РЕПЛІКАЦІЯ, ТРАНСКРИПЦІЯ, ТРАНСЛЯЦІЯ. АНТИБІОТИКИ – ІНГІБІТОРИ ЦИХ ПРОЦЕСІВ

Методичні вказівки для самостійної

позааудиторної роботи студентів з теми №22:

“РЕПЛІКАЦІЯ, ТРАНСКРИПЦІЯ, ТРАНСЛЯЦІЯ.

АНТИБІОТИКИ – ІНГІБІТОРИ ЦИХ ПРОЦЕСІВ”

 

Актуальність теми:

Біосинтез нуклеїнових кислот – це процеси збереження та реалізації генетичної інформації, які властиві для всіх живих організмів. Знання особливостей перебігу та регуляції цих процесів у про- та еукаріот є науковою основою застосування антибіотиків, як антимікробних засобів. Біосинтез білка – це процес реалізації генетичної інформації. Знання і розкриття механізму трансляції та регуляції цього процесу є теоретичними і молекулярними основами розуміння причин генетичних патологій в організмі людини.

Тривалість заняття: 6 годин.

Навчальна мета:

Знати: механізм біосинтезу нуклеїнових кислот, характеристику основних етапів синтезу білка і особливості його регуляції в еукаріотів.

Вміти: схематично відобразити етапи синтезу ДНК, РНК та білка; визначити механізм дії антибіотиків – інгібіторів реплікації та транскрипції, визначити механізм дії антибіотиків – інгібіторів трансляції.

Засвоїти практичні навички: розв’язування клініко-ситуаційних завдань.

Базові знання

Дисципліна Отримані навички
Медична біологія

 

Фармацевтична хімія

Поняття про етапи та механізм синтезу ДНК, РНК та білка

Антибіотики

 

Контрольні питання:

1. Загальна схема біосинтезу ДНК. Ферменти реплікації ДНК у прокаріотів та еукаріотів.

2. Репарація пошкоджень ДНК.

3. Загальна схема транскрипції; кодуючі та некодуючі ланцюги ДНК.

4. Етапи та ферменти синтезу РНК. РНК-полімерази прокаріотів та еукаріотів.

5. Антибіотики – інгібітори реплікації та транскрипції, їх біомедичне застосування.

6. Генетичний (біологічний) код та його характеристика.

7. Компоненти білоксинтезуючої системи рибосом та їх характеристика.

8. Транспортні РНК та активація амінокислот.

9. Етапи та механізми трансляції.

10. Посттрансляційна модифікація поліпептидних ланцюгів.

11. Регуляція трансляції на прикладі біосинтезу гемоглобіну.

12.Антибіотики – інгібітори трансляції у прокаріотів та еукаріотів, їх біомедичне застосування.

 

Конспект теми:

Реплікація або біосинтез ДНК (самоподвоєння ДНК) проходить у ядрі напівконсервативним шляхом. При цьому ланцюги батьківської ДНК розходяться (розплітаються) завдяки енергії гідролізу АТФ та специфічному rep-білку (хеліказа), а також ферментам топоізомеразам (у прокаріот одна з них називається ДНК-гіразою) та свевілазам. На кожному із батьківських ланцюгів ДНК утворюються комплементарні ланцюги дочірньої ДНК. Відкрито також специфічні ферменти, які „редагують” ДНК, тобто вирізають та видаляють помилково включені нуклеотиди чи репарують пошкодження ДНК, викликані фізичними чи хімічними факторами (рентгенівське випромінення, УФ-опромінення, хімічний мутагенез тощо). Виявлено екзонуклеазну активність ДНК-полімераз та їх здатність видаляти щойно приєднаний „неправильний” нуклеотид. Точність реплікації надзвичайно висока (можлива одна помилка на 1010 трансферазних реакцій, проте подібна помилка, як правило, легко виправляється за рахунок процесів репарації).

У генній інженерії з метою отримання білків у достатніх кількостях і з певними заданими властивостями (наприклад, для генотерапії спадкових і соматичних хвороб) широке застосування отримали ендонуклеази рестриктази, які каталізують „розщеплення” молекули дволанцюгової ДНК за специфічними нуклеотидними послідовностями всередині ланцюга. Рестриктази впізнають певні 4-7-членні послідовності, викликаючи, таким чином, розриви у певних сайтах ланцюга ДНК. При цьому утворюються не випадкові послідовності, а фрагменти ДНК чітко визначеної структури з „липкими” кінцями (рекомбінантні ДНК), які використовуються у подальшому для конструювання гібридних молекул та отримання генно-інженерної, біотехнологічної продукції (наприклад, інсуліну, гормону росту, інтерферону, вакцин проти вірусу гепатиту В, СНІДу тощо.).

