- Синтез аспарагина - взаимодействие аспартата с аммиаком. Является второстепенным способом уборки аммиака, энергетически невыгоден, т.к. при этом тратятся 2 макроэргические связи,
- синтез карбамоилфосфата в митохондриях печени - реакция является первой в процессе синтеза мочевины, средства для удаления аммиака из организма.
Транспортными формами аммиака из тканей в печень являются глутамин и аланин, в меньшей степени аспарагин и глутамат, некоторое количество аммиака находится в крови в свободном виде. Целевыми органами для транспорта аммиака являются печень, почки и кишечник.
56. Синтез мочевины. Происхождение азота мочевины. Нарушения образования и выделения мочевины. Понятие об азотемии
Практически весь аммиак удаляется из организма через почки в виде мочевины, которая синтезируется в печени. В клетки печени и почек аммиак попадает в составе глутамина и аспарагина, глутаминовой кислоты, аланина и в свободном виде.
Синтез мочевины. В печени весь удаляемый аммиак используется для синтеза мочевины. Реакции синтеза мочевины являются циклическим процессом и получили название орнитиновый цикл. Синтез мочевины начинается в митохондриях (первая и вторая реакции), оставшиеся три реакции идут в цитозоле. Для переноса цитруллина и орнитина через митохондриальную мембрану существуют специальные переносчики. Как побочный продукт орнитинового цикла образуется фумаровая кислота, переносимая обратно в митохондрии. Здесь в реакциях ЦТК из нее образуется оксалоацетат, который трансаминируется с глутаматом до аспартата, выходит в цитозоль и вновь реагирует с цитруллином. В образовании одной молекулы мочевины участвует 1 молекула NH4+, 1 молекула CO2, аминогруппа 1 молекулы аспарагиновой кислоты, затрачивается 4 макроэргических связи трех молекул АТФ.
Низкомолекулярные азотистые вещества - продукты обмена белков и нуклеиновых кисло,т, составляют остаточный азот крови. Нормальное содержание 14,3 - 28,6 ммоль/л
Основными фракциями остаточного азота являются: 1) мочевина (примерно 50%; синтезируется в гепатоцитах из аммиака и карбамоилфосфата в орнитиновом цикле, с кровью разносится по всему организму, легко проникает через мембраны клеток и равномерно распределяется во внеклеточном и внутриклеточном пространствах. В почках мочевина полностью фильтруется, 40?50% ее реабсорбируется в почечных канальцах и активно секретируется. Азот мочевины составляет около 90% всего выводимого азота.), 2) АКты (около 25%), 3) креатин и креатинин (7,5%); 4) полипептиды, нуклеотиды и азотистые основания (5%); 5)мочевая кислота (4%), 6) аммиак и индикан (0,5%).
У здорового человека колебания в содержании небелкового (остаточного) азота крови незначительны и в основном зависят от количества поступающих с пищей белков. При ряде патологических состояний уровень небелкового азота в крови повышается. Это состояние носит название азотемии. Увеличение фракций остаточного азота (азотемия) по своему характеру может быть абсолютным, связанным с действительным накоплением азотистых компонентов в крови, и относительным, связанным с дегидратацией. В свою очередь, абсолютная азотемия может быть ретенционная и продукционная.
Ретенционная азотемия развивается в результате недостаточного выделения с мочой азотсодержащих продуктов при нормальном поступлении их в кровяное русло. Она в свою очередь может быть почечной и внепочечной. При почечной ретенционной азотемии концентрация остаточного азота в крови увеличивается вследствие ослабления очистительной (экскреторной) функции почек. Резкое повышение содержания остаточного азота происходит в основном за счет мочевины. В этих случаях на долю азота мочевины приходится 90% небелкового азота крови вместо 50% в норме. Внепочечные в свою очередь подразделяются на надпочечные (результат нарушений гемодинамики и падения фильтрационного давления при сердечно-сосудистой недостаточности, снижении артериального давления) и подпочечные (при гипертрофии или аденоме простаты, почечнокаменной болезни - наличие препятствия оттоку мочи после ее образования в почке).
Продукционная азотемия развивается при избыточном поступлении азотсодержащих продуктов в кровь, как следствие усиленного распада тканевых белков при обширных воспалениях, ранениях, ожогах и др.
