- •Предисловие
- •Глава 1. Аминокислоты и белки
- •1.1 Общая характеристика
- •1.2 Классификация аминокислот
- •1.3 Модификация аминокислот
- •1.4 Ионизация аминокислот
- •1.5 Пептидная связь
- •1.6 Пептиды и белки
- •1.7 Функции белков
- •1.8 Уровни структурной организации белков
- •А Первичная структура белка
- •Б Вторичная структура белка
- •В Третичная структура белка
- •Д Четвертичная структура белка
- •1.9 Глобулярные и фибриллярные белки
- •А Кератин
- •1.10 Простые и сложные белки
- •1.11 Денатурация и ренатурация белков
- •1.12 Методы работы с белками
- •А Очистка и выделение белка
- •Б Высаливание
- •В Диализ
- •Д Аналитические методы работы с белками
- •Термины
- •Вопросы к семинарскому занятию (1-я часть)
- •Вопросы к семинарскому занятию (2-я часть)
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Аминокислоты
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 2. Ферменты
- •2.1 Общая характеристика
- •2.2 Номенклатура ферментов
- •2.3 Свойства ферментов
- •2.4 Строение фермента
- •2.5 Специфичность ферментов
- •А Модель «ключ-замок»
- •Б Модель индуцированного соответствия
- •2.7 Термодинамика ферментативных реакций
- •2.8 Кинетика ферментативных реакций
- •А Вывод уравнения Михаэлиса-Ментен (по Бергу)
- •В Уравнение Лайнуивера-Берка
- •2.9 Механизмы ферментативного катализа
- •2.10 Влияние факторов среды на скорость протекания ферментативной реакции
- •А Концентрация субстрата
- •2.12 Мультисубстратные реакции
- •А Последовательный механизм
- •2.13 Ингибирование ферментов
- •Б Бесконкурентные ингибиторы
- •В Неконкурентные ингибиторы
- •2.14 Кооперативные взаимодействия внутри молекул ферментов
- •А Параллельная модель
- •2.15 Аллостерическая регуляция активности ферментов
- •2.16 Регуляция активности ферментов с помощью ковалентной модификации
- •2.17 Анти-, мульти- и изоферменты
- •2.18 Ферменты в медицине
- •А Энзимодиагностика
- •Термины
- •Вопросы к занятию (1-я часть)
- •Вопросы к занятию (2-я часть)
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 3. Нуклеиновые кислоты
- •3.1 Общая характеристика
- •3.2 Строение нуклеотида
- •3.3 Первичная структура ДНК
- •3.4 Вторичная структура ДНК
- •3.5 Денатурация и ренатурация ДНК
- •3.6 Третичная структура ДНК
- •3.7 Четвертичная структура ДНК
- •3.8 Виды РНК и их функции
- •3.9 Первичная структура РНК
- •3.10 Вторичная структура РНК
- •3.11 Третичная структура РНК
- •3.12 Четвертичная структура РНК
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 4. Репликация
- •4.1 Общая характеристика
- •4.2 Инициация репликации у прокариот
- •4.3 Элонгация репликации у прокариот
- •Б Механизм ферментативной реакции
- •4.4 Терминация репликации у прокариот
- •4.5 Репликация у эукариот
- •4.6 Проблемы репликации
- •Б Проблема высокой точности процесса
- •4.7 Плазмиды
- •В Типы плазмид
- •Д Механизмы репликации кольцевых плазмид
- •4.8 Репликация вирусов
- •Б Репликация генома РНК-вирусов
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 5. Транскрипция
- •5.1 Организация генетической информации
- •5.2 Общая характеристика транскрипции
- •5.3 Гипотеза Жакоба и Моно
- •5.4 Строение РНК-полимераз
- •5.5 Инициация транскрипции у прокариот
- •5.6 Элонгация транскрипции у прокариот
- •5.7 Терминация транскрипции у прокариот
- •5.8 Инициация транскрипции у эукариот
- •5.9 Элонгация транскрипции у эукариот
- •5.10 Терминация транскрипции у эукариот
- •А Кэпирование
- •Б Полиаденилирование
- •В Сплайсинг
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 6. Трансляция
- •6.1 Общая характеристика
- •6.2 Свойства генетического кода
- •6.3 Основные этапы биосинтеза белка
- •А Этап 1. Активация аминокислот
- •Д Этап 5. Фолдинг и посттрансляционная модификация
- •6.4 Рибосомы
- •6.5 Инициация у прокариот
- •6.6 Инициация у эукариот
- •6.7 Элонгация у прокариот
- •6.8 Элонгация у эукариот
- •6.9 Терминация у прокариот
- •6.10 Терминация у эукариот
- •6.11 Гипотеза «качания»
- •6.12 Фолдинг и посттрансляционная модификация белков
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 7. Регуляция биосинтеза белка
- •7.1 Регуляция экспрессии генов у прокариот
- •В Катаболическая репрессия. Лактозный оперон
- •Д Аттенуация. Триптофановый оперон
- •Е «Сильные» и «слабые» промоторы
- •Ж σ-Субъединица РНК-полимеразы
- •7.2 Регуляция экспрессии генов у эукариот
- •Хроматин-перестраивающие комплексы