Умови, які необхідні для реплікації:

1)    наявність усіх чотирьох дезоксирибонуклеозидтрифосфатів: дАТФ, дГТФ, дЦТФ, дТТФ;

2)    розплітання подвійної спіралі ДНК, наявність хеліказ, ДНК-гіраз, які формують “реплікативну вилку”;

3)    наявність матриці – одного з ланцюгів батьківської ДНК;

4)          наявність ферментів, які беруть участь в утворенні затравки і синтезі нових полінуклеотидних ланцюгів).

Рис. Схематичне зображення процесу реплікації

Примітки: 1 – нитка, що запізнюється; 2 – лідируюча нитка; 3 – ДНК-полімераза (Polα); 4 – ДНК-лігаза; 5 – РНК праймер; 6 – ДНК праймаза; 7 – фрагмент Оказакі; 8 – ДНК-полімераза (Polδ); 9 – хеліказа; 10 – одинарна нитка зі зв’язанами білками; 11 – топоізомераза.

 

Етапи реплікації у прокаріот:

а) розплітання ниток батьківської ДНК і формування “реплікативної вилки”;

б) утворення РНК-затравки (праймера) за допомогою специфічної РНК-полімерази (праймази) у напрямку 5′→3′;

в) приєднання ДНК полімерази III – основного фермента реплікації, який здійснює з”єднання дезоксирибонуклеотидів і утворення комплементарного гібридного ланцюга РНК-ДНК і синтез фрагментів Оказакі (їх розміри варіюють в залежності від типу клітин: 150-200 у еукаріот, 1000-2000 у бактерій) в напрямку 5′→3′;

г) відокремлення і розщеплення специфічною рибонуклеазою (ДНК-полімераза I) РНК-затравки;

д) добудова комплементарного ланцюга ДНК на місці РНК-затравки за домомогою тієї ж ДНК-полімерази I;

е)з”єднання фрагментів Оказакі у напрямку 3′→5′ за участю ДНК-лігази.

Особливості реплікації ДНК у еукаріот: замість однієї точки репплікації ДНК у еукаріот є специфічні точки „початку”, так звані автономно реплікуючі послідовності (близько 300 нуклеотидних пар); швидкість руху реплікативної вилки у еукарот (приблизно 50 нуклеотидів за секунду) майже у 10 разів нижча, ніж у E. coli., проте для усіх клітин еукарот характерна множинність точок „початку”.

Потік генетичної інформації називається експресією генів. Він включає процеси транскрипції та трансляції.

Синтез ДНК на матриці РНК. Важливим досягненням у галузі біохімії нуклеїнових кислот є відкриття у складі онковірусів (вірус Раушера і саркоми Рауса) фермента зворотньої транскриптази, або ревертази (РНК-залежна-ДНК-полімераза), який каталізує біосинтез молекули ДНК на матриці РНК. Багато відкритих онкорнавірусів (РНК-вмісні онкогенні віруси) містять ревертазу у складі покривних білків. Фермент відкрито у складі багатьох клітин про- та еукаріотів, зокрема у лейкозних клітинах, проліферуючих тканинах, включаючи ембріональні тканини. Ревертазну активність мають також і ДНК-полімерази: наприклад, фермент з E. coli може синтезувати ДНК на матриці рРНК.

 

Транскрипція – біосинтез мРНК на матриці ДНК. Процес транскрипції проходить у ядрі за таких умов:

1)    наявність матриці – ділянки одного з ланцюгів розкрученої батьківської ДНК;

2)    наявність усіх чотирьох рибонуклеозидтрифосфатів (АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ);

3)    наявність ферментів ДНК-залежних РНК-полімераз.

 

 

Рис. Транскрипція (схема). Блідо рожевий — ДНК; темно-рожевий — РНК; зелений, блакитний, синьо-зелений — субодиниці РНК-полімерази.

