3. Терминация трансляции.

№ 9.

1. Механизмы транскрипции различных РНК. Механизм обратной транскрипции: На обратной транскрипции основано размножение ретровирусов (вирусы, у которых геномом служит не ДНК, как обычно, а РНК) и ретротранспозонов (являются транспозиционными элементами, которые не имеют вирионных частиц, и, следовательно, в отличие от ретровирусов, не могут независимо «переносить себя» между клетками), образование так называемых ретропсевдогенов (или процессированные псевдогены это ретропоследовательности, которые потеряли свою функцию, они несут все признаки функциональных ретропоследовательностей, но имеют молекулярные дефекты, которые не дают им экспрессироваться) и достройка кончиков хромосом (теломер), укорачивающихся при каждом клеточном делении.

2. Механизм тубулин-динеинового и тубулин-кинезинового взаимодействий. - Тубулин-кинезиновый хемомеханический преобразователь обеспечивает внутриклеточный транспорт органелл и перемещение хромосом вдоль микротрубочек в ходе клеточного деления. Перемещение органелл вдоль микротрубочек с участием кинезинов осуществляется в направлении (+)-конца микротрубочек. - Тубулин-динеиновый хемомеханический преобразователь отвечает за направленный транспорт макромолекул и органелл к (-)-концу микротрубочек. В составе аксонемы тубулиновый молекулярный мотор приводит в движение жгутик сперматозоида и реснички мерцательных клеток.

3. Трансляция у про – и эукариот. Регуляция трансляции.

№ 10

1. Транскрипция (понятие), ее регуляция и роль в клетке. Транскрипция является первой стадией реализации (считывания) генетической информации, на которой нуклеотидная последовательность ДНК копируется в виде нуклеотидной последовательности РНК. Транскрипция у эукариот происходит в клеточном ядре, а последующая трансляция - в цитоплазме на рибосомах. РНК-транскрипт в форме рибонуклеопротеиновых частиц попадает в цитоплазму и претерпевает ряд изменений, которые называют посттранскрипционными процессами.

2. Встречаемость и функции тубулин-динеинового и тубулин-кинезинового взаимодействий.

как и 9.2

3. Молекулярная организация рибосом.

Рибосома – клеточный немембранный органоид, осуществляющий трансляцию (считывание кода мРНК и синтез полипептидов). Молекула белка рождается в цитоплазме клетки на свободных рибосомах или на цистернах транспортно-накопительной системы. Специальные белки шапероны, укладывают растущую цепочку в ажурную конструкцию. Затем, если нужно, белок достраивают. Различают 2 основных типа рибосом – прокариотные и эукариотные. В митохондриях и хлоропластах также имеются рибосомы, которые близки к рибосомам прокариот. Рибосомы эукариот расположены на мембранах эндоплазматической сети (гранулярная ЭС) и в цитоплазме. Прикрепленные к мембранам рибосомы синтезируют белок «на экспорт», а свободные рибосомы – для нужд самой клетки.

№ 11

1. Структура РНК, ее роль, типы. Большинство клеточных РНК - одноцепочечные молекулы, хотя некоторые вирусные геномы представлены двухцепочечными РНК, напоминающими А-форму ДНК. В одиночных цепях все время образуются короткие внутримолекулярные двухцепочечные участки. Это связано с тем, что в большинстве РНК имеются небольшие комплементарные последовательности, которые спариваются и образуют петли. Основная роль РНК состоит в трансляции генетической информации с образованием белков. Однако молекулы РНК принимают участие и в осуществлении некоторых специализированных эндонуклеазных функций, возможно регулирующих различные этапы экспрессии генов. Молекулами РНК представлены геномы некоторых вирусов. Во всех клетках присутствуют следующие виды РНК: рибосомная РНК, транспортная РНК и информационная, или матричная, РНК. Большинство клеток содержат также много других малых цитоплазматических РНК, а в клетках эукариот присутствует еще и множество малых ядерных РНК.

2. α-тубулин и β-тубулин. Белки семейства МАР. Самосборка микротрубочек. Тубули́н — это белок, из которого построены микротрубочки. В них, а также в цитоплазме клеток он находится в форме димера, состоящего из двух форм — α- и β-тубулина. Одна молекула α-тубулина и одна молекула β-тубулина в цитоплазме клеток объединяются в димер. В составе такого димера к каждой молекуле тубулина присоединено по одной молекуле ГТФ.

3. Пострансляционная модификация полипептидов. Посттрансляционная модификация — это ковалентная химическая модификация белка после его синтеза на рибосоме. Для многих белков посттрансляционная модификация оказывается завершающим этапом биосинтеза, который является частью процесса экспрессии генов. Наряду с альтернативным сплайсингом посттрансляционные модификации увеличивают разнообразие белков в клетке.

№ 12.

2. Транспортные белки - белки, которые выполняют функцию транспорта специфически связывают и переносят те или другие молекулы и ионы через мембраны клеток ( как внутрь клетки, так и во вне) , а также от одного органа организма к другому. Гемоглобин, содержащийся в эритроцитах, при прохождении крови через легкие связывает кислород и доставляет его к периферическим тканям, где кислород высвобождается и используется для окисления компонентов пищи - процесса в ходе которого производится энергия. Плазма крови содержит липопротеины, осуществляющие перенос липидов из печени в другие органы. В клеточных мембранах присутствует типы транспортных белков, способных связывать глюкозу, аминокислоты и переносить их внутрь клеток.

Пищевые и запасные белки - белки, которые выполняют функцию обеспечения питанием зародышей растений и животных на первых стадиях их развития.

Сократительные и двигательные белки - белки, которые обеспечивают клетку или организм двигательной функцией, - способностью сокращаться, изменять форму и передвигаться.

Структурные белки - белки образующие волокна, навитые друг на друга или уложенные плоским слоем, выполняют опорную или защитную функцию, скрепляют между собой биологические структуры организмов и придают им прочность.

Защитные белки выполняют функцию защиты организма от вторжения других организмов или предохранения его от повреждений. Эту функцию выполняют иммуноглобулины ( или антитела ), образующиеся у позвоночных, обладающие способностью распознавать чужеродные клетки ,- проникшие в организм бактерии или вирусы или клетки самого организма, переродившиеся в раковые, - а также чужеродные для организма белки, и прочно связываться с ними. Аналогичная защитная функция у фибриногена и тромбина - белков, участвующих в процессе свертывания крови; они предохрняют организм от потери крови при повреждении сосудистой системы.

12.1. Нуклеиновые кислоты

Нуклеиновыми кислотами называют природные биополимеры, являющиеся продуктами реакции поликонденсации нуклеотидов.

По виду нуклеотидов различают два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновые (РНК) и дезоксирибонуклеиновые (ДНК).

Рибонуклеиновые кислоты — нуклеиновые кислоты, получаемые при поликонденсации рибонуклеотидов.

Дезоксирибонуклеиновые кислоты — это продукты поликонденсации дезоксирибонуклеотидов.

Дезоксирибонуклеотиды (ДНК-нуклеотиды) в своем составе содержат остатки дезоксирибозы.

Рибонуклеотиды (РНК-нуклеотиды) — нуклеотиды, в состав молекул которых входят остатки рибозы.

РНК и ДНК называют нуклеиновыми (ядерными) потому, что они были обнаружены в ядрах клеток (особенно ДНК), однако они могут встречаться и в других органиодах (пластидах, митохондриях, клеточном центре и т. д.).

Краткая характеристика нуклеотидов, нуклеозидов, азотистых циклических оснований, входящих в состав нуклеиновых кислот

Если нуклеотид (любой) подвергнуть полному гидролизу, то при этом можно получить циклическое азотистое основание, пентозу и фосфорную (орто) кислоту. При частичном гидролизе нуклеотида получают фосфорную кислоту и нуклеозид. Если гидролизу подвергнуть нуклеозид, то можно получить циклическое азотистое основание и пентозу (рибозу или дезоксирибозу).

Итак, при гидролизе ДНК-нуклеотида можно получить ДЕК-нуклеозид и фосфорную кислоту (неполный гидролиз), либо азотистое основание (циклическое), дезоксирибозу (пентозу) и фосфорную кислоту.

Продуктами частичного гидролиза РНК-нуклеотида является фосфорная кислота и РНК-нуклеозид, а полного гидролиза — циклическое азотистое основание, рибоза (пентоза) и фосфорная кислота.

Если же необходимо получить РНК-нуклеотид, то вначале из природного циклического азотистого основания и рибозы получают РНК-нуклеозид, который можно использовать для синтеза РНК-нуклеотида, проведя реакцию его с фосфорной кислотой. Аналогично можно синтезировать ДНК-нуклеотид, только вместо рибозы необходимо использовать дезоксирибозу.

При исследовании состава нуклеиновых кислот был обнаружен ряд природных циклических оснований, важнейшими среди которых являются аденин, гуанин (они относятся к пуриновым основаниям, содержат два взаимосвязанных цикла и являются производными циклического вещества пурина; остатки этих оснований входят и в ДНК, и в РНК).

Кроме аденина и гуанина в составе нуклеиновых кислот обнаружили остатки цитозина, тимина и урацила (эти азотистые основания относят к пиримидиновым основаниям, так как они являются производными пиримидина). Они содержат в своем составе один цикл, напоминающий по структуре бензольное ядро, но часть атомов углерода в нем заменена на атомы азота). Остатки цитозина содержатся как в ДНК, так и в РНК, а остатки тимина — только в ДНК, а урацила — только в РНК.

Эмпирические формулы (не для запоминания): аденина — С5Н5N5; гуанина — С5Н5Н5O; цитозина — С4Н5N3O; урацила — С4Н4N2O2; тимина — С5Н6N2O2.

Азотистые основания в своем составе содержат группы =NН, —ИН2, карбонильные группы, атомы азота, что приводит к образованию водородных связей, играющих большую роль в возникновении структур нуклеиновых Кислот, их устойчивости и многообразных свойств.

Обучающемуся нужно понимать и уметь составлять схемы нуклеозидов и нуклеотидов. Ниже приведены некоторые из таких схем. Важным является и понимание номенклатуры (названий) нуклеозидов и нуклеотидов. Их названия строятся по названию азотистого основания, которое является прилагательным к слову нуклеозид или нуклеотид, при этом в названии указывается вид нуклеотида (нуклеозида) по остатку пентозы, например, адениловый ДНК-нуклеотид; это означает, что данное вещество состоит из остатка аденозина, дезоксирибозы и фосфорной кислоты, соединенных кислородными мостиками.

Примеры схем РНК-нуклеозидов:

1) «остаток цитозина — остаток рибозы» — это цитозиловый РНК-нуклеозид;

2) «остаток урацила — остаток рибозы» — это урациловый РНК-нуклеозид.

Пример схемы и названия ДНК-нуклеозида:

«остаток аденина — остаток дезоксирибозы» — это адениловый ДНК-нуклеозид.

Пример схемы и названия ДНК-нуклеотида:

«остаток тимина — остаток дезоксирибозы — остаток фосфорной кислоты» — тимидиловый ДНК-нуклеотид.

Пример схемы и названия РНК-нуклеотида:

«остаток урацила — остаток рибозы — остаток фосфорной кислоты» — это урациловый РНК-нуклеотид.

Краткая характеристика структуры молекул ДНК

ДНК обладают очень сложной структурой, которая была раскрыта в работах ряда ученых, в том числе Дж. Уотсона и Ф. Крика (1953). Различают ряд структур, некоторые из которых будут рассмотрены ниже.

1. Как и для белков, для ДНК характерна первичная структура, характеризующаяся последовательностью расположения остатков нуклеотидов. В образовании ДНК участвуют адениловый, гуаниловый, цитозиловый и тимидиловый ДНК-нуклеотиды.

Итак, первичная структура ДНК — это последовательность остатков нуклеотидов, связанных остатками фосфорной кислоты, при этом последний кислородными мостиками соединяет остатки нуклеозидов через 3-5-й атомы углерода дезоксирибозы. Остаток азотистого основания связан с первым атомом углерода дезоксирибозы, а собственный остаток фосфорной кислоты данного ДНК-нуклеотида связан через кислородный мостик с третьим атомом углерода дезоксирибозы, и этот остаток фосфорной кислоты при поликонденсации взаимодействует с группой «ОН», связанной с пятым атомом углевода другого нуклеотида. Схематично первичную структуру ДНК (без учета ее структурных особенностей) можно изобразить последовательностью заглавных начальных букв от названий нуклеотидов, например:

А—Ц—Ц—Г—Т—Т......,

где А — остаток от аденилового, Г — гуанилового, Т — тимидилового, Ц — цитозилового ДНК-нуклеотида. Разновидностей последовательности сочетаний остатков нуклеотидов бесконечное множество, поэтому и разновидностей молекул ДНК очень много, настолько много, что каждая особь конкретного вида имеет свои ДНК, характерные только для данного организма.

2. Вторичная структура ДНК состоит в том, что она образует двойную цепь, т. е. две полинуклеотидные цепи объединяются и образуют единую молекулу. Такое объединение возможно за счет того, что азотистые основания (а следовательно, и остатки нуклеотидов) обладают комплементарностью — взаимодополнением за счет образования между остатками азотистых оснований (или ее возможностью) водородных связей. Установлено, что аденин комплементарен тимину, так как между ними образуются две водородные связи: первая между группой — NН2 (от аденина) и атомом кислорода группы =С=O (от тимина), а вторая между атомом азота шестичленного цикла аденина и атомом водорода группы =NH (в молекуле тимина).

Примечание. В РНК вместо остатков тимина содержатся остатки урацила и это основание комплементарно аденину по той же причине, что и тимин комплементарен аденину; это важно знать и учитывать при рассмотрении процессов синтеза РНК.

