ответы на экз билеты беха / билет 37

Билет 37

1. Оперон — это тесно связанная последовательность структурн генов, опред синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохим преобраз. Например, это могут быть гены, которые детерминируют синтез ферментов, участвующих в метаболизме какого-либо вещества или в синтезе какого-то компонента клетки. Оперонная модель регуляции экспрессии генов предполагает наличие единой системы регуляции у таких объединенных в один оперон структурных генов, имеющих общий промотор и оператор.

Особенностью прокариот является транскрибирование мРНК со всех структурных генов оперона в виде одного полицистронного транскрипта, с которого в дальнейшем синтезируются отдельные пептиды.

Пример:функционирование лактозного оперона у кишечной палочки Е. colt При отсутствии в среде, на которой выращиваются бактерии, сахара лактозы активный белок-репрессор, синтезируемый геном-регулятором , взаимодействует с оператором , препятствуя соединению РНК-полимеразы с промотором и транскрипции структурных генов. Появление в среде лактозы инактивирует репрессор, он не соединяется с оператором, РНК-полимераза взаимодействует с промотором и осуществляет транскрипцию полицистронной мРНК. Последняя обеспечивает синтез сразу всех ферментов, участвующих в метаболизме лактозы. Уменьшение содержания лактозы в результате ее ферментативного расщепления приводит к восстановлению способности репрессора соединяться с оператором и прекращению транскрипции генов.

Регуляция экспрессии генома у эукариот осуществляется на нескольких уровнях:

1) на уровне структурной организации генома (претранскрипционный контроль):

А. Структурно- химическая модификация генома а) роль упаковки хроматина. В ядрах дифференцированных клеток хроматин так упакован, что только небольшое число генов (до 1%) доступно для транскрипции; б) химическая модификация белков хроматина. Гистоновые и негистоновые белки, которые образуют прочные комплексы с ДНК, препятствуют использованию ДНК в процессах репликации или транскрипции; в) метилирование ДНК. Метилирование приводит к временной инактивации гена и блокировки его транскрипции.)

Б. Изменение количества генов

а) Амплификация - это процесс увеличения копий соответствующих генов. Явление амплификации лежит в основе полимеразной цепной реакции (ПЦР))

В.Перестройка генов (генетические рекомбинации или реаранжирование) Перестройка генов – это обмен фрагментами ДНК между различными генами или объединение генов из различных биологических источников.

2) на уровне транскрипции. Существует транскрипционная и посттранскрипционная регуляция. Регулироваться может сам процесс транскрипции, дозревание мРНК (процессинг), транспорт и деградация мРНК.

ДНК-связывающие домены, ответственные за узнавание и связывание регуляторных факторов со специфическими участками на молекуле ДНК;

Домены, активирующие транскрипцию за счёт связывания с белками основного инициаторного комплекса: транскрипционными факторами, коактиваторами и РНК-полимеразой;

Антирепрессорные домены, благодаря которым белки способны взаимодействовать с гистонами нуклеосом и освобождать транскрибируемые участки ДНК от связи с этими ингибиторными структурами;

Домены, связывающие лиганды, присоединение которых к белку изменяет его конформацию и обеспечивает связывание с молекулой ДНК.

Лиганды-индукторы транскрипции - стероидные гормоны, ретиноевая кислота, кальцитриол (производное витамина D3)

3) на уровне трансляции – через фосфорилирование-/дефосфорилирование белковых факторов трансляции.

4)на пострансляционном уровне – через регуляцию процессов формирования белковой молекулы, ее транспорта, активности и деградации.

2. Кальциферолы - группа химически родственных соединений, относящихся к производным стеринов. Наиболее биологически активные витамины - D2 и D3. Витамин D2 (эргокалыщферол), производное эргостерина - растительного стероида, встречающегося в некоторых грибах, дрожжах и растительных маслах. При облучении пищевых продуктов УФО из эргостерина получается витамин D2, используемый в лечебных целях. Витамин D3, имеющийся у человека и животных, - холекальциферол, образующийся в коже человека из 7-дегидрохолестерина под действием УФ-лучей.

