Обмен серусодержащих аминокислот: метионина и цистеина.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ.

Номер 1. Пищевые белки как источник аминокислот. Полноценные и неполноценные белки. Нормы белкового питания. Азотистый баланс и азотистое равновесие.

ОТВЕТ: Для нормального питания необходимы незаменимые а.к. содержащиеся в белках. Белки - высокомолекулярные органические соединения, состоящие из остатков более чем 100 АК. Белки имеют 3 - 4 уровня организации: 1. Первичная структура 2. Вторичная структура 3. Третичная структура 4. Четвертичная структура. Разрушение первичной структуры белка называется гидролиз, идет в кислой и щелочной среде и с участием ферментов пептидаз (класс гидролаз).Разрушение вторичной, третичной и четвертичной структур называется денатурацией. Денатурация бывает обратимой, когда разрушаются слабые связи (водородные, ионные, гидрофобные) и необратимой, когда разрушаются прочные связи (ковалентные).Питательная ценность белка зависит от его аминокислотного состава и способности усваиваться организмом. Полноценным белком, считается тот, который полностью усваивается организмом и содержит все необходимые, в первую очередь незаменимые, АК в пропорции близкой к тканям человеческого организма. Неполноценным белком является растительные белок, он полностью не перевариваются. Минимум белков зв сутки: 100—120 г. Азотистый баланс - разница между количеством азота, поступающего с пищей, и количеством выделяемого азота. Нулевой азотистый баланс существует, когда количество выделяемого азота равно количеству поступающего в организм. Он характерен для здорового человека при нормальном питании. Положительный азотистый баланс существует, когда из организма выделяется меньше азота, чем поступает. Характерен для детей, беременных, пациентов, выздоравливающих после тяжёлых болезней, а также при опухолевом росте. Отрицательный азотистый баланс существует, когда из организма выделяется больше азота, чем поступает. Наблюдают при старении, голодании, безбелковой диете, во время тяжёлых заболеваний, ожогах и травмах. При длительном голодании организм теряет в сутки около 4г азота при катаболизме 25 г белка.

 

Номер 2. Белковая недостаточность: причины возникновения, механизмы развития проявления. Порочный метаболический круг.

ОТВЕТ: Безбелковое питание вызывает серьёзные нарушения обмена веществ и неизбежно заканчивается гибелью организма. Дефицит одной незаменимой АК ведёт к неполному усвоению других АК и сопровождается развитием отрицательного азотистого баланса, истощением, остановкой роста и нарушениями функций нервной системы. Возникает заболевание «квашиоркор». Поступление в организм недостаточного количества белка приводит к нарушению функций кишечника и неэффективному использованию тех небольших количеств белка, которые поступают о пищей (ЛОНП, липопротеиду очень низкой плотности).

 

Номер 3. Переваривание белков. Химический состав желудочного сока. Характеристика протеаз. Механизм и регуляция соляной кислоты. Функции НCl. Кислотность желудочного стока, виды, единицы, измерения.

ОТВЕТ: Переваривание – процесс гидролиза веществ до их ассимилируемых форм. Всасывание – процесс поступления веществ из просвета ЖКТ в кровеносное русло. В пищевых продуктах содержатся в основном белки и пептиды, которые не способны всасываться. Переваривание белков и пептидов в ЖКТ происходит под действием пищеварительных соков, содержащих ферменты протеазы, которые относятся к классу гидролаз. Протеазы гидролизуют пептидных связей в белках и пептидах, их делят на протеиназы (эндопептидазы) и пептидазы (экзопептидазы). Протеиназы (эндопептидазы) катализируют расщепление внутренних пептидных связей в белках и пептидах. Пептидазы (экзопептидазы) отщепляют от молекул белков и пептидов по одной аминокислоте с карбоксильного или аминного конца. Состав желудочного сока

Неорганические вещества	Кол-во	Органические вещества	Кол-во
Свободная НС1	20 ммоль/л, 0,4-0,5% 20-40 ТЕ	Пепсины (8 видов)	0—21 мг%
Связанная НС1	20-30 ТЕ	Ренин (только у грудных детей)
Хлориды	155,1 ммоль/л	Гастриксин
Натрий	31,3-189,3 ммоль/л	Желатиназа
Калий	5,6-35,3 ммоль/л	Липаза
кальций		Муцин
магний		Лизоцим
Азот небелковый	14,3—34,3 ммоль/л	Органические кислоты
Азот мочевины и аммиака	4,99—9,99 ммоль/л
Азот аминокислот	47,6-118,9 мкмоль/л
Сульфаты
фосфаты
бикарбонаты

