УДК 578.1
ББК 28.072я73
Н49
С е р и я о с н о в а н а в 2006 г.
П е р е в о д ч и к: канд. хим. наук Т. П. Мосолова
Н а у ч н ы е р е д а к т о р ы: д-р биол. наук О. Д. Лопина (гл. 1–4),
д-р биол. наук Н. Б. Гусев (гл. 4–7, 12),
канд. биол. наук В. Г. Гривенникова (гл. 8–11)
Нельсон Д.
Н49 Основы биохимии Ленинджера : в 3 т. Т. 1 : Основы биохимии,
строение и катализ / Д. Нельсон, М. Кокс ; пер. с англ. —
5-е изд., перераб. и доп., электрон. — М. : Лаборатория знаний,
2022. — 746 с. — (Лучший зарубежный учебник). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. —
Текст : электронный.
ISBN 978-5-93208-607-0 (Т. 1)
ISBN 978-5-93208-606-3
Перевод седьмого оригинального издания всемирно известного учебника,
написанного талантливыми американскими учеными-педагогами, который
отражает стремительное развитие современной биохимии и включает
основные достижения, помогающие осветить важные аспекты этой науки.
В томе 1 рассмотрены химические, физические, генетические и эволюционные
основы биохимии, строение и функции различных биомолекул
и биомембран, современные методы их анализа и новые продукты биотехнологий,
полученные на основе закодированной в ДНК информации,
системы передачи сигналов и механизмы биосигнализации. В каждой главе
есть задания для самопроверки.
Для студентов и аспирантов биологических, химических, медицинских
вузов и для научных работников.
УДК 578.1
ББК 28.072я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Основы биохимии
Ленинджера : в 3 т. Т. 1 : Основы биохимии, строение и катализ /
Д. Нельсон, М. Кокс ; пер. с англ. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Лаборатория
знаний, 2022. — 703 с. : ил. — (Лучший зарубежный учебник). —
ISBN 978-5-00101-308-2 (Т. 1); ISBN 978-5-00101-307-5.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
Copyright © 2017, 2013, 2008, 2005 by W. H. Freeman
and Company. All rights reserved
ISBN 978-5-93208-607-0 (Т. 1)
ISBN 978-5-93208-606-3
© 2017, 2013, 2008, 2005 by W. H. Freeman
and Company. Все права защищены
Lehninger Principles of Biochemistry 7 Ed
First published in United States by W. H. Freeman
and Company
Основы биохимии Ленинджера 7-е издание
Впервые опубликовано в США издательством
W. H. Freeman and Company
© Перевод на русский язык, Лаборатория знаний,
2017
Стр.5
Оглавление
Предисловие к русскому изданию
Краткое содержание трех томов
Об авторах
Несколько слов о науке
Предисловие
Благодарности
1
Основы биохимии
1.1. Принципы организации клетки
Клетки — структурные и функциональные
единицы всех живых организмов
Размеры клеток ограничены диффузией
Выделяют три домена живых организмов
Организмы различаются по способу
получения энергии и субстратам,
используемым для биосинтеза
6
7
8
9
11
12
15
17
17
18
19
20
Между бактериями и археями много
общего, но и множество важных различий 21
Эукариотические клетки содержат
разнообразные мембранные органеллы,
которые можно выделить и исследовать 23
Цитоплазма содержит цитоскелет
и очень динамична
Клетка может создавать
надмолекулярные структуры
В исследованиях in vitro можно
не заметить важные взаимодействия
между молекулами
Краткое содержание раздела
1.2. Химические основы
Биомолекулы представляют собой
соединения углерода, содержащие
различные функциональные группы
Клетки содержат универсальный
набор малых молекул
Дополнение 1-1. Абсолютная
и относительная молекулярная масса.
