Нуклеиновые кислоты к м н Золовкина Анна Геннадьевна

Нуклеиновые кислоты к. м. н. Золовкина Анна Геннадьевна 1

Нуклеиновые кислоты высокомолекулярные соединения со строго определенной последовательностью мономеров (нуклеотидов) 2

Классификация: n. ДНК (дезоксирибоза) n. РНК (рибоза) 3

Строение нуклеотидов Нуклеотиды — фосфорные эфиры нукпеозидов 4

Азотистые основания 5

Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды: 6

Первичная структура – линейная последовательность нуклеотидов Фосфодиэфирные связи 7

8

Пространственная структура ДНК 9

10

Пространственная структура т. РНК Антикодон 11

Матричная РНК (и. РНК) n Одинаковое строение 5‘ и 3‘-концов Рибосомальная РНК (р. РНК) n Многочисленные спирализованные участки n комплексы р. РНК с белками – рибосомы 12

Центральная догма биологии репликация ДНК транскрипция РНК трансляция БЕЛОК 13

Полуконсервативная репликация 14

Этапы репликации: Инициация (образование репликативной вилки) 2. Элонгация (синтез новых цепей) 3. Исключение праймеров 4. Терминация (завершение синтеза) 1. 15

Инициация Под влиянием факторов роста 16

Факторы роста § с широким диапазоном клеточной и тканевой специфичности; эпидермальный фактор роста (EGF); факторы роста фибробластов (FGF) эритропоэтин (ЕРО) интерлейкин-2 и интерлейкин-3 и др. § специфичные для определенных типов клеток 17

Элонгация (синтез новых цепей) Образование праймера 2. Продолжение синтеза от 3' к 5‘-концу ДНКполимеразой 1. 18

Исключение праймеров Терминация (завершение синтеза) n n Праймаза –вырезает праймеры ДНК-лигаза –сшивает образованные цепи (фрагменты Оказаки) 19

Теломера и теломераза Теломера – последовательность на 5‘-конце ДНК, которая укорачивается с каждым циклом деления. Укорочение теломеры одна из причин старения клетки Теломераза- фермент достраивающий теломеру. 20

Апоптоз n Запрограммированная гибель клетки Рост организма Физиологическое обновление клеток Атрофия Вирусные заболевания 21

Регуляция клеточного цикла n Белки-циклины n Факторы роста n Белок р53 n Мутация в гене р53 – неконтролируемая пролиферация клеток с поврежденной ДНК 22

Свойства генетического кода n n n n Универсальность Триплетность Вырожденность Однозначность Неперекрываемость Отсутствие знаков пунктуации Коллинеарность 23

Транскрипция: Стадии: 1. Инициация 2. Элонгация 3. Терминация Фермент РНК-полимераза 24

25

26

Трансляция: Стадии: 1. Инициация 2. Элонгация n n n Связывание аа-т. РНК в А-центре Образование пептидной связи Транслокация 3. Терминация 27

28

Активация т. РНК Амино-ацил-т. РНК синтаза 29

30

Посттрансляционные модификации белка 31

Регуляция активности матричных синтезов лекарственными средствами Антибиотики Ингибиторы репликации Дауномицин Доксорубицин Номермицин Новобиоцин Актиномицин D Механизм действия Внедряются между парами оснований ДНК Алкилирует ДНК Ингибируют ДНК-топоизомеразу Ингибиторы транскрипции Связываются с бактериальной РНК-полимеразой и Рифамицины препятствуют началу транскрипции Ингибиторы трансляции Тетрациклины Левомицетин Эритромицин Стрептомицин Блокируют присоединение аа-т. РНК в А-центр Ингибируют пептидилтрансферазную активность Ингибируют транслокацию Ингибирует инициацию трансляции. Вызывают ошибки в прочтении информации, закодированной в м. РНК 32

Регуляция транскрипции 33

Естественный отбор и биологическая эволюция невозможны без генетической изменчивости, которая возникает за счет мутаций и рекомбинаций в процессе мейоза. 34

35

Поврежденные азотистые основания ДНК удаляются ДНКгликозидазами. 36

Репарация ДНК 37

Типы повреждений ДНК 38

Репарация ДНК n n n Репарация возможна благодаря существованию 2 копий генетической информации. Если одновременно повреждается комплементарная пара нуклеотидов, репарация невозможна. Репарация необходима для сохранения генетического материала на протяжении всей жизни организма. Все ферменты постоянно активны, т. е. процесс идет непрерывно. Снижение активности ферментов репарации приводит к накоплению повреждений (мутаций) в ДНК. 39

Последствия мутаций последствия замены нуклеотида: n «молчащая» и не проявиться в белке n сопровождаться включением в белок одной измененной аминокислоты (миссенс-мутация) n привести к образованию «терминирующего» кодона (нонсенс-мутация), и образуется укороченный вариант белка. последствия делеции и вставки: n сдвиг рамки считывания информации n делеция или вставка без сдвига рамки считывания информации 40

n Большинтство мутаций влияют на экспрессию или структуру генов n Мутации в половых клетках передаются по наследству и могут проявляться в фенотипе потомства как наследственная болезнь, связанная со структурным и функциональным изменением белка. n В соматических клетках мутации могут вызвать различные функциональные нарушения 41

