Биохимия в таблицах, схемах и графиках. С. Д. Жамсаранова Ю. А. Капустина на. Тыхеева
 Скачать 6.61 Mb.
|
|
C P u r p G C A T P u r ψ ψψ ψ G P yr G * U A A G C C P u Ан ти кодон Акцепторная ветвь Д иги др о ур иди ло вая петля Дополнительная петля (варьирует пор азм ер упр и сутств ует не во всех тР Н К ) T ψ C - петля коне ц 3 ′′′′ - к он е ц СТРУКТУРНАЯОРГАНИЗАЦИЯХРОМАТИНА Каждая молекула ДНК упакована в отдельную хромосому. Хромосомы содержат разнообразные белки, связанные с определенными последовательностями ДНК. Все связывающиеся с ДНК эукариотов белки можно разделить на 2 группы 1. Гистоны. 2. Негистоновые белки. Комплекс белков с ядерной ДНК клеток называют хроматином. УПАКОВКАДНКИГИСТОНОВСОБРАЗОВАНИЕМХРОМАТИНА Нуклеиновые кислоты и белки называют информационными молекулами, так как в чередовании их мономеров заложен определенный 84 смысл. Последовательность нуклеотидов в ДНК определяет структуру всех белков клетки. Таким образом, генетическая информация, записанная в ДНК (в генотипе, обеспечивает образование фенотипических признаков клетки, то есть генотиптрансформируетсявфенотип. Это направление потока информации включает три типа матричных синтезов синтез ДНК – репликация, синтез РНК – транскрипция, синтез белка - трансляция. РЕПЛИКАЦИЯ – матричный процесс. Вовремя репликации каждая из 2 цепей ДНК служит матрицей для образования новой цепи. Субстраты. Субстратами и источниками энергии для синтеза ДНК явялются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты – дНТФ (дАТФ, дГТФ, дТТФ, дЦТФ). Основныеэтапыпроцесса: 1) формирование репликативной вилки 2) синтез новой цепи ДНК 3) исключение праймеров. Завершение формирования отстающей цепи ДНК. Формирование репликативной вилки идет при участии ДНК-топоизомеразы, которая разрывает цепь (3,5–фосфодиэфирную связь) ДНК, а по окончании репликации зашивает временные надрезы ДНК–хеликазы, использующей энергию АТФ для расплетания двойной спирали ДНК белков, дестабилизирующихспираль (или белков single strand binding). белки, не закрывая оснований, связываются с одноцепочечной ДНК и этим предотвращают образование шпилек и комплементарное скручивание матричных цепей. ДНК–полимеразаδ не способна инициировать синтез новых цепей ДНК, она может лишь удлинять уже имеющуюся нуклеотидную цепь – затравку (праймер). Роль затравки выполняет РНК, синтезируемая специальным ферментом ДНК-полимеразой α. 85 По завершении репликации образуются 2 молекулы двухспиральной ДНК, каждая из которых содержит одну материнскую и одну дочернюю, вновь синтезированную нить. Таким образом репликация обеспечивает воспроизведение генотипа в новых поколениях. 86 РЕПАРАЦИЯДНК Поврежденные участки ДНК или ошибочно встроенные нуклеотиды удаляются в результате действия специальных эндо- и экзонуклеаз. Образующиеся промежутки заполняются с помощью ДНК- полимеразы и затем сшиваются ДНК-лигазами с исходной нитью ДНК. Причины спонтанныхповреждений: - ошибка репликации - депуринизация; - дезаминирование. Причины индуцируемыхповреждений: - некоторые химические вещества могут алкилировать ДНК, например метилировать основания ДНК. 87 - главным нарушением, возникающим под действием ультрафиолета, является образование пиримидиновых димеров из 2 соседних пиримидинов цепи ДНК. СИНТЕЗРНК - ТРАНСКРИПЦИЯ Транскрипция – синтез РНК на ДНК-матрице. Образованные первичные транскрипты мРНК, тРНК, рРНК комплементарны матричной цепи ДНК (3 ” ,5”- цепь. Субстратамииисточникамиэнергии для синтеза РНК являются рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ). Катализируют синтез РНК ферменты РНК-полимеразы. В процессе транскрипции различают три стадии инициацию, элонгациюитерминацию. Участок, с которым связывается