57. Биосинтез ДНК (репликация). Особенности процесса, репликативная система, этапы репликации, роль ДНК-полимеров
Условия, необходимые для репликации:
1. строительный материал - дезоксинуклеозидтрифосфаты (дАТФ, дГТФ, дЦТФ ТТФ);
2. энергия, которая выделяется из вышеперечисленных трифосфатов: дАТФ дАМФ + ФФн +Q;
3. ионы Мg2+, играющие стабилизирующую роль;
4 матрица - расплетенная двойная спираль ДНК - репликативной вилкой;
5. репликативный комплекс ферментов.
Ферменты и белки, участвующие в репликации (их > 40), объединены в единый комплекс -- реплисому.
Ферменты - ДНК-полимеразы, хеликаза, топоизомеразы, ДНК-лигазы, праймаза.
Этапы биосинтеза ДНК: инициация, элонгация и терминация.
Синтез новой цепи ДНК идет в направлении от 5'-конца к 3'-концу.
Инициация биосинтеза ДНК. Включает в себя раскручивание спирализованной ДНК. В точке начала репликации (точка-ori) происходит образование репликативной вилки. В раскручивании участвует хеликаза, она рвет водородные связи, в результате чего цепи расходятся. Топоизомераза идет впереди, работает со сверхскрученными участками. Чтобы образующиеся одиночные нити не скручивались, ДНК-связывающие белки присоединяются к цепям. Начало биосинтеза дочерних полидезоксирибонуклеотидных цепей на материнских, сводится к созданию на материнской цепи ДНК затравочного олигонуклеотида со свободной гидроксильной группой на З'-конце. Этот короткий олигорибонуклеотид, заканчивающийся пиримидиновым нуклеозидом, является праймером, т. е. предшественником будущей цепи ДНК, и синтезируется при участии фермента типа РНК-полимеразы, получившего название праймазы. После его создания в синтез включается ДНК-полимераза III, при посредстве которой синтезируется далее на материнской цепи ДНК дочерняя цепь ДНК.
Элонгация биосинтеза ДНК-полимераза наращивает 3'-конец по принципу комплементарности. На одной цепи синтез идет непрерывно - это лидирующая цепь. На второй цепи (отстающая) синтез идет фрагментами - фрагменты Оказаки. Затравки уничтожаются при помощи нуклеаз. Когда фрагменты Оказаки оказываются на расстоянии 1 нуклеотида в дело вступает ДНК-лигаза.
Терминации биосинтеза. Предполагают, что прекращение репликации ДНК программируется особой нуклеотид-ной последовательностью, в том числе в виде специальных палиндромовна конце хромосомы. Само собой разумеется, что репликация прекращается, когда встречаются две репликационные вилки при удвоении как кольцевых, так и линейных ДНК.
В результате репликации на одной материнской нити синтезируются 2 комплементарных дочерних ДНК. Т.е. из одной молекулы ДНК образуются 2 копии ДНК.
Репликация протекает в ядре и частично в митохондриях в синтетическую фазу митотического цикла (S фаза). Значение репликации состоит в передаче информации от ДНК матери к дочерней ДНК.
58. Биосинтез РНК (транскрипция) как передача информации от ДНК к РНК. Компоненты транскрипции. Пострансткрипционные изменения
При транскрипции, в отличие от репликации, информации передается с небольшого участка ДНК. Элементарной единицей транскрипции является оперон (транскриптон)- участок ДНК, подвергающийся транскрипции.
В опероне выделяют информативные участки - экзоны и неинформативные участки - интроны. В начале оперона выделяют промотор (P) - это начальный участок оперона, к которому присоединяется РНК-полимераза. Рядом с промотором располагается оператор (О) - регуляторная зона, место присоединения генов-регуляторов. В конце оперона располагается терминатор (Т) - участок, содержащий стоп-сигнал.
Необходимые условия для трансляции:
1. расплетенный участок ДНК - одна нить ДНК;
2. строительный материал, представленный нуклеотидами - рибонуклеозидтрифосфаты (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ);
3. энергия, которая выделяется из вышеперечисленных трифосфатов: АТФ АМФ + ФФн +Q;
4. ферменты - ДНК-зависимая РНК-полимераза.
Этапы трансляции:
1. Инициация - заключается в присоединении ДНК-зависимой РНК-полимеразы к промотору, что приводит к разрыву водородных связей между комплементарными нуклеотидами и расхождение нитей ДНК.