Гуанин комплементарен цитозину, так как между этими основаниями (или их остатками) возникает три водородных связи: первая между атомом кислорода карбонильной группы (=С=O) шестичленного цикла гуанина и атомом водорода группы — NН2 цитозина; вторая осуществляется атомом водорода группы =NН шестичленного цикла гуанина и атомом азота в цикле цитозина; третья связь реализуется атомом водорода аминогруппы (—NН2) гуанина и атомом кислорода карбонильной группы цитозина (характеристика сущности принципа комплементарности для остатков нуклеотидов дана для иллюстрации, а не для запоминания).

3. Третичная структура ДНК состоит в том, что две двойные полинуклеотидные цепи сворачиваются в единую альфа-спираль, при этом начало первой двойной полинуклеотидной цепи направлено к концевой части второй полинуклеотидной цепи по принципу «голова—хвост».

Устойчивость третичной структуры ДНК связана со способностью возникновения водородных связей между отдельными участками полинуклеотидных цепей и другими видами связей.

4. Четвертичная структура ДНК представляет собой пространственное расположение альфа-спирали. ДНК, как и все нуклеиновые кислоты, образует с белками сложные белки — нуклеопротеиды, которые (для ДНК) образуют специальные органоиды клетки — хромосомы.

Краткая характеристика эколого-биологической роли ДНК

ДНК наряду с белками является неотъемлемой составной частью живого вещества; без этих соединений жизнь как свойство материи практически невозможна, что и характеризует эколого-биологическую роль ДНК. Можно назвать следующие биолого-экологические функции ДНК.

1. ДНК — это «вместилище» информации о признаках данного организма, поэтому за счет передачи ДНК генеративным (половым) клеткам происходит передача наследственных признаков от родителей к потомкам.

2. На ДНК происходит синтез РНК, за счет чего происходит передача информации о строении и свойствах белков на органоиды, на которых происходит биосинтез белка, что приводит к синтезу белков с определенными свойствами и к реализации конкретных признаков, присущих данному организму.

3. Отдельные участки ДНК «ведают» информацией об определенных конкретных признаках организма и носят название «гены» (гены являются материальной основой наследственности).

(Определение понятия ген неоднозначно, существуют разные точки зрения по этому вопросу, однако, не усложняя картину, можно использовать такое определение:

Ген — это определенный участок молекулы ДНК с разнообразными видами его строения, состоящий из определенного количества остатков нуклеотидов, отвечающий за передачу и реализацию данного конкретного признака от одного организма к другому.)

4. ДНК вместе с белками образуют хромосомы — особые органоиды клетки, которые четко проявляются в процессе «непрямого» деления (митоза). Благодаря наличию хромосом происходит равномерное распределение ядерного вещества, а именно ДНК, между дочерними клетками, что важно для равноценности будущего потомства и его выживания в условиях внешней среды.

5. На исходных молекулах ДНК происходит синтез (самовоспроизведение) новых молекул ДНК в период интерфазы (промежутка времени между делениями) либо в период подготовки клеток к делению (если вновь образующиеся клетки в дальнейшем не способны к делению, что характерно для сперматозоидов, эритроцитов и т. д.).

Краткая характеристика процессов синтеза ДНК в организмах

Синтез ДНК или репликация (редупликация) — один из важнейших эколого-биологических процессов, от которого зависит существование живых существ, и на который отрицательное воздействие оказывают различные процессы, протекающие в окружающей среде. Репликация — это классический пример матричного синтеза (синтеза на определенной основе), широко встречающегося в природе. Рассмотрим некоторые особенности репликации.

Перед началом репликации изменяется структура материнской молекулы ДНК: нарушается четвертичная структура ее молекулы, двойная спираль раскручивается (разрушается третичная структура), а затем каждая из двойных полинуклеотидных цепей начинает разделяться на одинарные полинуклеотидные цепи (нарушается вторичная структура молекулы ДНК), т. е. из одной молекулы возникают зачатки четырех одинарных полинуклеотидных цепей. На каждом из зачатков одинарной полинуклеотидной цепи происходит формирование новых двойных полинуклеотидных цепей в результате реакции поликонденсации под влиянием ферментов и за счет энергии гидролиза АТФ.

Матрицей в этом синтезе является одинарная полинуклеотидная цепь, на которой по принципу комплементарности формируется новая полинуклеотидная цепь, связанная с материнской цепью водородными связями.

В результате этого процесса в конечном итоге возникает четыре двойных полинуклеотидных цепи, т. е. формируется вторичная структура молекулы ДНК. Из четырех возникших двойных полинуклеотидных цепей формируются две альфа-спирали, дающие начало двум молекулам равноценных ДНК, которые представляют копии молекулы. За счет этого процесса количество ДНК в клетке удваивается, что является предпосылкой для реализации обычного деления, протекающего либо в форме митоза (непрямого деления), либо в форме амитоза (прямого деления).

Краткая характеристика РНК (строение молекул, классификация, эколого-биологическая роль)

Рибонуклеиновые кислоты (РНК) являются продуктами реакции поликонденсации РНК-нуклеотидов.

РНК многообразны, имеют определенную классификацию, но обладают общей для всех РНК первичной структурой, состоящей в том, что все они являются последовательностью остатков РНК-нуклеотидов в одинарной полинуклеотидной цепи; эти остатки связаны друг с другом остатком фосфорной кислоты через 3-5-й атомы углерода рибозы разных нуклеозидов. В состав РНК входят остатки четырех видов РНК-нуклеотидов: аденилового, гуанилового, цитозидового и урацилового (последний нуклеотид аналогичен тимидиловому для ДНК).

По строению и выполняемым функциям различают три типа РНК: 1) информационная или иРНК; 2) транспортные или тРНК; 3) рибосомальные или рРНК. Кратко охарактеризуем эти разновидности РНК.

1. Информационные РНК (иРНК) — это РНК, главной функцией которых является перенесение информации о строении, а следовательно, и свойствах белков, на органоид клетки, где происходит синтез молекул белка. ИРНК является матрицей для синтеза белковой молекулы, в чем и состоит ее вторая функция. ИРНК представляет собой полинуклеотидную цепь определенной длины, соответствующей длине гена, в котором закодирована информация о строении белка, а следовательно, и признаке организма. ИРНК всегда значительно короче (по длине), чем ДНК. Разновидностей иРНК бесконечное множество, поскольку много отдельных особей организмов, а соответственно и признаков, им соответствующих.

2. Транспортные РНК (тРНК) — это относительно небольшие молекулы специфического строения, их относительно немного — 64. Их главная функция — транспорт молекул природных альфа-аминокислот к месту синтеза молекул белка (в рибосомы). ТРНК активизируют аминокислоты и переносят их к месту синтеза белка. Они имеют специфическую крестообразную форму, и на вершине «креста» располагается антикодон, которым тРНК прикрепляется к кодону на иРНК. На противоположном полюсе молекулы тРНК располагается «акцепторный» (захватывающий) участок молекулы, к которому прикрепляется данная альфа-аминокислота. Разновидностей тРНК 64 потому, что существует 64 кодона альфа-аминокислот, с помощью которых кодируется полипептидная цепь молекулы белка, начало, завершение и паузы в синтезе белковой молекулы.

3. Рибосомальные РНК (рРНК) — это РНК, образующие рибосомы совместно с молекулами белка; рРНК наряду с другими РНК способствуют протеканию процессов биосинтеза белка, кроме этого они выполняют строительную функцию, являясь одним из веществ, из которых образованы рибосомы. Существует большое разнообразие молекул рРНК.

Отличия РНК от ДНК:

1) в состав ДНК входит тимин, а в состав РНК (вместо тимина) — урацил;

2) ДНК преимущественно содержится в ядре (но может находиться в митохондриях, пластидах, клеточном центре), а РНК — в ядре, цитоплазме, рибосомах;

3) в состав элементарных звеньев (остатков нуклеотидов) ДНК входит остаток дезоксирибозы, а в состав РНК-нуклеотидов — остаток рибозы (с чем и связаны различия в названии этих групп нуклеиновых кислот);

4) ДНК является продуктом реакции поликонденсации ДНК-нуклеотидов, а РНК — РНК-нуклеотидов;

5) степень поликонденсации (n) в ДНК значительно выше, чем в РНК;

6) молекула ДНК состоит из групп остатков нуклеотидов определенной последовательности, образующих «ген», который заключает в себе определенный признак организма и ведает его передачей потомкам, в РНК таких участков нет, т.е. РНК не является совокупностью «генов»;

7) ДНК — это единая группа соединений, имеющая бесконечно большое число разновидностей, а РНК делится на три группы соединений, из которых иРНК бесконечно много разновидностей, 64 разновидности тРНК и большое число разновидностей рРНК;

8) молекулы ДНК имеют очень сложную структуру, а структуры РНК проще (так, одна молекула ДНК состоит из четырех линейных цепей, а РНК — из одной и т.д.);

9) РНК и ДНК имеют различные функции в организме.

Синтез иРНК (транскрипция)

Синтез РНК, как и синтез ДНК относится к матричному синтезу. РНК синтезируется под воздействием ферментов на поверхности деспирализованной ДНК на отдельных ее участках. В качестве ферментов организм использует белки типа РНК-полимеразы. Синтез РНК начинается с процесса деспирализации соответствующего участка ДНК, на этом участке и происходит «сборка» (транскрипция) полинуклеотидной цепи РНК согласно принципу комплементарности. Синтез РНК — эндотермический процесс и на его осуществление затрачивается энергия, выделяющаяся при расщеплении АТФ до АДФ и фосфорной кислоты.

12.3. ТРАНСПОРТНЫЕ РИБОНУКЛЕИНОВЫЕ КИСЛОТЫ (тРНК, трансферные РНК, адапторные РНК), низкомолекулярные РНК, осуществляющие перенос аминокислотных остатков к матричной РНК (мРНК) при трансляции (синтезе полипептидяой цепи на мРНК-матрице в рибосомах).

Присутствуют в цитоплазме и митохондриях. Цитоплаз-матич. тРНК состоят из одной полирибонуклеотидной цепи, включающей 74-95 нуклеотидных остатков (мол. м. 24-31 тыс.), митохондриальные тРНК немного короче. Для всех молекул тРНК характерно присутствие остатка фосфорной кислоты на 5'-конце (см. Нуклеиновые кислоты) нуклеотидной цепи (фосфорилирован 5'-гидроксил), наличие последовательности ССА—ОН (С-остаток цитидина, А-аденозина) на 3'-конце и неск. консервативных нуклеотидных остатков, рассеянных вдоль цепи и занимающих во всех тРНК одни и те же положения.

Отличит. особенность тРНК-присутствие в молекуле минорных нуклеозидов (миноров), общее число разновидностей которых в разных тРНК св. 50, а в одной молекуле тРНК их доля может достигать 25%. Они образуются путем метилирования, гидрирования и др. превращений обычных нуклеотидных звеньев в ходе посттранскрипц. модификации тРНК под действием соответствующих ферментов. Большинство миноров влияет на стабильность пространственной структуры и(или) на адапторную ф-цию тРНК-способность каждой тРНК узнавать свой кодон (участок мРНК из трех нуклеотидных остатков, кодирующий определенную аминокислоту; см. Генетический код). На присоединение к тРНК аминокислот (акцепторную ф-цию) миноры, как правило, не влияют.

Хим. Сырьё Пищевой Промышленности!

Кислота лимонная и щавелевая. Сода и др. Заказ от 100 000руб.? Скидка 15%!

chem2013.opt.ru

Закупаем: спирт этиловый

ректификованный технический.

ia-trade.su

Дать объявление B2BContext

Более половины пуриновых и пиримидиновых оснований тРНК с помощью водородных связей образуют внутрицепо-чечные пары по принципу комплементарности (A-U, G-C, G-U; U и G-соотв. остатки уридина и гуанозина), формируя 4 двухспиральных участка. Эти короткие спирали чередуются с участками неспаренных оснований, в результате чего нуклеотидная цепь образует 3 петли. Таким образом формируется вторичная структура, получившая назв. клеверного листа (см. рис.). В ней выделяют: акцепторную ветвь (стебель, черешок) с универсальной 3'-концевой последовательностью, служащей акцептором (местом прикрепления) остатка аминокислоты; дигидроуридиловую ветвь (шпильку), варьирующую по числу входящих в ее состав нуклеотидов и содержащую до 3 остатков дигидро-уридина (DHU); антикодоновую ветвь (шпильку) с петлей в 7 нуклеотидных остатков, в центре которой находится анти-кодон (тринуклеотид, комплементарный кодону мРНК и обусловливающий специфичность тРНК к этому кодону); тимидилпсевдоуридиловую ветвь, или Ty-шпильку, содержащую минорные нуклеозиды риботимидин и псевдоури-дин.

Кроме того, у всех тРНК между Ty-шпилькой и акцепторным стеблем имеется вариабельная петля (V-петля). Число составляющих ее нуклеотидов у разл. тРНК варьирует от 3 до 20. Если петля длинная, то формируется дополнит. пятый двухспиральный участок тРНК, как, например, у дрожжевых тРНКSer и тРНКLeu (в верхнем индексе-условные обозначения аминокислот, к которым специфичны данные тРНК; букв. обозначения см. в ст. Аминокислоты).

Закупка спирта изобутилового на

июнь-июль 2014 г.

trade.su

Лапрол! Оптом!

