2 курс / Биохимия / Обмен белков и липидов

д) ретенционной азотемией

14.ПОСТУПЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМ РТУТИ ИЛИ ДРУГИХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ

а) поражением почек б) продукционной азотемией

в) ретенционной азотемией г) снижением синтеза белков, мочевины, креатина д) поражением мыщц

15. ПОСТУПЛЕНИЕ В ОРГАНИЗМ ЭТИЛЕНГЛИКОЛЯ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ

а) продукционной азотемией б) снижением синтеза белков, мочевины, креатина в) поражением печени г) поражением почек

д) ретенционной азотемией

16. ГИПЕРАМИНОАЦИДУРИЯ ВОЗНИКАЕТ ВСЛЕДСТВИЕ

а) увеличения гниения аминокислот в толстом кишечнике б) нарушения всасывания аминокислот в ЖКТ

в) приобретенных или врожденных дефектов реабсорбции в почках г) усиленного распада тканевых белков д) увеличения синтеза аминокислот в печени

17.ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЙ МОЧЕВИНЫ ПРИ РАСПАДЕ ТКАНЕВЫХ БЕЛКОВ

а) увеличивается в крови б) уменьшается в крови в) в норме в крови г) увеличивается в моче

д) уменьшается в моче

18. ПРИЧИНЫ ГОМОЦИСТИНУРИИ

а) дефицит витаминов В6, В12, фолиевой кислоты в организме б) нарушение экскреции гомоцистеина в) наследственный дефект фермента – цистатионинсинтетаза

г) наследственный дефект фермента гомогентизиноксидазы д) снижение активности кинурениназы

19.ВАЖНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ, ОБРАЗУЮЩИЕСЯ В РЕАКЦИЯХ ОБМЕНА АМИНОКИСЛОТЫ МЕТИОНИНА

а) цистеин б) фенилпируват

в) S-аденозилметионин г) никотинамид

91

д) фумаровая кислота

20. ИСТОЧНИКИ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ

а) дезаминирование аминокислот б) распад биогенных аминов в) распад мочевины

г) дезаминирование азотистых оснований д) аминирование α-кетоглутарата

21. АМИНОКИСЛОТЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ДЛЯ СИНТЕЗА КРЕАТИНА

а) аргинин б) серин в) глицин г) метионин д) цистеин

22. УВЕЛИЧЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА МОЧЕВИНЫ В КРОВИ СВЯЗАНО С

а) распадом тканевых белков б) заболеванием печени в) заболеванием почек г) белковым голоданием

д) избыточным белковым питанием

УСТАНОВИТЕ СООТВЕТСТВИЕ

УСТАНОВИТЕ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ

24.СИНТЕЗ АДРЕНАЛИНА

(1)– тирозин

(2)– норадреналин

(3)– дофамин

(4)– адреналин

(5)– диоксифенилаланин (ДОФА)

92

ДОПОЛНИТЕ

25.Уровень небелкого азота при заболевании почек __________ в крови

и____________ в моче.

26.Уровень небелкого азота при заболевании печени _________ в крови

и_____________ в моче.

27.Уровень небелкого азота при распаде тканевых белков ___________

в крови и _______________ в моче.

28.Подагра является следствием нарушения обмена азотистых оснований и сопровождается увеличением в крови и моче _____________

_____________.

29.Наследственное заболевание, характеризующееся дефектом синтеза фенилаланин-4-монооксигеназы, называется ______________.

30.Врожденное заболевание, характеризующееся появлением в моче гомогентизиновой кислоты, называется ______________.

93

Тема 11. ГЕНОМИКА. СТРОЕНИЕ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ. БИОСИНТЕЗ БЕЛКА. БИОХИМИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ МУТАЦИЙ

Место проведения: кафедра биохимии. Продолжительность занятия – 180 мин.

Цель занятия: систематизировать знания о структуре и биологической роли нуклеиновых кислот и нуклеопротеинов, изучить молекулярные механизмы передачи наследственности, обсудить основные этапы биосинтеза белка и механизмы его регуляции.

Изучение данной темы направлено на формирование у студентов следующих компетенций: ОК-1, ОК-3, ОК-5, ПК-2, ПК-3, ПК-5, ПК-8,

ПК-9, ПК-15, ПК-16, ПК-17, ПК-31, ПК-32.

Конкретные задачи.

Студент должен знать:

–первичную, вторичную, третичную структуры, виды и биологическую роль нуклеиновых кислот;

–репликацию ДНК, мутагенные факторы, антимутагенные способы клеточной защиты;

–этапы биосинтеза белка и способы его регуляции;

–биохимические подходы для диагностики наследственных заболеваний.

Студент должен уметь:

–написать фрагмент первичной структуры нуклеиновой кислоты, содержащий азотистые основания – аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил;

–объяснить механизм мутагенеза и антимутационные механизмы клеточной защиты;

–объяснить смысл биосинтеза белка и механизм его регуляции;

–использовать методы молекулярно-генетического анализа для диагностики наследственных заболеваний.