Единицы измерения
Макромолекулы являются
основными компонентами клеток
Трехмерная структура характеризуется
конфигурацией и конформацией
Дополнение 1-2. Луи Пастер и оптическая
активность: In vino veritas
Взаимодействия между биомолекулами
стереоспецифичны
Краткое содержание раздела
1.3. Физические основы
Живые организмы находятся
в динамическом стационарном состоянии,
но не в равновесии
с окружающей средой
Организмы перерабатывают энергию
и вещества из окружающей среды
Поток электронов обеспечивает организм
энергией
Создание и поддержание порядка требуют
совершения работы
и затрат энергии
Дополнение 1-3. Энтропия: торжество
беспорядка
Энергетическое сопряжение
в биологических реакциях
Ферменты способствуют ускорению
протекания химических реакций
Сбалансированная и экономичная работа
клетки достигается путем регуляции
метаболизма
26
27
29
30
30
31
32
34
35
36
39
Краткое содержание раздела
1.4. Генетические основы
Генетическая информация заключена
в молекулах ДНК
Структура ДНК позволяет осуществлять
репликацию и репарацию
с почти абсолютной точностью
41
41
43
43
44
45
45
46
48
52
54
55
55
56
Линейная последовательность ДНК кодирует
белки с трехмерной структурой
Краткое содержание раздела
1.5. Эволюционные основы
Изменения наследственной информации
создают возможность для эволюции
Биомолекулы возникли в процессе
химической эволюции
РНК и схожие с ней предшественники
могли быть первыми генами
и катализаторами
57
58
59
59
59
61
62
Биологическая эволюция началась более
трех с половиной миллиардов лет назад 64
Первые клетки, вероятно, были
хемогетеротрофами
64
Стр.730
[730] Оглавление
Эукариотические клетки возникли
в несколько стадий из более простых
предшественников
Молекулярное строение раскрывает
эволюционные связи
Функциональная геномика указывает
назначение генов в специфических
клеточных процессах
Сравнительный анализ геномов
играет все большую роль
в биологии и медицине человека
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
I СТРОЕНИЕ И КАТАЛИЗ
2
Вода
2.1.
Необычные свойства воды обусловлены
наличием водородных связей
Слабые взаимодействия
в водных средах
Вода образует водородные связи
с полярными растворенными
веществами
Между водой и заряженными веществами
существуют электростатические
взаимодействия
При растворении кристаллических
веществ энтропия возрастает
Неполярные газы плохо растворяются
в воде
Неполярные вещества при растворении
вызывают энергетически невыгодные
изменения в структуре воды
Вандерваальсовы взаимодействия
обусловлены слабыми силами
межатомного притяжения
Слабые взаимодействия играют очень
важную роль в структуре и функциях
макромолекул
Растворенные вещества
изменяют свойства воды
Краткое содержание раздела
2.2.
В чистой воде мало ионов
Диссоциация воды. Слабые кислоты
и слабые основания
Диссоциацию воды можно охарактеризовать
величиной константы равновесия
65
66
69
69
70
70
70
74
79
79
80
82
83
84
85
85
88
88
91
94
94
94
Шкала рН определяет
концентрации ионов Н+ и ОН–
Слабые кислоты и основания
характеризуют константами
диссоциации
Значения рKа слабых кислот можно
определить из кривых титрования
Краткое содержание раздела
2.3.
96
97
98
99
101
Роль буферных систем
в поддержании рН в биологических
системах 102
Буферы — это смеси слабых кислот
и сопряженных оснований
102
Уравнение Хендерсона–Хассельбаха.
рН, рKа и концентрации компонентов
в буферной системе связаны простым
соотношением
Слабые кислоты и основания служат
буферами в клетках и тканях
Диабет при отсутствии лечения
может приводить к угрожающему
состоянию — ацидозу
Дополнение 2-1. Медицина. Сам себе
подопытный кролик (Не пытайтесь
повторить этот опыт!)
Краткое содержание раздела
2.4. Вода как реагент
Краткое содержание раздела
2.5. Живые организмы приспособлены
к обитанию в водной среде
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
3
Аминокислоты,
пептиды и белки
3.1. Аминокислоты
Строение аминокислот.
Общие закономерности
Аминокислотные остатки в белках
являются L-стереоизомерами
Классификация аминокислот
на основании их R-групп
103
104
107
108
109
109
110
110
111
111
115
117
118
118
122
122
Стр.731
Оглавление [731]
Дополнение 3-1. Практическая биохимия.
