1. Переваривание нуклеиновых кислот и нуклеотидов в желудочно-кишечном тракте.
2. Источники атомов углерода и азота пуринового кольца.
3. Схема биосинтеза АМФ и ГМФ de novo.
4. Резервный путь биосинтеза АМФ, ГМФ. Схема синтеза ИМФ. АМФ, ИМФ, ГМФ.
5. Нарушения обмена пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов в организме человека (подагра)
Если образование мочевой кислоты в организме превышает ее выведение, то развивается состояние называемое гиперурикемия. Когда гиперурикемия принимает хронический характер, говорят о наличии подагры. В крови мочевая кислота находится в форме ее солей – уратов натрия. Растворимость уратов в плазме крови невелика и при превышении порога растворимости в плазме образуются кристаллы. Они откладываются в мягких тканях, суставах, образуя тофусы – подагрические узлы в мелких суставах, сухожилиях, хрящах, коже. Накапливающиеся в межклеточном веществе ураты некоторое время фагоцитируются, однако, фагоциты не способны разрушить пуриновое кольцо. В конце концов, это приводит к гибели самих фагоцитов, к выходу лизосомальных ферментов и развитию острой воспалительной реакции – развивается подагрический артрит. В 50-75% случаев первым признаком заболевания является мучительная ночная боль в больших пальцах ног.
Изменение активности ферментов метаболизма пуринов:
•увеличение активности ФРПФ-синтетазы – приводит к избыточному синтезу пуринов
•уменьшение активности гипоксантин-гуанин-фосфорибозил-трансферазы (ГГФРТФ)
– из-за этого ФРПФ не используется в связывании азотистых оснований, а уходит в первую реакцию синтеза пуринов. В результате возрастает количество
разрушающихся пуринов и одновременно повышается их образование. Оба этих нарушения рецессивны и сцеплены с X-хромосомой.
6. Схема биосинтеза пиримидиновых нуклеотидов в тканях.
7. Распад пиримидиновых нуклеотидов в тканях.
8. Матричные биосинтезы в организме: репликация, репарация (биосинтез ДНК); транскрипция (биосинтез м-РНК, р-РНК, т-РНК), трансляция (биосинтез белка). Общая характеристика.
Матричные биосинтезы включают процессы: репликации, транскрипции, трансляции:
Репликация – синтез ДНК, где каждая из двух цепей служит матрицей для образования новой цепи. Источниками энергии являются дезоксирибонуклеозидтрифосфаты (дНТФ: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ).
Транскрипция – синтез РНК на ДНК-матрице, образуются первичные транскрипты – мРНК, тРНК, рРНК, комплементарны матричной цепи ДНК, имеющей направление от 3 к 5-концу. Субстратами и источниками энергии для синтеза РНК являются рибонуклеозидтрифосфаты (НТФ: УТФ, ГТФ, ЦТФ, АТФ).
Трансляция (translation) – непосредственно синтез белка. Информация записана на четырёх буквенном языке нуклеиновых кислот (ТАГЦ), переводится на язык белков, состоящий из 20 букв. Синтез белка отличается от других матричных биосинтезов (репликации, транскрипции) тем, что между мРНК и продуктом-белком нет комплиментарного соответствия. Закон
шифрования аминокислот в нуклеотидной последовательности матрицы называетсябиологическим кодом.
9. Репликация ДНК, характеристика процесса, механизм, субстраты, этапы, ферменты, биологическое значение.
Новые цепи синтезируются на матрице ДНК: 1. От 3 к 5-концу по ходу движениярепликативной вилки и называются лидирующей цепью. 2. От 3 к 5-концу против движениярепликативной вилки в виде праймеров (фрагментов Оказаки). ДНК полимеразы:
1.Не способны инициировать синтез новых цепей ДНК, они могут лишь удлинять имеющуюся нуклеотидную цепь.
2.Лидирующую цепь и отстающие нити начинаются с образования праймера
– олигорибонуклеотида (РНК).
3.Образование олигонуклеотида катализирует праймаза – субъединица ДНКполимеразы α.
4.Синтез лидирующей цепи продолжает ДНК-полимераза β.
5.Синтез отстающей цепи – ДНК-полимераза ε. ДНК-полимеразы β и ε (δ) обладают эндонуклеазной активностью.
В ходе синтеза они могут исправлять допущенную ошибку, вырезать ненужный нуклеотид, что обеспечивают высокую точность синтеза ДНК. III этап синтеза ДНК – исключение праймеров и завершение формирования отстающей цепи ДНК.
1.В отстающей нити праймер удаляется эндонуклеазой.
2.ДНК-полимераза β заполняет образованную «брешь», присоединяя дезоксирибонуклеотиды.
3.Присоединение дезоксирибонуклеотида путём связывания 3-ОН одного фрагмента с 5-фосфатом предыдущего фрагмента; катализирует ДНК-лигаза. Это процесс, когда из множества фрагментов Оказаки образуется нить ДНК.
