Трансляция: лекарства, действующие на синтез белка. реферат. Реферат по курсу Основы молекулярной медицины
 Скачать 123 Kb.
|
МЕДИЦИНСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ «Кафедра биологии и физиологии человека.» Реферат по курсу «Основы молекулярной медицины» НА ТЕМУ: Трансляция: лекарства, действующие на синтез белкаВыполнила : Симинюк Анастасия Николаевна, 202 ЛД Проверил : Доцент Вдовиченко Константин Константинович ___________________________ ___________________________ Тирасполь – 2019 Содержание
Введение Живой организм характеризуется высшей степенью упорядоченности составляющих его ингредиентов и уникальной структурной организацией, обеспечивающей как его фенотипические признаки, так и многообразие биологических функций. В этом структурно-функциональном единстве организмов, составляющем сущность жизни, белки играют важнейшую роль, не заменяемую другими органическими соединениями. Одной из задач современной биологии и ее новейших разделов – молекулярной биологии, биоорганической химии, физико-химической биологии – является расшифровка механизмов синтеза молекулы белка, содержащей сотни, а иногда и тысячи остатков аминокислот. Механизм синтеза должен обладать точной кодирующей системой, которая автоматически программирует включение каждого аминокислотного остатка в определенное место полипептидной цепи Кодирующая система определяет первичную структуру, а вторичная и третичная структуры белковой молекулы определяются физико-химическими свойствами и химическим строением аминокислот. В современные представления о механизме синтеза белка большой вклад внесли советские биохимики. Так, в лаборатории А. Е. Браунштейна было впервые указано на участие АТФ в синтезе квазипептидных связей. В. Н. Ореховичем еще 50-е годы было показано, что перенос аминоцильных или пептидильных группировок на NH2 группу аминокислот может осуществляться не только с амидной или пептидной, но и со сложноэфирной связи. Как будет показано ниже, именно этот механизм лежит в основе реакции транспептидирования в 50S рибосоме в стадии элонгации синтеза белка. Значительный вклад в современные представления о месте, факторах и механизме синтеза белка внесли исследования Т. Касперсона, П. Берга, П. Замечника, С. Очоа, А. А. Баева, А. С. Спирина и др. 1. Процессы трансляции Второй этап матричного синтеза белка, собственно трансляцию, протекающую в рибосоме, условно делят на три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию. Инициация В ходе инициации происходит образованиe комплекса, включающего Мет-тРНКiмет, мРНК и рибосому, где—тРНКiмет инициирующая метиониновая тРНК. В этом процессе участвуют не менее 10 факторов инициации, которые обозначают как elF (от англ. eukaryotic initiation factors) с указанием номера и буквы. У большинства мРНК-молекул эукариот 5-конец "кэпирован". Кэп представляет собой остаток метилгуанозилтрифосфата и, возможно, участвует в связывание РНК-молекул с 40S-субъединицей рибосомы. Первоначально 40S субъединица рибосомы соединяется с фактором инициации, который препятствует её связыванию с 60S субъединицей, но стимулирует объединение с тройным комплексом, включающим Мет-тРНКiмет, eIF-2 и ГТФ (Приложение 2 рис.1). Затем этот теперь уже более сложный комплекс связывается с 5'-концом мРНК при участии нескольких elF. Один из факторов инициации (elF-4F) узнаёт и присоединяется к участку "кэп" на молекуле мРНК, поэтому он получил название кэпсвязывающего белка. Прикрепившись к мРНК, 40S субъединица начинает скользить по некодирующей части мРНК до тех пор, пока не достигнет инициирующего кодона AUG кодирующей нуклеотидной последовательности. Скольжение 40S субъединицы по мРНК сопровождается гидролизом АТФ, энергия которого затрачивается на преодоление участков спирализации в нетранслируемой части мРНК. В эукариотических клеках некодирующие участки мРНК имеют разную длину, но обычно от 40 до 80 нуклеотидов, хотя встречаются области с протяжённостью более 700 нуклеотидов. Достигнув начала кодирующей последовательности мРНК, 40S субъединица останавливается и связывается с другими факторами инициации, ускоряющими присоединение 60S субъединицы и образование 80S рибосомы за счёт гидролиза ГТФ до ГДФ и неорганического фосфата. При образовании полной рибосомы формируются два центра трансляции: донорный (пептидильный, P-центр) и акцепторный (аминоацильный, А-центр). В Р-центре оказывается AUG-кодон мРНК с присоединённым к нему Мет-тРНКiмет, аминоацильный