Сложные белки. Биле Сложные белки. Классификация. Характеристика отдельных классов. Представители
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
3.Наследственные гемолитические анемии: серповидно-клеточная анемия, талассемия Гемоглобинопатии (ГП) – это наследственные гемолитические анемии, обусловленные нарушением синтеза гемоглобина человека, приводящего либо к появлению в эритроцитах аномальных гемоглобинов, не встречающихся у здоровых людей, либо к нарушению скорости синтеза полипептидных цепей глобина с неизмененной первичной архитектуры молекулы глобина. В эритроцитах здоровых людей содержатся следующие нормальные гемоглобины: · HbA (α2β2) – 92-95% · HbA2 (α2ς2) – 2-3% · HbF (α2γ2) – 1-3% Необычная форма эритроцитов у больных серповидноклеточной анемией обусловлена присутствием в них аномального гемоглобина. Гемоглобин серповидных клеток получил название гемоглобина S, тогда как гемоглобин, содержащийся в эритроцитах нормальных взрослых людей, называется гемоглобином А. При дезоксигенации гемоглобин S становится нерастворимым и образует пучки трубчатых волокон (рис. 8-21), что совершенно несвойственно гемоглобину А, сохраняющему растворимость и после освобождения кислорода. Именно нерастворимые волокна дезоксигемоглобина S приводят к деформации эритроцитов, принимающих серповидную форму. Серповидноклеточная анемия – наследственное заболевание системы крови, характеризующееся генетическим дефектом, в результате которого нарушается образование нормальных цепей гемоглобина в эритроцитах. Образующийся при этом аномальный гемоглобин отличается по своим электрофизиологическим свойствам от гемоглобина здорового человека, в результате чего изменяются и сами эритроциты, приобретая удлиненную форму, под микроскопом напоминающую серп (отсюда и название заболевания). Серповидноклеточная анемия (СКА) является наиболее тяжелой формой наследственных гемоглобинопатий (генетически обусловленных нарушений строения гемоглобина). Серповидные эритроциты быстро разрушаются в организме, а также закупоривают множество сосудов по всему организму, что может стать причиной тяжелых осложнений и даже смерти. Данное заболевание крови широко распространено в странах Африки и является частой причиной смерти лиц негроидной расы. Это связано с широким распространением малярии в данном регионе (инфекционного заболевания, поражающего эритроциты человека). Ввиду миграции населения и смешивания этнических групп сегодня данный вид анемии может встречаться у людей любой расы в самых различных регионах мира. Мужчины и женщины болеют одинаково часто. Талассемии - наследственные заболевания, обусловленные отсутствием или снижением скорости синтеза α- или β-цепей гемоглобина. В результате несбалансированного образования глобиновых цепей образуются тетрамеры гемоглобина, состоящие из одинаковых протомеров. Это приводит к нарушению основной функции гемоглобина - транспорту кислорода к тканям. Нарушение эритропоэза и ускоренный гемолиз эритроцитов и клеток-предшественников при талассемиях приводит к анемии. Билет 4. 2)Флаво- и фосфопротеины. Строение. Представители. Биологическая роль. Флавопротеины содержат прочно связанные с белком простетические группы, представленные изоаллоксазиновыми производными – окисленными флавинмононуклеотидом (ФМН) и флавинадениндинуклеотидом (ФАД). Флавинадениндинуклеотид представляет комплекс из двух нуклеотидов – аденозинмонофосфата и флавинмононуклеотида. Типичными представителями флавопротеинов, содержащих также негемовое железо, являются ксантин- оксидаза, альдегидоксидаза, СДГ, дигидрооротатдегидрогеназа, ацил- КоА-дегидрогеназа и транспортирующий электроны флавопротеин. Флавопротеины входят в состав оксидоредуктаз — ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции в клетке. Фосфопротеины – это белки, в которых присутствует фосфатная группа. Она связывается с пептидной цепью сложноэфирной связью через остатки тирозина, серина и треонина, т.