4.Результатом является образование дочерних цепей комплементарных и антипараллельных нитям материнской ДНК.
5.Молекулы ДНК человека имеют очень большие размеры, поэтому инициация синтеза ДНК происходит в точках инициации репликации ДНК – ориджинах репликации. Синтез ДНК начинается в области ориджина, идет в противоположных направлениях, в каждом ориджине образуются две репликативные вилки, которые перемещаются в противоположных направлениях, пока не встретятся.
6.Единица репликации у эукариот называется репликоном. Репликон– это участок ДНК между соединенными ориджинами.
10. Репарация ДНК, характеристика, субстраты, этапы, ферменты, биологическое значение.
Репарация ошибок и повреждений ДНК– восстановление ДНК, основанное на том, что ДНК - двухцепочечная молекула. Если нуклеотидная последовательность одной из двух цепей оказывается повреждённой (изменённой), информацию можно восстановить, так как вторая (комплементарная) цепь сохранена. Процесс репарации происходит в несколько этапов:
1.Выявление нарушений комплементарности цепей ДНК.
2.Устранение некомплементарного нуклеотида или только основания
3.Восстановление целостности цепи по принципу комплементарности. Количество этапов и ферментов, участвующих в его устранении, варьирует в зависимости от типа повреждения. Очень редко происходят повреждения, затрагивающие обе цепи ДНК, т.е. нарушения структуры нуклеотидов комплементарной пары. Такие повреждения в половых клетках не репарируются, так как для осуществления сложной репарации с участием гомологичной рекомбинации требуется наличие диплоидного набора хромосом. Все виды повреждений ДНК условно можно разделить на два вида: спонтанные и индуцируемые. I. Спонтанные повреждения ДНК происходят спонтанно (без участия каких-либо повреждающих факторов, например в результате ошибок репликации, дезаминирования нуклеотидов, депуринизации). Ошибки репликации Точность репликации ДНК очень велика, но примерно один раз на 105 - 106 нуклеотидных остатков происходят ошибки спаривания, тогда вместо пары нуклеотидов А-Т, G-С в дочернюю цепь ДНК оказываются включёнными нуклеотиды, некомплементарные нуклеотидам матричной цепи. Однако ДНК-полимеразы δ, ε способны после присоединения очередного нуклеотида в растущую цепь ДНК делать шаг назад (в направлении от 3'- к 5'- концу) и вырезать последний нуклеотид, если он некомплементарен нуклеотиду в матричной цепи ДНК. Этот процесс исправления ошибок спаривания (или коррекция) иногда не срабатывает, и тогда в ДНК по окончании репликации остаются некомплементарные пары, тем более, что ДНК-полимераза а лишена корректирующего механизма и «ошибается» чаще, чем другие полимеразы. При неправильном спаривании в первичной структуре дочерней цепи ДНК необычные основания не появляются, нарушена только комплементарность. Система репарации некомплементарных пар должна происходить только на дочерней цепи и производить замену некомплементарных оснований только в ней. Ферменты, участвующие в удалении неправильной пары нуклеотидов, распознают матричную цепь по наличию метилированных остатков аденина в последовательностях -GATC- . Пока основания нуклеотидных остатков в дочерней цепи неметилированы, ферменты должны успеть выявить ошибку репликации и устранить её. Распознавание и удаление (первый этап) некомплементарного нуклеотида происходят при участии специальных белков mut S, mut L, mut H. Каждый из белков выполняет свою специфическую функцию. Mut S находит неправильную пару и связывается с этим фрагментом. Mut Н присоединяется к метилированному (по аденину) участку -GATC-, расположенному вблизи некомплементарной пары. Связующим между mut S и mut Н служит белок mut L, его присоединение завершает образование активного фермента. Формирование комплекса mut S, mut L, mut Н на участке, содержащем ошибку, способствует проявлению у
белка mut Н эндонуклеазной активности. Ферментативный комплекс гидролизует фосфоэфирную связь в неметилированной цепи.
11. Транскрипция, биосинтезы м-РНК, р-РНК, т-РНК. Этапы, ферменты, субстраты, биологическое значение. Регуляция транскрипции. Биологическое значение.