РНК-полимераза, называется промотором. Активация промотора происходит с помощью белкового 88 фактора (ТАТА-фактор). РНК-полимераза вместе с растущей цепью РНК перемещается по матрице, пока не достигнет терминирующего кодона. В эукариотической ДНК информация, необходимая для синтеза белка, хранится на участках - экзонах, разделенных интронами – участками, не содержащими генетической информации (некодирующие участки. При транскрипции гена сначала образуется первичныйтранскрипт, который затем подвергается доработке - процессингу. Суть доработки заключается в вырезании интронов (сплайсинг) из мРНК перед трансляцией ив присоединении характерных для мРНК концевых последовательностей. УДАЛЕНИЕИНТРОНОВИЗмРНК СИНТЕЗБЕЛКА - ТРАНСЛЯЦИЯГЕНЕТИЧЕСКОЙИНФОРМАЦИИ В основе передачи информации лежит биологическийкод – способ записи информации об аминокислотной последовательности белков с помощью последовательности нуклеотидов в ДНК или РНК. 89 СВОЙСТВОБИОЛОГИЧЕСКОГОКОДА Триплетность Кодовое число равно 3. Три нуклеотидных остатка триплет) кодируют одну аминокислоту. Терминирующие триплеты УАА, УАГ, УГА не кодируют аминокислоты и являются сигналами к прекращению синтеза белка Специфичность Каждый триплет кодирует только одну аминокислоту Вырожденность Одну аминокислоту могут кодировать несколько (от 2 до 6) триплетов Универсальность У всех видов организмов биологический код одинаков Колинеарность Последовательность кодонов в зрелой мРНК соответствует последовательности аминокислот в синтезированном белке Примечание. В зрелой мРНК информация записана в виде линейной последовательности кодонов (триплетов) и считывается в направлении от 5 ’ - к концу. БИОЛОГИЧЕСКИЙКОД (ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬНУКЛЕОТИДОВ КОДОНАСЧИТЫВАЕТСЯОТЦЕНТРАКПЕРИФЕРИИ) 90 ТРАНСЛЯЦИЯ Процесс проходит в три стадии инициация, элонгацияитерминация. ОСНОВНЫЕКОМПОНЕНТЫБЕЛОКСИНТЕЗИРУЮЩЕЙСИСТЕМЫИ ИХФУНКЦИИВПРОЦЕССЕТРАНСЛЯЦИИ Необходимые компоненты Функции Аминокислоты Субстраты для синтеза белков тРНК тРНК выполняет функцию адапторов. Они акцепторным концом взаимодействуют с аминокислотами, а антикодоном – с кодоном мРНК Аминоацил- тРНК-синтетазы Каждая аминоацил-тРНК-синтетаза катализирует реакцию специфического связывания одной из 20 аминокислот с соответствующей тРНК мРНК Матрица содержит линейную последовательность кодонов, определяющих первичную структуру белков Рибосомы Рибонуклеопротеиновые субклеточные структуры, являющиеся местом синтеза белков АТФ, ГТФ Источники энергии Белковые факторы инициации, элонгации, терминации Специфические внерибосомные белки, необходимые для процесса трансляции (12 факторов инициации е элонгации ЕЕ терминации: RF1, RF2, RF3) Ионы магния Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом ИНИЦИАЦИЯТРАНСЛЯЦИИ 91 ЭЛОНГАЦИЯ ИНГИБИТОРЫМАТРИЧНЫХБИОСИНТЕЗОВ Препарат Механизм действия Доксорубицин Рифампицин Мелфалан Эритромицин Тетрациклин Связывается с ДНК, внедряясь между основаниями, генерирует активные формы кислорода, вызывая разрывы в структуре макромолекулы Связывается с РНК-полимеразой бактерий, ингибирует начало синтеза РНК Алкилирует молекулу ДНК и повреждает ее струкутру Связывается с субъединицей рибосомы и предотвращает транслокацию Присоединяется к субъединице рибосомы и ингибирует связывание аа-тРНК в А-центре ВЛИЯНИЕТОЧЕЧНЫХМУТАЦИЙВДНКНАСТРУКТУРУ СИНТЕЗИРОВАННОГОБЕЛКА Мутации – нерепарированные изменения первичной структуры ДНК, появляющиеся в молекуле в ответ на дефекты в работе ДНК- полимераз или ДНК-репарирующей системы, воздействия внешней и внутренней среды. Точечные мутации в основном бывают трех видов а) замены (это наиболее распространенный тип повреждений молекулы ДНК б) вставки в) делеции (или