5003, 6003, 3603, 3003, 4003, 5503 и др. Выгодные цены! Мин. заказ 100 000р!

neft-him.opt.ru

Дать объявление B2BContext

Нуклеотидная последовательность и вторичная структура дрожжевой алани-новой тРНК; линии между антипараллельными участками обозначают водородные связи между комплементарными парами оснований (р-остаток фосфорной кислоты); молекула содержит семь минорных нуклеозидов: y-псевдо-уридин, 1-инозин, Т-риботимидин. DHU-5,6-дигидроуридин, m1I-1-метили-нозин, m1G-1-метилгуанозин, m2G-N2-диметилгуанозин: 1-акцепторная ветвь, 2-Тy-шпилька, S-V-петля, 4-антикодонная ветвь, 5-дигидроуриди-ловая ветвь.

Все тРНК имеют сходную пространственную укладку цепи, напоминающую лат. букву L. Акцепторная и тими-дилпсевдоуридиловая ветви расположены по одной оси, формируя непрерывную двойную спираль, состоящую из 12 пар нуклеотидных остатков; антикодоновая и дигидроури-диловая ветви располагаются также по одной оси, формируя вторую двойную спираль, включающую 9 пар нуклеотидных остатков. Эти два спиральных участка располагаются под углом ок. 90° друг к другу. Трехмерная структура поддерживается нековалентными связями между Ty- и DHU-шпильками, а также др. взаимод., в т.ч. с ионами Mg2+. Конформация тРНК в растворе в целом соответствует ее конформации в кристалле. Важная особенность структуры тРНК заключается в том, что антикодон, находящийся в центре полинуклеотидной цепи и на одном из концов "L", доступен для контактов с мРНК.

В присут. АТФ, ионов Mg2+ и аминоацил-тРНК-синтетаз к группе 3'-ОН 3'-концевого аденозина тРНК присоединяется остаток аминокислоты с образованием аминоацил-тРНК. Аминоацил-тРНК в рибосоме с помощью антико-дона комплементарно связывается с соответствующим ко-доном мРНК. тРНК, акцептирующие разл. аминокислоты, имеют разные последовательности оснований, благодаря чему синтетазы легко их узнают. Через взаимод. кодон-антикодон осуществляется перевод нуклеотидной последовательности мРНК в специфич. аминокислотную Последовательность синтезируемой полипептидной цепи.

Бутиловый спирт! Оптом!

И др. виды спиртов и растворителей! Доставка по РФ при заказе от 100тыс. р.

chem-plus.opt.ru

Кислоты. Соли. Спирты. Эфиры.

а также др. Хим. Продукция со склада! Заказ от 100000р? Скидка 10%! Выгодно!

reaktiv-him.opt.ru

Дать объявление B2BContext

Ошибка в узнавании аминокислоты своей тРНК при синтезе аминоацил-тРНК не может быть исправлена на последующих этапах белкового синтеза; последовательность аминокислотных остатков в синтезируемой полипептидной цепи определяется мРНК и аминоацил-тРНК, взаимодействующими в рибосоме, а не природой аминокислотного остатка, связанного с тРНК. Для большинства тРНК с короткой V-петлей важную роль при взаимном узнавании фермента и тРНК играет антикодон, для тРНК с длинной V-петлей-двухспиральные участки. При узнавании происходят взаимные конформац. изменения тРНК и фермента.

Как правило, каждая аминокислота имеет неск. соответствующих ей разновидностей тРНК, незначительно различающихся по первичной структуре и наз. изоакцептор-ными; их подразделяют на мажорные (доминирующие) и минорные (малочисленные). Структурные различия обусловлены заменами неск. нуклеотидов (или пар нуклео-тидов) в разл. частях молекулы (в т.ч. в антикодоне) и существенно не отражаются на укладке цепей. Для считывания разных кодонов мРНК, соответствующих одной и той же аминокислоте, используются изоакцепторные тРНК с разными антикодонами. Для мн. аминокислот число соответствующих им изоакцепторных тРНК с разными антикодонами гораздо меньше, чем общее число кодонов (напр., 24 митохондриальных тРНК достаточно для узнавания 61-62 смысловых кодонов мРНК). Из этого следует, что одна и та же тРНК может узнавать неск. кодонов, кодирующих одну и ту же аминокислоту, но различающихся по одному нуклеотиду.

Число генов, кодирующих тРНК для одной и той же аминокислоты, может различаться у разных организмов более чем на порядок. Общее число генов тРНК в разл. организмах сильно варьирует (напр., у кишечной палочки Escherichia coli их ок. 70, у шпорцевой лягушки Xenopus laevis ок. 7 тыс., у человека св. 1 тыс.). При транскрипции (синтез РНК на ДНК-матрице) генов тРНК с помощью фермента РНК-полимеразы III образуются предшественники тРНК (пре-тРНК). Дальнейшее их превращение в тРНК включает ряд ферментативных реакций, приводящих к уменьшению размеров молекул и модификации некоторых нуклеозидов. В-генах тРНК эукариот функционально важный 3'-концевой триплет не кодирован-он достраивается посттранскрипционно с помощью фермента тРНК-нуклео-тидилтрансферазы.

Химические материалы! Заходи!

Кислоты, соли и др. Большой ассортимент. Скидки 10%. Заказы от 100тыс. р.

him-prom.opt.ru

Кислоты химические! Оптом!

Азотная, молочная, соляная, серная. Доставка! Скидки 20%! Заказы от 100 тыс. р

mega-him.opt.ru

Дать объявление B2BContext

Помимо акцепторно-адапторной ф-ции в белковом синтезе, мн. тРНК выполняют роль затравки при обратной транскрипции (синтезе ДНК на РНК-матрице) благодаря комплементарности 3'-конца тРНК (17-20 нуклеотидов) и участка РНК ретровирусов, а также др. ретротранспозонов. На 3'-концах РНК мн. вирусов растений присутствуют тРНК-подобные структуры, обладающие акцепторной активностью. Некоторые тРНК участвуют в биосинтезе пеп-тидогликанов (компонентов внеш. оболочки некоторых бактерий), в переносе аминокислот через внеш. мембрану клеток, в регуляции биосинтеза ряда аминокислот, в посттрансляционной модификации белков (перенос аминокислотного остатка от аминоацил-тРНК на N-конец полипептидной цепи под действием ферментов аминоацил-тРНК-протеин трансфераз), а также во внутриклеточной деградации белков. Имеются данные об участии тРНК как кофактора в реакции восстановления глутаминовой кислоты при биосинтезе хлорофилла. Успехи в изучении структуры и функции тРНК сыграли исключит. роль в понимании общих принципов структурной организации нуклеиновых кислот, в познании биосинтеза белков.

В 1955 Ф. Крик предсказал существование в клетках малых молекул, ковалентно связывающихся с помощью особых ферментов с аминокислотами и участвующих в адаптации (приспособлении) аминокислот к генетич. коду, записанному в нуклеотидной форме (т. наз. адапторная гипотеза). Такими молекулами оказались тРНК и "рН5-фер-менты", названные позднее аминоацил-тРНК-синтетазами. тРНК открыли в 1957 М. Хоглэнд, М. Стефенсон и П. Замеч-ник (США) и одновременно К. Огата и X. Нохара (Япония).

Впервые нуклеотидную последовательность тРНК установили в 1965 Р. Холли с сотрудниками (США) для дрожжевой тРНКАlа. За последующие 25 лет была расшифрована первичная структура сотен тРНК из разл. организмов (бактерии, дрожжи, млекопитающие и др.). В 1974 А. Рич с сотрудниками (США) и А. Клуг с сотрудниками (Великобритания) впервые с помощью рентгеноструктурного анализа установили трехмерную структуру дрожжевой тРНКРhе в кристалле. Позже трехмерные структуры некоторых др. тРНК были расшифрованы в др. лабораториях.

Поставка химических реагентов.

Только оптом. Кислоты, аммиак, гидроксид натрия, хлор жидкий.

komen.ru

Соль техническая! Оптом!

Фасованная и навалом! Гарантия качества! Мин. заказ 100 000руб.! Сертификат.

dor-stroy.opt.ru

Дать объявление B2BContext

тРНК-первые нуклеиновые кислоты, для которых была установлена сначала первичная, а затем трехмерная структура их молекул, что имело принципиальное значение для развития мол. биологии, химии прир. соединений и биоорг. химии.

Лит.: Венкстерн Т. В., в кн.: Итоги науки и техники, сер. Молекулярная биология, т. 18, М., 1982, с. 49-109; Киселев Л. Л., Фаворова О. О., Лав-рик О. И., Биосинтез белков от аминокислот до аминоацил-тРНК, М., 1984; Спирин А. С., Молекулярная биология. Структура рибосом и биосинтез белка, М., 1986; Transfer RNA: Structure, properties and recognition, eds. P. Schimmel a. o., N.Y., 1979; Transfer RNA: biological aspects, eds. D. Soil a.o., N.Y., 1980; Schulman L., "Progr. Nucl. Acids, Res. and Mol. Biol.", 1991, v. 41, p. 23,

13.1. Первый уровень компактизации ДНК: структурная роль нуклеосом

В ранних биохимических и электронно-микроскопических работах было показано, что препараты ДНП содержат нитчатые структуры с диаметром от 5 до 50 нм. Постепенно стало ясно, что диаметр фибрилл хроматина зависит от способа выделения препарата.

На ультратонких срезах интерфазных ядер и митотических хромосом после фиксации глутаровым альдегидом обнаруживались хроматиновые фибриллы толщиной 30 нм. Такие же размеры имели фибриллы хроматина при физической фиксации ядер — при быстром замораживании ядер, скалывании объекта и получении реплик с таких препаратов. В последнем случае исключалось воздействие на хроматин переменных химических условий. Но все эти методы и приемы не давали никакой информации о характере локализации ДНК и гистонов в хроматиновых фибриллах.

Крупным событием в изучении хроматина было открытие двумя разными способами нуклеосом — дискретных частиц хроматина. Так, при осаждении на подложку для электронной микроскопии препаратов хроматина в щелочных условиях при низкой ионной силе можно было видеть, что нити хроматина представляли собой что-то напоминающее «бусы на нитке»: небольшие, около 10 нм, глобулы, связанные друг с другом отрезками ДНК длиной около 20 нм /////(рис. 57 и 58)/////. Эти наблюдения совпадали с результатами фракционирования хроматина после частичного нуклеазного переваривания.

Было найдено, что если подвергнуть действию нуклеазы микрококков выделенный хроматин, то он подвергается распаду на регулярно повторяющиеся структуры. Например, ДНК, полученная из хроматина, обработанного нуклеазой, состояла из серии отрезков, кратных 200 парам оснований; встречались отрезки в 200, 400, 600, 800 пар нуклеотидов (п.н.) и больше. Это говорит о том, что нуклеазной атаке в составе хроматина подвергаются участки ДНК, расположенные примерно через каждые 200 п.н. При этом в кислоторастворимую фракцию (низкополимерная) ДНК уходит всего 2% ядерной ДНК. Кроме того, после такой нуклеазной обработки из хроматина путем центрифугирования удается выделить фракцию частиц со скоростью седиментации 11S (S — единица Сведберга, определяющая скорость седиментации частиц, равна 1⋅10−13 с), а также частицы кратного этой величине размера: димеры, тримеры, тетрамеры и т.д. Оказалось, что частицы 11S содержат около 200 п.н. ДНК и восемь гистонов (октамер) по две копии гистонов H2A, H2B, H3 и H4 и одну копию гистона H1. Такая сложная нуклеопротеидная частица получила название нуклеосомы. Более подробный анализ этой фракции показал, что нуклеосома устроена следующим образом: октамер гистонов образует белковую основу — сердцевину (от англ. core — кор, коровая частица), по поверхности которой располагается ДНК величиной в 146 п.н., образующая 1,75 оборота; остальные 54 п.н. ДНК образуют участок, не связанный с белками сердцевины, — линкер, который, соединяя две соседние нуклеосомы, переходит в ДНК следующей нуклеосомы. Гистон H1 связывается частично с основой (сердцевиной) и с участком линкера (около 30 п.н.). Следовательно, полная нуклеосома содержит около 200 п.н. ДНК (146 п.н. — сердцевина, 30 п.н. -участок линкера в комплексе с гистоном H1, 30 п.н. — свободная ДНК), октамер сердцевинных (коровых) гистонов и одну молекулу гистона H1 /////(рис. 59)/////. Молекулярная масса полной нуклеосомы — 262 000 Да. Рассчитано, что на весь гаплоидный геном человека (3⋅109 пар оснований) приходится 1,5⋅107 нуклеосом.

Сердцевина, или коровая частица (или минимальная нуклеосома), очень консервативна по своей структуре: она всегда содержат 146 п.н. ДНК и октамер гистонов. Линкерный участок может значительно варьировать (от 8 до 114 п.н. на нуклеосому).

Используя метод рассеяния нейтронов, удалось установить форму и точные размеры нуклеосом; при грубом приближении — это плоский цилиндр или шайба диаметром 11 нм и высотой 6 нм. Располагаясь на подложке для электронного микроскопирования, они образуют «бусины» — глобулярные образования около 10 нм, гуськом, тандемно сидящие на вытянутых молекулах ДНК. На самом же деле вытянутыми являются только линкерные участки, остальные три четверти длины ДНК спирально уложены по периферии гистонового октамера. Сам гистоновый октамер, как считают, имеет форму, напоминающую мяч для игры в регби, в состав которого входят тетрамер (H3⋅H4)2 и два независимых димера H2A⋅H2B. На рисунке /////60///// представлена схема расположения гистонов в сердцевинной части нуклеосомы.

