2 курс / Биохимия / Лекции по биохимии. Астахов

ПОСТРАНСЛЯЦИОННЫЕ ПЕРЕСТРОЙКИ БЕЛКОВ

Образованный полипептид функционально не активен. Для приобретения биологической активности белок подвергается посттрансляционным перестройкам (модификациям).

1. Фолдинг молекул.

Формирование термодинамически наиболее выгодной пространственной структуры с участием белков шаперонов.

2.Частичный протеолиз.

3. Модификации радикалов аминокислот.

Может идти как во время синтеза белка на рибосоме, так и после его завершения, например, ацилирование, гидроксилирование, гликозилирование, карбоксилирование, метилирование и др.

6

4. Присоединение простетической (небелковой) группы.

Например, связывание кофермента в активном центре фермента, гема с протомерами гемоглобина и другие белки.

5. Сборка протомеров в олигомерные белки.

Например, гемоглобин, лактатдегидрогеназа, синтаза жирных кислот и другие ферменты. 6.Образование дисульфидных (-S-S-) мостиков.

Например, при формировании белкового гормона инсулина дисульфидные связи образуются по завершении частичного протеолиза.

7

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНГИБИТОРОВ СИНТЕЗА НУКЛЕОТИДОВ И МАТРИЧНЫХ БИОСИНТЕЗОВ В КАЧЕСТВЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ И АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫХ ПРЕПАРАТОВ.

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ препараты могут оказывать свое действие, подавляя синтез нуклеотидов у бактерий.

Например, Сульфаниламидные препараты снижают:

●синтез нуклеотидов у микроорганизмов;

●синтез нуклеиновых кислот – РНК и ДНК;

●размножение микроорганизмов.

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ препараты могут ингибировать бактериальные ферменты: ДНКгиразу (аналог ДНК-топоизомеразы II у человека), РНК-полимеразу, поэтому снижается:

●скорость размножения бактерий (при действии ингибиторов ДНК-гиразы);

●синтез РНК у микроорганизмов (под действием ингибиторов РНК-полимеразы);

●синтез белков и размножение бактерий.

АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫЕ препараты вызывают нарушение структуры рибосом (30S и 50S) микроорганизмов, поэтому снижают:

● синтез белка у бактерий и их размножение.

ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ препараты могут подавлять синтез нуклеотидов в опухолевых клетках, поэтому снижается:

●скорость метаболических путей образования нуклеотидов;

●синтез ДНК и рост опухоли.

ПРОТИВООПУХОЛЕВЫЕ препараты могут оказывать свое действие, нарушая структуру ДНК матрицы, так как:

●специфически связываются с ДНК;

●нарушают процесс репликации и транскрипции;

●снижают скорость деления опухолевых клеток.

Эти препараты не нарушают метаболических процессов в покоящихся клетках. Но они оказывают влияние и на нормальные (здоровые) клетки быстроделящихся тканей, например:

● иммунной системы;

8

●стволовые клетки кроветворной системы;

●эпителиальной ткани;

●фолликулы волос.

Степень поражения выше у опухолевых клеток, так как:

●они более проницаемы для лекарственных препаратов;

●для них характерен активный метаболизм (рост, деление).

ВИРУСНЫЕ ИНФЕКЦИИ – ИНГИБИТОРЫ МАТРИЧНЫХ БИОСИНТЕЗОВ После попадания вируса в клетку, белок-синтезирующий аппарат клеток почти полностью переключается на синтез белков вируса.

ИНТЕРФЕРОНЫ – это белки, регулирующие реакцию клетки на вирусную инфекцию. Механизм действия интерферонов При заражении клетки активируется размножение вируса. Инфицированная клетка

одновременно с этим начинает продукцию белка интерферона, который выходит из клетки и оказывает влияние на клетки, соседние с инфицированной (готовит клетку к вирусной «атаке»). Интерфероны являются сигналом для зараженных клеток, чтобы они не репродуцировали вирус, а для здоровых клеток, чтобы они не допускали его ядро. В ответ на воздействие интерферона клетки вырабатывают большое количество ферментов рибонуклеазы и протеинкиназы R. Рибонуклеаза (РНК-гидролаза) расщепляет клеточные РНК. Протеинкиназа R фосфорилирует и инактивирует фактор инициации трансляции IF2. В результате синтез белка в клетке снижается.

9

РЕГУЛЯЦИЯ АКТИВНОСТИ ГЕНОВ В ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ КЛЕТКАХ Одним из основных путей адаптации организмов к изменяющимся условиям окружающей

среды является регуляция на стадии транскрипции. Индукторами или корепрессорами у эукариотов служат S (субстраты), Р (продукты) метаболических путей, гормоны. Рассмотрим на примере, действия стероидного гормона кортизола.