выпадения) нуклеотидов 92 Вид мутации Изменения в структуре ДНК Изменения в структуре белка Замена без изменения смысла кодона с изменением смысла кодона с образованием терминирующего кодона Замена одного нуклеотида в кодоне Белок неизменен Происходит замена одной аминокислоты на другую Синтез пептидной цепи прерывается на этом кодоне, и образуется незавершенный белок Вставка без сдвига рамки считывания со сдвигом рамки считывания Делеция без сдвига рамки считывания со сдвигом рамки считывания Вставка фрагмента ДНК из 3 нуклеотидов или с числом нуклеотидов, кратным 3 Вставка одного или нескольких нуклеотидов, не кратных 3 Выпадение фрагмента ДНК из нуклеотидов или с числом нуклеотидов, кратным 3 Выпадение одного или нескольких нуклеотидов, не кратных 3 Происходит удлинение полипептидной цепи на одну или несколько аминокислот Синтезируется пептид со случайной последовательностью аминокислот, так как изменяется смысл всех кодонов, следующих за местом мутации Происходит укорочение белка на одну или несколько аминокислот Синтезируется пептид со случайной последовательностью аминокислот, так как изменяется смысл всех кодонов, следующих за местом мутации 93 ОБМЕНАМИНОКИСЛОТ ИСТОЧНИКИИПУТИИСПОЛЬЗОВАНИЯАМИНОКИСЛОТ 80% ΝН 3 Экскреция СО 2 Н 2 О ХАРАКТЕРИСТИКАПРОТЕОЛИТИЧЕСКИХФЕРМЕНТОВ ЖЕЛУДОЧНО-КИШЕЧНОГОТРАКТА Активация протеиназ Место синтеза Место действия рН Профермент Активатор Активный фермент Специфичность действия Слизистая оболочка желудка Полость желудка Пепсиноген НС – медленно Пепсин - быстро Пепсин - Х – Тир – - Х – Фен – - Лей – Глу - Поджелудочная Полость Трипсиноген Энтеропептидаза Трипсин - Арг – Х- - Лиз – Х- Белки пищи ≈100 г/сут Белки тканей ≈ 15 кг Синтез аминокислот Фонд аминокислот г -Кетокислоты ЦТК гормоны Нуклеотиды Биогенные амины Мочевины Глюкоза Гем Карнитин 94 железа тонкой кишки Химотрипсино- ген Проэластаза Прокарбокси- пептидазы А, В Трипсин Трипсин Трипсин Химотрипсин Эластаза Карбоксипептидазы А, В Три – Х – Фен – Х – Тир – Х – - Гли –Ала- Х-NН-СН-СООН │ Тонкая кишка Присте ноч- ный слой 7,0 – 8,0 Аминопептидазы Ди- и трипептидазы N Н-СН-СО-Х- │ R Ди и трипеп- тиды Примечание. Х любая аминокислота. ОБЩИЕПУТИКАТАБОЛИЗМААМИНОКИСЛОТ 1. Декарбоксилирование 2. Дезаминирование 3. Трансаминирование (переаминирование) БИОЛОГИЧЕСКОЕЗНАЧЕНИЕРЕАКЦИЙДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ 1. Реакции необратимы - приводят к необратимому распаду аминокислот. 2. Образуется значительное количество СО - конечного продукта метаболизма, который выводится из организма. 3. Образуются амины, которые обладают высокой биологической активностью - биогенные амины. ДЕКАРБОКСИЛАЗААРОМАТИЧЕСКИХАМИНОКИСЛОТ имеет широкую субстратную специфичность. Превращает несколько разных аминокислота) триптофан - в триптамин б) 5-окситриптофан - в триптамин (серотонин) в) 3,4-диоксифенилаланин - в дофамин г) гистидин - в гистамин 95 БИОЛОГИЧЕСКАЯРОЛЬИПРЕДШЕСТВЕННИКИНЕКОТОРЫХ БИОГЕННЫХАМИНОВ Амино- кислоты Серин Триптофан Тирозин Глутаминовая кислота Гистидин Продукты декарбоксилирования Этаноламин Триптамин Аминомасляная кислота Гистамин Биологически активные вещества Ацетилхолин Серотонин Дофамин ГАМК Гистамин Физиологическая роль Возбуждающий медиатор вегетативной нервной системы Возбуждающий медиатор средних отделов мозга Медиатор среднего отдела мозга Тормозной медиатор высших отделов мозга Медиатор воспаления, аллергических реакций, пищеварительный гормон 96 ИНАКТИВАЦИЯБИОГЕННЫХАМИНОВ В организме имеются механизмы, позволяющие разрушать биогенные амины. МЕХАНИЗМЫИНАКТИВАЦИИ: 1. Метилирование по оксигруппам. 