Витамины D2 и D3 - белые кристаллы, жирные на ощупь, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах и органических растворителях.

Источники. Наибольшее количество витамина D3 содержится в продуктах животного происхождения: сливочном масле, желтке яиц, рыбьем жире.

Биологическая роль. В организме человека витамин D3 гидроксилируется в положениях 25 и 1 и превращается в биологически активное соединение 1,25-дигидроксихолекальциферол (калыщтриол). Кальцитриол выполняет гормональную функцию, участвуя в регуляции обмена Са2+ и фосфатов, стимулируя всасывание Са2+ в кишечнике и кальцификацию костной ткани, реабсорбцию Са2+и фосфатов в почках. При низкой концентрации Са2+ или высокой концентрации D3 он стимулирует мобилизацию Са2+ из костей.

Недостаточность. При недостатке витамина D у детей развивается заболевание "рахит", характеризуемое нарушением кальцификации растущих костей. При этом наблюдают деформацию скелета с характерными изменениями костей (Х- или о-образная форма ног, "чётки" на рёбрах, деформация костей черепа, задержка прорезывания зубов).

Избыток. Поступление в организм избыточного количества витамина D3 может вызвать гипервитаминоз D. Это состояние характеризуется избыточным отложением солей кальция в тканях лёгких, почек, сердца, стенках сосудов, а также остеопорозом с частыми переломами костей.

Кальцитриол. Как и др стероидные гормоны, синтезир из холестерола. Действие гормона направлено на повыш конц кальция в плазме крови.

В коже 7-дегидрохолестерол (провитамин D3) превращается в непосредственного предшественника кальцитриола - холекальциферол (витамин D3). В ходе этой неферментативной реакции под влиянием УФ-излучения связь между девятым и десятым атомами углерода в молекуле холестерола разрывается, раскрывается кольцо В, и образуется холекальциферол Так обр в организме человека большая часть витамина D3, однако небольшое его количество поступ с пищей и всасыв в тонком кишечнике вместе с др жирорастворимыми витаминами.

В эпидермисе холекальциферол связ со специф витамин D-связывающим белком (транскальциферином), поступает в кровь и переносится в печень, где происходит гидроксилирование по 25-му атому углерода с образованием кальцидиола. В комплексе с витамин D-связывающим белком кальцидиол транспортируется в почки и гидроксилируется по первому углеродному атому с образованием кальцитриола.

Гидроксилирование, протекающее в почках, яв скорость-лимитирующей стадией. Эта реакция катализиря митохондриальным ферментом lα-гидроксилазой. Паратгормон индуцирует la-гидроксилазу, тем самым стимулируя синтез кальцитриола.

Кальцитриол оказывает воздействие на тонкий кишечник, почки и кости. Подобно др стероидным гормонам, кальцитриол связывается с внутриклет рецептором клетки-мишени. Обр комплекс гормон-рецептор, который взаимод с хроматином и индуцирует транскрипц структур генов, в результате чего синтезир белки, опосред действие кальцитриола. Так, например, в кл кишечника кальцитриол индуцир синтез Са2+-переносящих белков, которые обеспеч всасывание ионов кальция и фосфатов из полости кишечника в эпит клетку кишечника и далее транспорт из клетки в кровь, благодаря чему конц ионов кальция во внеклеточной жидкости поддерж на уровне, необходимом для минерализации органич матрикса костной ткани. В почках кальцитриол стимулир реабсорбцию ионов кальция и фосфатов. При недостатке кальцитриола нарушается образование аморфного фосфата кальция и кристаллов гидроксиапатитов в органическом матриксе костной ткани, что приводит к развитию рахита и остеомаляции. Обнаружено также, что при низкой концентрации ионов кальция кальцитриол способствует мобилизации кальция из костной ткани.

3. Производное витамина кокарбоксилаза входит в состав пируватдегидрогеназного комплекса, осуществляющего окислительное декарбоксилирование пирувата — метаболита окисление глюкозы в аэробных условиях. При недостатке тиамина этот процесс затормаживается и пируват превращается в лактат, что приводит к развитию ацидоза.