терминации облегчают отделение первичного транкрипта от матрицы. Образуются пре-мРНК, претРНК, прерРНК – это образование из пре РНК –
мРНК, тРНК, рРНК. Посттранскрипционные модификации мРНК – матричные РНК. I. В ядре каждый первичный транскрипт путём сплайсинга превращается в зрелую молекулу РНК. Первичный транскрипт – это премРНК, комплементарен ДНК; содержит экзоны и интроны. Экзоны – это последовательности, кодирующие определенные участки молекулы белка. Интроны – некодирующие последовательности. Зрелая мРНК–интроны вырезаются из первичного транскрипта, концы экзонов соединяются друг с другом – эту реакцию называют сплайсингом РНК. После завершения сплайсинга «зрелая» мРНК становится примерно в 4 раза короче первичного транскрипта. После сплайсинга зрелая РНК переходит изх ядра в цитоплазму. II. Транспортные РНК – тРНК 1. Модифицируются азотистые основания 2. На 3-конце формируется акцепторный участок (ССА) для присоединения аминокислот. 3. В цитоплазму выходят зрелые тРНК. III. Рибосомальные РНК (рРНК) Посттранскрипционные модификации пре рРНК сопровождаются образованием из высокомолекулярных предшественников 28 S, 18 S, 5, 8 S «зрелых» рРНК, входящих в рибосому, участвующую в синтезе белка. В состав рибосом входят рРНК и белки. Рибосома эукариот (80 S) состоит из 2 (большой и малой) субъединиц – 60 S и 40 S. S – это скорость оседания (седиментации) рибосом при ультрацентрифугировании. Рибосома прокариот 70 S состоит из 50 S и 30 S, далее эти субъединицы прокариот можно диссоциировать на составляющие их белки и РНК. 30 S содержит 21 белок и одну молекулу 16 S – РНК. Существует метод секвенирования 16 S РНК для определения видовой принадлежности бактерий, т.к. она очень специфична (16 S РНК из дрожжей не может заменить 16 S РНК E.Coli). У эукариот диссоциация 80 S проходит до 18 S – РНК. Т.о. последовательность аминокислот в белках определяется последовательностью кодонов в мРНК, считываемых тРНК, на рибосомах, состоящих из рРНК
12. Генетический код и его свойства.
Генетический код — система хранения наследственной информации (аминокислотной последовательности белков) в виде нуклеотидной последовательности в нуклеиновой кислоте.
Свойства генетического кода: триплетность (каждой аминокислоте соответствует сочетание из трех нуклеотидов), однозначность, или специфичность (каждый триплет (кодон) кодирует только одну аминокислоту), вырожденность, или избыточность (аминокислота может кодироваться несколькими кодонами), универсальность (одинаков у всем организмов), непрерывность (нет промежутков между кодонами), неперекрываемость (один и тот же нуклеотид не может принадлежать разным триплетам).
13.Подготовка аминокислот к биосинтезу белка: характеристика и функции адаптационных молекул, синтез аминоацил-т-РНК. Субстратная специфичность.
Основными компонентами синтеза белка являются: аминокислоты, тРНК, аминоацил-тРНК-синтетазы, мРНК, рибосомы, источники энергии, белки – факторы инициации, элонгации и терминации и кофакторы. Аминокислоты – субстраты для синтеза белков. тРНК – выполняют функцию адапторов – приспособителей аминокислот к кодонам мРНК. Акцепторным концом (ССА) они взаимодействуют с аминокислотами, а антикодоном – с кодоном мРНК. Аминоацил-тРНК-синтетазы – каждый фермент катализирует реакцию специфического связывания 1 из 20 аминокислот с соответствующей тРНК. мРНК – матрица содержит линейную последовательность кодонов, определяющих первичную структуру белков. Рибосомы – рибонуклеопротеиновые клеточные структуры, являющиеся местом синтеза белков. АТФ, ГТФ – источники энергии. Белковые факторы инициации (IF), элонгации (EF), терминации (RF) – специфические внерибосомные белки, необходимые для процесса трансляции. Ионы магния – кофактор, стабилизирующий структуру рибосом. Синтез белка проходит в три основных этапа: 1. Инициация, 2. Элонгация, 3. Терминация.
14.Этапы трансляции (биосинтеза белка): инициация, элонгация, терминация. Субстраты, ферменты, факторы, энергия.
1этап – инициация – характеризуется тем, что 40 S рибосома связывается с
60S рибосомой, образуя 80 S рибосому – рибосому эукариот с 2 активными центрами: Р – пептидильный, в котором находится мет-тРНК (метионинтРНК) и А – аминоацильный центр, в область которого поступает первый смысловой кодон (мРНК).
2этап – элонгация – включает три стадии: 1 стадия – это связывание аминоацил-тРНК (аатРНК) с другим участком связывания аа-тРНКна рибосоме, называемом А-участком (aminoacyl - аминоацильный) при участии фактора элонгации EF1. 2 стадия – это пептидилтрансферазная реакция. Образуется дипептидил-тРНК. Метионин тРНК (мет-тРНК) переносится на α- аминогруппу аминокислоты (валина), находящейся в А-центре в составе аминоацил-тРНК (аа-тРНК), образуется дипептидил-тРНК. Пептидилтрансферазную активность проявляет рРНК большой субъединицы рибосомы.
3стадия – перемещение рибосомы по мРНК. Пептидил тРНК перемещается из А участка в Р-участок, и одновременно рибосома перемещается к следующему аа-тРНК. Затем новая аминоацил-тРНК связывается со свободным А участком и начинается новый цикл реакции (используется энергия ГТФ), используется фактор элонгации EF2. Иными словами – дипептидил тРНК (мет-вал-тРНК) из А центра попадает в Р-центр, а в А