Сложные белки. Биле Сложные белки. Классификация. Характеристика отдельных классов. Представители
 Скачать 1.95 Mb.
|
|
3 вопрос Перспективы молекулярно-генетической диагностики Настоящие чудеса исследования ДНК и РНК творят и в области оценки спортивных перспектив. Например, родители малышей могут узнать о том, какой вид занятий принесет ребенку наибольшую пользу для здоровья или позволит достичь спортивных результатов. В перспективе будет возможно говорить о «генетическом паспорте новорожденных», то есть о том, что уже вскоре после рождений с помощью автоматизированной системы удастся проанализировать весь спектор наиболее распространенных заболеваний как моногенных, так и мультифакториальных Сейчас развитие методов генетического анализа идет по пути совершенствования анализа сцепления. Большие надежды возлагаются на многоточечное картирование и на новые подходы, объединяющие параметрический и непараметрический методы, сегрегационный и рекомбинационный анализ. Таким образом, несмотря на большой прогресс генетического анализа, мы еще весьма далеки от того, чтобы довести анализ комплексных признаков до автоматизма, который в свое время обеспечил прорыв в картировании и идентификации генов, ответственных за развитие менделевских признаков. К сожалению, ощущается явная нехватка специалистов в этой области, поскольку в мире насчитывается от силы два десятка лабораторий, где все эти годы продолжались разработки методов генетического анализа. Наш сектор является единственным в России центром, где ведутся такие исследования. Очевидно, что будущее за: ( увеличением разнообразия диагностических наборов; ( упрощением и автоматизацией процессов пробоподготовки; автоматизацией обсчета и анализа полученных данных 9 Билет 1 вопрос Строение гемоглобина локализация биологические функции виды гемоглобина … Строение гемоглобина. В молекуле гемоглобина белковый компонент представлен белком глобином, небелковый компонент – гем. Глобин состоит из 4 субъединиц 2 и 2. Каждая -цепь содержит по 141 аминокислотному остатку, а - по 146. Внутри каждой субъединицы имеется гидрофобный «карман», в котором располагается гем. Гем представляет собой плоскую молекулу, содержащую 4 пиррольных цикла и соединенный с ними атом железа: Гем соединяется с белковой частью (глобином) гидрофобными связями между пиррольными циклами и гидрофобными радикалами аминокислот. Между атомом железа и имидазольным кольцом одного из остатков гистидина в глобине имеется координационная связь. За счет еще одной координационной связи к атому железа может присоединяться молекула кислорода с образованием оксигемоглобина. Пиррольные кольца гема расположены в одной плоскости, а атом железа выступает из этой плоскости. Присоединение кислорода «выпрямляет» молекулу гема: железо перемещается в плоскость пиррольных колец и это вызывает изменение конформации белка. В молекуле гемоглобина имеется 4 протомера, каждый из которых содержит гем и может присоединять кислород. Присоединение первой молекулы кислорода изменяет конформацию протомера. Изменение конформации одного протомера изменяет конформацию остальных протомеров. Изменение конформации протомеров облегчает присоединение остальных молекул кислорода. Это явление называется кооперативным действием. Сродство гемоглобина к четвертой молекуле О2 примерно в 300 раз больше, чем к первой. Функция гемоглобина. Состоит в связывании и переносе кислорода от легких к тканям. Гемоглобин, связанный кислородом, называется оксигемоглобином. Производные гемоглобина. Молекула гемоглобина имеет большое сродство к оксиду углерода (II) СО. Это карбоксигемоглобин. Сродство СО к гемоглобину примерно в 300 раз выше, чем к кислороду. Это свидетельствует о высокой токсичности угарного газа, поэтому при отравлении СО необходимо, пострадавшего вынести на воздух, чтобы увеличить поступление кислорода. Гемоглобин связывает также СО2 с образованием карбгемоглобина. Типы гемоглобинов. Различают физиологические и аномальные гемоглобины. Физиологические гемоглобины образуются на разных этапах нормального развития организма, а аномальные – вседствие нарушений последовательности аминокислот в