 

 

 

 

Стадії транскрипції:

а) ініціація (приєднання ДНК-залежної РНК-полімерази до промотору);

б) елонгація, яка проходить при “ковзанні” РНК-полімерази по матриці ДНК (кожен наступний нуклеотид, який комплементарний відповідному нуклеотиду в ДНК-матриці з”єднується з наступним фосфодіефірним зв”язком за допомогою ДНК-залежної РНК-полімерази);

в) термінація проходить після досягнення РНК-полімеразою термінальної нуклеотидної послідовності у транскриптоні (наприклад, полі-А), яка є стоп-сигналом та у присутності специфічного білкового фактора термінації.

Усі види РНК синтезуються на ДНК-матриці, вірніше на її елементарній одиниці, яку називають транскриптоном або опероном/ Довжина транскриптону коливається від 300 до 108 нуклеотидів.

 

Рис. Функціональна організація транскриптонів у еукаріот:

 

Посттрансрипційна модифікація пре-РНК включає:

а) процесінг (“вирізання” неінформативних, тобто некодуючих ділянок РНК – інтронів; ферменти – специфічні рибонуклеази або рестріктази);

б) сплайсінг (“зшивання” інформативних ділянок або екзонів за допомогою лігаз);

в) модифікація 3′-і 5′-кінців РНК для захисту їх від руйнування екзонуклеазами (наприклад, до 3′ кінця пре-іРНК приєднується полі-А фрагмент, а до 5′-кінця – метильований олігонуклеотид (залишок 7-метилгуанозину), який називають “ковпачком” або “кепом”).

Білок-інформомер транспортує і-РНК до рибосом.

ДНК-залежна РНК-полімераза – мультиензимний комплекс, який включає кілька білкових субодиниць. Розрізняють РНК-полімеразу І, ІІ і ІІІ.

РНК-полімераза І відповідає за транскрипцію генів рибосомальної РНК (рРНК);

РНК-полімераза ІІ – за пре-інформаційну або пре-матричну РНК (пре-і РНК або пре-мРНК);

РНК-полімераза ІІІ – за пре-транспорту РНК (пре-тРНК).

 

Інформація про послідовність залишків амінокислот у білку передається від мРНК на білок, що синтезується за допомогою генетичного коду.

Генетичний код не перекривається, йому властива триплетність, послідовність, неперервність, однонаправленість, універсальність, однозначність (один триплет кодує лише одну амінокислоту), виродженість або надлишковість (одна амінокислота може бути закодована у кількох кодонах).

 

 

Рис. Генетичний код

 

Трансляція (синтез білка на рибосомах) – це переведення інформації, закладеної у послідовності мононуклеотидів іРНК (мРНК) у послідовність амінокислотних залишків у білку. Трансляція проходить у цитоплазмі на полірибосомах у напрямку 5′→3′.

 

Рис. Загальна схема трансляції

Ініціація. 1. Розпізнавання стартового кодону (AUG), супроводжується зв’язуванням тРНК аміноацилированої метіоніном (М) і збіркою рібосоми з великої і малою субодиниць. Елонгація. 2. Розпізнавання поточного кодону відповідною йому аміноацил-тРНК (комплементарна взаємодія кодону мРНК і антикодону тРНК збільшена). 3. Приєднання амінокислоти, принесеної тРНК, до кінця поліпептідного ланцюжка, що росте. 4. Просування рибосоми уздовж матриці, що супроводжується вивільненням молекули тРНК. 5. Аміноацилювання молекули тРНК, що вивільнилася, відповідній їй аміноацил-тРНК-синтетазою. 6. Приєднання наступної молекули аміноацил-тРНК, аналогічно стадії (2). 7. Рух рибосоми молекулою мРНК до стоп-кодона (в даному випадку UAG). Термінація. Розпізнавання рибосомою стоп-кодона супроводжується (8) від’єднанням новосинтезованого білка і в деяких випадках (9) дисоціацією рибосоми.

 

Рис. Схема ініціації трансляції у прокаріотів

Початкова стадія передбачає зв’язування малої рибосомной субодиниці (30S) з мРНК. Це може відбуватися двома способами: або спочатку до мРНК приєднується комплекс, що містить рибосомну субодиницю (1), а потім до нього притягується тРНК в комплексі з IF2 і ГТФ (2), або 30S субодиниця спочатку зв’язується з тРНК, а вже потім сідає на мРНК (3). До комплексу, що утворився, приєднується велика (50S) рибосомная субодиниця (4), фактори ініціації від’єднуються від 30S субодиниці, що супроводжується гідролізом ГТФ білком IF2 (5) і зібрана рибосома починає елонгувати ланцюжок (6). У правому нижньому кутку дана схема ініціаторної ділянки прокаріотичної мРНК. Відмічені 5′- і 3′-кінці молекули. RBS — ділянка зв’язування рибосоми, SD — послідовність Шайн-Дальгарно, AUG — ініціаторний кодон.