- •Архитектурные белки высокомобильной группы
- •Ковалентная модификация гистонов
- •Метилирование ДНК
- •В Регуляция с помощью факторов транскрипции
- •7.3 Регуляция на уровне трансляции у про- и эукариот
- •А Дискриминация мРНК
- •Б Трансляционная репрессия
- •7.4 Другие механизмы регуляции у эукариот
- •Б РНК-интерференция
- •Интерференция с помощью малых интерферирующих РНК
- •Интерференция с помощью микроРНК
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- • Регуляция на уровне транскрипции (прокариоты)
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 8. Мутации и репарация
- •8.1 Мутации
- •8.2 Классификация мутаций по вызвавшим их причинам
- •8.3 Классификация мутаций по степени изменений генома
- •8.4 Классическая классификация
- •8.5 Репарация
- •А Прямая репарация
- •8.6 Эксцизионная репарация оснований (BER)
- •8.7 Эксцизионная репарация нуклеотидов (NER)
- •8.8 Мисметч репарация
- •8.9 Репарация двунитевых разрывов
- •8.10 Негомологичное соединение цепей ДНК при двунитевых разрывах
- •8.11 SOS-репарация (SOS-ответ)
- •8.12 Рекомбинационная репарация
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 9. Иммунитет и антитела
- •9.1 Иммунитет: его виды и элементы
- •9.2 Врожденный (неспецифический) иммунитет
- •В Химические медиаторы врожденного иимунитета
- •Е Классический путь активации комплемента
- •Ж Альтернативный путь активации комплемента
- •З Активация терминальных компонентов комплемента
- •И Как фагоциты отличают чужеродные клетки от «своих»?
- •9.3 Приобретенный (специфический) иммунитет
- •А T-лимфоциты
- •В Антитела
- •Е Вторичный иммунный ответ
- •Ж Активация гуморального иммунитета
- •9.4 Группы крови
- •9.5 Трансфузионные реакции
- •9.6 Правила переливания
- •9.7 Резус-фактор (Rh)
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 10. Биологические мембраны
- •10.1 Строение биомембран
- •В Липиды биомембран
- •10.2 Функции мембран
- •10.3 Мембранный транспорт
- •10.4 Эндо- и экзоцитоз
- •10.5 Трансмембранная передача сигнала
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 11. Энергетический обмен
- •11.1 Энергия в клетке
- •11.2 Дыхательная цепь митохондрий
- •11.3 Сопряжение дыхания и окислительного фосфорилирования
- •11.4 Разобщение дыхания и окислительного фосфорилирования
- •Термины
- •Вопросы к занятию
- •Дополнительные вопросы и ключевые слова
- •Вопросы для самопроверки
- •Глава 12. Введение в метаболизм
- •12.1 Общая характеристика
- •А Метаболические пути
- •Б Метаболиты
- •В Гомеостаз
- •12.2 Функции метаболических путей
- •А Образование энергии
- •Б Катаболизм органических соединений
- •Переваривание
- •Гликолиз
- •Окисление жирных кислот
- •Катаболизм аминокислот
- •В Синтез органических соединений и предшественников макромолекул
- •Глюконеогенез: синтез глюкозы
- •Синтез жирных кислот
- •Синтез гема
- •Креатинфосфат
- •Гликоген
- •Жиры или триацилглицеролы
- •Д Выведение потенциально опасных соединений
- •Цикл мочевины
- •Синтез желчных кислот
- •Катаболизм гема
- •Е Образование регуляторных молекул
- •12.3 Ключевые положения всех метаболических путей
- •А АТФ — донор энергии для синтеза
- •В Эссенциальные органические соединения
- •Д Взаимосвязи метаболических путей
- •Е Нелинейность метаболических путей
- •Ж Локализация метаболических путей в клетке
- •З Тканеспецифичность метаболических путей
- •И Метаболизм при голодании
- •12.4 Интеграция метаболизма
- •А Основные физиологические состояния организма и роль различных органов в интеграции метаболизма
- •Состояние насыщения
- •Состояние голодания
- •Б Интеграция метаболизма в различных физиологических состояниях
- •Состояние голодания
- •Продолжительное голодание
- •Состояние насыщения
- •Физические нагрузки
- •В Регуляция метаболизма
- •Инсулин
- •Глюкагон
- •Адреналин
- •Гидрокортизон
- •Адипоцитокины
- •Рекомендуемая литература
- •Приложение 1. Аминокислоты и белки
- •Классификация аминокислот
- •Приложение 2. Ферменты
- •Строение химотрипсина
- •Приложение 3. Нуклеиновые кислоты
- •Приложение 4. Репликация
- •Приложение 5. Транскрипция
- •Приложение 6. Трансляция
- •Приложение 7. Регуляция биосинтеза белка
- •Приложение 8. Мутации и репарация
- •Приложение 9. Иммунитет и антитела
- •Приложение 10. Биологические мембраны
- •Приложение 11. Энергетический обмен
- •Оглавление
Элонгация у эукариот 125
Рис. 84. Элонгация трансляции у прокариот: транспептидация и транслокация.