глобине. Физиологические типы гемоглобина. Примитивный – HbP (относятся гемоглобины, называемые Говер 1 и Говер 2) Фетальный гемоглобин HbF (гемоглобин плода). Гемоглобин взрослых: HbА1, HbА2, HbА3. HbР появляется на ранних стадиях развития эмбриона. Примитивные гемоглобины заменяются на HbF. На поздних стадиях развития плода появляются гемоглобины взрослых – HbА1, HbА2. В крови взрослого человека примерно 95-96% HbА1, 2-3% HbА3, 0,1-0,2% HbF. Гемоглобин А1 содержит по 2 и цепи. Гемоглобин А2 – по 2 и -цепи. Гемоглобин F – по 2 и -цепи. Гемоглобин Говер 1 содержит 4 цепи, Говер 2 – 2 и 2 цепи по мере созревания плода -цепи заменяются -цепями. Аномальные типы гемоглобина в крови человека открыто около 150 типов мутантных гемоглобинов. Аномальные гемоглобины различаются по форме, химическому составу, величине заряда. Выделены аномальные гемоглобины при помощи методов электрофореза и хроматографии. Передающиеся по наследству изменения – результат мутации единственного триплета, который приводит к замене одной аминокислоты на другую (с резко отличающимися свойствами – пример серповидноклеточная анемия 2. Регуляция действия генов. представление об оперонах, обеспечивающих репрессию синтеза белка. Регуляция действия генов В любой клетке различие между ее фенотипом и генотипом определяется механизмами регуляции работы генов, кодирующих структуру полипептидов, белков, рРНК и тРНК. Такие гены называют структурными. Именно регуляцией активности структурных генов объясняется тот факт, что, несмотря на идентичность генотипов клеток многоклеточного организма, они значительно различаются по строению и функции. Переключение синтеза с одних белков на другие лежит в основе всякого развития, будь то репродукция вирусов в зараженных клетках, рост и спорообразование у бактерий, развитие эмбрионов или дифференцировка тканей. На каждом этапе этих процессов синтезируются специфичные белки. Известно несколько типов механизмов, с помощью которых один и тот же набор генов в неодинаковых условиях жизнедеятельности организма и на разных стадиях развития детерминирует синтез белков. Регуляция экспрессии (выражения) генов может осуществляться на нескольких уровнях: генном, транскрипционном, трансляционном и функциональном. Первый из них связан с изменением количества или локализации генов, контролирующих данный признак. Второй определяет, какие и сколько иРНК должны синтезироваться в данный момент. Третий обеспечивает отбор иРНК, транслирующихся на рибосомах. Четвертый связан с аллостерической регуляцией активности ферментов. Наконец, контроль действия генов может осуществляться путем посттрансляционной модификации полипептидов, посттранскрипционной модификации иРНК и другими путями. 5.3.1. Оперон (транскриптон) - совокупность генов, способных включаться и выключаться в зависимости от метаболических потребностей клетки. В состав оперона наряду соструктурными генами (СГ), кодирующими структуру определённых белков, входят участки ДНК, выполняющие регуляторные функции (рисунок 5.4). Группа структурных генов, отвечающих за синтез ферментов одного метаболического пути, находится под контролем гена-оператора (ГО), расположенного рядом. Функция гена-оператора контролируется пространственно удалённым от него геном-регулятором (ГР), который продуцирует белок-репрессор, находящийся в активной либо в неактивной форме. Активный белок-репрессор способен связываться с геном-оператором и тормозить транскрипцию структурных генов, следовательно, подавлять синтез белков. Вещества, вызывающие инактивацию белка-репрессора, являются индукторамисинтеза белка, оказывающие противоположный эффект – корепрессорами. В качестве индукторов могут выступать исходные субстраты метаболических путей, в качестве корепрессоров - конечные продукты этих путей. 