39. Транскрипция — синтез рнк с использованием днк в качестве матрицы. В результате возникает 3 типа рнк:

- матричная (мРНК);

- рибосомная (рРНК);

- транспортная (тРНК).

Процесс транскрипции требует больших затрат энергии в виде АТФ и осуществляется ферментом ДНК-зави-симой-РНК-полимеразой трех типов и рядом так называемых вспомогательных факторов. Одномоментно транскрибируется не вся молекула ДНК, а лишь отдельные ее отрезки. Они называются единицами транскрипции, или транскриптонами. По сути транскриптон — это и есть ген с точки зрения молекулярной биологии. Напомним, что промотор — участок ДНК длиной в несколько десятков нуклеотидов, куда присоединяется РНК-полимераза и откуда начинается транскрипция. Терминатор — участок ДНК, содержащий сигнал (последовательность) окончания транскрипции. Поскольку у бактерий оперонная организация генома, у них транскрибируются сразу несколько генов, объединенных одной функцией. У эукариот за один раз транскрибируется только один ген. Транскрипция, как и репликация ДНК, основана на способности азотистых оснований нуклеотидов к комплементарному связыванию. Аналогично репликации, при транскрипции полимераза (здесь уже РНК-полимераза) шаг за шагом подбирает и “сшивает” нуклеотиды комплементарные матричной последовательности. Отличительной особенностью транскрипции является то, что в РНК нет тимидина, его замещает уридин; соответственно при транскрипции аденозин молекулы ДНК спаривается с уридином синтезируемой РНК. На время транскрипции двойная цепь ДНК разрывается и синтез РНК осуществляется по одной цепи ДНК, которая называется кодирующей. Вторая цепь является некодирующей. Какая цепь будет кодирующей, определяется тем, на какой из них находится промотор. В процессе транскрипции образуется гибрид одноцепочечной ДНК с РНК, который существует короткое время и очень быстро распадается, при этом восстанавливается нативная двуцепочечность ДНК.

Цикл транскрипции состоит из трех стадий:

- инициации;

- элонгации;

- терминации.

Им предшествует узнавание промотора или подготовительная стадия, на которой РНК-полимераза узнает промотор и связывается с ним. Одновременно происходит локальное расплетение ДНК примерно на 10 пар нуклеотидов.

1 Инициация. На этой стадии происходит образование нескольких начальных звеньев РНК (так называемый синтез критической длины). До этого комплекс полимераза-ДНК не стабилен и способен распадаться.

2. Элонгация. Продолжается дальнейшее расплетение ДНК и синтез РНК по кодирующей цепи. Он, равно как и синтез ДНК, осуществляется в направлении 5- 3.

3. Терминация. Как только полимераза достигает терминатора, она немедленно отщепляется от ДНК, локальный гибрид ДНК-РНК разрушается и новосинтезированная РНК транспортируется из ядра в цитоплазму. На этом транскрипция заканчивается.

Созревание РНК

Все образовавшиеся РНК непосредственно после трансляции не способны, функционировать, так как они синтезируются в виде молекул-предшественников: пре-р, пре-т и пре-м РНК. Чтобы начать работать, пре-РНК должны подвергнуться процессингу (созреванию). Под процессингом понимают совокупность биохимических реакций, при которых пре-РНК укорачиваются, подвергаются химическим модификациям, в результате которых образуются зрелые РНК. Процессинг т- и рРНК осуществляется по одинаковому плану. В основном вырезаются лишние фрагменты с 3'- и 5'-концов и химически модифицируются азотистые основания.

Процессинг мРНК гораздо сложнее. Интересно, что мРНК прокариот (бактерий) процессингу не подвергаются вообще — это единственные РНК, способные работать сразу после синтеза. У эукариот Процессинг мРНК осуществляется многоступенчато и включает модификацию 3'- и 5'- концов, а также вырезание интронов. В последнем процессе участвует четвертый известный тип РНК — малая ядерная РНК (мяРНК). которая удерживает концы, экзонов при вырезании интронов.

40 Ферменты широко используются в различных сферах человеческой деятельности. Во-первых, они являются практически незаменимым инструментом во многих областях биологических исследований – генной инженерии, биотехнологии, молекулярной биологии, биохимии и других. Ферменты используются в пищевой промышленности, например, для осветления фруктовых соков (целлюлазы, пектиназы), для получения детского питания (трипсин), в пивоварении, сыроделии. Ферменты используются во многих чистящих и моющих средствах (протеазы, амилазы, липазы). В фармакологии ферменты используются для получения различных лекарств. Кроме того, ферменты могут использоваться в качестве специфических маркеров при диагностике различных заболеваний человека или в качестве индикаторов, позволяющих детектировать следовые количества исследуемых веществ.