Студент должен владеть способностью анализировать строение генетического материала, интерпретировать результаты молекулярногенетического анализа.

Мотивация: изучаемая тема обусловливает понимание механизма патогенеза наследственных заболеваний и необходима для разработки способов диагностики и лечения таких заболеваний.

94

Вопросы для самоподготовки

1.Что такое нуклеопротеины и их состав?

2.Первичная, вторичная, третичная структуры нуклеиновых кислот. Чем отличаются по химическому строению ДНК и РНК? Особенности строения т-РНК, м-РНК. Биологическая роль нуклеиновых кислот.

3.Правило Чаргаффа.

4.Что такое матричный синтез и на чем основан принцип комплементарности?

5.Что такое ген? Его локализация в клетке и биологическая роль.

6.Что такое генетический код? Его характеристика.

7.Какими ферментами и как осуществляется репликация ДНК?

8.Как осуществляется процесс транскрипции? Примеры ингибито-

ров.

9.В чем заключается созревание молекул м-РНК

10.Значение активации аминокислот в процессе трансляции.

11.Основные этапы трансляции: инициация, элонгация, терминация

иих значение. Ингибиторы трансляции.

12.Что такое кодон и антикодон? Какие кодоны определяют начало

иконец синтеза белка?

13.Что такое процессинг белка и его значение?

14.Уровни регуляции биосинтеза белка.

15.Интеркаляция и ее роль в ингибировании процесса транскрип-

ции?

16.На какие группы делятся химические мутагены?

17.Механизмы мутаций и механизмы антимутагенной клеточной защиты.

18.Метод полимеразной цепной реакции (ПЦР), его использование в биологии и медицине.

Задания для самоподготовки.

1.Изучить рекомендуемую литературу, используя вопросы для самоподготовки.

2.Написать в рабочей тетради фрагмент первичной структуры нуклеиновой кислоты, содержащей азотистые основания – аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил.

3.Подготовиться к тестовому контролю.

95

Рекомендуемая литература

Основная Березов, Т.Т. Биологическая химия / Т.Т. Березов, Б.Ф. Коровкин. – М. :

Медицина, 1998. – С. 96–113, 509–544.

Биохимия : учебник для вузов / под ред. проф. Е.С. Северина. – М. :

ГЭОТАР-МЕД, 2011. – С. 140–226.

Пример входного контроля

1.Написать фрагмент первичной структуры нуклеиновой кислоты содержащей следующие азотистые основания – цитозин, тимин.

2.Что такое триплет, его биологическая роль?

3.На каких этапах и как осуществляется регуляция биосинтеза белка у эукариот?

4.Установить строгое соответствие:

Список терминов

Триплет – сочетание трех рядом расположенных мононуклеотидов, кодирующих одну аминокислоту.

Генетический код – последовательность расположения кодонов (триплетов) в молекуле ДНК, кодирующих последовательность аминокислот в белке.

Репликация ДНК – процесс удвоения молекул ДНК при митотическом делении клеток. Обеспечивает передачу генетической информации от материнской клетки к дочерним.

Транскрипция – процесс переписывания генетической информации с молекулы ДНК (точнее участка ДНК-гена) на молекулу м-РНК. Осуществляется по матричному принципу.

Трансляция – процесс перевода информации с языка мононуклеотидной последовательности в м-РНК на язык аминокислотной последовательности в полипептидной цепи.

Молекулярные механизмы мутаций

Мутации – это изменения в нуклеотидной последовательности ДНК, передающиеся по наследству. Мутации могут возникать в результате воздействия физических (различные виды облучения) и химиче-

96

ских факторов либо ошибок в процессе репликации и рекомбинации ДНК.

Под действием УФ-излучения между соседними пиримидиновыми основаниями (между соседними тиминами) возникает ковалентная связь, в результате чего образуются тиминовые димеры. Образование димеров является непреодолимым препятствием для процесса репликации и трансляции. Рентгеновские и -лучи помимо прямого влияния на ДНК вызывают образование в тканях свободных радикалов.

Супероксидный, ОН и другие радикалы могут взаимодействовать с ДНК и другими макромолекулами, повреждать их и таким образом способствовать возникновению опухоли. Результатом облучения могут быть разрывы одной или двух цепей ДНК, поперечные сшивки.

Все это лежит в основе мутагенного и канцерогенного эффекта облучения.

Химические факторы мутаций

1. Дезаминирующие агенты (азотистая кислота и вещества, которые могут приводить к ее образованию – нитраты, нитриты, нитрозамин). Они вызывают дезаминирование азотистых оснований. Например, цитозин превращается в урацил, который в ходе репликации образует пару с аденином (вместо гуанина), после чего изменение принимает необратимый характер. Дезаминирование аденина и гуанина приводит к образованию гипоксантина и ксантина, которые отсутствуют в структуре ДНК.