5.3.2. Существуют два механизма регуляции синтеза белка – индукция и репрессия. Примером оперона, который регулируется по механизму индукции, является лактозный оперон, в состав которого наряду с геном-оператором входят 3 структурных гена, кодирующие ферменты катаболизма лактозы (см. рисунок 5.4). Лактоза является индуктором данного оперона. При высокой концентрации лактозы в среде ферменты синтезируются, при низкой концентрации – нет. 5.3.3. По механизму репрессии регулируется гистидиновый оперон, содержащий ген-оператор и 10 структурных генов, кодирующих ферменты, необходимые для биосинтеза гистидина (см. рисунок 5.5). Гистидин является корепрессором данного оперона. При высокой концентрации гистидина в среде синтез ферментов прекращается, при отсутствии гистидина они синтезируются. 3. Биологические функции пиримидиновых нуклеотидов. Представители. IMG_256 Свободные нуклеотиды содержатся во всех растительных клетках. Они возникают или в процессе активного синтеза азотистых веществ, или в результате распада нуклеиновых кислот, который может интенсивно происходить при неблагоприятных условиях произрастания, а также при хранении и переработке растительных продуктов. Так, например, при разваривании клубней картофеля образующиеся в результате распада нуклеиновых кислот свободные нуклеотиды оказывают влияние на формирование вкусовых качеств варёного картофеля. По интенсивности образования различных фракций нуклеотидов можно судить о направленности биохимических процессов в организме. Если в клетках и тканях организма повышается содержание трифосфатпроизводных нуклеотидов, то это свидетельствует об активизации его жизнедеятельности, тогда как накопление монофосфатов наблюдается при усилении процессов распада веществ, характерных для стареющего организма 10 билет. 1. Биосинтез белка Трансляция — биосинтез белка на матрице иРНК. Участники трансляции: иРНК, рибосомы, белковые факторы инициации, элонгации и терминации, ГТФ, аминоацил-тРНК. Последовательность нуклеотидов иРНК определяет последовательность включения аминокислот в синтезируемый белок. При этом одну аминокислоту кодирует последовательность из трех нуклеотидов (триплет, кодон). Существует 43 = 64 кодона (3 из них не кодируют аминокислоты — бессмысленные или нонсенс-кодоны). Общий набор кодонов составляет генетический код. Свойства генетического кода: триплетность; специфичность (1 кодон — 1 аминокислота); вырожденность (или избыточность, 61 кодон для 20 аминокис-лот); однонаправленность; неперекрывае-мость; отсутствие знаков препинания; универсальность. Роль тРНК в биосинтезе белка: 1) транспорт аминокислот на рибосомы; 2) адапторная функция, т. е. тРНК является посредником при переводе с языка нуклеиновых кислот (последовательность нуклеотидов) на язык белков (последовательность аминокислот). Адапторная функция осуществляется благодаря наличию в структуре тРНК акцепторного участка для аминокислоты и антикодона для связи с иРНК. Рекогниция — процесс узнавания аминокислотой своей тРНК. Специфичность связывания обеспечивает фермент АРСаза (аминоацил-тРНК-синтетаза), который катализирует 2 реакции: Собственно трансляция проходит в три этапа: инициация, элонгация и терминация. Инициация: иРНК поступает на малую субъединицу рибосомы 5/-концом, к инициирующему кодону (АУГ) присоединяется первая аминоацил-тРНК (мет-тРНК), и комплекс «закрывается» большой субъединицей рибосомы. В образовании инициирующего комплекса (рис. 20.5) участвуют белковые факторы инициации (IF-1, 2, 3) и используется энергия ГТФ. Элонгация: в аминоацильный участок поступает следующая аминоацил-тРНК. Фермент пептидилтрансфераза образует пептидную связь между активированной карбоксильной группой первой аминокислоты и аминогруппой второй аминокислоты (рис. 20.6). Образованный при этом дипептид «зависает» в аминоацильном центре. Затем с помощью транслоказы и энергии ГТФ рибосома перемещается по иРНК на один кодон, аминоацильный участок освобождается, туда поступает новая аминокислота. Терминация наступает тогда, когда в аминоацильном участке оказывается один из терминирующих (нонсенс) кодонов. К таким кодонам присоединяются специальные белки (рилизинг-факторы), которые высвобождают синтезированный пептид и вызывают диссоциацию субъединиц рибосомы. Многие белки синтезируются в неактивном виде (в виде предшественников) и после схождения с рибосом подвергаются постсинтетической модификации. Виды модификации белков: 1. частичный протеолиз (удаление N-концевого мет и сигнального пептида, образование активных форм ферментов и гормонов); 2. объединение протомеров и формирование четвертичной структуры белков; 3. образование внутри- и межцепочечных S–S связей; 4.