Поглощение света: закон
Ламберта–Бера
«Нестандартные» аминокислоты
также выполняют важные функции
Аминокислоты могут действовать
как кислоты или основания
Аминокислоты имеют
характерные кривые титрования
По кривой титрования можно предсказать
электрический заряд аминокислоты
Аминокислоты различаются
по кислотно-основным свойствам
Краткое содержание раздела
3.2. Пептиды и белки
Пептиды — это цепочки из аминокислот
Пептиды различаются по способности
переходить в форму ионов
Биологически активные пептиды
и полипептиды сильно различаются
по размерам и составу
Некоторые белки содержат не только
аминокислотные остатки, но и другие
химические группы
Краткое содержание раздела
3.3. Как работать с белками
Белки можно разделить и очистить
Белки можно разделить и охарактеризовать
методом электрофореза
Возможность контролировать содержание
белка в неразделенных смесях
Краткое содержание раздела
3.4.
Функция белка зависит от его
аминокислотной последовательности
Структура белка:
первичная структура
125
125
127
127
129
130
131
131
131
132
133
134
134
136
136
140
144
145
145
146
Уже расшифрованы аминокислотные
последовательности миллионов белков 147
При изучении химии белка используют
методы, в основе которых лежит
классическое секвенирование
полипептидов
147
Масс-спектрометрия – альтернативный
метод определения аминокислотной
последовательности
Небольшие пептиды и белки можно
синтезировать химическим путем
151
153
Аминокислотная последовательность
служит источником важной
биохимической информации
Аминокислотная последовательность
белков проливает свет на развитие
жизни на Земле
154
156
Дополнение 3-2. Консенсусные
последовательности и логотип
последовательности (Sequence logos) 157
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
161
163
163
168
4 Трехмерная структура белков 171
4.1. Обзор белковых структур
Конформация белка в значительной
степени стабилизирована слабыми
взаимодействиями
Пептидные связи обладают жесткостью
и плоской конфигурацией
Краткое содержание раздела
4.2. Вторичная структура белка
-Спираль — это распространенный вид
вторичной структуры белка
Дополнение 4-1. Методы. Как отличить
правую спираль от левой?
Последовательность аминокислот
влияет на стабильность -спирали
Участки полипептидных цепей с
-конформацией образуют -слои
В белках часто встречаются -повороты
Вторичные структуры белка
характеризуются определенными
углами связей
Вторичные структуры можно
анализировать с помощью метода
кругового дихроизма
Краткое содержание раздела
4.3.
уры белка
структ Третичная и четвертичная
Фибриллярные белки приспособлены
для выполнения структурной
функции
Дополнение 4-2. Перманентная завивка
волос — пример биохимической
технологии
172
172
175
177
178
178
180
180
182
183
184
184
185
186
186
188
Стр.732
[732] Оглавление
Дополнение 4-3. Медицина. Почему морякам,
путешественникам и студентам
нужно есть свежие фрукты и овощи
Разнообразие структур отражает
функциональное многообразие
глобулярных белков
Дополнение 4-4. Protein Data Bank
Глобулярные белки имеют разные типы
третичной структуры
Глобины — семейство белков,
связывающих кислород
190
194
194
Исследование структуры миоглобина
позволило подобрать первые ключи к
разгадке глобулярной структуры белка 195
Дополнение 4-5. Методы. Методы определения
трехмерной структуры белка
Некоторые белки или фрагменты белков
не имеют упорядоченной структуры
Белковые мотивы — основа классификации
белковых структур
196
198
203
205
Четвертичная структура белка варьирует от
простых димеров до больших комплексов 206
Краткое содержание раздела
207
4.4.
Нарушение структуры приводит
к потере белком своих функций
Денатурация и сворачивание
(фолдинг) белка
Аминокислотная последовательность
определяет трехмерную структуру
Сворачивание полипептидной цепи
происходит быстро и поэтапно
Для сворачивания некоторых белков
необходимы ассистенты-помощники
Нарушения сворачивания белка —
молекулярная основа ряда
генетических заболеваний человека
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Биохимия в интернете
Анализ экспериментальных данных
5 Функции белков
5.1.