В фибриллах хроматина линкерный участок не линеен. Продолжая спираль ДНК на поверхности нуклеосомной частицы, он связывает соседние нуклеосомы так, что образуется как бы сплошная нить толщиной около 10 нм, состоящая из тесно расположенных нуклеосом /////(рис. 61)/////. При этом за счет дополнительной спирализации ДНК (один отрицательный супервиток ДНК на одну нуклеосому) происходит первичная компактизация ДНК с плотностью упаковки, равной 6−7 (200 п.н. длиной 68 нм уложены в глобулу диаметром 10 нм). Укладка почти двух витков ДНК по периферии сердцевины нуклеосомы происходит, как считается, за счет взаимодействия положительно заряженных аминокислотных остатков на поверхности октамера гистонов с фосфатами ДНК. N-концевые и C-концевые участки сердцевинных гистонов, обогащенные положительными зарядами, вероятно, служат для дополнительной стабилизации структуры нуклеосомы.

Ведущая роль сердцевинных (коровых) белков в компактизации ДНК показана при самосборке нуклеосом. Регулируя последовательность добавления гистонов и ДНК, удалось получить полную реконструкцию нуклеосом. В этом процессе не играет никакой роли источник, откуда была взята ДНК: это может быть ДНК бактерии и даже циклическая ДНК вирусов. Оказалось, что для образования нуклеосом гистон H1 не требуется, он участвует в связывании уже готовых нуклеосом друг с другом и в образовании более высоких уровней компактизации ДНК. Ключевыми в построении нуклеосом оказались гистоны H3 и H4. При этом вначале ДНК связывается с тетрамером (H3⋅H4)2, к которому позже присоединяются два димера H2A⋅H2B. Вероятно, высокая консервативность в строении гистонов H3 и H4 отражает их ведущую структурную роль на первых этапах компактизации ДНК при образовании нуклеосом.

13.2. БИОХИМИЯ КРОВИ. ПЛАЗМА КРОВИ: КОМПОНЕНТЫ И ИХ ФУНКЦИИ. МЕТАБОЛИЗМ ЭРИТРОЦИТОВ. ЗНАЧЕНИЕ БИОХИМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА КРОВИ В КЛИНИКЕ»

1. Белки плазмы крови: биологическая роль. Содержание белковых фракций в плазме. Изменения белкового состава плазмы при патологических состояниях (гиперпротеинемия, гипопротеинемия, диспротеинемия, парапротеинемия).

2. Белки острой фазы воспаления: биологическая роль, примеры белков.

3. Липопротеиновые фракции плазмы крови: особенности состава, роль в организме.

4. Иммуноглобулины плазмы крови: основные классы, схема строения, биологические функции. Интерфероны: биологическая роль, механизм действия (схема).

5. Ферменты плазмы крови (секреторные, экскреторные, индикаторные): диагностическое значение исследования активности аминотрансфераз (АЛТ и АСТ), щелочной фосфатазы, амилазы, липазы, трипсина, изоферментов лактатдегидрогеназы, креатинкиназы.

6. Небелковые азотсодержащие компоненты крови (мочевина, аминокислоты, мочевая кислота, креатинин, индикан, прямой и непрямой билирубин): строение, биологическая роль, диагностическое значение их определения в крови. Понятие об азотемии.

7. Безазотистые органические компоненты крови (глюкоза, холестерол, свободные жирные кислоты, кетоновые тела, пируват, лактат), диагностическое значение их определения в крови.

8. Особенности строения и функции гемоглобина. Регуляторы сродства гемоглобина к О2 . Молекулярные формы гемоглобина. Производные гемоглобина. Клинико-диагностическое значение определения гемоглобина в крови.

9. Метаболизм эритроцита: роль гликолиза и пентозофосфатного пути в зрелых эритроцитах. Глутатион: роль в эритроцитах. Ферментные системы, участвующие в обезвреживании активных форм кислорода.

10. Свёртывание крови как каскад активации проферментов. Внутренний и внешний пути свёртывания. Общий путь свёртывания крови: активация протромбина, превращение фибриногена в фибрин, образование фибрина-полимера.

11. Участие витамина К в посттрансляционной модификации факторов свёртывания крови. Дикумарол как антивитамин К.

30.1. Состав и функции крови.

Кровь - жидкая подвижная ткань, циркулирующая в замкнутой системе кровеносных сосудов, транспортирующая различные химические вещества к органам и тканям, и осуществляющая интеграцию метаболических процессов, протекающих в различных клетках.

Кровь состоит из плазмы и форменных элементов (эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов). Сыворотка крови отличается от плазмы отсутствием фибриногена. 90% плазмы крови составляет вода, 10% - сухой остаток, в состав которого входят белки, небелковые азотистые компоненты (остаточный азот), безазотистые органические компоненты и минеральные вещества.

30.2. Белки плазмы крови.

Плазма крови содержит сложную многокомпонентную (более 100) смесь белков, различающихся по происхождению и функциям. Большинство белков плазмы синтезируется в печени. Иммуноглобулины и ряд других защитных белков иммунокомпетентными клетками.

Содержание общего белка в сыворотке крови здорового человека составляет 65 - 85 г/л (в плазме крови этот показатель на 2 – 4 г/л выше за счёт фибриногена).

30.2.1. Белковые фракции. При помощи высаливания белков плазмы можно выделить альбуминовую и глобулиновую фракции. В норме соотношение этих фракций составляет 1,5 – 2,5. Использование метода электрофореза на бумаге позволяет выявить 5 белковых фракций (в порядке убывания скорости миграции): альбумины, α1-, α2-, β- и γ-глобулины. При использовании более тонких методов фракционирования в каждой фракции, кроме альбуминовой, можно выделить целый ряд белков (содержание и состав белковых фракций сыворотки крови см. рисунок 1).

Рисунок 1. Электрофореграмма белков сыворотки крови и состав белковых фракций.

Альбумины – белки с молекулярной массой около 70000 Да. Благодаря гидрофильности и высокому содержанию в плазме играют важную роль в поддержании коллоидно-осмотического (онкотического) давления крови и регуляции обмена жидкостей между кровью и тканями. Выполняют транспортную функцию: осуществляют перенос свободных жирных кислот, желчных пигментов, стероидных гормонов, ионов Са2+, многих лекарств. Альбумины также служат богатым и быстро реализуемым резервом аминокислот.

α1-Глобулины:

Кислый α1-гликопротеин (орозомукоид) – содержит до 40% углеводов, изоэлектрическая точка его находится в кислой среде (2,7). Функция этого белка до конца не установлена; известно, что на ранних стадиях воспалительного процесса орозомукоид способствует образованию коллагеновых волокон в очаге воспаления (Я.Мусил, 1985).

α1-Антитрипсин – ингибитор ряда протеаз (трипсина, химотрипсина, калликреина, плазмина). Врождённое снижение содержания α1-антитрипсина в крови может быть фактором предрасположенности к бронхо-лёгочным заболеваниям, так как эластические волокна лёгочной ткани особенно чувствительны к действию протеолитических ферментов.

Ретинолсвязывающий белок осуществляет транспорт жирорастворимого витамина А.

Тироксинсвязывающий белок – связывает и транспортирует иодсодержащие гормоны щитовидной железы.

Транскортин – связывает и транспортирует глюкокортикоидные го рмоны (кортизол, кортикостерон).

α2-Глобулины:

Гаптоглобины (25% α2-глобулинов) – образуют стабильный комплекс с гемоглобином, появляющимся в плазме в результате внутрисосудистого гемолиза эритроцитов. Комплексы гаптоглобин-гемоглобин поглощаются клетками РЭС, где гем и белковые цепи подвергаются распаду, а железо повторно используется для синтеза гемоглобина. Тем самым предотвращается потеря железа организмом и повреждение почек гемоглобином.

Церулоплазмин – белок, содержащий ионы меди (одна молекула церулоплазмина содержит 6-8 ионов Cu2+), которые придают ему голубую окраску. Является транспортной формой ионов меди в организме. Обладает оксидазной активностью: окисляет Fe2+ в Fe3+, что обеспечивает связывание железа трансферрином. Способен окислять ароматическиеамины, участвует в обмене адреналина, норадреналина, серотонина.

β-Глобулины:

Трансферрин – главный белок β-глобулиновой фракции, участвует в связывании и транспорте трёхвалентного железа в различные ткани, особенно в кроветворные. Трансферрин регулирует содержание Fe3+ в крови, предотвращает избыточное накопление и потерю с мочой.

Гемопексин – связывает гем и предотвращает его потерю почками. Комплекс гем-гемопексин улавливается из крови печенью.

С-реактивный белок (С-РБ) – белок, способный преципитировать (в присутствии Са2+) С-полисахарид клеточной стенки пневмококка. Биологическая роль его определяется способностью активировать фагоцитоз и ингибировать процесс агрегации тромбоцитов. У здоровых людей концентрация С-РБ в плазме ничтожно мала и стандартными методами не определяется. При остром воспалительном процессе она увеличивается более чем в 20 раз, в этом случае С-РБ обнаруживается в крови. Исследование С-РБ имеет преимущество перед другими маркерами воспалительного процесса: определением СОЭ и подсчётом числа лейкоцитов. Данный показатель более чувствителен, его увеличение происходит раньше и после выздоровления быстрее возвращается к норме.

γ-Глобулины:

Иммуноглобулины (IgA, IgG, IgM, IgD, IgE) представляют собой антитела, вырабатываемые организмом в ответ на введение чужеродных веществ с антигенной активностью. Подробнее об этих белках см. 1.2.5.

30.2.2. Количественные и качественные изменения белкового состава плазмы крови. При различных патологических состояниях белковый состав плазмы крови может изменяться. Основными видами изменений являются:

Гиперпротеинемия - увеличение содержания общего белка плазмы. Причины: потеря большого количества воды (рвота, диарея, обширные ожоги), инфекционные заболевания (за счёт увеличения количества γ-глобулинов).

Гипопротеинемия - уменьшение содержания общего белка в плазме. Наблюдается при заболеваниях печени (вследствие нарушения синтеза белков), при заболеваниях почек (вследствие потери белков с мочой), при голодании (вследствие недостатка аминокислот для синтеза белков).

Диспротеинемия - изменение процентного соотношения белковых фракций при нормальном содержании общего белка в плазме крови, например, снижение содержания альбуминов и увеличение содержания одной или нескольких глобулиновых фракций при различных воспалительных заболеваниях.

Парапротеинемия - появление в плазме крови патологических иммуноглобулинов - парапротеинов, отличающихся от нормальных белков по физико-химическим свойствам и биологической активности. К таким белкам относятся, например, криоглобулины, образующие друг с другом преципитаты при температуре ниже 37° С. Парапротеины обнаруживаются в крови при макроглобулинемии Вальденстрема, при миеломной болезни (в последнем случае они могут преодолевать почечный барьер и обнаруживаться в моче как белки Бенс-Джонса). Парапротеинемия, как правило, сопровождается гиперпротеинемией.

30.2.3. Липопротеиновые фракции плазмы крови. Липопротеины - сложные соединения, осуществляющие транспорт липидов в крови. В состав их входят: гидрофобное ядро, содержащее триацилглицеролы и эфиры холестерола, иамфифильная оболочка, образованная фосфолипидами, свободным холестеролом и белками-апопротеинами (рисунок 2). В плазме крови человека содержатся следующие фракции липопротеинов:

Рисунок 2. Схема строения липопротеина плазмы крови.

Липопротеины высокой плотности или α-липопротеины, так как при электрофорезе на бумаге они движутся вместе с α-глобулинами. Содержат много белков и фосфолипидов, транспортируют холестерол из периферических тканей в печень.

Липопротеины низкой плотности или β-липопротеины, так как при электрофорезе на бумаге они движутся вместе с β-глобулинами. Богаты холестеролом; транспортируют его из печени в периферические ткани.

Липопротеины очень низкой плотности или пре-β-липопротеины (на электрофореграмме расположены между α- и β-глобулинами). Служат транспортной формой эндогенных триацилглицеролов, являются предшественниками липопротеинов низкой плотности.

Хиломикроны - электрофоретически неподвижны; в крови, взятой натощак, отсутствуют. Являются транспортной формой экзогенных (пищевых) триацилглицеролов.

30.2.4. Белки острой фазы воспаления. Это белки, содержание которых увеличивается в плазме крови при остром воспалительном процессе. К ним относятся, например, следующие белки:

гаптоглобин;

церулоплазмин;

С-реактивный белок;

α1-антитрипсин;

фибриноген (компонент свёртывающей системы крови; см. 30.7.2).

Скорость синтеза этих белков увеличивается прежде всего за счёт снижения образования альбуминов, трансферрина и альбуминов (небольшая фракция белков плазмы, обладающая наибольшей подвижностью при диск-электрофорезе, и которой соответствует полоса на электрофореграмме перед альбуминами), концентрация которых при остром воспалении снижается.

Биологическая роль белков острой фазы: а) все эти белки являются ингибиторами ферментов, освобождаемых при разрушении клеток, и предупреждают вторичное повреждение тканей; б) эти белки обладают иммунодепрессорным действием (В.Л.Доценко, 1985).

30.2.5. Защитные белки плазмы крови. К белкам, выполняющим защитную функцию, относятся иммуноглобулины и интерфероны.

Иммуноглобулины (антитела) - группа белков, вырабатываемых в ответ на попадание в организм чужеродных структур (антигенов). Они синтезируются в лимфоузлах и селезёнке лимфоцитами В. Выделяют 5 классов иммуноглобулинов - IgA, IgG, IgM, IgD, IgE.

Рисунок 3. Схема строения иммуноглобулинов (серым цветом показана вариабельная область, не закрашена - константная область).

Молекулы иммуноглобулинов имеют единый план строения. Структурную единицу иммуноглобулина (мономер) образуют четыре полипептидные цепи, соединённые между собой дисульфидными связями: две тяжёлые (цепи Н) и две лёгкие (цепи L) (см. рисунок 3). IgG, IgD и IgЕ по своей структуре, как правило, являются мономерами, молекулы IgM построены из пяти мономеров, IgA состоят из двух и более структурных единиц, или являются мономерами.