Процесс синтеза соляной кислоты Ацетилхолин и гастрин взаимодействуют со специфическими рецепторами и запускают внутриклеточный фосфолипазный механизм регуляции активности ферментов. Гистамин через рецепторы запускает аденилатциклазный механизм регуляции внутриклеточных ферментов, стимулируя образование в клетке цАМФ. В результате повышения в клетке перечисленных вторичных посредников (ДАГ, ИТФ, Са++, цАМФ) запускается секреторный механизм париетальных клеток. Это происходит вследствие активации протеинкиназы, которая фосфорилирует, активируя тем самым следующие ферменты: (Гликогенфосфорилазу, Карбоангидразу) и др.В результате усиления катаболизма углеводов и липидов в обкладочных клетках накапливается АТФ, НАДН, ФАДН – компоненты необходимые для образования соляной кислоты. Функции НС1: 1) Денатурация и набухание белков пищи 2) бактери­цидным действием и препятствует попаданию патогенных бактерий в кишечник; 3)Регуляция активности протеолитических ферментов (активирует пепсиноген и со­здаёт оптимум рН для протеолитических ферментов);4)Стимулирует работу кишечника и поджелудочной железы. Кислотность желудочного сока: Кислотность желудочного сока связана с наличием в нем различных неорганических (HCl, кислые фосфаты) и органических (оксо-, окси-, амино-, нуклеиновые, жирные кислоты и т.д.) кислот. В связи с этим выделяют понятие общая кислотность желудочного сока. Основная причина кислотности желудочного сока связана с наличием в нем соляной кислоты. Соляная кислота в желудочном соке находится в свободном и в связанном (с белками и продуктами их переваривания) состоянии.

 

Номер 4 всосавшихся а.к. в организме. Транспорт а.к. через клеточные мембраны. Роль гаммаглутамилтранспептидазы..Всасывание а.к. Пути использоваия

ОТВЕТ: Вса­сывание L-аминокислот (но не D) — активный процесс, в результате которого аминокислоты переносятся через кишечную стенку от слизистой её поверхности в кровь. 2 основных механизма: 1. Симпорт аминокислот с Na⁺. Симпортом с Nа⁺ переносятся аминокислоты из первой и пятой группы, а также метионин.L-аминокислота поступает в энтероцит путём симпорта с ионом Na^+. Далее специфическая транслоказа переносит ами­нокислоту через мембрану в кровь. Обмен ионов натрия меж­ду клетками осуществляется путём первично-активного транс­порта с помощью Na⁺, К⁺-АТФ-азы. 2. γ-Глутамильный цикл. γ-глутамильный цикл переносит некоторые нейтральные аминокислоты (фенилаланин, лейцин) и аминокислоты с катион­ными радикалами (лизин) в кишечнике, почках и, по-ви­димому, мозге. ГГТП катализирует перенос γ-глутамила с глутатиона на аминокислоту или пептид. Повышение активности ГГТП сопровождает все заболевания печени. Принцип метода: γ-глутамилтрансфераза (ГГТ, γ-ГТФ) переносит глутамиловый остаток с γ-L-(+)глутамил-4-нитроанилина на дипептидный акцептор, которым является глицилглицин, служащий одновременно и буфером.

Номер 5 Клинико-диагностическое значение определения активности ГГТП в плазме крови.

ОТВЕТ: Ну что, ГГТП – гамма-глутамил- транс-пептидаза (она же γ – глутамил – трансфераза, она же γ – ГТ).

Участвует в переносе аминокислот. Один из ферментов γ-Глутамильного цикла.

γ-Глутамильный цикл.

γ-глутамильный цикл переносит некоторые нейтральные аминокислоты (фенилаланин, лейцин) и аминокислоты с катион­ными радикалами (лизин) в кишечнике, почках и, по-ви­димому, мозге.

 

В этой системе участвуют 6 ферментов, один из которых находится в клеточной мембране, а остальные — в цитозоле. Мембранно-связанный фермент γ-глутамилтрансфераза (гликопротеин) катализирует перенос γ-глутамильной группы от глутатиона на транспортируемую аминокислоту и последую­щий перенос комплекса в клетку.