●гормон проходит через клеточную мембрану;

●гормон взаимодействует с цитоплазматическим рецептором;

●комплекс гормон-рецептор проходит в ядро;

●образованный комплекс взаимодействует с гормон-зависимой регуляторной зоной – энхансером или сайленсером;

●повышается или уменьшается сродство промотора к РНК-полимеразе;

●РНК-полимераза взаимодействует или не взаимодействует с промотором;

●возрастает или снижается скорость транскрипции структурных генов;

●увеличивается или уменьшается количество белков в клетке.

10

Более подробно «включение» транскрипции при прохождении индуктора (например, гормона) рассмотрено на следующем рисунке.

11

Но воздействие индукторов и корепрессоров явление временное, оно может меняться в зависимости от состояния клетки и действия на нее регуляторных факторов..

СТОЙКАЯ, СОХРАНЯЮЩАЯСЯ НА ПРОТЯЖЕНИИ ВСЕЙ ЖИЗНИ КЛЕТКИ ИНДУКЦИЯ ИЛИ РЕПРЕССИЯ.

Регуляторные факторы вызывающие стойкую репрессию (препятствующие транскрипции):

●белки-гистоны;

●фермент ДНК-метилаза, присоединяющий СН3-группы к остаткам дезоксицитидина. Эта модификация меняет конформацию хроматина и препятствует транскрипции;

●белки, вызывающие конденсацию ДНК.

12

Все эти факторы препятствуют транскрипции определенных генов хромосом. В клетках разных тканей стойко репрессированы различные гены, поэтому разные клетки одного организма различаются по белковому составу и, следовательно, по обмену веществ и функциям. Образование зон стойкой репрессии происходит на стадии дифференцировки клетки.

МЕХАНИЗМЫ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИМЕНЧИВОСТИ. ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ. НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ.

Нерепарированные изменения в первичной структуре ДНК называют мутациями. ГЕННЫЕ МУТАЦИИ – это изменения в нуклеотидной последовательности гена.

Молекулярные механизмы генных мутаций. Рассмотрим на примерах. ● Замена нуклеотида

а) без изменения смысла кодона (так как код вырожден)

В первичной структуре белка вместо аминокислоты цис появляется триптофан, происходят изменения в первичной структуре белка, а значит, возможно и снижение его активности.

в) с изменением смысла и образованием терминирующего кодона

Образование стоп кодона приводит к нарушению синтеза и образованию неполного (незавершенного) белка.

13

Пример: В яйцеклетке, в гене кодирующем строение фермента диоксигеназы гомогентезиновой кислоты произошла замена 7-го нуклеотида с образованием терминирующего кодона. В ходе трансляции этого гена образуется дипептид, который не проявляет ферментативной активности. Отсутствие фермента диоксигеназы гомогентезиновой кислоты приводит к заболеванию – алкаптонурия (нарушение катаболизма тирозина).

Вставка нуклеотидов, кратная трем, приводит к изменению 1-ой структуры белка и его удлинению на 1, 2, или несколько аминокислот. Активность белка, как правило,

Вставка нуклеотидов, не кратная трем, приводит к сдвигу рамки считывания, и образованию после точки мутации бессмысленной последовательности аминокислот. Происходит нарушение 1-ой, 2-ой, 3-ой структур белка и потеря активности.

● Выпадение нуклеотидов (делеция) а) кратная трем

Выпадение нуклеотидов, кратное трем, приводит к укорочению белка на 1, 2, или несколько аминокислот, изменению его конформации и активности.

б) не кратная трем Выпадение нуклеотидов, не кратное трем, приводит к сдвигу рамки считывания, и

образованию после точки мутации бессмысленной последовательности аминокислот. Происходит нарушение 1-ой, 2-ой, 3-ой структур белка и потеря, активности.

14

Возможные причины мутаций:

●Ошибки репликации

●Повреждения ДНК под действием УФ,

●Повреждение ДНК ионизирующей радиацией.

●Повреждение ДНК химическими соединениями окружающей среды. Возможные биологические последствия "вредных" мутаций:

●Предрасположенность к некоторым болезням

●Возникновение наследственных болезней

●Непереносимость некоторых лекарственных препаратов и пищевых веществ

●Трансформация клеток и развитие опухолей.

Мутации в соматических клетках не наследуются, но могут вызывать различные заболевания. Мутации в половых клетках передаются по наследству и проявляются как наследственная болезнь, связанная с малой активностью или полным отсутствием активности того или иного белка (фермента).

ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ Полиморфные белки – это множественные молекулярные формы белка в пределах организмов одного биологического вида.

Полиморфные белки – это результат мутаций в копиях генов и рекомбинаций в процессе мейоза.

Полиморфные белки:

●могут иметь незначительное различие в аминокислотном составе;

●имеют близкую пространственную структуру;

●выполняют одну и ту же или близкие функции;

●в популяции могут быть представлены большим числом вариантов;

●каждый индивид имеет не более 2-х вариантов этого белка. ПРИМЕРЫ ПОЛИМОРФНЫХ БЕЛКОВ

Гемоглобины человека представлены группой полиморфных белков, например:

НbA(2α2β); HbS(2α2β*);

15