Белковые цепи, входящие в состав иммуноглобулинов, можно условно разделить на специфические домены, или области, имеющие определённые структурные и функциональные особенности.

N-концевые участки как L-, так и Н-цепей называются вариабельной областью (V), так как их структура характеризуется существенными различиями у разных классов антител. Внутри вариабельного домена имеются 3 гипервариабельных участка, отличающихся наибольшим разнообразием аминокислотной последовательности. Именно вариабельная область антител ответственна за связывание антигенов по принципу комплементарности; первичная структура белковых цепей в этой области определяет специфичность антител.

С-концевые домены Н- и L-цепей обладают относительно постоянной первичной структурой в пределах каждого класса антител и называются константной областью (С). Константная область определяет свойства различных классов иммуноглобулинов, их распределение в организме, может принимать участие в запуске механизмов, вызывающих уничтожение антигенов.

Интерфероны - семейство белков, синтезируемых клетками организма в ответ на вирусную инфекцию и обладающих противовирусным эффектом. Различают несколько типов интерферонов, обладающих специфическим спектром действия: лейкоцитарный (α-интерферон), фибробластный (β-интерферон) и& иммунный (γ-интерферон). Интерфероны синтезируются и секретируются одними клетками и проявляют свой эффект, воздействуя на другие клетки, в этом отношении они подобны гормонам. Механизм действия интерферонов показан на рисунке 4.

Рисунок 4. Механизм действия интерферонов (Ю.А.Овчинников, 1987).

Связываясь с клеточными рецепторами, интерфероны индуцируют синтез двух ферментов — 2',5'-олигоаденилатсинтетазы и протеинкиназы, вероятно, за счет инициации транскрипции соответствующих генов. Оба образующихся фермента проявляют свою активность в присутствии двухцепочечных РНК, а именно такие РНК являются продуктами репликации многих вирусов или содержатся в их вирионах. Первый фермент синтезирует 2',5'-олигоаденилаты (из АТФ), которые активируют клеточную рибонуклеазу I; второй фермент фосфорилирует фактор инициации трансляции IF2. Конечным результатом этих процессов является ингибирование биосинтеза белка и размножения вируса в инфицированной клетке (Ю.А.Овчинников, 1987).

30.2.6. Ферменты плазмы крови. Все ферменты, содержащиеся в плазме крови, можно разделить на три группы:

секреторные ферменты - синтезируются в печени, выделяются в кровь, где выполняют свою функцию (например, факторы свёртывания крови);

экскреторные ферменты - синтезируются в печени, в норме выделяются с желчью (например, щелочная фосфатаза), их содержание и активность в плазме крови возрастает при нарушении оттока желчи;

индикаторные ферменты - синтезируются в различных тканях и попадают в кровь при разрушении клеток этих тканей. В разных клетках преобладают различные ферменты, поэтому при повреждении того или иного органа в крови появляются характерные для него ферменты. Это может быть использовано в диагностике заболеваний.

Например, при повреждении клеток печени (гепатит) в крови возрастает активность аланинаминотраноферазы (АЛТ), аспартатаминотрансферазы (ACT), изофермента лактатдегидрогеназы ЛДГ5, глутаматдегидрогеназы, орнитинкарбамоилтрансферазы.

При повреждении клеток миокарда (инфаркт) в крови возрастает активность аспартатаминотрансферазы (ACT), иэофермента лактатдегидрогеназы ЛДГ1, изофермента креатинкиназы MB.

При повреждении клеток поджелудочной железы (панкреатит) в крови возрастает активность трипсина, α-амилазы, липазы.

30.3. Небелковые азотистые компоненты крови (остаточный азот).

К этой группе веществ относятся: мочевина, мочевая кислота, аминокислоты, креатин, креатинин, аммиак, индикан, билирубин и другие соединения (см. рисунок 5). Содержание остаточного азота в плазме крови здоровых людей - 15-25 ммоль/л. Повышение содержания остаточного азота в крови называется азотемией. В зависимости от причины, азотемия подразделяется на ретенционную и продукционную.

Ретенционная азотемия возникает при нарушении выведения продуктов азотистого обмена (в первую очередь мочевины) с мочой и характерна для недостаточности функции почек. В этом случае до 90% небелкового азота крови приходится на азот мочевины вместо 50% в норме.

Продукционная азотемия развивается при избыточном поступлении азотистых веществ в кровь вследствие усиленного распада тканевых белков (длительное голодание, сахарный диабет, тяжёлые ранения и ожоги, инфекционные заболевания).

Определение остаточного азота проводят в в безбелковом фильтрате сыворотки крови. В результате минерализации безбелкового фильтрата при нагревании с концентрированной Н2SO4 азот всех небелковых соединений переходит в форму (NH4)2SO4. Ионы NH4+ определяют с помощью реактива Несслера.

Мочевина - главный конечный продукт обмена белков в организме человека. Образуется в результате обезвреживания аммиака в печени, выводится из организма почками. Поэтому содержание мочевины в крови снижается при заболеваниях печени и возрастает при почечной недостаточности.

Аминокислоты - поступают в кровь при всасывании из желудочно-кишечного тракта или являются продуктами распада тканевых белков. В крови здоровых людей среди аминокислот преобладают аланин и глутамин, которые наряду с участием в биосинтезе белков являются транспортными формами аммиака.

Мочевая кислота - конечный продукт катаболизма пуриновых нуклеотидов. Содержание её в крови возрастает при подагре (в результате усиленного образования) и при нарушениях функции почек (из-за недостаточного выведения).

Креатин - синтезируется в почках и печени, в мышцах превращается в креатинфосфат - источник энергии для процессов мышечного сокращения. При заболеваниях мышечной системы содержание креатина в крови значительно возрастает.

Креатинин - конечный продукт азотистого обмена, образуется в результате дефосфорилирования креатинфосфата в мышцах, выводится из организма почками. Содержание креатинина в крови снижается при заболеваниях мышечной системы, повышается при почечной недостаточности.

Индикан - продукт обезвреживания индола, образуется в печени, выводится почками. Содержание его в крови снижается при заболеваниях печени, повышается - при усилении процессов гниения белков в кишечнике, при заболеваниях почек.

Билирубин (прямой и непрямой) - продукты катаболизма гемоглобина. Содержание билирубина в крови увеличивается при желтухах: гемолитической (за счёт непрямого билирубина), обтурационной (за счёт прямого билирубина), паренхиматозной (за счёт обеих фракций).

Рисунок 5. Небелковые азотистые соединения плазмы крови.

30.4. Безазотистые органические компоненты крови.

В эту группу веществ входят питательные вещества (углеводы, липиды) и продукты их метаболизма (органические кислоты). Наибольшее значение в клинике имеет определение содержания в крови глюкозы, холестерола, свободных жирных кислот, кетоновых тел и молочной кислоты. Формулы этих веществ представлены на рисунке 6.

Глюкоза - главный энергетический субстрат организма. Содержание её у здоровых людей в крови натощак - 3,3 - 5,5 ммоль/л. Повышение содержания глюкозы в крови (гипергликемия) наблюдается после приёма пищи, при эмоциональном стрессе, у больных сахарным диабетом, гипертиреозом, болезнью Иценко-Кушинга. Снижение содержания глюкозы в крови (гипогликемия) наблюдается при голодании, интенсивных физических нагрузках, остром алкогольном отравлении, передозировке инсулина.

Холестерол - обязательный липидный компонент биологических мембран, предшественник стероидных гормонов, витамина D3, желчных кислот. Содержание его в плазме крови здоровых людей - 3,9 - 6,5 ммоль/л. Повышение содержания холестерола в крови (гиперхолестеролемия) наблюдается при атеросклерозе, сахарном диабете, микседеме, желчно-каменной болезни. Снижение уровня холестерола в крови (гипохолестеролемия) обнаруживается при гипертиреозе, циррозе печени, заболеваниях кишечника, голодании, при приёме желчегонных препаратов.

Свободные жирные кислоты (СЖК) используются тканями и органами в качестве энергетического материала. Содержание СЖК в крови повышается при голодании, сахарном диабете, после введения адреналина и глюкокортикоидов; снижается при гипотиреозе, после введения инсулина.

Кетоновые тела. К кетоновым телам относятся ацетоацетат,β-гидроксибутират, ацетон - продукты неполного окисления жирных кислот. Содержание кетоновых тел в крови повышается (гиперкетонемия) при голодании, лихорадке, сахарном диабете.

Молочная кислота (лактат) - конечный продукт анаэробного окисления углеводов. Содержание её в крови повышается при гипоксии (физические нагрузки, заболевания лёгких, сердца, крови).

Пировиноградная кислота (пируват) – промежуточный продукт катаболизма углеводов и некоторых аминокислот. Наиболее резкое повышение содержания пировиноградной кислоты в крови отмечается при мышечной работе и недостаточности витамина В1.

Рисунок 6. Безазотистые органические вещества плазмы крови.

30.5. Минеральные компоненты плазмы крови.

Минеральные вещества являются необходимыми компонентами плазмы крови. Важнейшими катионами являются ионы натрия, калия, кальция и магния. Им соответствуют анионы: хлориды, бикарбонаты, фосфаты, сульфаты. Часть катионов в плазме крови связаны с органическими анионами и белками. Сумма всех катионов равна сумме анионов, так как плазма крови электронейтральна.

Натрий – основной катион внеклеточной жидкости. Его содержание в плазме крови 135 – 150 ммоль/л. Ионы натрия участвуют в поддержании осмотического давления внеклеточной жидкости. Гипернатриемия наблюдается при гиперфункции коры надпочечников, при введении гипертонического раствора хлорида натрия парентерально. Гипонатриемия может быть обусловлена бессолевой диетой, надпочечниковой недостаточностью, диабетическим ацидозом.

Калий является основным внутриклеточным катионом. В плазме крови он содержится в количестве 3,9 ммоль/л, а в эритроцитах – 73,5 – 112 ммоль/л. Как и натрий, калий поддерживает осмотический и кислотно-основный гомеостаз в клетке. Гиперкалиемия отмечается при усиленном разрушении клеток (гемолитическая анемия, синдром длительного раздавливания), при нарушении выделения калия почками, при обезвоживании организма. Гипокалиемия наблюдается при гиперфункции коры надпочечников, при диабетическом ацидозе.

Кальций в плазме крови содержится в виде форм. Выполняющих различные функции: связанный с белками (0,9 ммоль/л), ионизированный (1,25 ммоль/л) и неионизированный (0,35 ммоль/л). Биологически активным является только ионизированный кальций. Гиперкальциемия наблюдается при гиперпаратиреозе, гипервитаминозе D, синдроме Иценко-Кушинга, деструктивных процессах в костной ткани. Гипокальциемия встречается при рахите, гипопаратиреозе, заболеваниях почек.

Хлориды содержатся в плазме крови в количестве 95 – 110 ммоль/л, участвуют в поддержании осмотического давления, кислотно-основного состояния внеклеточной жидкости. Гиперхлоремия наблюдается при сердечной недостаточности, артериальной гипертензии, гипохлоремия – при рвоте, заболеваниях почек.

Фосфаты в плазме крови являются компонентами буферной системы, их концентрация составляет 1 – 1,5 ммоль/л. Гиперфосфатемия наблюдается при заболеваниях почек, гипопаратиреозе, гипервитаминозе D. Гипофосфатемия отмечена при гиперпаратиреозе, микседеме, рахите.

0.6. Кислотно-основное состояние и его регуляция.

Кислотно-основное состояние (КОС) - соотношение концентрации водородных (Н+) и гидроксильных (ОН—) ионов в жидкостях организма. Для здорового человека характерно относительное постоянство показателей КОС, обусловленное совместным действием буферных систем крови и физиологического контроля (органы дыхания и выделения).

30.6.1. Буферные системы крови. Буферные системы организма состоят из слабых кислот и их солей с сильными основаниями. Каждая буферная система характеризуется двумя показателями:

рН буфера (зависит от соотношения компонентов буфера);

буферная ёмкость, то есть количество сильного основания или кислоты, которое нужно прибавить к буферному раствору для изменения рН на единицу (зависит от абсолютных концентраций компонентов буфера).

Различают следующие буферные системы крови:

бикарбонатная (H2CO3/NaHCO3);

фосфатная (NaH2PO4/Na2HPO4);

гемоглобиновая (дезоксигемоглобин в качестве слабой кислоты/ калиевая соль оксигемоглобина);

белковая (действие её обусловлено амфотерностью белков). Бикарбонатная и тесно связанная с ней гемоглобиновая буферные системы составляют в совокупности более 80% буферной ёмкости крови.

30.6.2. Дыхательная регуляция КОС осуществляется путём изменения интенсивности внешнего дыхания. При накоплении в крови СО2 и Н+ усиливается лёгочная вентиляция, что приводит к нормализации газового состава крови. Снижение концентрации углекислоты и Н+ вызывает уменьшение лёгочной вентиляции и нормализацию данных показателей.

30.6.3. Почечная регуляция КОС осуществляется главным образом за счёт трёх механизмов:

реабсорбции бикарбонатов (в клетках почечных канальцев из Н2О и СО2 образуется угольная кислота Н2СО3; она диссоциирует, Н+ выделяется в мочу, НСО3— реабсорбируетоя в кровь);

реабсорбции Na+ из клубочкового фильтрата в обмен на Н+ (при этом Na2HPO4 в фильтрате переходит в NaH2PO4 и увеличивается кислотность мочи);

секреции NH4+ (при гидролизе глутамина в клетках канальцев образуется NH3; он взаимодействует с H+, образуются ионы NH4+, которые выводятся с мочой.