е. тех аминокислот, которые содержат ОН-группу. На одну молекулу белка обычно приходится 2–4 остатка фосфата. К белкам этого класса относятся казеиноген молока, в котором содержание фосфорной кислоты достигает 1%; вителлин, вителлинин и фосвитин, выделенные из желтка куриного яйца; овальбумин, открытый в белке куриного яйца; ихтулин, содержащийся в икре рыб, и др. Следует отметить, что фосфопротеины содержат органически связанный, лабильный фосфат, абсолютно необходимый для выполнения клеткой ряда биологических функций. Кроме того, они являются ценным источником энергетического и пластического материала в процессе эмбриогенеза и дальнейшего постнатального роста и развития организма. Особо следует отметить, что некоторые ключевые ферменты, регулирующие процессы внутриклеточного обмена веществ, также существуют как в фосфорилированной, так и в дефосфорилированной форме. Этим подчеркивается значение фосфорилирования–дефосфорилирования в процессах химической модификации макромолекул, участвующих в интегральных процессах метаболизм. Например, 1) ферменты гликогенсинтаза и гликогенфосфорилаза. 2) гистоны в фосфорилированном состоянии менее прочно связываются с ДНК и активность генома возрастает. 3) Современные методы ДНК-диагностики. Полимеразная цепная реакция. Применение в медицине. Билет 5 1. Структура рибонуклеиновых кислот: первичная, вторичная, третичная структура РНК. Типы РНК: особенности строения, разнообразие молекул, локализация в клетке. Функции Первичная структура РНК - порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов (НМФ) в полинуклеотидной цепи. В РНК, как и в ДНК, нуклеотиды связаны между собой 3',5'-фосфодиэфирными связями. Концы полинуклеотидных цепей РНК неодинаковы. На одном конце находится фосфорилированная ОН-группа 5'-углеродного атома, на другом конце - ОН-группа 3'-углеродного атома рибозы, поэтому концы называют 5'- и 3'-концами цепи РНК. Гидроксильная группа у 2'-углеродного атома рибозы делает молекулу РНК нестабильной. Так, в слабощелочной среде молекулы РНК гидролизуются даже при нормальной температуре, тогда как структура цепи ДНК не изменяется. Вторичная структура РНК Молекула рибонуклеиновой кислоты построена из одной полинуклеотидной цепи. Отдельные участки цепи РНК образуют спирализованные петли - "шпильки", за счёт водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями A-U и G-C. Участки цепи РНК в таких спиральных структурах антипараллельны, но не всегда полностью комплементарны, в них встречаются неспаренные нуклеотидные остатки или даже одноцепочечные петли, не вписывающиеся в двойную спираль. Наличие спирализованных участков характерно для всех типов РНК. Третичная структура Одноцепочечные РНК характеризуются компактной и упорядоченной третичной структурой, возникающей путём взаимодействия спирализованных элементов вторичной структуры. Так, возможно образование дополнительных водородных связей между нуклеотидными остатками, достаточно удалёнными друг от друга, или связей между ОН-группами остатков рибозы и основаниями. Третичная структура РНК стабилизирована ионами двухвалентных металлов, например ионами Mg2+, связывающимися не только с фосфатными группами, но и с основаниями. Основные типы РНК В цитоплазме клеток присутствуют 3 типа рибонуклеиновых кислот - транспортные РНК (тРНК), матричные РНК (мРНК) и рибосомальные РНК (рРНК). Они различаются по первичной структуре, молекулярной массе, конфор-мации, продолжительности жизни и, самое главное, по функциональной активности. Транспортные РНК (тРНК) Пространственную структуру любых тРНК, независимо от различий в последовательности нуклеотидов, описывают универсальной моделью "клеверного листа". В каждой молекуле тРНК есть участки цепи, не участвующие в образовании водородных связей между нуклеотидными остатками. К ним, в частности, относят участок, ответственный за связывание с аминокислотой на 3'-конце молекулы и антикодон - специфический триплет нуклеотидов, взаимодействующий комплементарно с кодоном мРНК. В состав нуклеотидов тРНК входят минорные основания (в среднем 10-12 оснований на молекулу). Они представлены метилированными основаниями, изомерами и аналогами пиримидинов Минорные основания выполняют 2 функции: они делают тРНК устойчивыми к действию нуклеаз цитоплазмы и поддерживают определённую третичную структуру молекулы, так как не могут участвовать в образовании комплементарных пар, и препятствуют спирализации определённых участков в полинуклеотидной последовательности тРНК. Локализуются, тРНК в цитоплазме клетки. Матричные РНК (мРНК) Первичная структура всех мРНК, независимо от уникальности их кодирующей последовательности, имеет одинаковое строение 5'- и З'-концов. Так, на 5'- конце присутствует модифицированный