины III: 345—346с
Энтальпия I: 200, 202
— активации II: 47
— плавления льда I: 204
— сгорания I: 202—204
Энтеробактин (энтерохелнн) I: 189, 266;
III: 1127, 186, 189с
Эитеровирусы I: 288
Эитерогастрин III: 320
Энтерохелнн см. Энтеробактин
Энтнера—Дудорова путь II: 160, 166, 344
Энтропийная ловушка в фермент-субстрат-
иом связывании II: 61, 62
Энтропийные единицы, определение I: 205
Энтропия I: 200, 204— 207, 206 (табл.)
— активации II; 62
:— газов I: 205—206
Эозинофилы I: 55
Эпидермальный рост, фактор III: 358
Эпидермий I: 62
Эпилептические припадки III: 328
4-Эпимеразы II: 249, 523, 527
Эпимеризация сахара, механизм II: 249—
250
Эпинефрин (адреналин) I: 386; II: 71, 72,
III: 144с, 320, 336с
— активация липаз II: 556
—• взаимосвязь в биосинтезе III: 335
— влияние на метаболизм гликогена II: 507
— как нейромедиатор III: 330—331, 335
— метаболизм III: 148
— повышение кровяного давления III-
336
— связывание на поверхности клеток HI-
316
— стимуляция синтеза сАМР III: 316, 317
— — глюконеогенеза II: 513
Эпнсомы I: 38; III: 256—258
Эпителиальные клетки I: 61; И: 577
Эпителий I: 54
— цилиндрический I: 54
Эпителиоциты I: 53
Эпифиз, ацетилсеротоиии III: 339
Эпоксид II: 439, 444, 574
— ароматических углеводородов III: 293
— ' в каротиноидах II: 574
— канцерогенный III: 293
5,6-Эпоксид (канцероген) бензантрацена
III: 293с
Эпоксидирование каротиноидов III: 54
Эпоксика ротиноиды, фото дезоксигенация
III: 54
ЭПР-спеитроскопия см. Электронный пара-
магнитный резонанс, спектры
Эргокальциферол (витамин Dj) II: 587с
Эргостерин II: 582с
Ь-эритро-3,5-диамииогексаноиая кислота
III: 110с
Эритрозо-4-фосфат в биосинтезе аромати-
ческих соединений II: 343, 457; III: 138
Эритроидные стволовые клетки III: 364
Эритрокруорин I: 53, 306, 314
Эритрокупреии II: 448
Эритромицин II: 562с; III: 241
Эритро-Р-оксиаспартат II: 481, 482с
— реакция с аминотрансферазой II: 229,
231
Эритропоэтин III: 320
— при дифференцировке эритроцитов III:
364
Эритроцитарные антигены MN I: 377
Эритроциты I: 351, 352; II: 253, 370—372
— аномальные II: 370
— возникновение III: 364
— железосодержащие III: 126
— изменения при пернициозной анемии II:
284
— концентрация кальция I: 373
— мембрана I: 337, 351, 354
места перекачки ионои I: 362
— окончательная дифференцировка III: 364
- - потеря ядра III: 363
— размер I: 26
— разрушение III: 128
— слипание I: 375
— сфинголипид I: 152
— тени I: 337, 340, 361
— NAD р+ II: 240
484 Предметный указатель
17Р-Эстраднол II: 585с, 590; III: 321
— • биосинтез II: 590
— регуляция менструального цикла II: 590
Эстеразы II: 88
Эстриол II: 585с
Эстрогены II: 590—591; III: 321
— биосинтез II: 590
— влияние на рост костей II: 590
— ингибирование овуляции II: 591
Эстрон II: 585с
Этан, стабильность II: 92
Этановая кислота I: 149. См. также Уксус-
ная кислота, Ацетат
Этанол II: 337
— генетическая предрасположенность к ал-
коголизму III: 347
— в результате гетероферментатнвного мо-
лочнокислого брожении II: 355—356
— дегидрирование II: 45
— как продукт брожения II: 345, 348 (схе-
ма)
— метаболизм III: 346
— окисление в цикле трикарбоновых кис-
лот II: 325 (схема)
— эйфорическое состояние III: 346
Этаноламин, активация II: 494
— в липидах I: 147
Этанол-аммиак-лиаза II: 290
— механизм действия II: 293
Этаноламиндезаминаза II: 293