R

R

аденин гипоксантин

97

2. Алкилирующие агенты (диметилсульфат, диметилнитрозамин, азотистый иприт, циклофосфамид) вызывают метилирование азотистых оснований.

3. Аналоги азотистых оснований по своей структуре похожи на азотистые основания и способны их заменять в структуре ДНК.

5-бромурацил 2-аминопурин

4. Интеркалирующие агенты (гидрофобные планарные соединения – акридин, диоксины, бензпирен) встраиваются между соседними азотистыми основаниями.

N

Все химические агенты вызывают нарушение комплементарности между азотистыми основаниями в молекуле ДНК.

Виды мутаций

Точечные мутации, или мутации замены оснований, приводят к изменению состава аминокислот, а не количества аминокислот в белке.

98

Транзиции – замена пуриновых оснований на пуриновые, а пиримидиновых – на пиримидиновые:

А Г Ц Т

Трансверсии – замена пуриновых оснований на пиримидиновые и наоборот:

В результате точечных мутаций имеет место миссенс-эффект, когда одна аминокислота вследствие замены нуклеотида замещается другой аминокислотой. Такая аминокислотная замена может быть приемлемой, частично приемлемой и неприемлемой в отношении функции данного белка. Если замена приходится на третий нуклеотид кодона, то вследствие вырожденности генетического кода аминокислотная последовательность остается неизменной либо замененная аминокислота находится в участке белка, не имеющем функционального значения, и мутация никак не проявляется. Такая мутация называется молчащая, или приемлемая, так как функция белка не изменяется. Например, в молекуле гемоглобина Хикари кодон ААА или ААГ изменен однонуклеотидной трансверсией на ААУ или ААЦ, что вызывает замену лизина в 61-м положении β-цепи на аспарагин. Подобная замена не сказывается на нормальной функции гемоглобина.

Частично приемлемые миссенс-мутации можно рассмотреть на примере серповидноклеточной анемии. Миссенс-мутация в 6-м кодоне β-цепи гемоглобина приводит к замене глутаминовой кислоты на валин (вместо кодонов ГАА или ГАГ образуются кодоны ГУА или ГУГ). Измененный гемоглобин связывает и высвобождает кислород, но после отдачи кислорода в тканях гемоглобин превращается в плохо растворимую форму и выкристаллизовывается в эритроцитах, вызывая их деформацию – образование серповидных форм.

Неприемлемые миссенс-мутации приводят к образованию полностью нефункционального белка. Например, замена первого нуклеотида кодона ЦАУ на УАУ или ЦАЦ на УАЦ в гене гемоглобина приводит к тому, что ион Fe2+, входящий в состав гема, окисляется до Fe3+ и гемоглобин переходит в мет-форму. Метгемоглобин не способен переносить кислород.

99

Некоторые точечные мутации могут приводить к нонсенс-эффекту, в результате которого возникает стоп-кодон, что вызывает преждевременную терминацию или удлинение трансляции. Замена триплета в терминирующем кодоне УАА на ЦАА приводит к продолжению трансляции, и синтезируется α-цепь гемоглобина, который в своем составе имеет дополнительную 31-ю аминокислоту.

Мутации сдвига рамки считывания. Вызываются делециями (исчезновение нуклеотидов) или вставками нуклеотидов (инсерция) в последовательность гена. Интеркаляторы встраиваются между соседними парами оснований, в результате в ДНК появляется лишнее основание. В ходе репликации такой измененной цепи ДНК в дочернюю цепь встраивается дополнительный нуклеотид. В результате однонуклеотидной делеции или вставки считываемая информация полностью искажается, и это приводит к синтезу измененного белка.

Если дилетированы три или кратное трем число нуклеотидов, то в молекуле белка будет отсутствовать определенное количество аминокислот, а вся остальная аминокислотная последовательность будет соответствовать исходной молекуле белка.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

ВЫБЕРИТЕ ПРАВИЛЬНЫЙ ОТВЕТ

1. ПРОЦЕСС РЕПЛИКАЦИИ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ

а) синтез РНК б) удвоение ДНК, то есть синтез дочерней ДНК

в) модификацию РНК г) разделение цепей ДНК

д) вырезание интронов и сшивание экзонов

2. ПРОЦЕСС ТРАНСКРИПЦИИ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ

а) биосинтез белка в рибосоме б) созревание м-РНК

в) синтез предшественников м-РНК, т-РНК, р-РНК на матрице ДНК г) удвоение ДНК д) созревание белка

3. ПРОЦЕССЫ РЕПАРАЦИИ ВКЛЮЧАЮТСЯ ПРИ

а) инициации синтеза фрагментов Оказаки б) повреждении ДНК в) повреждении м-РНК

100