Кислород связывается с простетической
группой — гемом
Обратимое связывание белков
с лигандами: белки,
связывающие кислород
Дополнение 4-6. Медицина. Смерть изза
неправильного сворачивания белка:
прионные болезни
208
209
210
211
213
216
218
220
220
221
224
225
227
228
228
В миоглобине один участок связывания
кислорода
Количественное описание взаимодействия
белков с лигандами
Структура белка влияет на связывание
с лигандом
Гемоглобин переносит кислород
в крови
Субъединицы гемоглобина похожи
по строению на миоглобин
Связывание кислорода сопровождается
структурными перестройками
гемоглобина
Связывание кислорода с гемоглобином —
кооперативный процесс
Кооперативное связывание лиганда
можно описать количественно
Дополнение 5-1. Медицина. Угарный газ:
невидимый убийца
Две модели кооперативного связывания
Гемоглобин переносит Н+ и СО2
230
230
231
234
235
237
237
239
241
242
244
246
Связывание кислорода с гемоглобином
регулируется 2,3-бисфосфоглицератом 247
Серповидноклеточная анемия —
«молекулярная болезнь» гемоглобина
Краткое содержание раздела
249
250
5.2.
В иммунном ответе участвуют
специализированные клетки и белки
Антитела содержат два идентичных
центра связывания антигена
Антитела связывают антигены прочно
и с высокой специфичностью
Комплементарные взаимодействия
между белками и лигандами:
иммунная система
и иммуноглобулины
251
252
253
255
Взаимодействие антитела с антигеном лежит
в основе многих аналитических методов 256
Краткое содержание раздела
258
5.3. Энергозависимые взаимодействия
белков: актин, миозин
и молекулярные моторы
258
260
Миозин и актин — основные белки мышц 259
Упорядоченные структуры тонких и толстых
нитей образуются при участии других
белков
Стр.733
Оглавление [733]
Толстые нити миозина скользят
по тонким нитям актина
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Биохимия в интернете
Анализ экспериментальных данных
6 Ферменты
6.1. Введение
Большинство ферментов — белки
Ферменты классифицируют по типам
реакций, которые они катализируют
Краткое содержание раздела
6.2. Как работают ферменты
Ферменты влияют на скорость реакции,
но не сдвигают равновесие
Скорость реакции и равновесие
связаны с понятиями химической
термодинамики
Некоторые принципы, объясняющие
высокую каталитическую активность
и специфичность ферментов
Слабые взаимодействия фермента
с субстратом оптимизируются
в переходном состоянии
Энергия связывания определяет
специфичность и скорость катализа
Роль специфических
каталитических групп в катализе
Краткое содержание раздела
6.3. Ферментативная кинетика
как подход к пониманию механизма
действия ферментов
Скорость ферментативной реакции
зависит от концентрации субстрата
Количественное соотношение между
концентрацией субстрата и скоростью
реакции
Дополнение 6-1. Преобразование
уравнения Михаэлиса–Ментен:
график в двойных обратных
координатах
262
264
264
264
267
267
269
270
Зависимость ферментативной
активности от рН
Предстационарная кинетика может дать
дополнительную информацию
o последовательности стадий реакции
Ферменты могут подвергаться обратимому
и необратимому ингибированию
Дополнение 6-2. Кинетические методы
определения типа ингибирования
271
272
273
273
274
276
277
278
281
283
285
286
286
288
290
Использование кинетических параметров
для сравнения активностей ферментов 290
Многие ферменты катализируют реакции
с участием двух и более субстратов
293
Дополнение 6-3. Медицина. Лечение
африканского трипаносомоза
(сонной болезни) с помощью
биохимического «троянского коня»
Краткое содержание раздела
6.4.