6.8 Элонгация у эукариот
Элонгация трансляции у эу- и прокариот очень схожа. У эукариот вместо фактора EF-Tu — EF-1α. Вместо EF-Ts — EF-1β. Аналогом EF-G прокариот является EF-2.
126 |
Глава 6 |
Трансляция |
Рис. 85. Образование пептидной связи на этапе транспептидации (элонгация).
Терминация у прокариот 127
6.9 Терминация у прокариот
Терминация — это заключительная стадия трансляции, на которой прекращается синтез белковой цепи, происходит отщепление цепи и диссоциация рибосомы.
Этапы терминации:
1.Как только в А-сайте оказывается один из стоп-кодонов (UAG, UGA, UAA), с ним связывается релиз-фактор: RF-1 или RF-2. Он переносит пептидильную группу с тРНК (полипептидную цепь) на молекулу воды, вызывая её высвобождение.
2.Фактор RF-3 связывается с рибосомой в комплексе с ГДФ. Происходит замена ГДФ на ГТФ. Релиз-фактор RF-1/2 высвобождается. RF-3 гидролизует ГТФ до ГДФ и отщепляется от рибосомы.
3.К рибосоме присоединяется фактор RRF (ribosomal recycling factor) и EF-G + ГТФ. EF-G гидролизует ГТФ, благодаря чему RRF перемещается в P-сайт, а тРНК находящиеся в E- и P-сайтах, отщепляются.
4.Большая и малая субъединицы рибосом диссоциируют. В этом процессе участвует фактор IF-3.
6.10Терминация у эукариот
У эукариот всего один релиз-фактор — eRF-1 — связывается со всеми тремя стоп-кодонами и катализирует гидролиз связи между С-терминальной аминокислотой в синтезированной полипептидной цепи и тРНК. У эукариот существуют т.н. суппрессорные тРНК, позволяющие трансляции продолжаться даже при достижении стоп-кодона.
6.11Гипотеза «качания»
Вэлонгации трансляции выбор правильной тРНК осуществляется на основании кодон-антикодонового взаимодействия, т.е. аминоацильная группа тРНК в этом процессе не участвует (это одна из причин, по которой корректное аминоацилирование — критический этап синтеза белка). Три нуклеотида на мРНК (кодон) связываются с тремя нуклеотидами на тРНК (антикодон) антипараллельно.
Логично предположить, что 61 кодон, кодирующий аминокислоту, будет взаимодействовать с 61 антикодоном тРНК (и, следовательно, 61 молекулой тРНК). Однако на самом деле подавляющее большинство клеток содержит изоакцепторные тРНК, которые связываются с кодоном лишь двумя своими нуклеотидами. Пример: дрожжевая тРНКФен, содержащая антикодон GmAA (Gm — 2’-метилированный гуанозин), «узнаёт» кодоны UUC и UUU (см. Рис. 86 ▼).
128 |
Глава 6 |
Трансляция |
Рис. 86. Кодон-антикодоновое взаимодействие между дрожжевой мРНК и тРНКФен
Кроме того, дрожжевая тРНКАла, имеющая антикодон IGC (I — минорное азотистое основание инозин), «узнаёт» кодоны GCU, GCC, GCA (см. Рис. 87 ▼):
Рис. 87. Кодон-антикодоновое взаимодействие между дрожжевой мРНК и тРНКАла
Обратите внимание, что на 5’-конце антикодона тРНК в обоих случаях находится модифицированное азотистое основание (в первом случае — метилированный гуанин, а во втором — инозин). Очевидно, именно этот третий нуклеотид антикодона может не образовывать Уотсон-Криковскую пару с третьим нуклеотидом кодона мРНК.
Рассмотрев структурные особенности вышеописанных пар, Крик предложил гипотезу «качания», чтобы объяснить, как тРНК способна «узнавать» несколько кодонов. Он предположил, что первые две пары нуклеотидов в кодоне и антикодоне имеют нормальную Уотсон-Криковскую комплементарность, а в третьей паре нуклеотидов происходит некое «качание», способствующее правильной геометрии всего кодон-антикодонового спаривания. Это объясняет образование не-Уотсон-Криков- ских пар: U • G и I • A. Другие варианты приведены в таблице ниже.
|
Таблица 11 |
|
Возможные не-Уотсон-Криковские пары в кодон-антикодоновом |
|
|
|
взаимодействии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5’-антикодоновое |
|
3’-кодоновое |
|
|
основание |
|
основание |
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
G |
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
U |
|
U или G |
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
G или C |
|
|
|
|
|
|
|
I |
|
U, C или A |
|
|
(инозин) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|