 

 

 

Етапи трансляції:

а) активація амінокислот (приєднання амінокислоти до 3′-кінця відповідної тРНК за допомогою фермента аміноацил-тРНК-синтетази та АТФ з утворенням аміноацил-тРНК-комплексу);

б) ініціація (зборка рибосом за участю ГТФ та білкових факторів ініціації у ділянці 5′-кінця РНК та приєднання метіоніл-тРНК у еукаріот до ініціюючого кодона АУГ (у прокаріот – N-формілметіоніну) на пептидильній (П) ділянці рибосоми);

в) елонгація:

–               зв”язування наступної аміноацил-тРНК з відповідним антикодоном (наприклад, аланінової) у аміноацильній (А) ділянці рибосоми;

–       утворення пептидного зв”язку між першою (метіонін) і другою (аланін) амінокислотою за допомогою пептидилтрансферази і витіснення першої (метіонінової) тРНК;

–       транслокація за участю ГТФ і фермента транслокази (пересування у рибосомі мРНК на один кодон і переміщення метіоніл-аланіл-тРНК з А-ділянки у П-ділянку рибосоми, витісняючи при цьому т-РНК з П-ділянки);

–       наступна аміноацил-тРНК надходить до А-ділянки рибосоми, утворюється пептидний зв”язок між залишком аланіну і наступною амінокислотою, тобто цикл елонгації продовжується стільки разів, скільки амінокислотних залишків входить до складу поліпептидного ланцюгу – поки увесь “текст” мРНК не буде прочитаний;

г) термінацію трансляції забезпечують термінальні кодони (УАА, УГА, УАГ) і білкових факторів термінації.

Механізм елонгації трансляції:

 

 

Рис. Схема зв’язуючих РНК ділянок рибосоми. Буквами позначені ділянки зв’язування тРНК. А — аміноацил-тРНК-зв’язуюча ділянка, Р — пептидил-тРНК-зв’язуюча ділянка, Е — ділянка виходу тРНК (від англ. exit).

 

Посттрансляційна (постсинтетична) модифікація білків: обмежений або частковий протеоліз; утворення вторинної , третинної, четвертинної структур білків, об”єднання протомерів олігомерних білків; модифікація окремих амінокислотних залишків (наприклад, фосфорилювання залишка серину при активації протеїнкіназ, гідроксилювання залишків проліну і лізину при синтезі колагену, метилювання залишків аргініну і лізину у гістонах, йодування залишків тирозину у тиреоглобуліні, фарнезилювання залишків цистеїну білка G, групи білків ядерного матриксу, білків-онкогенів ras та протоонкогенів); приєднання вуглеводних, ліпідних компонентів, нуклеотидів, гема, іонів металів тощо.

Транспорт синтезованих білків через мембрани. Окрім білків, які використовуються безпосередньо клітиною у якій вони синтезувалися, багато так званих експортних (секретованих) білків, які функціонують поза клітиною, переносяться через мембрану за допомогою особливих низькомолекулярних пептидів (від 15 до 30 амінокислотних залишків), які отримали назву лідируючих, або сигнальних, пептидів. Особливість їх складу – переважна більшість радикалів гідрофобних амінокислот, що дозволяє їм легко проникати через бішарову ліпідну мембрану чи вбудовуватися у мембрану. Імовірно, що у транспорті білків та інших полімерів через  мембрану, крім сигнальних пептидів, беруть участь ще й особливі білки – порини.

Синтез мітохондріальних білків. У мітохондріях клітин вищих організмів міститься до 2% клітинної ДНК, яка відрізняється від ДНК ядра за масою та структурою. Мітохондрії містять увесь апарат, включаючи рибосоми, тРНК та мРНК, необхідний для синтезу певних білків. Синтезовані у мітохондріях білки є нерозчинними і, в основному, беруть участь у побудові структури цих же органел, у той час як місцем синтезу розчинних мітохондріальних білків є рибосоми цитоплазми, звідки вони згодом транспортуються до мітохондрій. Рибосоми у мітохондріях мають менший розмір, ніж 80S рибосоми у цитоплазмі. Ініціюючою амінокислотою при синтезі білку у мітохондріях еукаріот може бути не вільний метіонін, як у цитоплазмі, а N-формілметіонін. Тому, процес синтезу білка у мітохондріях за своїм механізмом, очевидно, близький до механізму синтезу білка у прокаріот.