Этернфицированные фосфатиды I: 152
Этиднум I: 1411с
Этидиумбромид, ингибирование репликации
ДНК хлоропластов III: 270—271
— интеркаляция и флуоресценция I: 140
9-Этнладенин, пара оснований I: 136
Этилен, замедление мнтоза III: 112
— нз ацетилена III: 82
— как гормон растений III: 112, 323
— образование II: 111, 112
— зт-я*-переход III: 17
— созревание плодов III: 112, 324
Этиленднаминтетрауксусная кислота
(ЭДТА) I: 158, 264с
— ингибирование альдолаз класса II II: 165
— как хелатообразующий агент I: 352
Этиленгликоль, действие на этаноламинде-
заминазу II: 293
Этиленднамин, константы связывания с
ионами металлов I: 264
Этиловый эфир N-ацетнлтирознна, спектр
поглощения III: 118
17-Этинилэстрадиол, контрацептивный пре-
парат II: 591
Этинодиолдиацетат II: 591с
Эукариотические клетки, актнн I: 326
— белковый синтез III: 237
— жгутики I: 276
— определение I: 14
— реснички I: 276
— строение I: 26, 27
— транскрипция III: 223—227
Эукариотические организмы, генетика III:
263—271
— 5S РНК, модель возможного спаривания
оснований III: 226с, 230
Эукариоты одноклеточные I: 43
Эфедрин III; 337с
Эфирная связь в актиномицине D ПГ. 209
Эфиры, реакции замещения II: 103
— синтез II: 136
— энергия связи I: 227
Эффект Бора I: 308, 312
— клетки II: 16
— насыщения I: 357
— сближения II: 61—62
Эффекты ориентации II: 61
Эффектор III: 205
а-Эффект II: 93
— — трналкильный замок II: 62
Эфферентные волокна III: 329
Эхимидиновая кислота III: 176с
Ювебион II: 569с, 571
Ювенильный гормон II: 569—571; III: 322—
323
Южная мозаичная болезнь кукурузы III:
269
L-Яблочная кислота II: 44, 474с
---из фотосинтеза II: 478
---образование у Crasstdaceae III: 59
--- рго-Р и pro-S положения II: 44—46
— — средняя степень окисленности II: 474
(схема)
Яблочный фермент И: 172, 471, 480; III:
59, 60
— — в митохондриях животных II: 326
Ядерная оболочка I: 29
— релаксация, индуцированная парамаг-
нитными нонамн II: 128—129
Ядерные гены, мутации, восстанавливаю-
щие плодовитость III: 269
Ядерный магнитный резонанс I: 169, 183—
191; III: 9
Ядро бактериальное I: 114
— белки III: 301—304
— клетки I: 28—29, 30; II: 67, 68
— магнитные свойства I: 183
— синтез РНК III: 199
Ядрышко I: 29; III: 224
— РНК-полнмераза III: 206
— электронная микроскопия III: 225
Яды см. Инсектициды, Антибиотики, Инги-
биторы
— гидроксиламин II: 93
— для стрел III: 333
— змей III: 332
---оксидаза L-аминокислот II: 258
— цианид И: 93
— чувствительность у различных видов II:
75
Язва желудка III: 358
Яичный альбумин I: 118, 182
Яйцеклетка III: 355
Яйцо, активация III: 356, 360
— образование III: 266
— центрифугирование III; 356
Ямайская «рвотная» болезнь III: 116
ЯМР см. Ядерный магнитный резонанс
Янтарная кислота II: 350, 474с. См. также
Сукцинат
--- средняя степень окисленности II: 474
(схема)
---рКа I: 258
Янтарный полуальдегнд II: 327; III: 102
Ячмень, грамин III: 158
кдглсшл vnnc
Глава 13
Свет в биологии (Перевод В. В. Борисова) .... 5
А. Свойства света............................................5
Б. Поглощение света веществом................................8
Количественные аспекты процесса поглощения света (8). Энергетиче-
ские уровни молекул (8). Инфракрасные спектры (9). Электронные
спектры (13). Круговой дихроизм и дисперсия оптического враще-
ния (23).