ковалентное присоединение кофакторов к ферментам (пиридоксальфосфат, биотин); 5. гликозилирование (гормоны, рецепторы); 6. модификация остатков аминокислот: 7. гидроксилирование про и лиз (коллаген); 8. йодирование тир (тиреоидные гормоны); 9. карбоксилирование глу (факторы свертывания крови); 10. фосфорилирование (казеин молока, регуляция активности ферментов); 11. ацетилирование (гистоны); 12. пренилирование (G-белки). Регуляция биосинтеза белка в клетке Синтез белка в клетке можно регулировать на этапе транскрипции, созревания иРНК, транспорта ее из ядра в цитоплазму, изменяя стабильность иРНК, в процессе трансляции и посттрансляционной модификации. Регуляция на самых ранних этапах (на уровне экспрессии генов) является наиболее выгодной и потому широко используется. Примером регуляции экспрессии генов является работаlac-оперона у E. coli.Lac-опе-рон содержит 3 структурных гена ферментов, участвующих в метаболизме лактозы. В отсутствие лактозы оперон заблокирован белком репрессором В присутствии индуктора (лактозы) репрессор меняет свою конформацию и отсоединяется от ДНК. Однако если в этот момент в среде имеется глюкоза (более доступный источник энергии), транскрипция не идет. В том случае, если глюкоза отсутствует, в клетке увеличивается уровень цАМФ (сигнал «голода») и цАМФ в комплексе со специальным белком (catabolite activator protein) связывается с промотором. Только в присутствии этого белка РНК-полимераза может образовать прочную связь с промотором и начать транскрипцию. Белковые факторы, которые способствуют связыванию РНК-полимеразы с промотором, называются факторами транскрипции. Регуляторная часть генов эукариот устроена более сложно. Имеются энхансеры (элементы, усиливающие транскрипцию), сайленсеры (ослабляющие), адапторные элементы. Факторы транскрипции могут связываться с любым из этих элементов, тем самым регулировать функции генов. В качестве индукторов биосинтеза белка на генетическом уровне могут выступать не только субстраты (лактоза для лактазы), но и стероидные гормоны, жирорастворимые витамины, тиреоидные гормоны, ионы металлов и др. Основные компоненты белоксинтезирующей системы Необходимые компоненты Функции 1 . Аминокислоты Субстраты для синтеза белков 2. тРНК тРНК выполняют функцию адаптеров. Они акцепторным концом взаимодействуют с аминокислотами, а антикодоном - с кодоном мРНК. 3. Аминоацил-тРНК синтетазы Каждая аа-тРНК-синтетаза катализирует реакцию специфического связывания одной из 20 аминокислот с соответствующей тРНК 4.мРНК Матрица содержит линейную последовательность кодонов, определяющих первичную структуру белков 5. Рибосомы Рибонуклеопротеиновые субклеточные структуры, являющиеся местом синтеза белков 6. АТФ, ГТФ Источники энергии 7. Белковые факторы инициации, элонгации, терминации Специфические внерибосомные белки, необходимые для процесса трансляции (12 факторов инициации: elF; 2 фактора элонгации: eEFl, eEF2, и факторы терминации: eRF) 8. Ионы магния Кофактор, стабилизирующий структуру рибосом Генетический (биологический или аминокислотный) код - это определенные сочетания нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК. Это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов. Его свойства: Триплетность (1 аминокислота кодируется 3 нуклеотидами) Специфичность (каждому кодону соответствует одна аминокислота) Вырожденность (кодирование одной АК более чем одним триплетом Линейная запись (прочтение кода без знаков препинания) Универсальность (одинакова для всех живых существ) До недавнего времени считалось, что код абсолютно универсален, т.