нуклеотид 7-метилгуанозин-5'-трифосфат (кэп). Несколько десятков нуклеотидов отделяют кэп от инициирующего кодона, обычно это триплет -AUG-. За кодирующим участком следует один из терминирующих кодонов -UGA-, -UUA-, -UAG-. На 3'-конце большинства мРНК присутствует последовательность нуклеотидов из 100-200 аденозинмонофосфатных остатков. Функция-перенос информации к месту синтеза белка, передает в цитоплазму генетическую информацию от ДНК находящейся в ядре. Локализация- в цитоплазме. Также встречаются полирибосомы – образования, состоящие из вытянутой молекулы мРНК, окруженной глобулярными белками, на которую нанизаны рибосомы. Рибосомальные РНК (рРНК) Рибосомальные РНК имеют многочисленные спирализованные участки. Различают рРНК - 5S, 5,8S, 28S и 18S (S - коэффициент седиментации). Рибосомальные РНК содержат несколько модифицированных нуклеотидов, чаще всего это метилированные производные азотистых оснований или рибозы (2'-метилрибоза). рРНК образуют комплексы с белками, которые называют рибосомами. Каждая рибосома состоит из двух субъединиц - малой (40S) и большой (60S). Субъединицы рибосом различаются не только набором рРНК, но и количеством и структурой белков. Функция- структурная составляющая рибосомы. Локализация- в рибосомах. 2. Гликопротеины. Строение. Представители. Биологическая роль. Выделяют два подкласса белков, содержащих углеводы: протеогликаны и гликопротеины
Для собственно гликопротеинов характерно низкое содержание углеводов. Они присоединены либо N-гликозидной связью к амидному азоту аспарагина, либо О гликозидной связью к гидроксигруппе остатка серина, треонина, гидрооксилизина. Углевод имеет нерегулярное строение и содержит маннозу, галактозу, глюкозу, их аминопроизводные, N-ацетилнейраминовую кислоту. Углеводный компонент никогда не участвует в главной функции белка, т.е. не входит в состав каталитического центра или зоны связывания ферментов, активные участки регуляторных белков и т.п. Функции гликопротеинов 1. Структурная – клеточная стенка бактерий, костный матрикс. 2. Защитная- антитела, интерферон факторы свертывания крови – протромбин, фибриноген 3. Транспорт веществ в крови и через мембраны – трансферрин, транскортин, альбумин, Na+,К+-АТФаза 4. Гормональная – гонадотропин, адренокортикотропный гормон, тиреотропин. 5. Ферментативная – холинэстераза, нуклеаза. 6. Рецепторная – присоединение эффектора приводит к изменению конформации белка-рецептора, что вызывает внутриклеточный ответ. К гликопротеинам относятся тиреотропный и адренокортикотропный гормоны, трансферрин, коллаген, эластин, фибриноген, многие рецепторы являются гликопротеинами. В составе гликопротеинов обнаруживают N-ацетилгексозамины, гексозы, пентозы, сиаловые кислоты 3. Перспективы молекул-генетические диагностики и ДНК-технологии при лечении различных заболеваний. ДНК-диагностика – совокупность методов по выявлению изменений в структуре генома с целью диагностики наследственных заболеваний. Изучает непосредственную причину заболевания. Это наиболее адекватная и тонкая диагностика. Возможна даже в тех случаях, когда неизвестен ген, ответственный за заболевание. Виды ДНК-диагностики ПОДТВЕРЖДАЮЩАЯ: биохимическая картина не ясна, никакая биохимия не позволяет выяснить гетерозиготное носительство. Врач сомневается в диагнозе. Эта диагностика ничего не может исключить, а только подтвердить. ПРЕСИМПТОМАТИЧЕСКАЯ: заболевания Хорея Гентингтона, болезнь Альцгеймера. Данные анализа отдаются только врачу, так как возможен суицид. Хорея Гентингтона - болезнь экспансии. Пренатальная диагностика с 1992 г. позволила уменьшить число суицидов. ДИАГНОСТИКА НОСИТЕЛЬСТВА, сцепленного с Х–хромосомой (гемофилия, миодистрофия Дюшенна). Если женщина – носитель, то все мальчики будут больны, а девочки здоровы. ПРЕНАТАЛЬНАЯ: прогноз потомства, т.