296
296
298
300
304
306
Примеры ферментативных реакций 306
Механизм действия химотрипсина включает
стадии ацилирования и деацилирования
остатка серина
307
Понимание механизма действия протеиназ
позволяет разрабатывать новые методы
борьбы с ВИЧ-инфекцией
Индуцированное соответствие при
связывании субстрата с гексокиназой
Механизм реакции енолазы требует
присутствия ионов металла
Механизм действия лизоцима включает
две последовательные стадии
нуклеофильного замещения
Понимание механизмов действия ферментов
дает нам эффективные антибиотики
Краткое содержание раздела
6.5. Регуляторные ферменты
Аллостерические ферменты претерпевают
конформационные изменения в ответ
на связывание модулятора
Поведение аллостерических ферментов
отклоняется от кинетики
Михаэлиса–Ментен
Регуляция некоторых ферментов
происходит путем обратимой
ковалентной модификации
Фосфорилирование влияет на строение
и каталитическую активность белков
Множественное фосфорилирование
позволяет осуществлять тонкую
регуляцию
Некоторые ферменты и другие белки
регулируются путем протеолитического
расщепления предшественника
312
314
315
316
319
322
322
323
324
326
327
329
330
Стр.734
[734] Оглавление
Каскад протеолитической активации
зимогенов приводит к свертыванию
крови
Некоторые регуляторные ферменты
используют несколько механизмов
регуляции
Анализ экспериментальных данных
Существует два семейства моносахаридов —
альдозы и кетозы
Моносахариды содержат асимметрические
атомы
Обычные моносахариды имеют
циклическую структуру
Живые организмы содержат
множество производных гексоз
Моносахариды — это восстановители
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
331
335
337
337
338
343
7 Углеводы и гликобиология 345
7.1. Моносахариды и дисахариды
346
346
347
349
353
355
Дисахариды содержат гликозидную связь 355
Дополнение 7-1. Медицина. Определение
уровня глюкозы в крови при диагностике
и лечении диабета
Краткое содержание раздела
Дополнение 7-2. Сладкий вкус бывает не
только у сахара
7.2. Полисахариды
Некоторые гомополисахариды служат
для запасания энергии клеткой
Некоторые гомополисахариды выполняют
структурную функцию
Трехмерная структура гомополисахаридов
определяется стерическими факторами
и водородными связями
Клеточные стенки бактерий и водорослей
содержат структурные
гетерополисахариды
Краткое содержание раздела
7.3.
356
359
360
361
362
364
366
Гликозаминогликаны — гетерополисахариды
внеклеточного матрикса
Протеогликаны — макромолекулы клеточной
поверхности и внеклеточного матрикса,
содержащие гликозаминогликаны
Гликоконъюгаты:
протеогликаны, гликопротеины
и гликосфинголипиды
368
369
372
372
373
Дополнение 7-3. Медицина. Дефект синтеза
или деградации сульфатированных
гликозаминогликанов может вызывать
серьезные заболевания
Гликопротеины содержат ковалентно
связанные олигосахариды
Гликолипиды и липополисахариды —
компоненты мембран
Краткое содержание раздела
7.4.
Лектины — белки, «читающие» сахарный
код и участвующие во многих
биологических процессах
Углеводы как информационные
молекулы: сахарный код
Взаимодействие лектина с углеводом
очень прочное и высокоспецифичное
Краткое содержание раздела
7.5. Методы анализа углеводов
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
8
Нуклеотиды
и нуклеиновые кислоты
8.1. Основные сведения
В состав нуклеотидов и нуклеиновых
кислот входят специфические
основания и пентозы
В нуклеиновых кислотах нуклеотиды
последовательно связаны
фосфодиэфирными связями
Свойства азотистых оснований
нуклеотидов влияют на трехмерную
структуру нуклеиновых кислот
Краткое содержание раздела
8.2. Строение нуклеиновых кислот
ДНК — двойная спираль, обеспечивающая
хранение и передачу генетической
информации
ДНК может принимать разные
пространственные конфигурации
Некоторые последовательности ДНК
образуют необычные структуры
Матричные РНК кодируют
полипептидные цепи
377
379
380
381
382
382
386
388
388
390
392
392
395
397
397
398
402
403
406
406
406
409
411
414
Стр.735
Оглавление [735]
Многие молекулы РНК имеют более
сложные трехмерные структуры
Краткое содержание раздела
8.3. Химия нуклеиновых кислот
Двухспиральные ДНК и РНК
можно денатурировать
Нуклеотиды и нуклеиновые кислоты
подвергаются неферментативным
превращениям
Некоторые основания в ДНК
метилированы
415
418
418
419
421
425
Химический синтез ДНК автоматизирован 425
Последовательности генов можно
амплифицировать с помощью
полимеразной цепной реакции
Последовательность нуклеотидов длинных
цепей ДНК можно определить
Технология секвенирования ДНК
быстро развивается
Дополнение 8-1. Мощный инструмент
судебной медицины
Краткое содержание раздела
8.4. Другие функции нуклеотидов
Нуклеотиды переносят химическую
энергию в клетке
Адениновые нуклеотиды входят в состав
многих кофакторов ферментов
Некоторые нуклеотиды могут быть
регуляторными молекулами
Адениновые нуклеотиды могут играть роль
сигнальных молекул
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Биохимия в интернете
Анализ экспериментальных данных
9
информации из ДНК Технологии на основе
9.1.
