21 Обратная транскрипция

Некоторые вирусы, имеют возможность транскрибировать РНК в ДНК. ВИЧ имеет РНК-геном, который встраивается в ДНК. В результате, ДНК вируса может быть объединено с геномом клетки-хозяина. Главный фермент, ответственный за синтез ДНК из РНК, называется ревертазой. Одной из функций ревертазы является создание комплементарной ДНК из вирусного генома. Ассоциированый фермент рибонуклеаза H расщепляет РНК, а ревертаза синтезирует кДНК из двойной спирали ДНК. кДНК интегрируется в геном клетки-хозяина с помощью интегразы. Результатом является синтез вирусных протеинов клеткой-хозяином, которые образуют новые вирусы. В случае с ВИЧ так же программируется апоптоз Т-лимфоцитов. В иных случаях клетка может остаться распростанителем вирусов.

Некоторые клетки эукариотов содержат фермент теломеразу, так же проявляющую активность обратной транскрипции. С её помощью синтезируются повторяющиеся последовательности в ДНК. Теломераза часто активирутся в раковых клетках для бесконечной дупликации генома без потери кодирующей протеины последовательности ДНК.

22 Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды[1]) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью . В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул разных белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.

Функции белков в организме

Защитная функция белков

Защищающая организм от вредного воздействия бактерий, микробов, вирусов и токсинов, иммунная система организма запускает механизм синтеза антител, специфических защитных белков. Взаимодействие антител с чужеродными веществами способствует нейтрализации их биологического действия. Не менее важной защитной функцией белков является механизм свертывания крови. В данном случае свертывание белка плазмы крови фибриногена приводит к образованию сгустка крови, и защищает организм от потери крови.

Каталитическая функция белков

Все известные биологические катализаторы – ферменты являются белками.

Транспортная функция белков

Гемоглобин, белок крови, является главным «транспортным средством» для переноски кислорода. Многие другие виды белков путем образования соединений с жирами, а также некоторыми элементами, гормонами и витаминами, обеспечивают их доставку к нуждающимся тканям и органам.

Питательная функция белков

Так называемые резервные белки, к которым относят белок яйца (альбумин) и белок молока (казеин) являются источниками питания для развития плода.

Гормональная функция белков

Многие гормоны, регулирующие обмен веществ в организме, являются белками или их соединениями.

Строительная функция

Белок коллаген является основным структурным компонентом соединительной ткани; кератин – в волосах, ногтях и коже; эластин – в стенках сосудов.

Сокращающая функция белков

Белки мышечной ткани актин и миозин играют основную роль в процессах сокращения и расслабления мышечных тканей.

Кроме перечисленных функций, белки:

обеспечивают обменные процессы на клеточном уровне

являются резервным источником энергии, особенно при больших нагрузках или при дефиците в пище углеводов и жиров

в комплексе с углеводами участвуют в образовании ряда секретов

в комплексе с жирами участвуют в формировании мембран клеток

регулируют физиологическое значение pH внутренней среды

входят в состав клеточных структур — органелл

стабилизируют онкотическое давление в клетках и крови

обеспечивают рост, размножение и полноценное развитие организма

обеспечивают работу и развитие нервной системы, формирую способность к мышлению, а также регулируя реакции на внешние раздражители

23 Традиционные методы выделения и очистки белков

1) Осаждение. Для осаждения необходимо понизить каким-либо способом растворимость белка. Растворимость белка зависит от их способности к гидратации. У глобулярных водорастворимых белков высокий уровень гидратации обеспечивается расположением гидрофильных групп на поверхности. Добавление органических растворителей понижает степень гидратации и приводит к осаждению белка. В качестве таких растворителей используют ацетон. Осаждают белки также с помощью солей, например, сульфата аммония. Принцип этого метода основан на том, что при повышении концентрации соли в растворе происходит сжатие ионных атмосфер, образуемых противоионами белка, что способствует сближению их до критического расстояния, на котором межмолекулярные силы ван-дер-ваальсова притяжения перевешивают кулоновские силы отталкивания противоионов. Это приводит к слипанию белковых частиц и их выпадению в осадок.

2) Изоэлектрическое осаждение. Заряд белков обусловлен в первую очередь остатками аспаратата и глутамата (отрицательный заряд) и остатками лизина и аргинина (положительный заряд). По мере повышения рН различными способами заряд белков проходит от положительных к отрицательным значениям и в изоэлектрической точке оказывается равен нулю. В результате белок лишается своей ионной атмосферы и его частицы слипаются, выпадая в осадок.

3) Центрифугирование. Выпавший осадок белка можно выделить фильтрованием. Для этого часто пользуются центрифугами. Частицы осажденного вещества под действием центробежной силы оседают на дне центрифужных стаканов и сжимаются в плотный осадок, с которого оставшийся раствор (надосадочная жидкость, или супернатант) легко сливается или отсасывается. Скоростные центрифуги (ультрацентрифуги) создают центробежное ускорение порядка 100000g (т.е. 100000 ускорений свободного падения), что позволяет осаждать даже некоторые крупные надмолекулярные агрегаты - рибосомы и вирусы.

4) Сорбция. Основана на различном сродстве компонентов смесей к определенным веществам сорбентам. Наиболее часто используемый сорбент гель фосфата кальция (гидроксиапатит) или активированный уголь. Эффективную сорбцию можно получить на ионитах сорбентах, имеющих на поверхности заряженные группы. В исходном состоянии эти заряды скомпенсированы какими-либо подвижными противоионами. Практически при сорбции на ионитах происходит обмен этих противоионов. Если на поверхности сорбента находятся отрицательно заряженные группы, то он связывает катионы и его называют катионитом, соответственно сорбент с положительно заряженными группами называют анионитом. В качестве ионитов чаще всего используют материалы (после соответствующей химической обработки) на гидрофильной основе - целлюлозе, декстране, силикагеле или пористых стеклах.

5) Ситовой эффект. Молекулярные сита представляют собой материалы с очень маленькими порами определенного размера. Следует отметить отличие этих "сит": крупные частицы не остаются на поверхности материала сита, а обтекают его частички (гранулы), тогда как мелкие вещества примесей диффундируют в частицы сита и таким образом задерживаются. Материалом для молекулярных сит может служить сефадекс (полисахарид декстран, у которого после соответствующей обработки цепи оказываются сшитыми трехуглеродными мостиками) или полиакриламид, линейные цепи которого сшиты метиленовыми мостиками.

В перечисленных методах в конечной смеси остаются вспомогательные низкомолекулярные вещества органические растворители, соли и кислоты. Для очищения от них используется метод диализа. Диализ основан на применении мембран проницаемых для воды и низкомолекулярных веществ и непроницаемых для белков. Чаще всего с этой целью используют пленки из целлофана (нитрат целлюлозы). В лаборатории подлежащий диализу раствор белка помещают в мешок из целлофана и погружаю последний в сосуд с водой. Непрерывный ток воды через сосуд приводит к полному переходу в него всех проходящих через целлофан веществ, а белки остаются внутри.