Регуляція синтезу білка  може здійснюватися на всіх стадіях від ДНК до утворення поліпептидного ланцюга. Класично відомою є уява про регуляцію синтезу білка у прокаріот тільки на стадії транскрипції (теорія Ф. Жакобо і Ж. Мано ). Дикий штам E. coli, як правило, живиться глюкозою. Якщо, замість глюкози у поживне середовище додати лактозу (нове джерело енергії та вуглецю), то штам не буде рости до того часу, поки не будуть синтезовані відповідні ферменти, зокрема лактаза (β-галактозидаза) – адаптивний синтез. При надходженні у клітину лактози (індуктор) її молекули зв”язуються з білком репресором і блокують зв”язок між репресором і геном-оператором. При цьому ген-оператор та структурні гени починають знову функціонувати і синтезувати необхідну мРНК, яка „дає команду” рибосомам синтезувати β-галактозидазу. Одночасно ген-регулятор продовжує виробляти репресор, проте останній блокується новими молекулами лактози, тому синетз фермента продовжується. Коли усі молекули лактози будуть розщеплені, репресор  звільняється, поступає у ДНК і, зв”язавши ген-оператор блокує синтез мРНК, а отже – синтез β-галактозидази на рибосомах припиняється. Таким чином, біосинтез мРНК, яка контролює синтез білка (у даному випадку фермента β-галактозидази) на рибосомах, залежить від стану репресора.

Щодо еукаріот, то механізм регуляції білка значно складніший і мало вивчений. Для еукаріот не характерна пряма субстратна регуляція. На відміну від прокаріот оперони еукаріот найчастіше моноцистронні, з досить обширними регуляторними зонами. Це дає їм можливість сприймати велику кількість різноманітних факторів, які змінюють активність транскрипції. У еукаріот структурні гени, які відповідають за різні ланки тих чи інших біохімічних реакцій, розкидані по геному, а не зосереджені в одному опероні. Всі структурні гени людини умовно можна розділити на три типи: 1) гени, які функціонують у всіх клітинах організму (наприклад, гени, які кодують ферменти енергетичного обміну); 2) гени, які функціонують тільки в тканинах одного типу (зокрема, гени, які визначають синтез міозину в м’язовій тканині); 3) гени, які необхідні для виконання клітинами вузьких функцій (наприклад, гени, які кодують синтез білка кришталика).

ДНК людини зв’язана з гістонами та іншими білками, які можуть виконувати регуляторну функцію, впливаючи на РНК-полімеразну активність. Спорідненість гістонів до ДНК залежить від ступеня їх фосфорилування, метилювання й ацетилювання. Посилення цих процесів викликає зменшення здатності гістонів зв’язуватися з ДНК, що призводить, в свою чергу, до збільшення її активності. Допускають, що таку модифікацію гістонів каталізують кислі білки, які мають ферментативну активність. За допомогою гістонів в організмі людини здійснюється, в значній мірі, групова репресія роботи генів – одночасне групове пригнічення активності генів у всьому ядрі, в цілій хромосомі або на більшій її ділянці. Гістони в даних випадках виступають як негативний регулятор транскрипції. Негістонові білки відіграють роль специфічних регуляторів транскрипції, поскільки можуть зв’язуватися із специфічними ділянками ДНК за рахунок свого негативного заряду. Полегшуючи транскрипцію в місцях зв’язування з ДНК, негістонові білки виступають позитивними регуляторами. Особливо ефективно активують транскрипцію фосфорильовані негістонові білки. Набуваючи при цьому більший негативний заряд, вони утворюють комплекс з позитивно зарядженими гістонами і, таким чином, відтягують їх від певної ділянки ДНК, полегшуючи транскрипцію.

До регуляторів транскрипції належать і молекули низькомолекулярної стабільної ядерної РНК, яка знаходиться в ядрі в комплексі з білком (РНП). Такий рибонуклеопротеїн «включає» вибірково гени шляхом комплементарної взаємодії з акцепторними ділянками транскриптонів.