41 Наиболее распространённой формой вторичной структуры ДНК является двойная спираль. Эта структура образуется из двух взаимно комплементарных антипараллельных полидезоксирибонуклеотидных цепей, закрученных относительно друг друга и общей оси в правую спираль^[5]. При этом азотистые основания обращены внутрь двойной спирали, а сахарофосфатный остов — наружу. Впервые эту структуру описали Джеймс Уотсон и Френсис Крик в 1953 году^[6].

В формировании вторичной структуры ДНК участвуют следующие типы взаимодействий:

• водородные связи между комплементарными основаниями (две между аденином и тимином, три — между гуанином и цитозином);

• стэкинг-взаимодействия;

• электростатические взаимодействия;

• Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия.

В зависимости от внешних условий параметры двойной спирали ДНК могут меняться, причём иногда существенно. Правоспиральные ДНК со случайной нуклеотидной последовательностью можно грубо разделить на два семейства — А и В, главное отличие между которыми — конформация дезоксирибозы

Молекулы РНК представляют собой единичные полинуклеотидные цепи. Отдельные участки молекулы РНК могут соединяться и образовывать двойные спирали^[5]. По своей структуре спирали РНК похожи на А-форму ДНК. Однако часто спаривание оснований в таких спиралях бывает неполным, а иногда даже и не уотсон-криковским^[9]. В результате внутримолекулярного спаривания оснований формируются такие вторичные структуры, как стебель-петля («шпилька») и псевдоузел^[10].

Вторичные структуры в мРНК служат для регуляции трансляции. Например, вставка в белки необычных аминокислот, селенометионина и пирролизина, зависит от «шпильки», расположенной в 3' нетранслируемой области. Псевдоузлы служат для программированного сдвига рамки считывания при трансляции.

42. Номенклатура и классификация ферментов Сначала ферментам давали произвольные  названия – пепсин, трипсин и т.п. когда количество ферментов возросло возникла необходимость классифицировать эти вещества. В 1896 году Дюкло предложил называть ферменты по субстрату, на который они действуют с прибавлением окончания –аза., например,  сахараза  и т.п. в последующем было отмечено, что ферменты могут действовать на одно вещество, но ускорять разные реакции.  Поэтому в 1961  году на Международном Биохимическом съезде была  принята классификация ферментов, которая используется по настоящее время. Несмотря на многочисленность ферментов, все реакции, ускоряемые ими можно разделить на 6 типов. В связи с этим различают 6 классов ферментов:

Оксидоредуктазы – ускоряют ОВР;

Трансферазы – ускоряют перенос различных групп атомов с одного вещества на другое;

Гидролазы – ускоряют расщепление сложных веществ до простых с участием воды (т.е. путем гидролиза);

Лиазы – ускоряют реакции распада веществ без участия воды или способствуют присоединению групп атомов по месту разрыва двойных связей;

Изомеразы – ведут реакции изомеризации;

Лигазы, или синтетазы – ускоряют синтез веществ за счет соединения молекул между собой.

Номенклатура ферментов. Каждый класс делится на подкласс, подкласс делится на подподкласс, в  каждом подподклассе обозначен  порядковый номер представителя. Поэтому для каждого фермента существует шифр, состоящий из 4 цифр – первая показывает номер класса, вторая – номер подкласса, третья – номер подподкласса, четвертая – место фермента в подподклассе. Например, шифр для липазы поджелудочной железы – 3.1.1.3., это означает, что липаза п/ж относится к гидролазам, (третий класс, т.е. ускоряет гидролиз), к первому подклассу – эстеразам (т.е. ускоряет гидролиз сложно-эфирных связей), к первому подподклассу (т.е. ускоряет гидролиз сложно-эфирных связей, образованных карбоновыми кислотами), место в подподклассе – третье.

Гидролазы — ферменты, широко распространенные в природе, встречаются в клетках и пищеварительных соках. Почти все гидролазы ЖКТ однокомпонентные ферменты. В клетках гидролазы находятся в особых органеллах – лизосомах и потому называются лизосомальными ферментами. Лизосомальные ферменты выполняют защитную роль: под их влиянием чужеродные вещества, поступившие в клетку, а затем в лизосомы, подвергаются расщеплению. Расщепляются также вещества, неиспользованные организмом, поэтому лизосомальные ферменты называют клеточными санитарами. При инфекционных заболеваниях, при воспалительных процессах, уменьшении рН, гипоксии мембраны лизосом становятся проницаемыми и гидролазы могут выходить из них, начиная переваривать собственную клетку, вызывая аутолиз клетки. Поэтому лизосомы называют клеточными самоубийцами.

Классификация гидролаз  Класс гидролаз включает ферменты, ускоряющие гидролитические реакции сложных эфиров (3.1), гликозидов (3.2), простых эфиров (3.3), пептидов (3.4), других С-N связей (3.5), ангидридов кислот (3.6).