Гены можно изолировать
клонированием ДНК
Эндонуклеазы рестрикции и ДНК-лигазы
создают рекомбинантную ДНК
Клонирующие векторы позволяют
амплифицировать встроенные
сегменты ДНК
425
428
431
432
439
439
439
440
442
442
443
443
443
446
447
449
Изучение генов и генных продуктов 450
451
451
456
При экспрессии клонированных генов
можно увеличить продукцию белка
Существует множество систем,
предназначенных для экспрессии
рекомбинантных белков
Изменения в клонированных генах
позволяют получать
модифицированные белки
Концевые метки обеспечивают разделение
рекомбинантных белков при аффинной
хроматографии
Для удобства клонирования можно
приспособить полимеразную
цепную реакцию
Краткое содержание раздела
9.2.
Методы с применением ДНК
помогают понять функции белков 471
Библиотеки ДНК представляют собой
специализированные каталоги
генетической информации
471
Последовательность или структурные
взаимосвязи дают информацию
о функциях белка
Слитые белки и метод иммунофлуоресценции
позволяют определить
локализацию белков в клетке
Белок-белковые взаимодействия
помогают выяснить функцию белка
Микрочипы ДНК помогают выявить
паттерны экспрессии РНК и другую
информацию
Инактивация или изменение генов
с помощью CRISPR помогает
установить их функцию
Краткое содержание раздела
472
473
476
479
480
483
9.3. Геномика и история человечества 483
Дополнение 9-1. Медицина.
Персонифицированная геномная
медицина
Аннотация генома — путь
к его расшифровке
В геноме человека содержатся
последовательности разных типов
Секвенирование генома дает информацию
о природе человека
Сравнительный анализ геномов помогает
идентифицировать гены, участвующие
в возникновении заболеваний
485
486
486
490
492
461
462
465
467
469
470
Стр.736
[736] Оглавление
Анализ генома рассказывает нам о нашем
прошлом и позволяет заглянуть
в будущее
Дополнение 9-2. Знакомимся
с ближайшими родственниками
современного человека
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
10 Липиды
10.1. Запасные липиды
Жирные кислоты — производные
углеводородов
Триацилглицерины — эфиры
жирных кислот и глицерина
Триацилглицерины обеспечивают
запасание энергии и теплоизоляцию
При частичном гидрировании
кулинарного жира увеличивается его
стабильность, но образуются жирные
кислоты, вредные для здоровья
Воски служат хранилищами энергии
и водоотталкивающими средствами
Краткое содержание раздела
496
498
499
500
500
503
505
505
505
509
509
510
511
512
10.2. Структурные липиды в мембранах 512
Глицерофосфолипиды — производные
фосфатидной кислоты
513
В некоторых фосфолипидах
углеводородные цепи присоединены
через простую эфирную связь
Хлоропласты содержат галактолипиды
и сульфолипиды
Археи содержат уникальные
мембранные липиды
Сфинголипиды — производные
сфингозина
515
516
516
517
Сфинголипиды на поверхностях клеток —
участки биологического распознавания 519
Фосфолипиды и сфинголипиды
разрушаются в лизосомах
Стерины имеют четыре конденсированных
углеродных кольца
Дополнение 10-1. Медицина.