42

43

Стратегии генной терапии n клетки, потеряли функцию какого-либо гена, и для лечения нужно эту функцию восстановить. Это приходится делать, например, при рецессивных наследственных заболеваниях. n болезнь вызывается избыточной функцией, несвойственной нормальной клетке. Это происходит при инфекциях или опухолевых трансформациях. Тогда следует функцию подавить. n клетки модифицируют, чтобы усилить иммунный ответ организма на инфекцию или опухоль. осуществляется введением новой генетической информации либо в клетки, против которых хотят увеличить иммунный ответ, либо в клетки иммунной системы, с помощью которых хотят усилить этот эффект. 44

Генная терапия n Используют два основных подхода, различающиеся природой клеток- мишеней: n - фетальную генотерапию , при которой чужеродную ДНК вводят в зиготу или эмбрион на ранней стадии развития; при этом ожидается, что введенный материал попадет во все клетки реципиента (и даже в половые клетки, обеспечив тем самым передачу следующему поколению) n - соматическую генотерапию , при которой генетический материал вводят только в соматические клетки и он не передается половым клеткам. n - активация собственных генов организма с целью полного или частичного преодоления действия мутантного гена. Использование гидроксимочевины для активации синтеза гемоглобина F у больных с серповидноклеточяной анемией 45

46

Обмен нуклеопротеидов 47

Переваривание нуклеопротеидов р. Н =1, 5 Желудок нуклеопротеиды Нуклеиновые кислоты протеазы белки аминокислоты ДНК-азы РНК-азы олигонуклеотиды фосфодиэстеразы мононуклеотиды Тонкий кишечник нуклеотидазы нуклеозиды фосфорилазы пентозы азотистые основания 48

Тонкий кишечник Энтероцит Кровь ксантиноксидаза пурины мочевая кислота пиримидины NH 3, CO 2 β-аланин 49

Особенности внутриклеточного обмена нуклеотидов Синтез нуклеотидов de novo из аминокислот n Сначала синтезируются рибонуклеотиды, а из них дезоксирибонуклеотиды n Синтез начинается с нуклеозид-монофосфатов с последующим образованием ди- и трифосфатов 50

Биосинтез пуриновых нуклеотидов СО 2 Аспартат Глицин Глутамин -СН=О Ферменты Рибоза –РО 4 Инозиновая кислота 51

Биосинтез пуриновых нуклеотидов Источники атомов пуринового кольца С 2, 8 – строятся из одноуглеродных фрагментов которые приносятся от глицина и серина тетрагидрофолиевыми кислотами (В 9 и В 12) и Н 4 -фолат 52

Пуриновые нуклеотиды строятся на матрице 5 -фосфорибозил-1 дифосфата — ФРДФ (он же пирофосфат — ФРПФ), являющегося общим предшественником фосфорибозы в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. В синтезе пуриновых нуклеотидов не образуется свободное азотистое основание, а пуриновое кольцо формируется на остатке рибозо-5 фосфата Синтезируется первый пуриновый нуклеотид — инозиновая кислота (IMP), которая двумя последовательными реакциями может превращаться в AMP или в GMP AMP, GMP и IMP ингибируют ключевые реакции своего синтеза по механизму 53 отрицательной обратной связи

Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов n Образуются свободные пиримидины, которые затем соединяются с рибозой КАД-фермент Глутамин СО 2 АТФ Аспарагин Оротовая кислота ФРДФ Уридинмонофосфат ТМФ ЦМФ 54

Источники атомов пиримидиновых нуклеотидов O С NH С С O аспарагин С N карбомоилфосфат 55

Катаболизм пуриновых нуклеотидов приводит к образованию мочевой кислоты. Последним ферментом, участвующим в превращении азотистых оснований в мочевую кислоту, является ксантиноксидаза. У человека мочевая кислота является конечным продуктом обмена и выводится из организма с мочой. 56

Катаболизм пуриновых нуклеотидов В норме содержание мочевой кислоты в сыворотке крови составляет 0, 15— 0, 47 ммоль/л, в суточной моче — 400— 600 мг. Следствием гиперурикемии (состояния организма, при котором содержание мочевой кислоты в сыворотке крови превышает уровень растворимости) является кристаллизация уратов в мягких тканях и связках, вызывающая воспалительный процесс, которой называется подагрой. 57

Распад пиримидиновых нуклеотидов цитозин β –аланин используется мышцами для образования дипептида карнозина урацил тимин β -аланин СО 2 NH 3 β-аминбутират 58

Нарушения обмена нуклеотидов n Подагра При этом нарушается регуляция синтеза пуриновых нуклеотидов по механизму отрицательной обратной связи. Избыточно синтезирующиеся нуклеотиды подвергаются катаболизму, и образование мочевой кислоты повышается. Аденин, гуанин и гипоксантин не используются повторно, превращаются в мочевую кислоту, и возникает гиперурикемия. Для лечения применяют аллопуринол аналог гипоксантина 59

Нарушения обмена нуклеотидов Оротацидурия редкое наследственное заболевание — оротацидурия, при котором нарушается превращение оротата в UMP. С мочой выделяетсядо 1, 5 г оротата(в 1000 раз больше, чем в норме), и развивается недостаточность пиримидиновых нуклеотидов. Для лечения оротацидурии используют уридин или цитидин в дозах от 0, 5 до 1 г в сутки, которые с помощью нуклеотидкиназы превращаются в UMP или СМР в обход нарушенной реакции. UTP и СТР ингибируют регуляторные ферменты 60