е. смысл кодовых слов одинаков для всех изученных организмов: вирусов, бактерий, растений, земноводных, млекопитающих, включая человека. Однако позднее стало известно одно исключение, оказалось, что митохондриальная мРНК содержит 4 триплета, имеющих другое значение, чем в мРНК ядерного происхождения. Так, в мРНК митохондрий триплет UGA кодирует Три, AUA - Мет, а АСА и AGG прочитываются как дополнительные стоп-кодоны. Билет 11. Вопрос 3: Современные методы ДНК-диагностики. ДНК-диагностика совокупность методов по выявлению изменений в структуре генома с целью диагностики наследственных заболеваний ДНК-диагностика изучает непосредственную причину заболевания. Наиболее адекватная и тонкая диагностика. Возможна в тех случаях, когда неизвестен ген, ответственный за заболевание. Виды ДНК диагностики: подтверждающая, пресимптоматическая, диагностика носительства и пренатальная. Сейчас развиваться методы ДНК-диагностики, позволяющие диагностировать различные формы наследственной патологии человека. 1. Биохимический Сейчас метод является основным в диагностике моногенных болезней, обмена веществ. Объект – биологические жидкости: кровь, моча, пот, амниотическая жидкость, слюна, спинномозговая жидкость. Результат: в материале определяют активность ферментов или содержание продуктов метаболизма. В случаях: 2 уровня исследований: - первичный (Цель: исключить здоровых индивидов из обследования, для него используют 2 вида скриненговых программ: 1) Массовые – применяют для диагностирования фенилкетонурии, гипотериоза, муковисцитоза, галактозимии. 2) Селективные диагностирование прерывны – проверка биохимических показателей, аномалий обмена у пациентов на генные, наследственные болезни. В программах ипользовались простые качественные реакции. На 2 этапе применяют методы тонкослойной хромотографии мочи и крови. Позволяют выявить 140 видов наследственных болезней обмена веществ ( болезни углеводного обмена, патология лизосом, накопления, обмена металлов, аминоацидопатии) Широкое применение нашел биохимический метод в пренатальной диагностике наследственных болезней и пороков развития. 2. Цитогенетический метод – основан на изучении количества и структуры хромосом в норме и при патологии. Объектом являются метафазные хромосомы, которые характеризуются в норме определенными размерами и морфологическими признаками. Все методы можно разделить на: - Прямые – используют хромосомы активно делящихся клеток. Клетки красного костного мозга, хореуна, опухолей. К хореуна получают при брансабдоминальной хореобиографии. Для этого под контролем ультразвука делают прокол. - Непрямые – гены, культивированные на испускаемых питательных средах. Лимфоциты переферической крови, фибробласты крови. С помощью них проводят кареотипирование (определение количества и качества хромосом, определяют пол организма, проводят диагностику геномных мутаций и операций). Можно поставить диагноз с.Дауна, Патау, Эдвардса. 3. Молекулярно-генетические методы: ДНК – диагностики. Позволяют осуществить точную и доклиническую диагностику заболеваний. Их используют для пренатальной диагностики наследственных болезней. ПЦР – один из видов ДНК-диагностики, кот позволяет увеличить число копий детектируемого уч-ка генома с помощью фермента ДНК-полимеразы. Суть метода: многократное копирование в пробирке опред уч-ков ДНК в процессе повторяющихся температурных циклов, где на каждом синтезируемый фрагмент вновь копируется, что упрощает их дальнейший анализ Методика ПЦР: 1. Выделение ДНК из клинического образца: клиническая проба подвергается обработке, что приводит к лизису клеточного материала, удалению белков, полипептидов и др ингибиторов 2. Амплификация специфических фрагментов: накопление нужного количества фрагментов, необходимых для детекции с помощью повторяющихся процессов репликации ДНК. Репликация начинается искусственном прикреплении к ДНК-матрицы небольших уч-ков – праймеров. 3. Детекция продуктов амплификации: разделение продуктов методом горизонтального электрофореза в агарозном теле или с помощью гибридизационных схем детекции. ПЦР используется для диагностики инфекционных, онкологических, генетических заболеваний, идентификации личности, диагностики патогенов в пище. Билет 12. Вопрос 1: Биологические функции пуриновых нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) относятся к сложным высокомолекулярным соединениям, состоят из небольшого числа индивидуальных химических компонентов более простого строения. В молекуле ДНК углевод представлен дезоксирибозой, а в молекуле РНК – рибозой, отсюда