участок содержит аминоацил-тРНК, соединенную с соответствующим кодоном мРНК. Элонгация Самый продолжительный этап белкового синтеза — элонгация, в ходе которого рибосома с помощью аа-тРНК последовательно "читает" мРНК в виде триплетов нуклеотидов, следующих за инициирующим кодоном в направлении от 5' к З'-концу, наращивая полипептидную цепочку за счёт последовательного присоединения аминокислот. Присоединение соответствующей аминоацил-тРНК в А-участке требует точного узнавания кодона. Фактор элонгации EF1 образует комплекс с ГТФ и молекулой аминоацил-тРНК. Благодаря этому аминоацил-тРНК может присоединиться к рибосоме. При этом произойдет высвобождение комплекса EF1-ГДФ и фосфата (приложение 2, рис. 2). Комплекс EF1-ГДФ затем вновь превращается в EF1-ГТФ при участии других свободных белковых факторов и ГТФ. -Аминогруппа новой амино-ацил-тРНК в участке А осуществляет нуклеофильную атаку этерефицированной карбоксильной группы пептидил-тРНК, занимающей P-участок. Эта реакция катализируется пептидилтрансферазой – белковым компонентом, входящим в состав 60S-рибосомной субъединицы. После удаления пептидильного остатка с тРНК в Р-участке свободная молекула тРНК быстро покидает P-участок. Комплекс ГТФ с EF2 участвует в процессе транслокации новообраованной пептидил-тРНК из А-участка в Р-участок. При этом происходит гидролиз ГТФ, используемого в качестве кофактора EF2, до ГДФ и фосфата (рис.3). В результате транслокации вновь сформированная пептидил-тРНК и соответствующий ей кодон переходят в Р-участок, освобождая А-участок для нового цикла узнавания следующего кодона соответствующей молекулой аминоацил-тРНК и элонгации. Терминация Терминация представляет собой завершение синтеза полипептидной цепи и освобождение ее от рибосомы (рис. 4). После многих циклов элонгации, в результате которых синтезируется полипептидная цепь белка, в А-участоке появляется терминирующий или нонсенс-кодон. В норме отсутствуют молекулы тРНК, способные узнавать нонсенс-кодоны. Появление в А-участке терминирующего кодона распознается так называемыми факторами высвобождения (R-факторами). RА при участии ГТФ и пептидилтрансферазы обеспечивают гидролиз связи между полипептидом и молекулой тРНК, занимающей P-участок. После гидролиза и высвобождения синтезируемого полипептида и тРНК 80S-рибосома диссоциирует на 40S- и 60S-субъединицы. Одну и туже цепь мРНК могут транслировать одновременно множество рибосом. Рибосомы, расположенные на одной молекуле мРНК, образуют полисому. 2. Регуляция биосинтеза белка на этапе трансляции Лимитирующей стадией процесса трансляции является ее инициация. Наиболее подробно описан процесс изменения скорости инициации трансляции в результате фосфорилирования фактора инициации IF2. Реакция катализируется ферментом IF2-киназой, причем присоединение фосфатной группы инактивирует фактор инициации. Этот феномен был изучен на примере синтеза гемоглобина в ретикулоцитах. Оказалось, что активация IF2-киназы происходит за счет ее фосфорилирования цАМФ-зависимой протеинкиназой. Взаимодействие этой протеинкиназы с цАМФ и ее активацию блокирует гем, выполняя тем самым негативный контроль синтеза гемоглобина. К лекарственным веществам, эффективно влияющим на синтез белка, относятся антибиотики. Большинство антибиотиков противобактериального действия ингибируют процессы трансляции. Такие антибиотики, как норвалин и индомицин, препятствуют образованию аминоацил-тРНК; стрептомицин, неомицин, конвалин, ауринтрикарбоновая кислота ингибируют инициацию трансляции; тетрациклин и стрептомицин ингибируют элонгацию, препятствуя связыванию аминоацил-тРНК с А-центром рибосомы. Пептидилтрансферазная реакция блокируется пуромицином и хлорамфениколом, а транслокация – эритромицином и виомицином. Лекарства, действующие на синтез белка Синтез белка представляет собой реализацию генетической информации, т. е. построение пептидной цепи с помощью мРНК. Сборка цепи из аминокислот (АК) происходит на рибосоме. В доставке аминокислот к мРНК участвуют разные транспортные молекулы РНК (тРНК), каждая из которых связывает конкретную АК. Каждая тРНК несет антикодон триплета нуклеотидных оснований, которые комплементарны определенной кодирующей единице мРНК к(одон, состоит из трех нуклеиновых оснований). Синтез белка состоит из следующих этапов: 1. Первый этап, инициация, включает сборку аппарата для синтеза белка из мРНК, малой и большой рибосомных единиц и инициирующего комплекса тРНК-АК. За этим следуют этапы удлинения. 