Регуляция транскрипции. Теория Оперона

 

Оперон — участок ДНК, кодирующий строение од­ного вида белков, содержащий регуляторную зону, конт­ролирующую синтез этих белков.

Регуляция транскрипции м-РНК включает индукцию и репрессию генов.

Оперон состоит из гена-регулятора, гена-промотора, гена-оператора, структурных генов.

Индукция — «включение» процесса транскрипции. Трансляция возможна, если ген-оператор не связан с бел­ком-регулятором. В этом случае РНК-полимераза присо­единяется к гену-промотору и начинает синтез РНК, ком­плементарной структурным генам (м-РНК).

Репрессия — «выключение» транскрипции, когда ген-оператор связан с белком-регулятором и РНК-полимераза не имеет возможности присоединиться к гену-про­мотору.

Сродство белка-регулятора к гену-оператору может меняться при взаимодействии его с эффекторами.

Индукторами транскрипции служат субстраты метаболических путей, репрессорами, как правило, являются конечные продукты метаболических путей.

Роль индукторов и репрессоров могут играть гормо­ны.

В норме содержание общих НК в сыворотке крови взрослого человека составляет 80—100 мкг/мл. Увеличе­ние концентрации НК в сыворотке крови свидетельствует об усилении процессов катаболизма в клетках органов и тканей.

Тема: ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ОБМЕН. Цикл лимонной кислоты - цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), цикл Кребса - конечный общий путь окисления белков, липидов, углеводов.ЦТК - амфиболический цикл.

 

Катаболизм белков, липидов, углеводов осуществля­ется в 3 этапа:

1. Переваривание и всасывание (1% энергии).

2. Межуточный обмен (специфические пути катаболиз­ма) (29% энергии).

3. Общий конечный путь распада — терминальное окис­ление (70% энергии).

Специфические пути включают в себя гликолиз, b-окисление ВЖК, а также дезаминирование, переаминирование и декарбоксилирование аминокислот.

Общий конечный путь распада включает окислитель­ное декарбоксилирование ПВК, цикл Кребса и ЦПЭ.

Окислительное декарбоксилирование ПВК протека­ет аэробно в матриксе митохондрий под влиянием мультиэнзимного комплекса (3 фермента и 5 коферментов, М = 10 млн.) в 4 стадии.

Пируватдегидрогеназный комплекс присоединен к внутренней мембране митохондрий со стороны матрикса. Суммарная реакция:

 

 

 

Цикл лимонной кислоты — ЦТК — цикл Кребса

 

Цикл лимонной кислоты представляет собой серию реакций, протекающих в митохондриях, в ходе которых осуществляется катаболизм ацетильных групп (до 2СО₂) и образование восстановленных эквивалентов (НАДН + Н⁺ и ФАДН₂), являющихся субстратами (донорами электронов) в реакциях дыхательной цепи и тесно связанного с ней аэробного фосфорилирования.

Биохимические функции цикла Кребса:

1. Интегративная — объединяет 3 пути катаболизма бел­ков, углеводов, липидов.
2. Катаболическая — поставляет субстраты для ЦПЭ; образует 2 молекулы СО₂, изоцитрат, a-кетоглутарат, малат, 3НАДН + Н⁺, ФАДН₂.
3. Анаболическая — промежуточные соединения цик­ла лимонной кислоты включаются в следующие про­цессы биосинтеза:

1) глюконеогенез — превращение ПВК и оксалоацетата в глюкозу,

2) синтез ВЖК из ацетил-КоА,

3) синтез заменимых аминокислот реакциями переаминирования a-кетокислот (ОАА, a-кетоглутарата, ПВК),

4) синтез пиримидиновых и пуриновых оснований,

5) синтез порфиринов из сукцинил-КоА,

6) синтез изопреноидов из ацетил-КоА,

7) синтез кетоновых тел из ацетил-КоА.

Центральная роль ацетил-КоА в метаболизме опре­деляется тем, что, являясь продуктом катаболизма угле­водов, липидов и аминокислот, он может быть или полно­стью окислен в цикле лимонной кислоты и дыхательной цепи до СО₂ и Н₂О, или же использован в качестве актив­ного промежуточного соединения для синтеза.

 

Энергетическая роль ЦТК

 

За период каждого цикла образуется 1ГТФ, 3 НАДН + Н⁺ и ФАДН₂, которые генерируют образование 12 моле­кул АТФ (ГТФ — в субстратном фосфорилировании, а вос­становленные эквиваленты — в окислительном фосфори­лировании). ЦТК — амфиболический цикл, так как он создает окисляющиеся продукты и продукты для анабо­лизма.

 

Регуляция цикла Кребса

Лимитирующая реакция всего цикла Кребса — ре­акция синтеза цитрата (фермент цитратсинтаза).

Регуляторные ферменты цикла Кребса:

1. Пируватдегидрогеназа (ингибиторы: АТФ, НАДН + Н⁺, цитрат, ацетил-КоА; активаторы: АДФ, НАД⁺, глюкозо-6-фосфат, Са²⁺, Mg²⁺, HS-KoA, фруктозо - 1,6 - дифосфат).
2. Цитратсинтаза (ингибиторы: АТФ, НАДН⁺ + Н⁺, ВЖК, сукцинил-КоА; активаторы: НАД⁺, АДФ).
3. Изоцитратдегидрогеназа декарбоксилирующая (ин­гибиторы: АТФ, НАДН + Н⁺; активаторы: АДФ, НАД⁺, Мn²⁺).
4. a-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс (ингибито­ры: АТФ, НАДН + Н⁺, активаторы: АДФ, НАД⁺).

Пировиноградная кислота является одним из цент­ральных метаболитов углеводного обмена. Она образует­ся в процессе распада глюкозы и гликогена в тканях, при окислении молочной кислоты, а также в результате пре­вращений ряда аминокислот. При окислительном декарбоксилировании ПВК образуется ацетил-КоА, который вступает в цикл Кребса. Пировиноградная кислота явля­ется одним из основных субстратов глюконеогенеза.