Наследственные болезни человека,
возникающие в результате аномального
накопления мембранных липидов
Краткое содержание раздела
520
520
521
522
10.3. Липиды как сигнальные вещества,
кофакторы и пигменты
Фосфатидилинозитолы и производные
сфингозина работают как
внутриклеточные сигналы
Эйкозаноиды передают сигналы
соседним клеткам
Стероидные гормоны передают
сигналы между тканями
Сосудистые растения используют тысячи
летучих сигнальных веществ
Витамины А и D — предшественники
гормонов
Витамины Е и K и липидные хиноны —
окислительно-восстановительные
кофакторы
Долихолы активируют предшественников
сахаров для биосинтеза
Многие природные пигменты — липиды
с сопряженными двойными связями
Поликетиды — природные соединения
с мощным биологическим действием
Краткое содержание раздела
10.4. Методы анализа липидов
Для экстракции липидов требуются
органические растворители
523
523
524
525
525
526
529
531
531
532
532
533
533
Методом адсорбционной хроматографии
разделяют липиды разной полярности 533
Методом газовой хроматографии
разделяют смеси летучих производных
липидов
Путем специфичного гидролиза можно
определить строение липида
Методом масс-спектрометрии можно
полностью расшифровать
структуру липида
Липидомика стремится каталогизировать
все липиды и установить их функции
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
11
Биологические
мембраны и транспорт
11.1. Состав и строение мембран
Каждый тип мембран содержит
характерные липиды и белки
535
535
535
535
537
537
538
540
541
542
542
Стр.737
Оглавление [737]
Все биологические мембраны обладают
рядом фундаментальных свойств
Липидный бислой — главный элемент
структур биомембран
Три типа мембранных белков различаются
по характеру их связи с мембраной
Многие интегральные мембранные белки
пронизывают липидный бислой
Гидрофобные участки интегральных
белков связаны с мембранными
липидами
Топологию интегрального мембранного
белка обычно можно предсказать
по его последовательности
Амфитропные белки обратимо
связаны с мембраной
Краткое содержание раздела
11.2. Динамика мембран
Ацильные группы внутри бислоя
упорядочены в разной степени
Для движения липидов через бислой
необходим катализ
Липиды и белки латерально
диффундируют в бислое
Сфинголипиды и холестерин объединены
в кластеры — мембранные рафты
Искривление и слияние мембран
играют ключевую роль во многих
биологических процессах
Интегральные белки плазматической
мембраны участвуют в клеточной
адгезии, передаче сигналов и других
клеточных процессах
Краткое содержание раздела
543
544
547
548
549
Ковалентно связанные липиды заякоривают
некоторые мембранные белки
551
553
555
555
556
556
557
559
561
563
566
567
11.3. Транспорт веществ через мембраны 567
Транспорт может быть пассивным
или активным
569
Строение транспортеров и ионных каналов
сходно, но действуют они
по разным механизмам
В эритроцитах транспортер глюкозы
опосредует пассивный транспорт
Хлорид-би карбонатный обменник
катализирует электронейтральный
котранспорт анионов через
плазматическую мембрану
570
571
574
Дополнение 11-1. Медицина. Нарушение
транспорта глюкозы и воды
при двух формах диабета
АТРазы Р-типа в каталитическом цикле
подвергаются фосфорилированию
АТРазы V-типа и F-типа — это
АТР-зависимые протонные насосы
АВС-транспортеры используют АТР
для обеспечения активного транспорта
множества субстратов
Дополнение 11-2. Медицина. Дефект
ионных каналов при кистозном
фиброзе
Ионные градиенты обеспечивают энергией
вторичный активный транспорт
Аквапорины образуют гидрофильные
трансмембранные каналы для переноса
воды
Ион-селективные каналы делают
возможным быстрое перемещение ионов
через мембраны
Работу ионного канала можно изучать,
измеряя электрические параметры
Структура K+-канала раскрывает
основу его специфичности
Потенциалзависимые ионные каналы
играют ключевую роль в работе
нейронов
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Биохимия в интернете
Анализ экспериментальных данных
12 Биосигнализация
576