2. Окисление амина по аминогруппе с целью дезаминирования. В результате исчезает биологическая активность амина. ПУТИПРЕВРАЩЕНИЯПРОДУКТОВРЕАКЦИИДЕЗАМИНИРОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ Аммиак Кетокислоты ΝН 3 О=СН-СООН │ R НΝ-СН-СООН │ R Мочевина Аммонийные соли Глюкоза Кетоновые тела Синтез заменимых аминокислот СОН О 97 РЕАКЦИИДЕЗАМИНИРОВАНИЯАМИНОКИСЛОТ Вид реакции Аминокислота Ферменты, коферменты Окислительное дезаминирование Глу Глутаматдегидрогеназа, А+ Сер Сериндегидротаза Тре Треониндегидротаза Неокислительное дезаминирование Гис Гестидаза Непрямое дезаминирование Большинство аминокислот Аминотрансферазы, дегидрогеназы ИСТОЧНИКИИСПОСОБЫОБЕЗВРЕЖИВАНИЯАММИАКАВРАЗНЫХ ТКАНЯХ Биогенные амины Аминокислоты Нуклеотиды ПЕЧЕНЬ МОЗГ МЫШЦЫ, МОЗГ ПОЧКИ И ДРУГИЕ ТКАНИ КИШЕЧНИК ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕАММИАКА. СИНТЕЗМОЧЕВИНЫ (ОРНИТИНОВЫЙЦИКЛ) АММИАК Синтез мочевины ( ≈ 25 г/сут ) Синтез глутамина Образование аланина Образование глутамата Образование аммонийных солей ( ≈ 0,5 г/сут) 98 99 НАСЛЕДСТВЕННЫЕНАРУШЕНИЯОРНИТИНОВОГОЦИКЛАИОСНОВНЫЕИХПРОЯВЛЕНИЯ Метаболиты Заболевание Дефект фермента Тип наследования Клинические проявления кровь моча Лечение Гипераммон иемия типа І Карбамоилфосфат - синтетаза І Аутосомнорецес сивный В течение 24-48 ч после рождения кома, смерть Глн ↑ Ала ↑ Оротат Гемодиализ, малобелковая диета, бензоат, фенилацетат Гипераммоние мия типа ІІ Орнитинкарбамоил- трансфераза Сцепленный с Х-хромосомой Гипотония, снижение толерантности к белкам Глн ↑ Ала ↑ Орот ат Малобелковая диета, фенилацетат, глутамат, цитруллин Цитруллине мия Аргининосукцинат- синтетаза Аутосомнорецес сивный Тяжелая гипераммониемия у новорожденных, у взрослых после белковой нагрузки Цитруллин Цитруллин Малобелковая диета, аргинин, глутамат Аргининосук цинатурия Аргининосукцинат- лиаза Аутосомнорецес сивный Гипераммониемия атаксия, судороги, выпадение волос Аргини носукци нат↑ Аргини носукци нат, Глн, Ала, Лиз Малобелковая диета, аргинин Гипераргини немия Аргиназа Аутосомнорецес сивный Гипераргининемия Арг↑ Арг, Лиз Малобелковая диета 100 КЕТО- ИГЛИКОГЕННЫЕАМИНОКИСЛОТЫ Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат), могут превращаться в итоге в оксалоацетат и использоваться в процессе глюконеогенеза. Эти аминокислоты образуют группу гликогенных аминокислот. Кетогенные аминокислоты – в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат или ацетил-КоА и могут быть источником кетоновых тел. ОБМЕННЕКОТОРЫХАМИНОКИСЛОТ Кроме путей обмена, характерных для большинства аминокислот, существуют и специфические пути превращения почти всех аминокислот, входящих в состав белков. Рассмотрим обмен некоторых аминокислот, специфические пути превращения которых приводят к синтезу физиологически важных продуктов и во многом определяют физиологическое состояние человека. ОСОБЕННОСТИМЕТАБОЛИЗМАФЕНИЛАЛАНИНАИТИРОЗИНАВ РАЗНЫХТКАНЯХ Фенилаланин – незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется бензольное кольцо. Тирозин – условно заменимая аминокислота. Синтезируется только из фенилаланина. Примерно 90% фенилаланина превращается в тирозин. Катаболизм Фен и Тир происходит в печени. 101 Учебное издание Биохимиявтаблицах, схемах, графиках Учебное пособие Составители Сэсэгма Дашиевна Жамсаранова Юлия Алексеевна Капустина Наталья Алексеевна Тыхеева Наталья Батлаевна Болданова Компьютерная верстка Капустина Юлия Алексеевна Свидетельство РПУ–У № 1020300970106 от 08.10.02. Подписано в печать 10.10.09 Формат 60*84 1/16 Усл. печ. л. 6,45 Уч. – изд.л. 4,0 Тираж 100 Заказ № 522 Издательство Бурятского госуниверситета 670000, г Улан-Удэ, ул. Смолина, а БИОХИМИЯ БИОХИМИЯ БИОХИМИЯ БИОХИМИЯ В ТАБЛИЦАХ, СХЕМАХ, В ТАБЛИЦАХ, СХЕМАХ, В ТАБЛИЦАХ, СХЕМАХ, В ТАБЛИЦАХ, СХЕМАХ, ГРАФИКАХ ГРАФИКАХ ГРАФИКАХ ГРАФИКАХ Улан-Удэ 2009 |