2. Рибосома фокусируется на двух кодонах мРНК. Один (слева) связывает комплекс тРНК-АК, а АК уже добавлена к пептидной цепи. Другой (справа) готов принять следующий комплекс тРНК-АК. 3. После последнего присоединения аминокислоты двух смежных комплексов связываются в результате воздействия рибосомной пептидсинтетазы (пептидилтрансферазы). Она является рибозимом, т. е. ферментом, каталитическая функция которого обеспечивается рибосомной РНК. Одновременно отсоединяется левый комплекс тРНК-АК. 4. Левая тРНК отсоединяется от мРНК. Рибосома двигается вдоль нити мРНК и фокусируется на следующем кодоне. 5. Затем правый комплекс тРНК-АК перемещается влево, что дает возможность связать справа следующий комплекс. Эти отдельные этапы могут ингибироваться антибактериальными препаратами. В отличие от линезолида, который продуцируется синтетически путем, все антибиотики, указанные на рисунке ниже, получают преимущественно из Streptomyces spp. В классификации, построенной по принципу терапевтической важности, имеются градации. Во главе стоят макролиды и тетрациклины, которые имеют значение при амбулаторном лечении. За ними следуют аминогликозиды, вводимые парентерально и поэтому предназначенные для стационарного лечения, и в конце — линезолид (резервный препарат) и хлорамфеникол, который в настоящее время почти не используется. 1.Оксазолидиноны, например, линезолид, являются новой группой препаратов. Они ингибируют инициацию синтеза новой пептидной нити в точке, где связываются рибосома, мРНК и начальный комплекс тРНК-АК. Оксазолидиноны оказывают бактериостатическое действие на грамположительные бактерии. Поскольку имеются сообщения об угнетении костного мозга, необходим гематологический контроль. Линезолид ингибирует МАОA и МАОB , поэтому эндогенные и введенные внутрь биогенные амины вызывают больший эффект и повышают АД. 2а. Тетрациклины ингибируют связывание комплексов тРНК-АК. Они обладают бактериостатическим свойством и поражают возбудителей многих видов. Тетрациклины всасываются из ЖКТ в различной степени в зависимости от вещества, причем полностью всасываются доксициклин иминоциклин. Внутривенная инъекция требуется редко. Наиболее частым побочным эффектом является нарушение со стороны ЖКТ (тошнота, рвота, диарея и т. д.), возникающее вследствие 1) прямого раздражающего действия на слизистую этих веществ и 2) подавления естественной бактериальной кишечной флоры (антибиотики широкого спектра), что позволяет патогенным микроорганизмам, включая грибы рода Candida, колонизировать кишку. Не следует одновременно принимать антациды или молоко, т. к. тетрациклины образуют нерастворимые комплексы с многовалентными ионами (Са2+, Mg2+, AI3+, Fe2+/3+), что приводит к их инактивации, т. е. к нарушению всасывания, отсутствию антибактериальной активности и местному раздражающему действию. Свойство тетрациклинов образовывать комплексы с Са2+ обусловливает их способность накапливаться в растущих зубах и костях. В результате происходит необратимое желто-коричневое окрашивание зубов и обратимое торможение роста костей. Исходя из этих нежелательных реакций, тетрациклины не следует применять после 2-го месяца беременности и назначать детям в возрасте до 8 лет. К другим побочным эффектам относятся повышенная фоточувствительность кожи и повреждение печени в основном после в/в введения. Тигециклин — производное тетрациклина с измененной структурой (глицилциклин). Это резервный препарат при тяжелых инфекциях, эффективен также против тетрациклин-резистентных бактерий. 2b. Аминогликозиды вызывают образование аномальных комплексов тРНК-АК, что приводит к появлению ошибок при синтезе белка. Аминогликозиды являются бактерицидными средствами. Их спектр активности охватывает в основном грамотрицательные организмы. Стрептомицин и канамицин используются преимущественно при лечении туберкулеза. Аминогликозиды состоят из аминосахаров, соединенных гликозидной связью с агликоновым фрагментом (см. гентамицин С1а, компонент смеси гентамицина). Они содержат несколько гидроксильных групп и аминогруппы, которые связывают белки. Следовательно, эти вещества имеют высокую полярность, плохо проникают через мембраны и плохо всасываются в кишечнике. Неомицин используется только местно накожно и для нанесения на слизистые оболочки. Аминогликозиды для системного лечения серьезных инфекций вводят в виде инъекций (гентамицин, тобрамицин, амикацин, нетилмицин). Аминогликозиды проникают внутрь бактерий за счет бактериальных транспортных систем. В почках они проникают в клетки проксимальных канальцев посредством системы захвата олигопептидов. Канальцевые клетки чувствительны к повреждающему действию аминогликозидов (в основном обратимая нефротоксичность). Во внутреннем ухе могут повреждаться чувствительные клетки вестибулярного аппарата и спирального органа (в некоторых случаях развивается необратимая ототоксичность). 