их названия: дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК) кислоты. Кроме того, они содержат фосфорную кислоту, по два пуриновых и по два пиримидиновых основания; различия только в пиримидиновых основаниях: в ДНК содержится тимин, а в РНК – урацил. Основу структуры пуриновых и пиримидиновых оснований составляют два ароматических гетероциклических соединения – пиримидин и пурин: пурин пиримидин Молекула пурина состоит из двух конденсированных колец: пиримидина и имидазола. Два пуриновых основания, постоянно встречающихся в гидролизатах нуклеиновых кислот, имеют следующее строение: аденин гуанин Структурными единицами нуклеиновых кислот являются мономерные молекулы – мононуклеотиды. Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полинуклеотиды. Мононуклеотиды легко образуются при гидролизе ДНК и РНК в присутствии нуклеаз, состоят из трех специфических компонентов: азотистого основания, углевода и фосфорной кислоты. В этой «триаде» мононуклеотида углевод занимает среднее положение. Соединения азотистого (любого) основания и углевода (рибозы или дезоксирибозы), получившие название нуклеозидов, легко образуются из мононуклеотида при гидролитическом отщеплении фосфорной кислоты в присутствии щелочи или при участии специфических ферментов – нуклеотидаз. Нуклеозиды содержат пуриновое или пиримидиновое основание, соединенное с углеводом N-гликозидной связью. В составе нуклеиновых кислот обнаруживаются только β-нуклеозиды. Примером могут служить два мононуклеотида: аденозин-5'-монофосфорная кислота (АМФ) и цитидин-5'-монофосфорная кислота (ЦМФ): АМФ Азотистые основания: Пуриновые: Аденин, Гуанин Нуклеозиды (основание + углевод): Аденозин, Гуанозин Мононуклеотиды (нуклеозиды + Н3РО4): Аденозинмонофосфат (адениловая кислота, АМФ) и Гуанозинмонофосфат (гуаниловая кислота, ГМФ) Мононуклеотиды и их производные, а также динуклеотиды присутствуют в клетках в свободном виде и играют важную роль в обмене веществ. В частности, нуклеотидную структуру имеют многие коферменты, включая коферменты оксидоредуктаз. Мононуклеотиды, присоединяя еще один остаток фосфата, образуют фосфоангидридную связь и превращаются в нуклеозиддифосфаты (соответственно они обозначаются сокращенно АДФ, ГДФ, УДФ, ЦДФ и ТДФ). Последние, присоединяя еще один остаток фосфата, образуют нуклеозидтрифосфаты (соответственно обозначаются АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ и ТТФ). Но только свободные нуклеозидтрифосфаты в клетках являются предшественниками ферментативного синтеза ДНК и РНК. Однако в клетках имеются свободные, также природные нуклеозидтрифосфаты, не принимающие участия в синтезе белка, но выполняющие жизненно важные функции. В частности, одной из важнейших функций нуклеозидтрифосфатов и особенно АТФ является их участие в биоэнергетике всех живых организмов. В медицинской практике, в частности в онкологии, нашли широкое применение синтетические аналоги как азотистых оснований, так нуклеозидов и нуклеотидов. Эти аналоги, имеющие небольшие модификации в структуре основания или углевода, встраиваясь в соответствующие клеточные компоненты, оказывают заметный цитотоксический эффект. К наиболее распространенным лекарственным препаратам – аналогам пуриновых и пиримидиновых оснований (и соответствующим нуклеотидам) относятся 5-фторурацил, 6-тио- и 6-меркаптопурин, 8-азагуанин, 6-азауридин и 6-азацитидин, а также 5-йодпроизводное дезоксиуридина. Билет 12. Вопрос 3: Наследственные гемоглобинопатии. Гемоглобинопатии – болезни гемоглобинов, причинами которых являются наследственные изменения структуры цепей нормального гемоглобина. Пример: Серповидно-клеточная анемия. Распространена в Африке, Южной Америке, Юго-Восточной Азии. Эритроциты в условиях низкого парциального давления, после отдачи кислорода в тканях, превращаются в плохорастворимую дезоксиформу и начинают выпадать в осадок в виде веретенообразных кристаллов (тактоиды). Они повреждают, деформируют эритроциты, кот принимают серповидную форму (гемоглобин S). Такие изменения сопровождаются массовым гемолизом. Причиной заболевания является замена глутаминовой амк на амк валин в бета-цепях. Молекулярно-генетические