 

ГГТП – это внутриклеточный фермент, присутствует во всех клетках, но больше всего его в печени, почках и поджелудочной.

 

Изменение его активности в сыворотке имеет большое диагностическое значение при заболеваниях печени и гепатобилиарного тракта. Этот фермент более чувствителен к нарушениям в клетках печени, чем АЛТ, ACT.

 

Чаще всего определяют активность ГГТП в крови для диагностики гепатита(при гепатите – фермент будет повышен).

 

Также повы­шают ее активность: цитолиз, холестаз, интоксикация алкоголем, опухолевой рост в печени, лекарственная интоксикация.

Причины повышения уровня ГГТ Поражение печени и желчевыводящих путей

Причины снижения уровня ГГТ Гипотиреоз – состояние, при котором снижена функция щитовидной железы.

По крайней мере 5 процессов повы­шают ее активность: цитолиз, холестаз, интоксикация алкоголем, опухолевой рост в печени, лекарственная интоксикация.

Номер 6 . Гниение белков. Превращение аминокислот в процессе гниения.Обезвреживание продуктов гниения в печени.

ОТВЕТ:Гниение - процесс разложения белковых веществ, вызываемый гнилостными бактериями и сапротрофными грибами с образованием дурнопахнущих конечных продуктов - аммиака и первичных аминов.Образовавшиеся аминокислоты подвергаются декарбоксилированию, дезаминированию и трансаминированию.

Разрушение аминокислот при гниении может идти 2 путями: 1) декарбоксилирование; 2) окисление боковой цепи.При декарбоксилировании аминокислот образуются соответствующие амины. В толстом кишечнике обычно декарбоксилируются диаминомонокарбоновые аминокислоты, например, при декарбоксилировании лизина образуется кадаверин. Второй путь гниения – окисление боковой цепи аминокислот. По этому пути гниют в основном циклические аминокислоты – тирозин и триптофан. Так, при окислении боковой цепи тир образуются крезол и фенол, при окислении боковой цепи три образуются индол и скатол. Эти соединения называют кишечными ядами. Они поступают в воротную вену и в печени подвергаются обезвреживанию путем конъюгации с серной или глюкуроновой кислотами, с образование нетоксичных кислот.Они выделяются с мочой.

Номер 7: Метаболизм аминокислот.Трансаминирование. Характеристика аминострансфераз, биологическое значение процесса. Клинико-диагностическое значение определения АсТ и АлТ в сыворотке крови.

ОТВЕТ: Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацемизации.Во всех случаях NH2- группа аминокислоты высвобождается в виде аммиака. Помимо аммиака продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, окикислоты и кетокислоты. Эта реакция заключается в том, что аминокислота и кетокислота обмениваются друг с другом своими функциональными группами при альфа-углеродном атоме. В результате вступившая в реакцию аминокислота превращается в соответствующую альфа-кетокислоту, а кетокислота становится аминокислотой. Реакцию катализируют ферменты аминотрансферазы (трансаминазы) с участием кофермента пиридоксальфосфата (производное витамина В₆). Эта реакция легко обратима. К этой группе ферментов относятся такие важные для клинической лабораторной диагностики ферменты, как АСТ и АЛТ. Определение активности этих ферментов в сыворотке крови имеет важное значение в ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ДИАГНОСТИКЕ таких заболеваний, как ВИРУСНЫЙ ГЕПАТИТ и ИНФАРКТ МИОКАРДА. АЛТ (АЛаТ, аланинаминотрансфераза) – это фермент, который содержится главным образом в клетках печени, почек, мышц, сердца (миокард – сердечная мышца) и поджелудочной железы. При повреждении этих органов большое количество АЛТ выходит из разрушенных клеток, что приводит к повышению уровня АЛТ в крови.
АСТ (АСаТ, аспартатаминотрансфераза) – это фермент, который также содержится в клетках сердца (в миокарде), печени, мышцах, нервных тканях, и в меньшей степени в легких, почках, поджелудочной железе. Повреждения вышеперечисленных органов приводят в повышению уровня АСТ в крови.

ВОПРОС 8: Декарбоксилирование аминокислот. Биогенные амины:гистамин,серотонин,ГАМК,катехоламины,таурин: образование, катаболизм,механизм действия,функции.

