93. Биосинтез рнк (транскрипция): рнк-полимераза, стехиометрия реакции, днк как матрица. Регуляция транскрипции. Посттранскрипционная достройка рнк. Молекулярные мутации. Наследственные болезни.

Субстратами реакции служат трифосфаты рибонуклеозидов. Реакция идет только в присутствии ДНК, выполняющей роль матрицы. Матрицей служит одна из цепей ДНК, называемая матричной (а также кодирующей, значащей) цепью. Все синтезированные молекулы РНК имеют структуру, комплементарную матрице, т. е. одной из цепей ДНК. Поскольку РНК представляет собой одноцепочечную молекулу (спирализованные участки составляют лишь часть молекулы), стехиомет-рические коэффициенты для всех четырех субстратов различны. Транскрипцию катализируют РНК-полимеразы I, II и III. Первый из этих ферментов участвует в синтезе рибосомных РНК, второй — матричных и третий — транспортных РНК. В процессе транскрипции различают стадии инициации, элонгации и терминации. В результате транскрипции образуются предшественники тРНК, рРНК и мРНК — первичные транскрипты. Затем в ядре и в цитоплазме происходит посттранскрипционная доработка (созревание) этих предшественников, и получаются функционально активные рибонуклеиновые кислоты. Промотор содержит последовательность, обогащенную нуклеотидами Т и А (ТАТА-последовательность), узнаваемую белком ТАТА-фактором. РНК-полимера-за присоединяется к промотору, если ТАТА-последовательность связана с ТАТА-фактором. Матрицей для синтеза РНК служит одна из цепей ДНК; промотор с ТАТА-фактором обеспечивают узнавание РНК-полимеразой транскрибируемой цепи ДНК и первого нуклеотида транскрибируемого гена. Связывание РНК-поли-меразы с промотором и вызванные этим конформационные изменения повышают сродство РНК-полимеразы к факторам инициации. Присоединение этих факторов приводит к локальному расхождению нуклеотидных цепей ДНК; расхождение включает около 10 нуклеотидных пар, т. е. примерно один виток спирали. Элонгация. Наращивание молекулы РНК происходит путем присоединения очередного рибонуклеотида, комплементарного тому дезоксирибонуклеотиду ДНК, который в данный момент находится в области активного центра РНК-полимеразы. В активном центре фермента находится З'-конец растущей цепи РНК, и к нему присоединяется очередной нуклеотид.

94. Биосинтез белков (трансляция). Стадии биосинтеза белка на рибосоме. Универсальность биологического кода и

механизма биосинтеза белков. Посттрансляционные изменения белков. Антибиотики-ингибиторы синтеза белков.

Трансляция — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой.

Синтез белка является основой жизнедеятельности клетки. Для осуществления этого процесса в клетках всех без исключения организмов имеются специальные органеллы — рибосомы. Рибосомы представляют собой рибонуклеопротеидные комплексы, построенные из 2 субъединиц: большой и малой. Функция рибосом заключается в узнавании трёхбуквенных (кодонов мРНК, сопоставлении им соответствующих антикодонов тРНК, несущих аминокислоты, и присоединении этих аминокислот к растущей белковой цепи. Двигаясь вдоль молекулы мРНК, рибосома синтезирует белок в соответствии с информацией, заложенной в молекуле мРНК. Для узнавания аминокислот в клетке имеются специальные «адаптеры», молекулы транспортной РНК (тРНК). Эти молекулы, имеющие форму клеверного листа, имеют участок (антикодон), комплементарный кодону мРНК, а также другой участок, к которому присоединяется аминокислота, соответствующая этому кодону. Присоединение аминокислот к тРНК осуществляется в энерго-зависимой реакции ферментами аминоацил-тРНК-синтетазами, а получившаяся молекула называется аминоацил-тРНК. Таким образом, специфичность трансляции определяется взаимодействием между кодоном мРНК и антикодоном тРНК, а также специфичностью аминоацил-тРНК-синтетаз, присоединяющих аминокислоты строго к соответствующим им тРНК (например, кодону GGU будет соответствовать тРНК, содержащая антикодон CCA, а к этой тРНК будет присоединяться только аминокислота глицин). Механизмы трансляции прокариот и эукариот существенно отличаются, поэтому многие вещества, подавляющие прокариотическую трансляцию, в значительно меньшей степени действуют на трансляцию высших организмов, что позволяет использовать их в медицинской практике как антибактериальные средства безопасные для организма млекопитающих. Процесс трансляции разделяют на

• инициацию — узнавание рибосомой стартового кодона и начало синтеза.

• элонгацию — собственно синтез белка.

• терминацию — узнавание терминирующего кодона (стоп-кодона) и отделение продукта.