методы: ДНК – диагностики. Позволяют осуществить точную и доклиническую диагностику заболеваний. Их используют для пренатальной диагностики наследственных болезней. Талассемии – болезни гемоглобинов, причинами кот явл наследственные нарушения синтеза нормальных цепей гемоглобина. Если угнетается синтез бета-цепей говорят о бета- талассемии, при дефектах альфа-цепей – о альфа талассемиях. В первом случае болезни хар-ся изменением соотношений в различных типах гемоглобина: в крови обнаруживается 15% HbA2 от 15 до 60% HbF, что проявляется гиперплазией, разрушением костного мозга, деформации черепа, поражению печени и селезенки, гемолитической анемией. Эритроциты при этом имеют мишеневидную форму. Билет 14 1. Биологический код и его свойства. Основные компоненты белоксинтезирующей системы Генетический (биологический) код – это способ кодирования информации о строении белков в виде нуклеотидной последовательности. Он предназначен для перевода четырехзначного языка нуклеотидов (А, Г, У, Ц) в двадцатизначный язык аминокислот. Он обладает характерными особенностями: Триплетность – три нуклеотида формируют кодон, кодирующий аминокислоту. Всего насчитывают 61 смысловой кодон. Специфичность (или однозначность) – каждому кодону соответствует только одна аминокислота. Вырожденность – одной аминокислоте может соответствовать несколько кодонов. Универсальность – биологический код одинаков для всех видов организмов на Земле (однако в митохондриях млекопитающих есть исключения). Колинеарность – последовательность кодонов соответствует последовательности аминокислот в кодируемом белке. Неперекрываемость – триплеты не накладываются друг на друга, располагаясь рядом. Отсутствие знаков препинания – между триплетами нет дополнительных нуклеотидов или каких-либо иных сигналов. Однонаправленность – при синтезе белка считывание кодонов идет последовательно, без пропусков или возвратов назад Основные компоненты белоксинтезирующей системы Аминокислоты Все 20 аминокислот, входящих в структуру белков организма человека, должны присутствовать в достаточном количестве. Это требование прежде всего относится к незаменимым (т.е. не синтезирующимся в организме) аминокислотам, так как недостаточное снабжение клетки хотя бы одной незаменимой аминокислотой приводит к снижению, а иногда и полной остановке синтеза белка на кодоне, требующем включения этой аминокислоты в белок. мРНК. Содержит информацию о структуре синтезируемого белка и используется в качестве матрицы. тРНК. У человека около 50 различных тРНК обеспечивают включение аминокислот в белок. тРНК называют " адапторные молекулы", так как к акцепторному концу этих молекул может быть присоединена определённая аминокислота, а с помощью антикодона они узнают специфический кодон на мРНК. В процессе синтеза белка на рибосоме связывание антикодонов тРНК с кодонами мРНК происходит по принципу комплементарности и антипараллельности.Однако оказалось, что число тРНК для каждой аминокислоты не совпадает с числом кодирующих её кодонов в мРНК, и, следовательно, некоторые тРНК способны связываться больше чем с одним кодоном. Аминоацил-тРНК синтетазы (аминоацил-тРНК лигазы) В цитозоле клеток 20 различных аминокислот присоединяются α-карбоксильной группой к 3'-гидроксильному акцепторному концу соответствующих тРНК с образованием сложноэфирной связи. Эти реакции катализирует семейство ферментов, носящее название аминоацил-тРНК синтетаз (аа-тРНК-синтетаз). Каждый член этого семейства узнаёт только одну определённую аминокислоту и те тРНК, которые способны связываться с этой аминокислотой. Из этого следует, что в группу тРНК синтетаз входит 20 различных ферментов. Они осуществляют активацию аминокислот в 2 стадии: на первой стадии аминокислота присоединяется к ферменту и реагирует с АТФ с образованием богатого энергией промежуточного соединения - аминоацил-АМФ. На второй стадии аминоацильный остаток аминоациладенилата, оставаясь связанным с ферментом, взаимодействует с молекулой соответствующей тРНК с образованием аминоацил-тРНК. Рибосомы Рибосомы представляют собой рибонуклео-протеиновые образования - своеобразные "фабрики", на которых