ОТВЕТ: В организме человека происходит только окислительное декарбоксилирование. Ферменты - декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом - это активная форма витамина В_6. В реакциях декарбоксилирования участвует альдегидная группа пиридоксальфосфата Аминокислота соединяется с активным центром фермента, в состав которого входит альдегидная группа ПФ. Образуются Шиффовы основания (альдимины и кетимины). В результате СООН-группа становится лабильной и отщепляется в виде СО₂. Далее происходит гидролиз до соответствующего амина. Эта реакция необратима. Отнятие СО₂ происходит без окисления. ГЛУТАМАТДЕКАРБОКСИЛАЗА - высокоспецифичный фермент. Работает в клетках серого вещества головного мозга. Катализирует реакцию превращения глутаминовой кислоты в гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК).ГАМК является медиатором тормозных импульсов в нервной системе. ГАМК и ее аналоги применяются в медицине как нейротропные средства для лечения эпилепсии и других заболеваний. ГИСТИДИНДЕКАРБОКСИЛАЗА.Этот фермент имеет абсолютную субстратную специфичность - превращает гистидин в гистамин.Гистамин является медиатором и содержится в нервных клетках и в тучных клетках. Обладают сильным сосудорасширяющим действием. Особенно много его выделяется в очаге воспаления. Гистамин играет важную роль в проявлении аллергических реакций. Серотонин вырабатывается в нервной ткани. Некоторые виды головных болей (мигрени) связаны с избыточной выработкой серотонина. Серотонин сужает сосуды, регулирует свертывание крови. Обладает антиаллергическим действием.(образ-ся под действие фермента ДЕКАРБОКСИЛАЗА АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ).

ВОПРОС 9: Образование аммиака: дезаминирование аминокислот,виды. Механизм окислительного дезаминирования. Трансдезаминирование,механизм,биологическая роль.

ОТВЕТ:У человека происходит в основном путем окислительного дезаминирования. Эти реакции протекают с помощью двух ферментов:- оксидаза Д-аминокислот и - оксидаза L-аминокислот. Эти ферменты обладают групповой стереоспецифичностью. Оксидазы отнимают протоны и электроны от аминокислот с помощью такого же механизма, как и оксидазы, обеспечивающие дезаминирование биогенных аминов. Эти ферменты являются флавопротеинами и содержат в качестве простетической группы ФАД или ФМН:На первой стадии образуется иминокислота, а затем, после спонтанного гидролиза образуется альфа-кетокислота. Оксидазы аминокислот в клетках организма человека имеют очень низкую активность. Поэтому прямое окислительное дезаминирование аминокислот почти не протекает. глутаминовая кислота работает в паре с альфа-кетоглутаровой: альфа-кетоглутарат принимает у разных аминокислот азот в форме аминогруппы, превращаясь в глутамат; глутамат легко дезаминируется прямым путем высокоактивной глутаматдегидрогеназой с образованием аммиака. Общий итог косвенного дезаминирования такой же, как и результат прямого окислительного дезаминирования.Это вариант дезаминирования, который протекает в две стадии:

а) трансаминирование с участием альфа-кетоглутаровой кислоты;

б) дезаминирование образовавшейся на первой стадии глутаминовой кислоты.

Косвенное дезаминирование является наиболее важным, т.к. именно таким путем дезаминируются большинство аминокислот живого организма. Это обусловлено тем, что фермент глутамат-ДГ более активен, чем оксидазы аминокислот.

Воррос 10 ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА. СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ

(ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ).

ОТВЕТ:Только у рыб аммиак является конечным продуктом распада и выводится из организма. У птиц и рептилий, конечный продукт катаболизма азотсодержащих соединений - мочевая кислота, а не аммиак. У млекопитающих образующийся аммиак превращается в мочевину - это полный амид угольной кислоты:

Образование мочевины происходит в печени в результате орнитинового цикла (открыт Г.Кребсом).

1. В матриксе митохондрий соединяются СО2 и NH3 (при этом расходуются две молекулы АТФ).

Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, в который вступают предварительно синтезированный карбамоил-фосфат и аспартат, а образуются фумарат и мочевина.

Мочевина синтезируется из одной молекулы СО2, одной молекулы NH3 и аминогруппы аспартата. Из фумарата в реакциях ЦТК вновь образуется щавелевоуксусная кислота, которая может вступать в трансаминирование с другими аминокислотами и превращаться в аспартат.

Таким образом, в орнитиновом цикле существуют два сопряженных цикла:

а) образование мочевины; б) регенерация аспартата.