Регуляція синтезу білка у людини здійснюється як на рівні транскрипції, так і на рівні трансляції. У першому випадку проявляється вибірковість дії різних регуляторів (індукторів) на окремі гени. Регуляція на рівні трансляції більше всього віддзеркалюється на швидкості синтезу окремих білків на рибосомах.

Механізм дії індукторів може бути поданий так: індуктор (наприклад, гормон) проникає в ядро і взаємодіє з молекулами-регуляторами транскрипції чи активуючи їх модифікацію. Цим самим різні індуктори можуть включати “свої” гени в різних ділянках хромосом шляхом інактивації репресорної дії гістонів (за рахунок прямого зв’язування з ними чи активації ферментів, які здійснюють їх фосфорилування, ацетилювання, метилювання) або модифікації (наприклад, за допомогою фосфорилування) негістонових білків або за рахунок взаємодії з РНК. Можливі й інші механізми, зокрема пряма взаємодія індуктора з ділянкою ДНК.

Кожний із цих механізмів полегшує зв’язування РНК-полімерази з промотором і утворення РНКових копій транскриптону. Після припинення дії індуктора проходить відщеплення модифікованих груп від гістонів, і гістони знову, з’єднуючись з ДНК, зупиняють транскрипцію. Негістонові білки зазнають аналогічних змін: вони знову зв’язуються з хроматином, а частина їх піддається розпаду і замінюється новими молекулами, які надходять із цитоплазми.

Роль позитивних регуляторів транскрипції у організмі еукаріотів відіграють енхансери (enhancer – посилювачі, англ.). Енхансери – це це ділянки ДНК, які можуть складатися з нуклеотидних послідовностей (довжиною в декілька десятків пар азотистих основ), що тандемно повторюються. Вони в десятки і сотні разів збільшують ефективність транскрипції генів, на які вони впливають. Встановлені нуклеотидні послідовності енхансерів для багатьох ферментних білків (хімотрипсину, алкогольдегідрогенази тощо.), гормонів (інсуліну, плацентарного лактогену людини), імуноглобулінів . Разом з тим, при взаємодії з певними білковими факторами деякі енхансери можуть отримувати якості негативних регуляторів – сайленсерів (заглушувачів, англ.), що гальмують експресію відповідних генів. У еукаріот є ще такі специфічні елементи геному, як аттенюаторні (послаблюючі) та адаптерні ділянки.

Регуляція синтезу білка на рівні трансляції можлива шляхом дії регуляторів на білкові фактори, які контролюють у рибосомах ініціацію, елонгацію і термінацію трансляції, і на різні функціональні ділянки рибосом.  Механізмом регуляції біосинтезу білка у еукаріотів на рівні трансляції є ковалентна модифікація білкових факторів трансляції шляхом зворотного фосфорилювання-дефосфорилювання за участю цАМФ-залежного регуляторного каскаду клітини. Шляхом зворотного фосфорилювання-дефосфорилювання фактора ініціації еIF-2 за участю цАМФ-залежного регуляторного каскаду відбувається контроль синтезу в рибосомах ретикулоцитів білкової частини гемоглобіну – глобіну, залежно від адекватного постачання простетичної групи – гему. В умовах високої концентрації гему активність протеїнкінази, яка фосфорилює фактор еIF-2 , блокується, що призводить до накопичення дефосфорильованої, тобто активної молекулярної форми фактора ініціації і, відповідно, – стимуляції синтезу глобіну; вичерпавши внутрішньоклітинний резерв гему, рибосомальна система синтезу глобіну переходить у неактивний стан, і утворення гемоглобіну гальмується.

Антибіотики– інгібітори реплікації:

ü офлоксацин та інші фторхінолони – пригнічують ДНК-гіразу мікроорганізмів;

ü мітоміцин С (антиканцероген) – утворює ковалентні зшивки між двома комплементарними ланцюгами ДНК і запобігає їх розходженню.

Антибіотики– інгібітори транскрипції:

ü актиноміцин D – використовується в біохімічних дослідженнях, нековалентно сполучається з гуаніном в ДНК і порушує комплементарність між гуаніном і цитозином, токсичний, гальмує синтез усіх видів РНК;

ü олігоміцин – діє аналогічно актиноміцину D;

ü рифаміцини (протитуберкульозні засоби) – пригнічують РНК-полімеразу і процес транскрипції у мікобактерій туберкульозу на стадії ініціації.