Активный транспорт приводит к перемещению
веществ против градиента концентрации
или электрохимического градиента
576
579
582
584
586
588
592
595
596
597
599
Дефектные ионные каналы могут приводить
к неблагоприятным физиологическим
последствиям
602
603
604
605
608
609
611
12.1. Общие свойства систем передачи
сигналов 611
Краткое содержание раздела
615
12.2. Рецепторы, сопряженные с G-белками,
и вторичные мессенджеры
Система -адренергического рецептора
функционирует с участием вторичного
мессенджера сАМР
615
616
Стр.738
[738] Оглавление
Дополнение 12-1. G-белки: два
молекулярных переключателя
в организме здорового
и больного человека
12.5. Рецепторные гуанилатциклазы,
cGMP и протеинкиназа G
620
Существует несколько механизмов
завершения -адренергического ответа 623
Десенсибилизация -адренергического
рецептора происходит в результате
фосфорилирования или связывания
с аррестином
625
Циклический АМР действует как
вторичный мессенджер для некоторых
регуляторных молекул
Дополнение 12-2. Методы. FRET:
Биохимия, которую можно увидеть
в живой клетке
Диацилглицерин, инозитолтрисфосфат
и Ca2+ служат вторичными
мессенджерами
Ионы кальция служат вторичным
мессенджером для многих
сигнальных путей
Краткое содержание раздела
12.3. GPCR в процессах зрения,
обоняния и вкуса
627
630
632
633
635
В глазу позвоночных работает классический
механизм GPCR
Обоняние и вкус у позвоночных основаны
на сигнальных механизмах, подобных
механизмам зрительной системы
637
637
639
Дополнение 12-3. Медицина. Цветовая
слепота (нарушенное цветовосприятие):
Джон Дальтон спланировал эксперимент,
который был завершен более чем через
столетие после его смерти
Все системы, использующие GPCR,
имеют общие свойства
Краткое содержание раздела
12.4. Рецепторные тирозинкиназы
Стимуляция инсулинового рецептора
запускает каскад реакций
фосфорилирования белков
Мембранный фосфолипид PIP3 работает
в одной из ветвей передачи сигнала
инсулина
Сигнальные системы связаны
между собой сложным образом
Краткое содержание раздела
647
649
650
Краткое содержание раздела
12.6. Мультивалентные адаптерные белки
и мембранные рафты
651
653
653
Белковые модули узнают участки
белков-партнеров, в составе которых
есть фосфорилированные остатки
Tyr, Ser или Thr, и связываются с ними 653
Мембранные рафты и кавеолы могут
обособлять сигнальные белки
Краткое содержание раздела
657
657
12.7. Регулируемые ионные каналы 658
В передаче электрических сигналов
в возбудимых клетках главную роль
играют ионные каналы
658
Потенциалзависимые ионные каналы
создают потенциалы действия
в нейронах
Нейроны содержат рецепторные каналы,
которые отвечают на действие различных
нейромедиаторов
Токсины действуют на ионные каналы
Краткое содержание раздела
12.8. Регуляция транскрипции гормонами,
взаимодействующими
с ядерными рецепторами
Краткое содержание раздела
12.9. Сигнализация у микроорганизмов
и растений
640
641
643
644
644
Сигнализация у бактерий включает
фосфорилирование
в двухкомпонентной системе
Сигнальные системы растений содержат
компоненты сигнальных систем
микроорганизмов и млекопитающих
Краткое содержание раздела
659
661
661
661
662
663
663
664
665
666
12.10. Регуляция клеточного цикла
протеинкиназами 666
Клеточный цикл состоит из четырех стадий 666
Уровень циклинзависимых
протеинкиназ колеблется
CDK регулируют клеточное деление путем
фосфорилирования важных белков
Краткое содержание раздела
667
671
672
Стр.739
Оглавление [739]
12.11. Онкогены, гены опухолевых
супрессоров и программируемая
гибель клетки
Онкогены — это мутантные формы
генов белков, регулирующих
клеточный цикл
Дополнение 12-4. Медицина. Разработка
противоопухолевых лекарственных
препаратов на основе ингибиторов
протеинкиназ
672
673
673
Дефекты в генах опухолевых супрессоров
приводят к устранению нормальных
ограничителей клеточного деления
Апоптоз — программируемая гибель
клетки
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
Источники иллюстраций
Предметно-именной указатель
677
679
681
681
682
685
687
693
Стр.740