95. Гем, основные этапы биосинтеза. Возможные нарушения обмена порфинов, приводящие к ослаблению синтеза гема. Гемоглобин, его структура. Гетерогенность гемоглобинов (3 типа гемоглобинов у человека). Свойства гемоглобина: кооперативное взаимодействие субъединиц. Виды гемоглобина (P, F, A). Формы гемоглобина: оксигемоглобин, карбгемоглобин, метгемоглобин, карбоксигемоглобин. Функции гемоглобина. Влияние 2,3-дифосфоглицерата эритроцита на процесс оксигенации. Патологии гемоглобина – гемоглобинозы.

Гем, железосодержащее тетрагидропиррольное красящее вещество, является составной частью О₂-связывающих белков и различных коферментов оксидоредуктаз. Почти на 85% биосинтез гема происходит в костном мозге и лишь небольшая часть — в печени. В синтезе гема участвуют митохондрии и цитоплазма. Синтез тетрагидропиррольных колец начинается в митохондриях. Из сукцинил-КоА, промежуточного продукта цитратного цикла, конденсацией с глицином получается продукт, декарбоксилирование которого приводит к 5-аминолевулинату (ALA). Отвечающая за эту стадию 5-аминолевулинат-синтаза (ALA-синтаза) является ключевым ферментом всего пути. Экспрессия синтеза ALA-синтазы тормозится гемом, т. е. конечным продуктом, и имеющимся ферментом. Это типичный случай торможения конечным продуктом, или ингибирования по типу обратной связи. После синтеза 5-аминолевулинат переходит из митохондрий в цитоплазму, где две молекулы конденсируются в порфобилиноген, который уже содержит пиррольное кольцо. Порфобилиноген-синтаза ингибируется ионами свинца. Поэтому при острых отравлениях свинцом в крови и моче обнаруживают повышенные концентрации 5-аминолевулината. На последующих стадиях образуется характерная для порфирина тетрапиррольная структура. Связывание четырех молекул порфобилиногена с отщеплением NH₂-групп и образованиемуропорфириногена III катализируется гидроксиметилбилан-синтазой. Для образования этого промежуточного продукта необходим второй фермент, уропорфириноген III-синтаза. Отсутствие этого фермента приводит к образованию «неправильного» изомера — уропорфириногена I. Тетрапиррольная структура уропорфиринoгена III все еще существенно отличается от гема. Так, отсутствует центральный атом железа, а кольцо содержит только 8 вместо 11 двойных связей. Кроме того, кольца несут только заряженные боковые цепи R (4 ацетатных и 4 пропионатных остатков). Так как группы гема в белках функционируют в неполярном окружении, необходимо, чтобы полярные боковые цепи превратились в менее полярные. Вначале четыре ацетатных остатка (R₁) декарбоксилируются с образованием метильных групп. Образующийся копропорфириноген IIIснова возвращается в митохондрии. Дальнейшие стадии катализируются ферментами, которые локализованы на/или внутри митохондриальной мембраны. Прежде всего под действием оксидазы две пропионатные группы (R₂) превращаются в винильные. Модификация боковых цепей заканчивается образованием протопорфириногена IX. На следующей стадии за счет окисления в молекуле создается сопряженная π-электронная система, которая придает гему характерную красную окраску. При этом расходуется 6 восстановительных эквивалентов. В заключение с помощью специального фермента, феррохелатазы, в молекулу включается атом двухвалентного железа. Образованный таким образом гем или Fe-протопорфирин IX включается, например, в гемоглобин и миоглобин , где он связан нековалентно, или в цитохром С, с которым связывается ковалентно. Гемоглобин  — сложный железосодержащий белок кровосодержащих животных, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У человека содержится в эритроцитах. Нормальным содержанием гемоглобина в крови человека считается: у мужчин 130—170 г/л (нижний предел — 120, верхний предел — 180 г/л), у женщин 120—150 г/л; у детей нормальный уровень гемоглобина зависит от возраста и подвержен значительным колебаниям. Так, у детей через 1—3 дня после рождения нормальный уровень гемоглобина максимальный и составляет 145—225 г/л, а к 3—6 месяцам снижается до минимального уровня 95—135 г/л, затем с 1 года до 18 лет отмечается постепенное увеличение нормального уровня гемоглобина в крови. Виды гемоглобина:

• Гемоглобин A, или ΗbA — нормальный гемоглобин взрослого человека.

• Гемоглобин С (Hemoglobin C), или ΗbC — один из мутантных гемоглобинов

• Гемоглобин E (HbE, эмбриональный гемоглобин) — эмбриональный тип гемоглобина человека.

• Гемоглобин S (HbS) — это особая мутантная форма гемоглобина, образующаяся у больных с серповидно-клеточной анемией и склонная к кристаллизации вместо образования нормальной четвертичной структуры и растворения в цитоплазме эритроцита.

• Гемоглобин F (HbF) — фетальный, плодный тип гемоглобина человека.