Пеніцилін, поліміксин – порушують утворення бактеріальних мембран.

Інгібітори біосинтезу білків: антибіотики, токсини, алкалоїди, антиметаболіти (аналоги) структурних одиниць нуклеотидів.

Табл. Властивості антибіотиків – інгібіторів трансляції

Антибіотик

Чутливі організми

Механізми дії

Стрептоміцин,

Неоміцин,

канаміцин

Прокаріоти Інгібірують ініціацію за рахунок протидії зв”язуванню з рибосомою формілметіоніл-тРНК; крім того, блокують 30S-субодиницею рибосом, що спричиняє неправильне зчитування кодонів мРНК, внаслідок чого синтезується дефектний білок
Тетрацикліни Прокаріоти Зв”язується з 30S-субодиницею та гальмує зв”язування з нею різних аміноацил-тРНК, внаслідок чого блокує процес ініціації і частково елонгації трансляції
Левоміцетин

(Хлорамфенікол),

Лінкоміцин

Прокаріоти Інгібірує елонгацію трансляції, шляхом пригнічення пептидилтрансферазної активності 50S-субодиниці рибосом
Циклогексамід Еукаріоти Інгібірує пептидилтрансферазну активність 60S-субодиниці рибосоми
Еритроміцин Прокаріоти Зв”язується з 50S-субодиницею та блокує процес транслокації
Пуроміцин Прокаріоти,

Еукаріоти

Спричиняє передчасну термінацію незрілого пептидного ланцюга за рахунок структурної подібності до аміноацил-тРНК

Алкалоїди барвінку малого (препарат вінкристин) мають протипухлинну дію (цитостатики), оскільки пригнічують процесінг та транспорт і-РНК.

α-Аманітин (токсин блідої поганки) пригнічує у еукаріот, зокрема у людини, активність РНК-полімерази II.

Дифтерійний токсин  пригнічує  один із факторів елонгації у еукаріот.

Інтерферони (мають противірусну дію) підвищують активність протеїнкінази, яка фосфорилює фактор ініціації IF-2, внаслідок чого останній інактивується.

Матеріали для самоконтролю:

  1. Із 64 триплетів, які кодують амінокислоти ініціаторним є один кодон, який кодує амінокислоту метіонін. Вкажіть цей триплет:

А. УЦГ;     В. ГГУ;      С. ЦАУ;      D. АУГ;      Е. ГАЦ.

  1. Новосинтезована речовина специфічно пригнічує активність зворотної транскриптази. Яка фармакологічна дія найвірогідніше властива даній речовині?

А. Протимікробна;    В. Імунодепресивна;    С. Радіопротекторна;  D. Противірусна;         Е. Протипухлинна.

  1. Велика група антибіотиків, що використовується в медицині, інгібує синтез нуклеїнових кислот і білків. Який конкретний процес чи реакцію із нижче перерахованих гальмує еритроміцин?

А. Ініціацію транскрипції у прокаріотів;    В. Транслокацію рибосом на мРНК у прокаріотів і еукаріотів;     С. Зв”язування аміноацил-т-РНК в А-центрі рибосоми прокаріотів;    D. Пептидилтрансферазну реакцію процесу трансляції у прокаріотів;   Е. Транскрипцію у прокаріотів і еукаріотів.

  1. Студенти під час вивчення особливостей генетичного коду з’ясували, що є амінокислоти, яким відповідають по 6 кодонів, 5 амінокислот – 4 різні кодони. Інші амінокислоти кодуються трьома або двома кодонами і тільки дві амінокислоти – одним кодоном. Вкажіть, яку властивість генетичного коду виявили студенти?

А. Надлишковість;      В. Універсальність;      С. Колінеарність;      D. Триплетність;             Е. Однонаправленість

  1. Нуклеїнові кислоти забезпечують збереження і передавання нащадкам спадкової інформації, а також механізм її реалізації. Яка нуклеїнова кислота містить інформацію про кількість і порядок розташування амінокислотних залишків у молекулі білка?

А. мРНК;    В. мяРНК;     С. 18SрРНК;     D. тРНК;     Е. 28SpРНК.