В. Флуоресценция и фосфоресценция...........................27
Поляризация флуоресценция (30). Внутримолекулярный перенос энер-
гии (31). Триплетные состояния (32).
Г. Фотохимия................................................33
Химическое равновесие в возбужденном состоянии (33). Фотохимиче-
ские реакции, в которых участвуют основания нуклеиновых кислот (35).
Д. Фотосинтез...............................................36
Две фотосистемы (37). Фотофосфорилирование (39). Пигменты и их
окружение (39). Строение хлоропластов (44). Реакционные центры и
первая стадия фотохимического процесса. Цепи переноса электронов в
хлоропластах (48). Фотореакции, в которые вступают каротиноидные
пигменты (53). Регуляция фотосинтеза (54). Специфическая адаптация
(55). Фотосинтетическое образование водорода (61).
Е. Зрение...................................................61
Строение наружного членика палочек (62). Химическая природа хромо-
форов зрительных пигментов (63). Индуцируемые светом превраще-
ния (65). Нервный импульс (67). Регенерация зрительных пигмен-
тов (68). Бактериородопсин (68).
Ж. Другие типы световых реакций.............................68
Фитохром (69). Реакции на синий свет (70). Биолюминесценция (71).
Вопросы и задачи............................................75
Список литературы (75).
Дополнение 13-А. Марганец (52).
Глава 14
Метаболизм азотсодержащих соединений (Перевод
В. В. Борисова).............................................81
А. Фиксация N2 и другие превращения неорганических со-
единений азота..............................................81
Восстановление элементарного азота (82). Нитрогеназная ферментная
система (83). Механизм восстановления (87).
Б. Включение NH3 в аминокислоты и белки .... 88
Глутаматдегидрогеназа и глутаматсинтетаза (89). Глутамннсинтета-
за (91). Поступление аминокислот в клетки (93). Оборот азота в клет-
ках (94).
В. Синтез и катаболизм соединений, входящих в семейство
глутаминовой кислоты........................................95
Пролин и аргинин (95). Цикл мочевины (96). Перенос амидиновых
групп и синтез креатина (98). Полиамины (99). Катаболизм глутамата
и родственных аминокислот (101).
Г. Соединения, образующиеся из аспартата . . 104
Регуляция реакций биосинтеза из аспартата (106). Лизин, диаминопи-
мелат, дипиколиновая кислота и карнитин (106). Катаболизм лизи-
на. (108). Метаболизм метионина (111). Метаболизм треонина (113).
486 Оглавление }
Д. Аланин и аминокислоты с разветвленной цепью
Катаболизм (116). Кетогенные и глюкогенные аминокислоты (117).
Е. Серин и глицин ........................................
Пути биосинтеза, берущие начало от серииа (118). Катаболизм глици-
на (120). Пути биосинтеза, идущие от глицина (122). Порфобилиноген,
порфирины н родственные соединения (122).
Ж. Цистеин и метаболизм серы..............................
3. Метаболизм ароматических соединений....................
Ферменты пути шикимовой кислоты (138). Хоризмовая кислота (139).
Антраниловая кислота и триптофан (139). Синтез убихинонов, пласто-
хинонов, токоферолов и витамина К (142). Метаболизм фенилаланина
и тирозина у животных и бактерий (144). Метаболизм фенилаланина
и тирозина у растений (151).
И. Метаболизм триптофана и синтез NAD.....................
К. Метаболизм гистидина...................................
Регуляция метаболизма аминокислот (160). Катаболизм гистиди-
на (160).
Л. Метаболизм пиримидинов и пуринов.......................
Биосинтез пиримидинов (161). Катаболизм пиримидиновых нуклеоти-
дов и нуклеозидов (166).
Биосинтез пуринов (167). Пути реутилизации (169). Окислительный ме-
таболизм пуринов (170). Цикл пуриновых нуклеотидов (171).