30.6.4. Лабораторные показатели КОС крови. Для характеристики КОС используют следующие показатели:

рН крови;

парциальное давление СО2 (рСО2) крови;

парциальное давление О2 (рО2) крови;

содержание бикарбонатов в крови при данных значениях рН и рСО2 (актуальный или истинный бикарбонат, АВ);

содержание бикарбонатов в крови пациента в стандартных условиях, т.е. при рСО2=40 мм рт.ст. (стандартный бикарбонат, SB);

сумма оснований всех буферных систем крови (ВВ);

избыток или дефицит оснований крови по сравнению с нормальным для данного пациента показателем (BE, от англ. base excess).

Первые три показателя определяются непосредственно в крови с помощью специальных электродов, на основании полученных данных рассчитываются остальные показатели с помощью номограмм или формул.

30.6.5. Нарушения КОС крови. Известны четыре главные формы нарушений кислотно-основного состояния:

метаболический ацидоз - возникает при сахарном диабете и голодании (за счёт накопления кетоновых тел в крови), при гипоксии (за счёт накопления лактата). При этом нарушении снижается рСО2 и [НСО3-] крови, увеличивается экскреция NH4+ с мочой;

дыхательный ацидоз - возникает при бронхите, пневмонии, бронхиальной астме (в результате задержки углекислоты в крови). При этом нарушении повышается рСО2 и [HCO3-] крови, увеличивается экскреция NH4+ с мочой;

метаболический алкалоз - развивается при потере кислот, например, при неукротимой рвоте. При этом нарушении повышается рСО2 и [HCO3-] крови, увеличивается экскреция НСО3- с мочой, снижается кислотность мочи.

дыхательный алкалоз - наблюдается при усиленной вентиляции лёгких, например, у альпинистов на большой высоте. При этом нарушении снижается рСО2 и [НСО3-] крови, уменьшается кислотность мочи.

Для лечения метаболического ацидоза используют введение раствора бикарбоната натрия; для лечения метаболического алкалоза - введение раствора глутаминовой кислоты.

30.7. Некоторые молекулярные механизмы свёртывания крови.

30.7.1. Свёртывание крови - совокупность молекулярных процессов, приводящих к прекращению кровотечения из повреждённого сосуда в результате образования кровяного сгустка (тромба). Общая схема процесса свёртывания крови представлена на рисунке 7.

Рисунок 7. Общая схема свёртывания крови.

Большинство факторов свёртывания присутствует в крови в виде неактивных предшественников - проферментов, активация которых осуществляется путём частичного протеолиза. Ряд факторов свёртывания крови являются витамин К-зависимыми: протромбин (фактор II), проконвертин (фактор VII), факторы Кристмаса (IX) и Стюарта-Прауэра (Х). Роль витамина К определяется участием в карбоксилировании остатков глутамата в N-концевом участке этих белков с образованием γ-карбоксиглутамата.

Свёртывание крови представляет собой каскад реакций, в котором активированная форма одного фактора свёртывания катализирует активацию следующего до тех пор, пока конечный фактор, который является структурной основой тромба, не будет активирован.

Особенности каскадного механизма заключаются в следующем:

1) в отсутствие фактора, инициирующего процесс тромбообразования, реакция не может произойти. Поэтому процесс свёртывания крови будет ограничен только тем участком кровяного русла, где появляется такой инициатор;

2) факторы, действующие на начальных этапах свёртывания крови, требуются в очень малых количествах. На каждом звене каскада их эффект многократно усиливается (амплифицируется), что обеспечивает в итоге быструю ответную реакцию на повреждение.

В обычных условиях существуют внутренний и внешний пути свёртывания крови. Внутренний путь инициируется соприкосновением с атипичной поверхностью, что приводит к активации факторов, исходно присутствовавших в крови.Внешний путь свёртывания инициируется соединениями, в обычных условиях в крови не присутствующими, но поступающими туда в результате повреждения тканей. Для нормального протекания процесса свёртывания крови необходимы оба эти механизма; они различаются только на начальных этапах, а затем объединяются в общий путь, приводящий к образованию фибринового сгустка.

Далее рассматриваются только молекулярные механизмы общего пути свёртывания – активация протромбина и превращение фибриногена в фибрин-мономер и фибрин-полимер.

30.7.2. Механизм активации протромбина. Неактивный предшественник тромбина – протромбин – синтезируется в печени. В его синтезе участвует витамин К. Протромбин содержит остатки редкой аминокислоты – γ-карбоксиглутамата сокращённое обозначение – Gla). В процессе активации протромбина участвуют тромбоцитарные фосфолипиды, ионы Са2+ и факторы свёртывания Va и Хa. Механизм активации представляется следующим образом (рисунок 8).

Рисунок 8. Схема активации протромбина на тромбоцитах (Р.Марри и соавт., 1993).

Повреждение кровеносного сосуда приводит к взаимодействию тромбоцитов крови с коллагеновыми волокнами сосудистой стенки. Это вызывает разрушение тромбоцитов и способствует выходу наружу отрицательно заряженных молекул фосфолипидов внутренней стороны плазматической мембраны тромбоцитов. Отрицательно заряженные группировки фосфолипидов связывают ионы Са2+. Ионы Са2+ в свою очередь взаимодействуют с остатками γ-карбоксиглутамата в молекуле протромбина. Эта молекула фиксируется на мембране тромбоцита в нужной ориентации.

Тромбоцитарная мембрана содержит также рецепторы для фактора Va. Этот фактор связывается с мембраной и присоединяет фактор Хa. Фактор Хa является протеазой; он расщепляет молекулу протромбина в определённых местах, в результате образуется активный тромбин.

30.7.3. Превращение фибриногена в фибрин. Фибриноген (фактор I) - растворимый гликопротеин плазмы с молекулярной массой около 340 000. Он синтезируется в печени. Молекула фибриногена состоит из шести полипептидных цепей: две А α-цепи, две В β-цепи, и две γ-цепи (см. рисунок 9). Концы полипептидных цепей фибриногена несут отрицательный заряд. Это обусловлено присутствием большого количества остатков глутамата и аспартата в N-концевых областях цепей Аa и Вb. Кроме того, В-области цепей Вb содержат остатки редкой аминокислоты тирозин-О-сульфата, также заряженные отрицательно:

Это способствует растворимости белка в воде и препятствует агрегации его молекул.

Рисунок 9. Схема строения фибриногена; стрелками показаны связи, гидролизуемые тромбином. Р.Марри и соавт., 1993).

Превращение фибриногена в фибрин катализирует тромбин (фактор IIa). Тромбин гидролизует четыре пептидные связи в фибриногене: две связи в цепях А α и две связи в цепях В β. От молекулы фибриногена отщепляются фибринопептиды А и В и образуется фибрин-мономер (его состав α2 β2 γ2). Мономеры фибрина нерастворимы в воде и легко ассоциируют друг с другом, образуя фибриновый сгусток.

Стабилизация фибринового сгустка происходит под действием фермента трансглутаминазы (фактор XIIIa). Этот фактор также активируется тромбином. Трансглутаминаза образует поперечные сшивки между мономерами фибрина при помощи ковалентных изопептидных связей.

30.8.Особенности метаболизма эритроцита.

30.8.1. Эритроциты - высокоспециализированные клетки, основной функцией которых является транспорт кислорода из лёгких в ткани. Продолжительность жизни эритроцитов составляет в среднем 120 суток; разрушение их происходит в клетках ретикуло-эндотелиальной системы. В отличие от большинства клеток организма, у эритроцита отсутствуют клеточное ядро, рибосомы и митохондрии.

30.8.2. Энергетический обмен. Основным энергетическим субстратом эритроцита является глюкоза, которая поступает из плазмы крови путём облегчённой диффузии. Около 90% ис­пользуемой эритроцитом глюкозы подвергается гликолизу(анаэробному окислению) с образованием конечного продукта - молочной кислоты (лактата). Запомните функции, которые выполняет гликолиз в зрелых эритроцитах:

1) в реакциях гликолиза образуется АТФ путём субстратного фосфорилирования. Основное направление использования АТФ в эритроцитах - обеспечение работы Na+,K+-АТФазы. Этот фермент осуществляет транспорт ионов Nа+ из эритроцитов в плазму крови, препятствует накоплению Na+ в эритроцитах и способствует сохранению геометрической формы этих кле­ток крови (двояковогнутый диск).

2) в реакции дегидрирования глицеральдегид-3-фосфата в гликолизе образуется НАДН. Этот кофермент является кофактором фермента метгемоглобинредуктазы, участвующей в восстановлении метгемоглобина в гемоглобин по следующей схеме:

Эта реакция препятствует накоплению метгемоглобина в эритроцитах.

3) метаболит гликолиза 1,3-дифосфоглицерат способен при участии фермента дифосфоглицератмутазы в присутствии 3-фосфоглицерата превращаться в 2,3-дифосфоглицерат:

2,3-Дифосфоглицерат принимает участие в регуляции сродства гемоглобина к кислороду. Его содержание в эритроцитах повышает­ся при гипоксии. Гидролиз 2,3-дифосфоглицерата катализирует фермент дифосфоглицератфосфатаза.

Приблизительно 10% глюкозы, потребляемой эритроцитом, использует­ся в пентозофосфатном пути окисления. Реакции этого пути служат основ­ным источником НАДФН для эритроцита. Данный кофермент необходим для перевода окисленного глутатиона (см. 30.8.3) в восстановленную форму. Дефицит ключевого фермента пентозофосфатного пути - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы - сопровождается уменьшением в эритроцитах отношения НАДФН/НАДФ+, увеличением содержания окисленной формы глутатиона и сни­жением резиcтентности клеток (гемолитическая анемия).

30.8.3. Механизмы обезвреживания активных форм кислорода в эритроцитах. Молекулярный кислород в определённых условиях может превращаться в активные формы, к которым относятся супероксидный анион О2-, пероксид водорода Н2О2, гидроксильный радикал ОН. и синглетный кислород 1О2. Эти формы кислорода обладают высокой реакционной способностью, могут оказывать повреждающее действие на белки и липиды биологических мембран, вызывать разрушение клеток. Чем выше содержание О2, тем больше образуется его активных форм. Поэтому эритроциты, постоянно взаимодействующие с кислородом, содержат эффективные антиоксидантные системы, способные обезвреживать активные метаболиты кислорода.

Важным компонентом антиоксидантных систем является трипептид глутатион, образующийся в эритроцитах в результате взаимодействия γ-глутамилцистеина и глицина:

Восстановленная форма глутатиона (сокращённое обозначение Г-SH) участвует в реакциях обезвреживания пероксида водорода и органических пероксидов (R-O-OH). При этом образуются вода и окисленный глутатион (сокращённое обозначение Г-S-S-Г).

Превращение окисленного глутатиона в восстановленный катализирует фермент глутатионредуктаза. Источник водорода - НАДФН (из пентозофосфатного пути, см. 30.8.2):

В эритроцитах имеются также ферменты супероксиддисмутаза и каталаза, осуществляющие следующие превращения:

Антиоксидантные системы имеют для эритроцитов особое значение, так как в эритроцитах не происходит обновления белков путём синтеза.

Анатомия

Биохимия

Лекции

Матричные биосинтезы. Генетический код. Биосинтез белка и его регуляция

Биохимия питания. Переваривание.

Уровни структурной организации белковой молекулы. Функции белков.

Структура и функции сложных белков. Строение и функции миоглобина и гемоглобина.

Структура и биологическая роль нуклеотидов, нуклеиновых кислот. Репликация ДНК и транскрипция.

Матричные биосинтезы (трансляция). Генетический код. Регуляция биосинтеза белка

Свойства и классификация ферментов.

Структурно-функциональная организация ферментов. Регуляция активности ферментов. Определение амилазной активности мочи.

Строение и функции биологических мембран. Транспорт веществ через биологические мембраны

Биохимия питания и пищеварения. Переваривание и всасывание белков, жиров, углеводов.

Биохимия питания. Витамины.

Энергетический обмен и общий путь катаболизма.

Митохондриальная дыхательная цепь и окислительное фосфорилирование

Обмен и функции углеводов. Анаэробное и аэробное окисление глюкозы

Пентозофосфатный путь. Глюконеогенез. Биосинтез и мобилизация гликогена

Классификация витаминов.

Биосинтез жирных кислот, триацилглицеролов и фосфолипидов. Липотропный эффект фосфолипидов

Обмен холестерола. Транспорт липидов кровью. Нарушения липидного обмена. Атеросклероз

Общие пути катаболизма и биосинтеза аминокислот

Образование и обезвреживание аммиака

Частные пути обмена аминокислот

Обмен хромо- и нуклеопротеинов

Регуляция обмена веществ. Механизм передачи гормонального сигнала в клетку.

Роль стероидных гормонов, гормонов щитовидной и паращитовидных желез.

Биохимия крови. Плазма крови. Метаболизм эритроцитов.