  1. Сульфаніламіди бактеріостатичної дії пригнічують синтез нуклеотидів, нуклеїнових кислот і білків у мікробних клітинах, проте у фармакологічних дозах не впливають на синтез цих речовин в організмі людини. Ця відмінність зумовлена тим, що клітини еукаріот:

А. Не синтезують параамінобензойну кислоту;  В. Не синтезують нуклеотиди;   С. Дуже швидко інактивують сульфаніламіди;           D. Непроникні для сульфаніламідів;    Е. Не синтезують фолієву кислоту.

  1. Одним із видів передачі спадкової інформації є реплікація. Вкажіть які ферменти під час реплікації приймають участь в процесі з’єднання окремих фрагментів?

А. ДНК-лігаза;  В. ДНК-полімераза-1;   С. ДНК-полімераза-2;        D. Рибонуклеаза;         Е. ДНК-полімераза-3.

  1. За умов тривалої інтоксикації тварин тетрахлорметаном було визначене суттєве зниження активності аміноацил-тРНК-синтетаз в гепатоцитах. Який метаболічний процес порушується в цьому випадку?

А. Біосинтез білків;   В. Реплікація ДНК;   С. Посттрансляційна модифікація пептидів;           D. Транскрипція РНК;

Е. Посттранскрипційна модифікація РНК.

  1. На відстаючому полінуклеотидному ланцюзі “реплікативної вилки” ДНК-полімераза формує фрагменти Оказакі. Назвіть фермент, який зшиває ці фрагменти в єдиний ланцюг.

А. ДНК-лігаза;           В. ДНК-полімераза;          С. Екзонуклеаза;

D. Праймаза;         Е. РНК-полімераза.

  1. У дитини при споживанні молока виникає блювота та пронос, спостерігається відставання у розумовому розвитку,помутніння кришталика, а в крові виявлений глюкозо-1-фосфат, знижена концентрація глюкози, збільшений вміст редукуючих цукрів. У сечі знайдена галактоза. Вказані симптоми пов’язані з генетичним дефектом синтезу:

А. галактозо-1-фосфатуридилтрансферази; В. УДФ-глюкозо-4–епімерази;              С. Лактази;                     D. Галактокінази;

Е. УДФ-глюкозапірофосфорилази.

 

Рекомендована література:

1. Мещишен І.Ф., Пішак В.П., Григор”єва Н.П. Основи обміну речовин та енергії, 2005. –С.144-155.

2. Губський Ю.І. Біологічна хімія, 2000. –С. 44-56, 270-280, 284-309, 313-325.

3. Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини, 2001. –С.448-492.

4. Біологічна хімія/ За ред. проф. Л.М. Вороніної, 2000. -С. 348-425.

5.Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека. – М.:Мир, 1993. Т.2. -С.64-126.

6.Арьков А., Мургола Е.Рибосомные РНК в терминации трансляции: факты и гипотезы (обзор литературы)//Биохимия. -1999. -Т.64, вып.12. -С.1607-1613.

7.Лихтенштейн А.В., Киселева Н.П.Метилирование ДНК и канцерогенез (обзор)//Биохимия. -2001. -Т.66,вып.3. -С.293-317.

8.Курганов Б.И., Топчиева И.П. Рефолдинг белков с участием искусственных шаперонов//Биохимия. –1998. –Т.63,вып.4. –С.491-499.

9. Киселев Л.А., Фролов Л.Ю. Терминация трансляции у эукариот: новые результаты и новые гипотезы//Биохимия. –1999. –Т.64, вып.1. –С.14-24.

10.Заалишвили Т.М., Габриадзе И.Ю., Маргиани Д.О. и др. Об участии поли (ADP-рибоза)-полимеразы ядерного матрикса в репарации ДНК//Биохимия. –2000. –Т.65,вып.6. –С.775-778.

11. Говорун Д.М. Нові внутрішньомолекулярні водневі зв”язки в двох ланцюгах ДНК//Укр. біохім. журн. -2002. -Т.74, №4б (дод.2). -С.5.

12. Курчій Б.О. Тривимірна будова хроматину: петлиста стрічка ДНК розміщена між двома шарами нуклеосом, що утворюють хромосому//Ukrainica bioorganica acta. -2004. –Т.1, 31-2. –С.67-63.

 

ЗАВАНТАЖИТИ

Для скачування файлів необхідно або Зареєструватись

РЕПЛІКАЦІЯ, ТРАНСКРИПЦІЯ, ТРАНСЛЯЦІЯ (314.8 KiB, Завантажень: 3)

завантаження...
WordPress: 23.03MB | MySQL:26 | 0,318sec