М. Фолиевая кислота, флавины и диметилбензимидазол
Вопросы и задачи .........................................
Список литературы (177).
Дополнение 14-А. Молибден (85). Дополнение 14-Б. Болезнь «клено-
вого сиропа» и «рвотная» болезнь жителей Ямайки (116). Дополнение
14-В. Метаболизм железа (126). Дополнение 14-Г. Тимидилатсинтетаза,
фермент-мишеиь для хемотерапии рака (165). Дополнение 14-Д. По-
дагра и другие нарушения метаболизма пуринов (172).
Глава 15
Биохимическая генетика и синтез нуклеиновых кислот и
белков (Перевод С. Н. Преображенского)....................
А. Как возникла настоящая концепция.......................
ДНК как генетический материал (182). Генетический код (192). Репли-
кация ДНК (195). Рибонуклеиновые кислоты и белки (199).
Б. Транскрипция молекул РНК...............................
Оперон (201). РНК-полнмеразы и их регуляция (205). Рибосомная РНК
(рРНК) (215). Транспортная РНК (тРНК) (218). Транскрипция в
эукариотических клетках (223).
В. Трансляция генетической информации. Синтез белка
Химический состав рибосом (227). Синтез белка (231).
Г. Генетические методы....................................
Типы мутации (296). Картирование хромосомы бактериофага (248).
Цистрон (250). Установление соответствия между генетической картой
и аминокислотными последовательностями (251). Условно-летальные
мутации (252). Природа супрессорных генов (255). Плазмиды и эпи-
сомы (256). Умеренные бактериофаги. Фаг X (258). Генетика эукарио-
тических организмов (263).
Д. Репликация ДНК.........................................
Физические и топологические проблемы (271). Направление реплика-
ции (272). Денатурационные карты (274). Ферменты синтеза ДНК (274).
Репликация вирусной ДНК (276).
114
118
131
136-
156
159
16Г
173
175
182
182
200
227'
246-
271 <
Е. Рестрикция и модификация ДНК 276
Рестриктирующие эндонуклеазы (279). Модифицирующие метила-
зы (280).
Рестриктирующие ферменты при расшифровке нуклеотидной последо-
вательности ДНК (280).
ж. Рекомбинация, интеграция и исключение . ... 281
Механизмы рекомбинации (281). Нереципрокиая рекомбинация (286).
Неравный кроссииговер (287). Интеграция и исключение ДНК (287).
Обратная транскриптаза (288).
3. Мутации, рак и генная инженерия.........................289
Химические мутагены (289). Репарация поврежденной ДНК (291). Му-
тагены в окружающей среде (293). Генная хирургия (294).
И. Хромосома эукариот и ее контроль........................296
Организация (296). Ядериые белки (301). Поли (ADP-рибоза) (304).
Вопросы и задачи...........................................306
Список литературы (309).
Дополнение 15-А. Антибиотики рнфамицин и рифампицин (208). До-
полнение 15-Б. Актиномицин D, токсичный антибиотик (209). Допол-
нение 15-В. Сильный яд грибов: а-аманитии (211). Дополнение 15-Г.
Репликация РНК-содержащих бактериофагов (244). Дополнение 15-Д.
Гаплоидные растения и слияние клеток (268). Дополнение 15-Е. Ток-
сичные белки; дифтерийный „•оксин (305).
Глава 16
Рост, дифференцировка и химическая коммуникация клеток
(Перевод М. Д. Гроздовой)...............................316
А. Гормоны..............................................31&
Гормоны позвоночных (318). Гормоны насекомых (322). Гормоны расте-
ний (323).
Б. Нейрохимия...........................................324
Свойства нейронов (325). Строение головного мозга (328). Проводя-
щие пути и системы нейронов (329). Нейромедиаторы (330). Психиче-
ские болезни и лекарственные препараты (342). Наркотические и пси-
хотропные средства (344). Запах и вкус (347). Обмен веществ в ней-
ронах н химия процесса мышления (349).
В. Дифференцировка тканей и биология развития . 352
Физиологическая модуляция и различные программы развития (352).