В добавление к лекции по общим путям обмена аминокислот можно сказать, что еще одна, третья по счету функция трансамини рования - это перенос аминогруппы с аминокислот для синтеза мочевины без промежуточного выделения аммиака.

При синтезе мочевины расходуется в сумме 4 молекулы АТФ. Мочевина - это нетоксичное вещество, которое легко выводится из организма с мочой. Накопление мочевины в крови выше нормы происходит только при нарушениях функции почек.

Синтез мочевины происходит только в печени, а аммиак образуется в разных тканях. Значит, должен быть специальный механизм транспорта аммиака в безвредной для организма форме: это МЕХАНИЗМ ВРЕМЕННОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА.

Обеспечивается ферментом глутамин-синтетазой, которая присоединяет с затратой АТФ дополнительную аминогруппу к гамма-карбоксигруппе:

Аминогруппа может также присоединяться и к аспартату - к бета-карбоксигруппе.

Особенно важны реакции временного обезвреживания аммиака в нервной ткани (очень чувствительной к токсическому влиянию аммиака). Со значительной скоростью протекают они и в мышечной ткани.

Образующиеся амиды переносятся в печень, где отдают амидный азот на синтез мочевины. В почках некоторое количество аммиака из амидов может выделяться в свободном виде. Обычно такого аммиака образуется немного, но если в организме - ацидоз - сдвиг рН в кислую сторону, то этот аммиак начинает выделяться с мочой в больших количествах. Аммиак позволяет частично нейтрализовать кислоты, которые из крови при ацидозе попадают в мочу. Таким образом, глутамин и аспарагин являются транспортными формами аммиака и в составе своей молекулы переносят его из разных тканей к печени и к почкам.

В почках некоторое количество аммиака из амидов может выделяться в свободном виде. Обычно такого аммиака образуется немного, но если в организме - ацидоз - сдвиг рН в кислую сторону, то этот аммиак начинает выделяться с мочой в больших количествах. Аммиак позволяет частично нейтрализовать кислоты, которые из крови при ацидозе попадают в мочу. Таким образом, глутамин и аспарагин являются транспортными формами аммиака и в составе своей молекулы переносят его из разных тканей к печени и к почкам.

Синтез креатина.

В синтезе креатина участвуют и другие аминокислоты - аргинин и глицин. В почках из аргинина и глицина образуется гуанидинацетат, который метилируется в печени с участием S-аденозил-метионина и в результате образуется креатин:

 

Гомоцистеин участвует в синтезе амикислот - цистеина (гомоцистеин + серин). Креатин подвергается фосфорилированию с участием АТФ, в результате образуется соединение с макроэргической связью - креатинфосфат. Это обратимая реакция, которая катализируется ферментом креатинфосфокиназой (КФК).

Основные катаболические пути превращения дикарбоновых аминокислот и их амидов могут быть представлены в виде следующих реакций:

 

11 вопрос Гипераммониемия…

Ответ: Гипераммониемия, обусловленная дефицитом N-ацетилглутаматсинтетазы — наследственное заболевание, связанное с дефектом указанного фермента и проявляющееся высоким содержанием ионов аммония в крови.

Дефицит N-ацетилглутаматсинтетазы ведёт к недостаточности утилизации аммиака в форме карбамоилфосфата и нарушению образования мочевины. В патогенезе заболевания основную роль играет гипераммониемия. Избыток аммиака оказывает токсическое действие на ткани, в первую очередь головного мозга, миокарда и печени, а также ингибирует активность ряда ферментов, в частности ферментов глюконеогенеза.

Неонатальная форма характеризуется ранней и острой манифестацией клинических признаков в первые дни жизни: отказ от еды, рвота, респираторные нарушения (тахипноэ), судороги, летаргия, переходящая в коматозное состояние.

Поздняя форма отличается подострым началом болезни. Первые симптомы возникают обычно на 1–2-м году жизни, в некоторых случаях — на фоне интеркуррентного заболевания. Основные признаки: нарушение психомоторного развития, снижение двигательной активности, приступы рвоты, вялость, апатия, сонливость, генерализованная мышечная гипотония, атаксия, иногда увеличение печени, нередко эпизоды коматозных состояний.