Биохимия печени

Биохимические основы лекарственного применения ферментов и их ингибиторов, витаминов и гормонов

Биотрансформация лекарственных веществ

Учебники

Методические рекомендации

Экзаменационные вопросы

Биология

БЖД, медицина катастроф

Госпитальная терапия

Гигиена

Гистология

История отечества и медицины

Инновационные методы диагностики в хирургии

Культурология

Клиническая лабораторная диагностика

Латынь

Медицинская информатика

Микробиология

Общая хирургия

Общий уход

Пропедевтика внутренних болезней

Психология и педагогика

Патологическая анатомия

Правоведение

Физиология

Физика

Химия

English

13.3. Рибосома представляет собой компактную частицу специфической формы, лишенную внутренней и внешней симметрии, грубо аппроксимируемую сферой с диаметром около 30 нм. Функционально это молекулярная машина, протягивающая вдоль себя цепь мРНК, считывающая закодированную в мРНК генетическую информацию и параллельно, в соответствии с кодом, синтезирующая полипептидную цепь белка из поступающих в нее аминокислотных остатков. В процессе работы рибосома потребляет энергию гидролиза гуанозинтрифосфата (ГТФ).

ribosome6.jpg/smartimagecontainer/article/get

Структура

Электронно-микроскопические изображения рибосом показывают, что эти округлые частицы подразделяются на две неравные части (рис. 2). Если в среде, окружающей рибосомы, понизить концентрацию ионов магния или каким-либо еще образом увеличить электростатическое отталкивание фосфатных групп рибосомной РНК, то рибосомная частица диссоциирует на две неравные субчастицы с соотношением их масс около 2 : 1. Полные рибосомные частицы и их субчастицы принято обозначать в соответствии с их коэффициентами седиментации (скоростями осаждения) в ультрацентрифуге, выражаемыми в единицах Сведберга (S). Бактериальная рибосома с молекулярной массой около 3 · 106имеет коэффициент седиментации 70S и обозначается как 70S-частица, а несколько более крупная рибосома эукариотических организмов (животные, растения и грибы) предстает как 80S-частица. Их диссоциация на субчастицы описывается следующим образом:

70S 50S + 30S;

80S 60S + 40S.

Эта диссоциация обратима, и при восстановлении условий субчастицы реассоциируют в полные рибосомные частицы.

ribosome3.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 2. Модель индивидуальных рибосом Escherichia coli в двух различных проекциях: слева — в перекрывающейся проекции, когда малая (30S) субчастица обращена к зрителю и закрывает собой часть большой (50S) субчастицы; справа — в боковой проекции, когда к зрителю обращен боковой палочкообразный выступ большой (50S) субчастицы, а малая (30S) субчастица расположена вверху (модель В.Д. Васильева, Институт белка РАН, Пущино)

рРНК

Каждая рибосомная субчастица содержит одну молекулу высокополимерной рибосомной РНК, составляющую от половины до двух третей всей массы субчастицы. Соответственно большая субчастица содержит в два раза более длинную рибосомную РНК, чем малая субчастица рибосомы. У бактерий это 23S РНК (около 3000 нуклеотидов) и 16S РНК (около 1500 нуклеотидов), а у животных 28S РНК (4700-4800 нуклеотидов) и 18S РНК (около 1900 нуклеотидов). Изолированные цепи высокополимерной рибосомной РНК в условиях, гасящих электростатическое отталкивание их фосфатных групп (высокие концентрации солей, особенно ионов магния), способны сворачиваться в компактные частицы характерной формы, причем компактно свернутая 23S РНК напоминает по форме полусферическую большую субчастицу рибосомы, а 16S РНК - удлиненную малую субчастицу (рис. 3). Аналогичное сворачивание и компактизация наблюдаются в присутствии рибосомных белков. Это позволяет предполагать, что, во-первых, при формировании рибосомных частиц в клетке цепи соответствующих рибосомных РНК (большой или малой) сами сворачиваются специфическим для них образом (подобно специфическому самосворачиванию полипептидных цепей в глобулярные белки) и, во-вторых, именно компактная специфическая структура рибосомной РНК во многом задает конечную морфологию соответствующей рибосомной субчастицы.

ribosome1.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 3. Сравнение контуров рибосомных частиц и их изолированных высокополимерных РНК в компактной форме по данным электронной микроскопии: вверху — большая (50S) субчастица и ее 23S РНК. Внизу — малая (30S) субчастица и ее 16S РНК (В.Д.Васильев, Институт белка РАН, Пущино)

Физические исследования пространственного распределения РНК и белка в рибосомных субчастицах, проведенные с помощью рассеяния нейтронов, показали, что рибосомная РНК концентрируется в основном ближе к центру частиц, тогда как масса рибосомных белков занимает в среднем более периферическое положение. Можно сделать вывод, что свернутая молекула высокополимерной рибосомной РНК - это структурное ядро рибосомной субчастицы, определяющее и ее компактность, и ее форму, и организацию на ней рибосомных белков. Следовательно, рибосома есть прежде всего ее РНК. Согласно большинству современных эволюционных концепций, примитивный предшественник рибосомы мог состоять только из РНК и лишь в ходе эволюции постепенно дополняться белками.

Помимо высокополимерной РНК большая рибосомная субчастица содержит одну или две молекулы относительно низкомолекулярных РНК - это 5S РНК в случае бактерий и других прокариот или 5S РНК и 5,8S РНК в случае эукариотических организмов. Указанные малые рибосомные РНК сопоставимы по размерам с рибосомными белками и вместе с ними располагаются на ядре высокополимерной рибосомной РНК как на каркасе.

Рибосомные белки

Каждая рибосомная субчастица содержит много молекул рибосомных белков, и все они разные (рис. 4). В этом отношении рибосомный рибонуклеопротеид принципиально отличается от вирусного, где белковая оболочка строится из однотипных белков за счет их симметричной слоевой упаковки на поверхности РНК. Самосборка четвертичной структуры - физический механизм реализации симметричной упаковки идентичных белковых молекул в слое, характерной для вирусных нуклеопротеидов. Однако такая белковая самосборка невозможна в случае разнородных белковых молекул, каковыми являются рибосомные белки. Здесь реализуется другой принцип: каждый рибосомный белок имеет свою персональную посадочную площадку на рибосомной РНК - свой "шесток". Белок специфически узнает только этот участок РНК и садится на него. Так, на рибосомной РНК рассаживаются все разнотипные рибосомные белки. На 23S РНК бактериальной рибосомы за счет такого специфического РНК-белкового узнавания рассаживаются 32 различные белковые молекулы, а на 16S РНК - 21 белок.

Electroforez.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис.4. Разделение индивидуальных белков бактериальной (Escherichia coli) 70S рибосомы путем двумерного электрофореза в полиакриламидном геле. Буквой S (small) обозначаются белки малой (30S) субчастицы, а буквой L (large) — большой (50S) субчастицы рибосомы (выполнено Д.Е.Агафоновым, Институт белка РАН, Пущино)

Рибосомная РНК формирует ядро рибосомной субчастицы, а белки в среднем тяготеют к периферии. Однако на периферии оказывается и много участков РНК. В отличие от вирусных нуклеопротеидов белок рибосом не образует оболочки вокруг РНК. Во-первых, в рибосомах белка по массе относительно много меньше, чем в вирусах, и его просто не может хватить, чтобы покрыть всю рибосомную РНК; рибосомная РНК может быть лишь "полуодета". Во-вторых, рибосомные белки, скорее всего, не формируют поверхностных слоев, а организованы в группы - трехмерные кластеры, где часть белков оказывается под другими белками и не экспонирована на поверхности. В-третьих, периферические структурные образования рибосомной РНК могут быть участниками этих кластеров наравне с белками и в некоторых случаях прикрывать белки с поверхности.

Многочисленные рибосомные белки могут играть двоякую роль в современной рибосоме. С одной стороны, они могут непосредственно участвовать в функциях связывания субстратов и каталитических функциях рибосомы, локализуясь в соответствующих функциональных центрах и обеспечивая их своими активными группами. С другой - рибосомные белки могут служить стабилизаторами или модификаторами определенных локальных структур рибосомной РНК и таким образом поддерживать их в функционально активном состоянии или способствовать их переключениям из одного состояния в другое. В частности, в отношении главной каталитической функции рибосомы - ее пептидил-трансферазной активности, ответственной за образование пептидных связей, имеются все основания полагать, что эта активность обеспечивается локальной структурой рибосомной РНК большой субчастицы, но некоторые рибосомные белки оказываются необходимыми для поддержания (стабилизации) этой структуры.

Функциональные центры рибосомы

Основная морфологическая черта электронно-микроскопических изображений рибосомы - борозда, разделяющая две рибосомные субчастицы (рис. 2, справа).

Эта борозда сильно расширяется в одном месте: виден так называемый "глаз" рибосомы. Указанная особенность отражает реальный факт существования значительной полости между двумя рибосомными субчастицами. Как показано самыми последними электронно-микроскопическими исследованиями с высоким разрешением, именно в этой полости размещаются основные субстраты рибосомы - молекулы пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК, участвующие в образовании полипептидной цепи (рис. 5). Это тРНК-связывающий центр рибосомы.

Теперь рассмотрим отдельно малую рибосомную субчастицу (рис. 3, внизу слева). Она разделяется глубокой бороздой на головку и тело. Эта глубокая борозда - шея - есть место, в котором размещается участок связывания мРНК и через которое цепь мРНК протягивается от одного конца к другому в процессе трансляции (рис. 5).

ribosome2.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 5. Размещение основных функциональных лигандов — цепи мРНК (обозначены синим цветом) и двух тРНК (зеленые) — в рибосоме. Контуры рибосомы даны в соответствии с последними данными криоэлектронной микроскопии. Полость между субчастицами является главным функциональным карманом рибосомы, здесь размещаются две молекулы тРНК. Молекулы тРНК (аминоацил-тРНК и пептидил-тРНК) связаны с мРНК своими антикодоновыми верхушками и с пептидил-трансферазным центром в основании центрального выступа большой субчастицы — своими акцепторными концами, несущими аминокислотные остатки. В процессе трансляции цепь мРНК сканируется рибосомой от 5'-конца (голова цепи) к 3'-концу (хвост цепи), и тРНК сменяются в зависимости от нуклеотидных комбинаций, находящихся в каждый данный момент на рибосоме. Согласно представленной модели, цепь мРНК движется сквозь рибосому через шею малой субчастицы и выходит в зазор между центральным и левым боковыми выступами большой субчастицы.

У большой рибосомной субчастицы тоже есть головка - это центральный выступ, среди трех видимых выступов данной субчастицы (рис. 3, вверху слева). В шее (борозде, отделяющей головку от тела) размещается главный каталитический центр рибосомы - пептидил-трансферазный центр, осуществляющий синтез пептидных связей.

На рис. 2 (справа внизу) и рис. 5 видно, что две шеи находятся напротив друг друга и что между шеями как раз и расположен "глаз" - межсубчастичная полость, размещающая в себе молекулы двух субстратных тРНК. Так как каждая тРНК в рибосоме одним своим концом - антикодоном - должна взаимодействовать с кодоном мРНК, а другим, акцепторным концом, несущим аминокислоту или пептид, - с пептидил-трансферазным центром, то ее положение в рибосоме в отношении двух рибосомных субчастиц определяется однозначно: антикодон тРНК сидит в шее малой субчастицы, а акцепторный конец - в шее большой субчастицы.

Наконец, важные характерные черты рибосомы - подвижный палочкообразный боковой выступ большой субчастицы, справа от головки на рис. 3 (вверху слева) и рис. 2 (слева), и непокрытая малой субчастицей площадка большой субчастицы у основания выступа (рис. 2, слева). Наблюдения и эксперименты позволяют предполагать следующую картину событий: площадка принимает на себя поступающую в рибосому новую аминоацил-тРНК в комплексе со специальным белком - фактором элонгации 1 (EF1). При этом палочкообразный отросток взаимодействует с фактором и ориентируется более или менее перпендикулярно плоскости раздела между субчастицами. В результате образуется карман между непокрытой площадкой большой субчастицы, боковой поверхностью малой субчастицы и палочкообразным отростком. Этот же карман может принимать другой белок - фактор элонгации 2 (EF2), связывающийся с рибосомой для производства механического акта - транслокации. Третий - левый на рис. 3 (слева вверху) - выступ большой субчастицы и примыкающая к нему лопасть (боковое "ребро"), по-видимому, непосредственно участвуют в ассоциации рибосомных субчастиц. Со стороны малой рибосомной субчастицы в ассоциации субчастиц участвует боковая лопасть ее "тела" (рис. 3, внизу слева).

Механизм действия

Биосинтез белка имеет два аспекта: химический и генетический. Белок строится из аминокислот путем последовательного добавления аминокислотных остатков к одному из концов растущей полипептидной цепи (удлинения) с одновременным сканированием матричного полинуклеотида (мРНК), задающего порядок добавления различных аминокислотных остатков.

Три последовательные химические реакции приводят к включению (добавлению) аминокислоты в полипептидную цепь строящегося белка:

1.аминокислота + АТФ >> аминоацил-аденилат + пирофосфат,

2.аминоацил-аденилат + тРНК' >>аминоацил-тРНК' + АМФ,

3.пептидил(n)-тРНК + аминоацил-тРНК' >> тРНК + пептидил(n + 1)-тРНК'.

Первая реакция - активация аминокислоты за счет образования ангидридной связи между ее карбоксилом и фосфатом адениловой кислоты - и вторая реакция - акцептирование аминоацильного остатка молекулой тРНК с образованием сложноэфирной связи между карбоксилом аминокислоты и гидроксилом концевого рибозного остатка тРНК - происходят вне рибосомы, и обе реакции катализируется ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой. Третья реакция - транспептидация, то есть перенос карбоксильной группы растущего полипептида от гидроксила рибозного остатка тРНК, принесшей предыдущий аминокислотный остаток в цепь, на аминогруппу аминокислотного остатка аминоацил-тРНК - осуществляется в рибосоме и катализируется самой рибосомой, без постороннего фермента. Таким образом, именно молекулы аминоацил-тРНК являются формой поступления аминокислотных остатков в рибосомы. Генетическая сторона биосинтеза белка определяется тем, что поступление аминоацил-тРНК в рибосому строго детерминировано матричной РНК (мРНК), являющейся копией гена, и порядок чередования кодирующих триплетов (кодонов) вдоль цепи мРНК однозначно задает структуру синтезируемого белка. Для этого рибосома сканирует цепь мРНК по триплетам и последовательно выбирает из раствора аминоацил-тРНК с соответствующими аминокислотными остатками, выбрасывая отработанные, деацилированные тРНК.