2. Элонгация - это передвижение РНК-полимеразы вдоль нити ДНК, сопровождающееся образованием фосфодиэфирных связей между рибонуклеотидами. Присоединение рибонуклеотидов происходит в соответствии с принципом комплементарности.
Этот синтез идет от 5' конца к 3' концу со скоростью 40- 50 нуклеотидов в секунду. Данная фаза протекает до тех пор, пока ДНК-полимераза не достигнет стоп-сигнала, после чего происходит 3. терминация. В результате процессов транскрипции образуется транскрипт (пре-иРНК). Он почти полностью соответствует транскриптону.
Начинается следующий этап - процессинг - посттранскриптационное созревание РНК. Заключается в:
- удаление излишков - вырезаются неинформативные участки;
- сплайсинг - сшивка, соединение информативных участков. При этом иРНК укорачивается. Из пре-иРНК образуется иРНК. Далее иРНК соединяется с белком-информером, в результате чего образуется комплекс иРНК+ белок =информосома, который может выходить из ядра и транспортироваться в цитоплазму к рибосоме, где начинается следующий этап передачи информации - трансляция.
Центральный постулат генетики (Уотсон и Крик): ДНКРНКбелок. В 70-е годы был обнаружен фермент - ревертаза.
59. Биосинтез белка. Общие представления. Этапы. Понятие о белок-синтезирующей системе
Трансляция (биосинтез белка) - процесс, в ходе которого информация о структуре белка, записанная в виде линейной последовательности нуклеотидов в молекуле зрелой мРНК, «переводится на язык аминокислот» при участии тРНК и рибосом. В результате образуется молекула белка со строго определенной первичной структурой.
Структура белка генетически предопределена, информация закодирована в ДНК, но она сама непосредственно в синтезе белка не участвует, посредником между ДНК и рибосомой является иРНК.
мРНК построена из четырех нуклеотидов, а в состав белков входит 20 аминокислот. Способ шифрования аминокислот в последовательности нескольких нуклеотидов, согласно которому в мРНК закодирована последовательность аминокислот в белке, получил название генетического кода.
После переноса информации с ДНК на мРНК начинается синтез белков. Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи. Биосинтез белков или трансляция происходит на рибосомах, внутриклеточных белоксинтезирующих органеллах, и включает ключевые элементы:
1)матрица - матричная РНК, 2) молекулы тРНК (61 вид тРНК). 61 кодону соответствует 20 АК. 3) рибосомы, Каждая рибосома состоит из малой и большой субъединиц. У прокариот они более мелкие - 70S: малая субъединица - 30S, большая - 50S. (S- скорость осаждения). У эукариот- 80S: малая - 40S, большая- 60S. Рибосома содержит рРНК, а также около 80 различных белков, в том числе и ферментов. 4)растущая цепь - полипептид, 5)субстрат для синтеза - 20 аминокислот, 6)источник энергии - ГТФ, 7) ферменты: аминоацил-тРНК-синтетаза - обеспечивают узнавание и связывание АК со своей тРНК (20) и др. белковые факторы трансляции.
Этапы
1. Рекогниция. Происходит связывание АК со своей тРНК: АК+тРНК(над стрелкой - аминоацил-тРНК-синтетаза, АТФ) аминоацил-тРНК +АМФ+2Фн Количество этих реакций зависит от количества АК.
2. Инициация: иРНК поступает на малую субъединицу рибосомы 5/-концом, к инициирующему кодону (АУГ) присоеди-няетсяпервая аминоацил-тРНК (мет-тРНК), и комплекс «закрывается» большой субъединицей рибосомы. В образовании инициирующего комплекса участвуют белковые факторы инициации (IF-1, 2, 3) и используется энергия ГТФ.
3. Элонгация: в аминоацильный участок поступает следующая аминоацил-тРНК. Фермент пептидилтрансфераза образует пептидную связь между активированной карбо-ксильной группой первой аминокислоты и аминогруппой второй аминокислоты. Образованный при этом дипептид «зависает» в аминоацильном центре. Затем с помощью транслоказы и энергии ГТФ рибосома перемещается по иРНК на один кодон, аминоацильный участок освобождается, туда поступает новая аминокислота.
4. Терминация наступает тогда, когда в аминоацильном участке оказывается один из терминирующих (нонсенс) кодонов. К таким кодонам присоединяются специальные белки (рилизинг-факторы), которые высвобождают синтезированный пептид и вызывают диссоциацию субъединиц рибосомы.