Эмбриональное развитие животных (351). Гормональная регуляция ро-
ста (357). Взаимоузиаваиие клеток (359). Программы развития у мно-
гоклеточных организмов (360). Измеиеиия в содержании ДНК (363).
Иммунный ответ (364).
Г. Экологические проблемы (личное замечание автора) 367
Вопросы и задачи..........................................369
Список литературы (370).
Дополнение 16-А. Метод радиоиммуиологического анализа (318).
Приложение. Конструирование молекулярных моделей 375
Указатель латинских названий (382).
Предметный указатель (384).
Д. Мецлер
БИОХИМИЯ
том 3
Ст. научн. редактор Л. Г. Тер-Саркисян. Мл. научи, редактор Р. Ф. Куликова. Художник Ю. С. Ур-
манчеев. Художественный редактор Б. И. Юдкин. Технический редактор Л. И. Бирюкова. Кор-
ректор В. С. Соколов.
ИБ № 1885
Сдано в набор 22.04.80. Подписано к печати 21.10.80. Формат ZOXlOS’/ie. Бумага типографская № К
Гарнитура литер. Печать высокая. Объем 15,25 бум. л. Усл. печ. л. 42,70. Уч.-изд. л. 46,72. Иад.
№ 4/0301. Тираж 25 000 экз. Зак.422. Цена 3 р. 70 к.
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МИР». Москва, il-й Рижский пер., 2.
Московская типография № 11 Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по дела»
издательств, полиграфии и книжной торговли. Москва, 113105, Нагатинская ул., д. 1.
Замеченные опечатки
Стр. Строка Напечатано Следует читать
Том I
61 106 145 26 сн. 11 св. 18 св. Pteridophyda —SN-rpynn вместо Т стоят U и Т (псев- доуридин, рис. 15-10) Pteridophyta —SH-rpynn вместо U и ’К (псевдоури- дин, рис. 15-10) стоит Т
64 Подпись под рис. 6-15, Том II репрессии дерепрессии
83 4 сн. Подпись под форму- оксофенарсин оксофенарзин
136 ЛОЙ Табл. 7-2, сноска значение Значение
151 12 св. 1{«с-тра«с-изомерами цис-транс-изомеразами
179 3 сн. Jr., 1975) Jr., ABB (1975)
210 6 св. Марк Крицман Мария Крицман
263 4 св. анион (I) анион (8-1)
278 8 св. птероилглутамат птероилпентаглутамат
283 20 св. н сн3 -осс—с—со—соо- н сн3 1 1 -оос—с—сн—соо-
318 353 Подпись под рис. 9-2, 1 сн. 2 сн. 15 сн. nhJ FAD значком отмечено Масляная кислота NHs FAD§ значком ф отмечено Маслянокислое
371 7 си. (как указано штриховой (как указано стрелкой, иду-
389 22 си. стрелкой) СОО- +H3N—СН щей от NADPH к реак- ции е) соо- 1 +H3N—СН
434 11 св. СН2 СН -оос^^соо- хемиоавтотрофы СН2 СН -осс^^соо- хемоавтотрофы
441 Подпись под форму- перянтарная надъянтарная
465 ЛОЙ 6 св,. малониальная малонильная
522 Рис. 12-1 Глюкороиовая Глюкуроновая
545 9 ен. Инулин полифруктоза, бак- териальные пептидогликаны gm2 Инулин полнфруктоза, бак- териальные декстраны GMI
560 9, 19, 24 св. 10 св. Тей — Сакса 2,3-Di-O(3'R,7'R,l l'R,15... Тея — Сакса 2,3-ди-О(3'К,7'К,1 PR, 15...
578 1 сн. точно также точно так же
243 Рис. 15-19 Том III 349 нуклеидов 349 нуклеотидов
333 Рис. 16-6, 1 сн. рецепторы в скелетных рецепторы в скелетных
мышцах
Опечатки, отмеченные в этой таблице, исправлены в тексте.
Отсканировал Семенюченко Владимир
chem_vova@mail.univ.kiev.ua: vova2002@mail.ru