12 вопрос Остаточный озот…

Ответ: Остаточный азот крови (небелковый азот крови) — азот веществ, остающихся после удаления белков плазмы крови. Остаточный азот состоит из азота мочевины (50 %), азота аминокислот (25 %), мочевой кислоты (4 %), креатина (5 %), креатинина (2,5 %), эрготианина (8 %), аммиака и индикана (0,5 %); 5 % азота содержится в полипептидах, глутатионе, билирубине и других небелковых соединениях. В норме содержание остаточного азота в сыворотке крови колеблется от 14,3 до 28,6 ммоль/л.

Существует несколько видов азотемии:
1. Внепочечная, она возникает при плохом кровообращении, а почки при этом могут быть абсолютно здоровы.
2. Обтурационная - возникает при закупорке мочевых путей.
3. Продукционная - обусловлена неестественным распадом тканевых белков во всём организме (например, это может быть связано с ожогами, воспалениями)
4. Почечная - при этом виде заболевания полностью нарушена выделительная функция почек.
5. Ретенционная - только частичное выделение азотосодержащих веществ с мочой, это может быть вызвано не только болезнью почек, но и нарушением кровообращения.

Главной причиной возникновения азотемии является почечная недостаточность.

 

Вопрос

Функция

Глутатион участвует в синтезе лейкотриенов и является кофактором фермента глутатионпероксидазы. Он также важен в качестве гидрофильной молекулы, которая присоединяется ферментами печени к гидрофобным токсическим веществам в процессе их биотрансформации с целью выведения из организма (в составе желчи). Как часть глиоксалазной ферментативной системы глутатион участвует в реакции детоксификации метилглиоксаля, токсического побочного продукта метаболизма. Глиоксалаза I (КФ 4.4.1.5) превращает метилглиоксаль и восстановленный глутатион в лактоилглутатион. Глиоксалаза II (КФ 3.1.2.6) гидролизует лактоилглутатион на глутатион и лактат (молочную кислоту).

Репликация

Процесс удвоения хромосом называют репликацией. При репликации каждая цепь родительской двухцепочеч-ной ДНК служит матрицей для синтеза новой комплементарной цепи. Вновь образованная двойная спираль имеет одну исходную (родительскую) и одну вновь синтезированную (дочернюю) цепь. Репликацию можно разделить на 4 этапа: образование репликативной вилки (инициация), синтез новых цепей (элонгация), исключение праймеров, завершение синтеза двух дочерних цепей ДНК (терминация). С понятием сайта инициации репликации тесно связано понятие репликон. Репликон — это участок ДНК, который содержит сайт инициации репликации и реплицируется после начала синтеза ДНК с этого сайта. Молекулярные механизмы, которые контролируют количество актов инициации репликации в каждом сайте за один цикл деления клетки, называются контролем копийности.

Репликация начинается в сайте инициации репликации с расплетания двойной спирали ДНК, при этом формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК. В каждом сайте может формироваться одна или две репликационные вилки в зависимости от того, является ли репликация одно- или двунаправленной. Более распространена двунаправленная репликация. В каждой репликативной вилке идёт одновременно синтез двух новых (дочерних) цепей. Направление синтеза цепи ДНК совпадает с направлением движения репликативной вилки лишь для одной из вновь синтезируемых цепей (лидирующая цепь). На второй матричной цепи синтез дочерней ДНК осуществляется двумя ферментами: ДНК-полимеразой α и ДНК-полимеразой ε в направлении 5'→3', но против движения репликативной вилки. Поэтому вторая цепь синтезируется прерывисто, короткими фрагментами, которые называют "фрагменты Оказаки" (по имени открывшего их исследователя). Дочерняя цепь ДНК, синтез которой происходит фрагментами, называют отстающей цепью. Каждый фрагмент Оказаки, примерно 100 нуклеотидных остатков, содержит праймер. Праймеры удаляет ДНК-полимераза β, постепенно отщепляя с 3'-конца фрагмента по одному ри-бонуклеотиду. К ОН-группе на 3'-конце предыдущего фрагмента ДНК-полимераза β присоединяет дезоксирибонуклеотиды в количестве, равном вырезанному праймеру и таким образом заполняет брешь, возникающую при удалении рибонуклеотидов.

Фермент ДНК-лигаза катализирует образование фосфодиэфирной связи между 3'-ОН-группой дезоксирибозы одного фрагмента цепи ДНК и 5'-фосфатом следующего фрагмента. Реакция протекает с затратой энергии АТФ. Таким образом, из множества фрагментов Оказаки образуется непрерывная цепь ДНК.