3. Хлорамфеникол ингибирует пептидсинтетазу. Он обладает бактериостатическим свойством против широкого спектра возбудителей, полностью всасывается после приема внутрь и легко преодолевает диффузионныебарьеры, например ГЭБ. Несмотря на эти благоприятные свойства, хлорамфеникол используется только в редких случаях (при инфекции ЦНС) из-за риска повреждения костного мозга. 4. Макролиды подавляют синтез белка на рибосомах. Они оказывают преимущественно бактериостатическое действие, которое направлено главным образом против грамлоложительных бактерий. Кроме того, поражаются внутриклеточные бактерии, например, хламидии и микоплазмы. Макролиды эффективны при введении внутрь. Прототипом препаратов этой группы является эритромицин, который также применяется как резервный препарат при аллергии или резистентности к пенициллину. Кларитромицин, рокситромицин и азитромицин являются производными эритромицина с одинаковой активностью, тем не менее они медленно выводятся, что позволяет снизить дозу и вводить их менее часто. Макролиды обычно хорошо переносятся. Они вызывают желудочно-кишечные расстройства, возможно, из-за стимуляции рецепторов эндогенного посредника мотилина, который активирует перистальтику. Эритромицин и другие макролиды ингибируют реполяризацию миокарда, в результате чего возникает риск сердечных аритмий у пациентов с уже имеющимся удлинением интервала ОТ на ЭКГ или у пациентов получающих одновременно другие препараты, удлиняющие интервал ОТ. Вследствие ингибирования изоферментов CYP, например CYP3A4, появляется риск неблагоприятных лекарственных взаимодействий. Длительное использование приводит к повреждению печени с холестазом. Телитромицин — синтетический макролид с измененной структурой («кетолид»). Он обладает другим видом резистентности, которая связана со взаимодействием с дополнительным местом связывания рибосомы. 5. Линкозамиды. Клиндамицин обладает такой же антибактериальной активностью, как и эритромицин. Он оказывает бактериостатическое действие в основном на грамположительные аэробы, а также на анаэробные возбудители. Клиндамицин хорошо всасывается после приема внутрь и достигает эффективных концентраций даже в костной ткани, поэтому он используется при лечении стафилококкового остеомиелита. Заключение Трансляция крайне важный процесс, и нарушение или выпадение любого звена, участвующего в синтезе белка, почти всегда приводит к развитию патологии, причем клинические проявления болезни будут определяться природой и функцией белка, синтез которого оказывается нарушенным (структурный или функциональный белок). Иногда синтезируются так называемые аномальные белки как результат действия мутагенных факторов и, соответственно, изменения генетического кода (например, гемоглобин при серповидно-клеточной анемии). Последствия этих нарушений могут выражаться в развитии самых разнообразных синдромов или заканчиваться летально. Следует отметить, что организм располагает мощными механизмами защиты: подобные изменения генетического аппарата быстро распознаются специфическими ферментами — рестриктазами, измененные последовательности вырезаются и вновь замещаются соответствующими нуклеотидами при участии полимераз и лигаз. К лекарственным веществам, эффективно влияющим на синтез белка, относятся антибиотики. Большинство антибиотиков противобактериального действия ингибируют процессы трансляции. Такие антибиотики, как норвалин и индомицин, препятствуют образованию аминоацил-тРНК; стрептомицин, неомицин, конвалин, ауринтрикарбоновая кислота ингибируют инициацию трансляции; тетрациклин и стрептомицин ингибируют элонгацию, препятствуя связыванию аминоацил-тРНК с А-центром рибосомы. Пептидилтрансферазная реакция блокируется пуромицином и хлорамфениколом, а транслокация – эритромицином и виомицином. Список литературы Биохимия человека в 2 томах, Т 2//Р. Марри 2009 г. Биохимия// Комов В.П., 2004г. Биологическая химия//Шапиро Я.С., 2004г. Биохимия//Северин Е.С., 2005г. Биологическая химия//Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф., |