идёт сборка аминокислот в белки. Эукариотические рибосомы имеют константу седиментации 80S и состоят из 40S (малой) и 60S (большой) субъединиц. Каждая субъединица включает рРНК и белки. В 40S субъединицу входит рРНК с константой седиментации 18S и около 30-40 белков. В 60S субъединице обнаружено 3 вида рРНК: 5S, 5,8S и 28S и около 50 различных белков. Белки входят в состав субъединиц рибосомы в количестве одной копии и выполняют структурную функцию, обеспечивая взаимодействие между мРНК и тРНК, связанными с аминокислотой или пептидом. В рибосоме есть 2 центра для присоединения молекул тРНК: аминоацильный (А) и пептидильный (Р) центры, в образовании которых участвуют обе субъединицы. Вместе центры А и Р включают участок мРНК, равный 2 кодонам. В ходе трансляции центр А связывает аа-тРНК, строение которой определяет кодон, находящийся в области этого центра. В структуре этого кодона зашифрована природа аминокислоты, которая будет включена в растущую полипептидную цепь. Центр Р занимает пептидил-тРНК, т.е. тРНК, связанная с пептидной цепочкой, которая уже синтезирована. Белковые факторы В каждой стадии белкового синтеза на рибосоме: инициации, элонгации и терминации участвует разный набор внерибосомных белковых факторов. Эти белки связываются с рибосомой или её субъединицами на определённых стадиях процесса и стабилизируют или облегчают функционирование белоксинтезирующей машины. АТФ и ГТФ как источники энергии На включение одной аминокислоты в растущую полипептидную цепь клетка затрачивает 4 макроэргические связи: 2 из АТФ в ходе реакции, катализируемой аа-тРНК синтетазой (в процессе активации аминокислот АТФ расщепляется на АМФ и пирофосфат), и 2 молекулы ГТФ: одна используется на связывание аа-тРНК в А-центре рибосомы, а вторая затрачивается на стадию транслокации. К этому следует добавить использование ещё двух мак-роэргических связей молекул: АТФ и ГТФ на инициацию и терминацию синтеза полипептидной цепи. 2. Фосфопротеины Простетической группой фосфопротеинов является ортофосфорная кислота. Остатки фосфорной кислоты присоединяются к молекуле белка сложноэфирными связями по месту гидроксильных групп оксиаминокислот – серина и треонина. Чаще всего в фосфопротеинах преобладает именно соединения фосфорной кислоты с серином. В фосфопротеинах выявлены пирофосфатные и фосфодиэфирные остатки, наличие которых указывает на то, что пептидные цепи могут быть соединены не только дисульфидными мостиками,но и остатками фосфорной кислоты. С биологической точки зрения фосфопротеины являются питательными веществами необходимыми для растущего организма. Прежде всего фосфопротеины вместе с необходимым пулом аминокислот участвуют в формирование скелета. Типичными представителями этих сложных белков являются казеины, существующие в нескольких формах и различающиеся между собой по содержанию фосфата и аминокислотным составом. Несколько различных фосфопротеинов найдено среди белков яиц: овальбумин – фосфопротеин яичного белка, вителленин и фосвитин, выделенные из яичного желтка. Ихтулин, обнаруженный в икре рыб, играет немаловажную роль в развитии эмбриона рыб. Пепсин, являясь протеолитическим ферментом, относится к фосфопротеинам и содержит одну молекулу фосфорной кислоты на одну молекулу этого белка. Фосфатная группа присоединяется к радикалу серина, находящемуся в пептидной цепи рядом с глутаминовой кислотой. Фосфопротеинами являются также ферменты фосфоглюкомутаза и фосфорилаза. 3.Структура рибонуклеиновых кислот (рнк) Первичная структура РНК – порядок чередования рибонуклеозидмонофосфатов 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. 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 РНК 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, конформации, продолжительности жизни и по функциональной активности. Транспортные РНК (тРНК). Пространственную структуру любых тРНК, независимо от различий в последовательности нук-леотидов, 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 нук-леаз 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. 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. 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. |