В репликационной вилке ДНК копирует крупный белковый комплекс (реплисома), ключевым ферментом которого является ДНК-полимераза. Репликационная вилка движется со скоростью порядка 100 000 пар нуклеотидов в минуту у прокариот и 500—5000 — у эукариот

Терминация.

необходимо удалить праймер это осуществляется фермент экзонуклеаза, которая садится на гибридные участки и разрушает праймер. Образуются бреши, которые нужно достроить это осуществляется либо пол-α, либо пол-β застройка идет от 3’ к 5’ концу. Возникает проблема сшивания сахарафосфатного остова, эта проблема решается при помощи фермента лигазы, которая может образовывать ковалентные связи с затравкой с помощью энергии АТФ. На ДНК одновременно может существовать несколько репликаторов, в которых начинается инициация репликации, тот участок ДНК, на котором заканчивается синтез, называется терминатор. Участок молекулы ДНК между двумя терминаторами, которые содержат автономную репликационную последовательность, называются репликоны. Т.о. одна молекула ДНК может содержать много репликонов. На концевых участках ДНК возникает проблема с застройкой бреши на лидирующей цепи. С каждой репликацией молекула ДНК укорачивается, концевые участки ДНК не содержат гены и, следовательно, не несут генетической информации. Количество клеточных делений ограничено. В организме есть клетки, которые могут делится неограниченное количество раз. Это предшественники половых клеток, стволовые клетки крови, раковые клетки. Оказалось, что в тканях таких клеток в активной форме находятся фермент теломераза. Теломераза способна удлинять 3’ конец матрицы.

Транскрипия

ТРАНСКРИПЦИЯ биосинтез РНК на матрице ДНК;

Это матричный процесс в ходе, которого на матрице одноцепочечной ДНК синтезируется одноцепочечная РНК (для всех клеточных организмов), у вирусов возможны варианты: на матриц РНК синтезируется копия РНК. Существуют единицы транскрипции, которые были названы транскриптонами и которые гораздо короче репликонов. Каждый транскриптон включает в себя 3 участка:Инициатор,Кодирующая область,Терминатор.

 

Ферментом, который обеспечивает процесс транскрипции, является ДНК-зависимая-РНК-полимераза. У проккориот существует один универсальный фермент РНК-полимераза, которая работает на всех транскриптонах. У эукориот существует три варианта полимераз: полимераза 1, полимераза 2, полимераза 3, которые осуществляют различные процессы: полимераза 1 работает на транскрибтонах, которые отвечают за синтез большой рибосомальной РНК; полимераза 2 работает на транскрибтонах, которые отвечают за синтез матричной РНК; полимераза 3 работает на транскрибтонах, которые отвечают за синтез тРНК и малой рибосомальной РНК. Для большой рибосомальной РНК характерен коэффициент 45S, для малой рибосомальной РНК 5S. В настоящее время считается, что у эукориот сначала была одна полимераза 2, а затем из нее за счет модификаций возникли полимераза 1 и полимераза 3. для нормального осуществления транскрипции полимераза должна связываться с определенными белками, которые получили название транскрибирующие факторы. Существует у эукориот по крайне мере несколько транскрибирующих факторов: ТФ1; ТФ2; ТФ3… процесс энергозависим, а как все матричные процессы делится на инициацию, элонгацию и терминацию.

1. инициация начинается с района, который получил название инициатора. Он делится на два отдела:регулятор, промотор. Регулятор необходим для присоединения регуляторных молекул, которые могут активировать или тормозить процесс транскрипции. К промотору в начале транскрипции присоединяется транскрибирующий фактор и только после этого комплекс промотор + Тф опознается РНК-полимераза. Для промотора характерно наличие так называемого ТАТА-бокса. После образования комплекса промотор+ТФ к нему присоединяется РНК-полимераза. Она обладает рядом особенностей:

В качестве субстрата используются рибонуклеазы;

Может сама начинать синтез, построение «затравки» не нужно;

Способна наращивать только 3’ конец, т.е. работать в направлении от 5’ к 3’;

Обладает хеликазной активностью.

 

Присоединение ТФ необходимо для того, чтобы РНК-полимераза могла: опознать промотор, сойти с промотора на кодирующую область. После того как РНК-полимераза сходит на кодирующую область процесс инициации заканчивается. ТФ может остаться в ТАТА-боксе, либо сходит с ТАТА-бокса.