к для большинства наследственных болезней лечения не существует. Материал – ворсинки Хориона, хориоцентез на 9-12 неделе беременности. Если хориоцентез не успели, то берется кордоцентез (до 22 недель, после 22 недели нельзя). Типы ДНК-диагностики Прямая- Определение мутации в гене, являющейся непосредственной причиной заболевания Косвенная- Определение хромосомы,несущей поврежденный ген при семейном анализ + 100%-ная точность; + возможна при сомнительном диагнозе; + возможна при полилокусных заболеваниях; + возможна беспробандная диагностика; - необходимо знание структуры гена; - информативна не для всех семей. Прямая ДНК-диагностика предполагает непосредственное выявление мутации в исследуемом гене. Методические подходы, используемые при прямой ДНК-диагностике того или иного наследственного заболевания, зависят от характера мутаций и молекулярной организации соответствующего гена. Билет 8 2 вопрос ОСОБЕННОСТИ СТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОЛИГОМЕРНЫХ БЕЛКОВ НА ПРИМЕРЕ ГЕМОГЛОБИНА Олигомерные белки проявляют свойства, отсутствующие у мономерных белков. Влияние четвертичной структуры на функциональные свойства белка можно рассмотреть, сравнивая строение и функции двух родственных гемсодержащих белков: миоглобина и гемоглобина. Оба белка имеют общее эволюционное происхождение, сходную конформацию отдельных полипептидных цепей и сходную функцию (участвуют в транспорте кислорода), но миоглобин - мономерный белок, а гемоглобин - тетрамер. Наличие четвертичной структуры у гемоглобина придаёт этому белку свойства, отсутствующие у миоглобина. А. Структура и функции миоглобина Миоглобин относят к классу гемсодержащих белков, т.е. он содержит простетическую группу - гем, довольно прочно связанную с белковой частью. Миоглобин относят к глобулярным белкам; он имеет только одну полипептидную цепь. 1. Клеточная локализация и функция Миоглобин содержится в красных мышцах и участвует в запасании кислорода. В условиях интенсивной мышечной работы, когда парциальное давление кислорода в ткани падает, О2 освобождается из комплекса с миоглобином и используется в митохондриях клеток для получения необходимой для работы мышц энергии. 2. Строение миоглобина Миоглобин содержит небелковую часть (гем) и белковую часть (апомиоглобин). · Гем - молекула, имеющая структуру циклического тетрапиррола, где 4 пиррольных кольца соединены метиленовыми мостиками и содержат 4 метальные, 2 винильные и 2 пропионатные боковые цепи. Эта органическая часть тема называется протопорфирином. Возможны 15 вариантов расположения боковых цепей, но в составе гемопротеинов присутствует только один изомер, называемый протопорфирин IX. В теме 4 атома азота пиррольных колец протопорфирина IX связаны четырьмя координационными связями с Fe2+, находящимся в центре молекулы (рис. 1-29). · Апомиоглобин - белковая часть миоглобина; первичная структура представлена последовательностью из 153 аминокислот, которые во вторичной структуре уложены в 8 α-спиралей. α-Спирали обозначают латинскими буквами от А до Н, начиная с N-конца полипептидной цепи, и содержат от 7 до 23 аминокислот. Для обозначения индивидуальных аминокислот в первичной структуре апомиоглобина используют либо написание их порядкового номера от N-конца (например, Гис64, Фен138), либо букву α-спирали и порядковый номер данной аминокислоты в этой спирали, начиная с N-конца (например, Гис F8). · Третичная структура имеет вид компактной глобулы (внутри практически нет свободного места), образованной за счёт петель и поворотов в области неспирализованных участков белка. Внутренняя часть молекулы почти целиком состоит из гидрофобных радикалов, за исключением двух остатков Гис, располагающихся в активном центре. Структура и функции гемоглобина Гемоглобины - родственные белки, находящиеся в эритроцитах человека и позвоночных животных. Эти белки выполняют 2 важные функции: · перенос О2 из лёгких к периферическим тканям; · участие в переносе СО2 и протонов из периферических тканей в лёгкие для последующего выведения из организма. Кровь ежедневно должна переносить из лёгких в ткани около 600 л ,О2. Так как О2 плохо растворим в воде, то практически весь кислород в крови связан с гемоглобином эритроцитов. От способности гемоглобина насыщаться О2 в лёгких и относительно легко отдавать его в капиллярах тканей зависят количество получаемого тканями О2 и интенсивность метаболизма. С другой стороны, О2 - сильный окислитель, избыток поступления О2 в ткани может привести к повреждению молекул и нарушению структуры и функций клеток. Поэтому важнейшая характеристика гемоглобина - его способность регулировать сродство к О2 в зависимости от тканевых условий. Гемоглобины, так же как миоглобин, относят к гемопротеинам, но они имеют четвертичную структуру (состоят из 4 полипептидных цепей), благодаря которой возникает возможность регуляции их функций. |