 

2. элонгация заключается в построении молекулы РНК по правилу комплиментарности от 5’ к 3’ концу. Между дезоксирибонуклеотидами и рибонуклеатидами нет полного соответствия, они слабо реагируют друг с другом и не образуют прочных водородных связей, поэтому копия практически сразу же сходит с матрицы. По мере прохождения РНК-полимераза ДНК восстанавливает свою нормальную структуру в виде двойной спирали.

 

3. терминация. Терминатор содержит специальную последовательность нуклеотидов, которые могут связываться с терминирующим фактором. У эукориот таких факторов много, у прокариот ρ-фактор, ξ-фактор. Присоединение терминирующих факторов приводит к образованию шпилек на ДНК и РНК-полимераза не может двигаться дальше. Она сходит с первичного транскриптона, и затем они диссоциирует. Для синтеза молекулы РНК используется только одна цепь ДНК в транскриптоне. Выбор цепи определяется положении промотора. Первичные транскрипты нефункциональны и поэтому подвергаются различным модификациям. В общем виде они получили название процессинг или созревание РНК.

 

ü Вся совокупность ядерных транскриптов РНК-полимеразы II известна как гетерогенная ядерная РНК (гяРНК), поскольку одна из основных характеристик, отличающих эту фракцию ядерных РНК - это чрезвычайно высокая вариабельность размеров входящих в нее транскриптов.

По мере синтеза эти транскрипты ковалентно модифицируются по 5'-концам и 3'-концам таким образом, что они становятся отличными от транскриптов, синтезированных другими РНК-полимеразами. Эти модификации будут позже использованы в цитоплазме как сигналы того, что данные информационные РНК должны быть транслированы в белки.

Теоретический вопрос № 22

Трансляция,понятие.Характеристика наследственного кода.Образование аминоацил-транспортной РНК.Основыные этапы трансляции.Антибиотики-ингибиторы процесса трансляции.Регуляция процесса синтеза белка.

Ответ:

Трансляция — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.Место синтеза: рибосомы Матрица: мРНК.Субстраты: аминокислоты (АК) Адапторы: тРНК.Источники энергии: АТФ, ГТФ.Кофактор: Mg 2+ (стабилизирует структуру рибосом).Факторы инициации (IF), элонгации (EF), терминации (RF) Инициирующая аминоацил-тРНК (аа-тРНК): мет-тРНК,Инициирующий кодон мРНК: AUG,Этапы: инициации, элонгации, терминации,Образуется колинеарный матрице продукт – белок (последовательность АК соответствует последовательности кодонов мРНК)

Биологический код: запись информации о последовательности АК в белке с помощью последовательности нуклеотидов.Его свойства: Триплетность,Наличие терминирующих кодонов (UAA, UAG, UGA),Специфичность,Вырожденность,Универсальность,Однонаправленность,Колинеарность.

Образование аминоацил-транспортной РНК.

Основыные этапы трансляции.

1 этап трансляции: инициация(К мРНК присоединяется малая субъединица рибосомы, фактор инициации IF, мет-тРНК и ГТФ. Когда комплекс свяжется с кодоном AUG, происходит присоединение большой субъединицы рибосомы, что сопровождается гидролизом ГТФ и отделением IF. Формируется полноценная рибосома с пептидильным (Р) и аминоацильным (А) центрами)

2 этап трансляции: элонгация(Связывание аа-тРНК в А-центре при участии фактора элонгации EF1 и с затратой энергии ГТФ.Образование пептидной связи между АК Р-центра и АК А-центра при участии пептидилтрансферазы.Перемещение рибосомы по мРНК (транслокация) в направлении от 5′- к 3′-концу с использованием энергии ГТФ и при участии фактора элонгации EF2.Многократное повторение стадий

3 этап трансляции: терминация(Высвобождение пептида из связи с тРНК и рибосомой:Стоп-кодоны UAA, UAG, UGA попадают в А-центр.Высвобождение полипептида при участии факторов терминации RF1, RF3 и энергии ГТФ.

Регуляция матричных биосинтезов:

1)Экспрессия генов — процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок.Гены белков «домашнего хозяйства» (конститутивные) экспрессируются с постоянной скоростью и обеспечивают жизнеспособность клеток (например, гены ферментов энергетического обмена)

2)Адаптивная регуляция обеспечивает изменение скорости экспрессии генов в ответ на меняющиеся условия среды (индуцибельная экспрессия). Осуществляется при участии:регуляторных белков, взаимодействующих с участками ДНК,индукторов