Итак, в процессе биосинтеза белка рибосома: а) принимает кодированную генетическую информацию от ДНК в виде мРНК и расшифровывает ее, б) катализирует образование пептидных связей в реакции транспептидации в) передвигает цепь мРНК и молекулы тРНК (транслокация).

Таким образом, рибосома - сложная белоксинтезирующая частица, обладающая одновременно генетической (декодирующее устройство), энзиматической (рибосома как фермент пептидилтрансфераза) и механической (молекулярная машина) функциями. Очевидно, что эти функции базируются на специфической структуре рибосомы как рибонуклеопротеидной частицы.

Трансляция начинается с того, что мРНК, синтезируемая на ДНК в качестве копии одной из двух цепей последней, связывается с рибосомной частицей. При этом рибосомная частица (у прокариот прямо и непосредственно, а у эукариот после некоторого скольжения вдоль некодирующей части мРНК) специфически взаимодействует с началом кодирующей нуклеотидной последовательности мРНК. Этап связывания мРНК с рибосомной частицей и нескольких последующих событий, приводящих к образованию первой пептидной связи, называется инициацией трансляции. Вслед за инициацией рибосома последовательно "читает" цепочку мРНК по тройкам (триплетам) нуклеотидов по направлению к 3'-концу, наращивая (удлиняя) полипептидную цепочку аминокислотными остатками; этот этап собственно трансляции называется элонгацией. Наконец, достигнув специального нуклеотидного триплета - стоп-кодона, или кодона терминации, - рибосома освобождает синтезированную полипептидную цепочку белка: происходит терминация трансляции. Эпицикл трансляции, включающий инициацию, элонгацию и терминацию, схематически представлен на рис. 6.

epicikl.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 6. Эпицикл трансляции: 1) Инициация трансляции: свободная рибосомная частица ассоциирует с мРНК у начала ее кодирующей последовательности нуклеотидов и начинает трансляцию на специальном иниициирующем кодоне, с участием специальной иниицаторной тРНК; 2) Элонгация трансляции: затем считывает кодирующую последовательность нуклеотидов по триплетам (кодонам) в направлении 5'-3' и соответственно наращивает полипептидную цепь по одной аминокислоте, последовательно удлиняя ее С-конец; 3) Терминация трансляции: дойдя до специального стоп-триплета (терминирующего кодона), прекращает трансляцию и освобождает законченную полипептидную цеь белка. Рибосомные частицы, закончившие трансляцию и диссоциировавшие от мРНК, снова готовы инициировать трансляцию и войти в эпицикл. После инициации, двигаясь по цепи мРНК, рибосома все больше отодвигается от 5'-конца, и в результате ранее занимаемый ею отрезок мРНК становится свободным и способным связывать другую рибосому. Эта вторая рибосома тоже начинает трансляцию и двигается вслед за первой рибосомой, отодвигается от 5'-концевого отрезка и дает возможность третьей рибосоме сесть на мРНК и начать трансляцию. Таким путем, двигаясь вдоль мРНК друг за другом, несколько рибосом одновременно считывают одну и ту же запись и, следовательно, синтезируют идентичные полипептидные цепи. Такая структура, в которой одна мРНК ассоциирована со многими рибосомами, ее одновременно транслирующими, называется полирибосомой.

Генетические функции малой рибосомной субчастицы

Характерным моментом инициации трансляции является то, что на этом этапе участвуют не целые рибосомы, а их отдельные субчастицы. Другими словами, для того чтобы инициировать трансляцию, рибосома должна быть диссоциирована на две составляющие ее неравные субчастицы. Для этого клетка располагает специальными механизмами, обеспечивающими диссоциацию рибосом после терминации трансляции. Именно малая субчастица рибосомы (30S у прокариот и 40S у эукариот), и только она, связывается с мРНК, то есть служит первичным приемником генетической информации для белоксинтезирующего аппарата. Лишь впоследствии, при завершении этапа инициации трансляции, к ней присоединяется большая субчастица (50S у прокариот и 60S у эукариот), образуя полную рибосомную частицу (70S у прокариот и 80S у эукариот), которая и будет производить элонгацию.

В процессе элонгации рибосома удерживает мРНК и движется относительно ее (или протягивает ее сквозь себя) в направлении от 5'-конца к 3'-концу. Удержание мРНК на рибосоме есть целиком и полностью функция малой рибосомной субчастицы, в то время как большая субчастица с мРНК никак не взаимодействует. Соответственно последовательное сканирование кодирующей последовательности мРНК (считывание генетической информации) в ходе элонгации осуществляется на малой субчастице транслирующей рибосомы.

Механизм потриплетного сканирования мРНК в ходе элонгации предполагает участие молекул тРНК, которые взаимодействуют прежде всего с малой рибосомной субчастицей. Малая субчастица в составе полной транслирующей рибосомы имеет два тРНК-связывающих участка, обозначаемых как аминоацил-тРНК-связывающий участок (А-участок) и пептидил-тРНК-связывающий участок (Р-участок). На этапе элонгации Р-участок всегда занят остатком тРНК. Рассмотрение элементарного акта элонгации удобно начать с момента, когда Р-участок занят молекулой пептидил-тРНК (тРНК, несущая растущую полипептидную цепь), а А-участок вакантен и содержит лишь некий нуклеотидный триплет (кодон) мРНК, пока не взаимодействующий ни с каким триплетом (антикодоном) тРНК (рис. 2, состояние I). Такая рибосома готова (компетентна) связать аминоацил-тРНК, антикодон которой комплементарен триплету (кодону), установленному в А-участке. При наличии около рибосомы такой аминоацил-тРНК происходит первый шаг элементарного элонгационного цикла - кодонспецифическое связывание аминоацил-тРНК с А-участком. Теперь рибосома несет "старую" пептидил-тРНК в Р-участке и новоявленную аминоацил-тРНК в А-участке, которые расположены рядом, бок о бок (рис. 2, состояние II ). Следовательно, в результате кодон-антикодонового взаимодействия мРНК с тРНК на малой субчастице рибосомы произошло декодирование триплета мРНК: именно тот аминокислотный остаток, который был привешен к тРНК с комплементарным антикодоном, оказался в рибосоме.

elongation.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 7. Элементарный элонгационный цикл рибосомы, в результате которого прочитывается один триплет (кодон) мРНК, и образуется одна пептидная связь (добавляется одна аминокислота к растущему полипептиду). В каждый данный момент в ходе элонгации рибосома сидит на участке кодирующей последовательности мРНК и удерживает молекулу пептидил-тРНК. Пептидил-тРНК есть растущая полипептидная цепь, ковалентно присоединенная своим С-концом к тРНК, которая и принесла последний (С-концевой) аминокислотный остаток растущему пептиду. Когда пептидил-тРНК занимает Р-участок рибосомы (состояние I), рибосома может связывать молекулу аминоацил-тРНК, соответствующую кодону, установленному на данный момент в А-участке (шаг 1). В результате удерживаемая рибосомой пептидил-тРНК и вновь связанная аминоацил-тРНК оказываются в рибосоме бок о бок (состояние II). Рибосома (ее пептидилтрансферазный центр на большой субъединице) катализирует реакцию транспептидации между этими двумя субстратами рибосомы — пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК: пептидильный остаток переносится от «своей» тРНК на аминогруппу аминоацил-тРНК, тем самым удлиняясь на одну аминокислоту на С-конце (шаг 2). Теперь в Р-участке осталась деацилированная тРНК, а в А-участке помещается остаток тРНК удлиненной пептидил-тРНК (состояние III). Следующий за этим акт транслокации состоит в том, что деацилированная тРНК выталкивается из Р-участка, а пептидил-тРНК (ее остаток тРНК) перемещается вместе со связанным с ней кодоном мРНК из А-участка в Р-участок (шаг 3). В итоге А-участок освобождается, и в нем устанавливается следующий кодон мРНК. Цикл завершился. Повторение таких циклов по числу кодонов мРНК создает полный процесс элонгации. Следует отметить, что шаг 1 (связывание аминоацил-тРНК) катализируется белком — фактором элонгации EF1 — с участием ГТФ, а шаг 3 (транслокация) - фактором элонгации EF2 - тоже с участием ГТФ. В ходе катализа ГТФ расщепляется (гидролизуется) до ГДФ и ортофосфата.

Далее молекулы пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК, расположенные рядом в рибосоме, реагируют друг с другом: пептидильный остаток переносится на аминогруппу молекулы аминоацил-тРНК. Это второй шаг элементарного элонгационного цикла - транспептидация, когда полипептидная цепь удлиняется на одну аминокислоту - на ту, которую принесла тРНК, связавшаяся с А-участком. А сама тРНК, принесшая эту аминокислоту, так и осталась с ней связанной и, таким образом, связанной с удлиненным полипептидом (рис. 7, состояние III). В этом состоянии, однако, новообразованная пептидил-тРНК - точнее, ее остаток тРНК - занимает "не положенный ей" А-участок, а "сидит" в Р-участке деацилированная (без пептидильного или аминоацильного остатков) тРНК. Такое состояние называется претранслокационным. Дальше элонгация идти не может, пока не осуществится третий шаг элонгационного цикла - транслокация, которая выбросит деацилированную тРНК из Р-участка и переведет пептидил-тРНК из А-участка в Р-участок вместе со связанным с ней кодоном мРНК. В результате в освободившемся А-участке на малой рибосомной субчастице установится следующий (новый) кодон мРНК. Цикл завершился, приведя к образованию одной пептидной связи и соответствующему удлинению растущего полипептида на одну аминокислоту, с одной стороны, и к прочтению одного кодона мРНК и перемещению мРНК на один триплет - с другой. Повторение таких элементарных циклов и создает процесс элонгации. Таким образом, малая рибосомная субчастица в изолированном состоянии воспринимает копию гена в форме мРНК и инициирует процесс ее трансляции, а в ходе трансляции малая субчастица полной рибосомы удерживает мРНК на себе, декодирует ее с помощью тРНК и последовательно перебирает ее кодоны и тРНК, используя механизм транслокации. Так как все это операции с генетическим материалом, то указанные функции малой рибосомной субчастицы могут быть определены как генетические.

Энзиматические функции большой рибосомной субчастицы

Когда пептидил-тРНК занимает Р-участок, а аминоацил-тРНК - А-участок на малой субчастице рибосомы (см. рис. 7, состояние II), концы остатков тРНК с присоединенными к ним аминоацильными остатками взаимодействуют с большой субчастицей рибосомы. Участок этого взаимодействия на большой субчастице является пептидилтрансферазным центром рибосомы: он катализирует реакцию транспептидации между пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК, то есть перенос карбоксильной группы пептидильного остатка на аминогруппу аминоацил-тРНК (рис. 3). В результате образуется новая пептидная связь, и пептидильный остаток становится на одну аминокислоту длиннее. Таким образом, большая субчастица транслирующей рибосомы выступает здесь как фермент, ответственный за образование пептидных связей и в целом за синтез (элонгацию) полипептидной цепи. Это главная энзиматическая функция рибосомы.

transpeptidation.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 8. Реакция транспептидации, катализируемая пептидилтрансферазным центром большой рибосомной субчастицы.

Никакого отдельного от рибосомы белка-фермента, катализирующего образование пептидных связей на рибосоме, не существует. Не найдено и никакого специального белка в составе рибосомы, который бы обладал такой энзиматической функцией. Транспептидация катализируется пептидилтрансферазным центром самой рибосомы как интегральной частью большой рибосомной субчастицы, и основной вклад в организацию центра вносит, по-видимому, рибосомная РНК субчастицы.

Кроме катализа реакции транспептидации большая рибосомная субчастица определенным образом участвует в энзиматическом расщеплении (гидролизе) гуанозинтрифосфата (ГТФ) в процессе трансляции. Как видно на рис. 7, первый и третий шаги элонгационного цикла идут с участием специальных нерибосомных белков - так называемых факторов элонгации EF1 и EF2. Эти белки являются катализаторами соответствующих нековалентных переходов - связывания аминоацил-тРНК и транслокации. Для такого катализа необходимым оказывается сопряженный гидролиз ГТФ. Именно большая рибосомная субчастица взаимодействует с факторами элонгации и индуцирует гидролиз ГТФ на них. Хотя сам ГТФазный центр находится не на рибосомной субчастице, а на белке - факторе элонгации, ее временная ассоциация с фактором существенна для формирования активного энзиматического ГТФазного центра.

Таким образом, существует четкое разделение труда между двумя неравными субчастицами рибосомы: малая субчастица выполняет генетические функции, будучи ответственной за прием и декодирование генетической информации, в то время как большая участвует в энзиматических реакциях в процессе трансляции. Схематическое изображение "разъятой" рибосомы с распределением ее основных функциональных центров на двух субчастицах дано на рис. 9.

ribosome4.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 9. Расположение функциональных центров на малой (вверху) и большой (внизу) субчастицах рибосомы. Цепь мРНК связана с малой субчастицей в районе ее «шеи» и протягивается через этот мРНК-связывающий центр в ходе трансляции от 5'-конца (направлен вниз и вправо) к 3'-концу (обращен вверх и влево). Две молекулы тРНК занимают А- и Р-участки на малой субчастице, будучи связаны своими антикодонами с двумя смежными кодонами мРНК в районе «шеи» малой субчастицы. Пептидилтрансферазный центр (PTC) расположен в районе «шеи» (в борозде под центральным выступом) больщой субчастицы. Когда субчастицы ассоцированы, акцепторные концы двух тРНК с их аминоацильным и пептидильным остатками взаимодействуют с пептидилтрансферазным центром большой субчастицы. Факторы элонгации EF1 и EF2 связываются в районе палочкообразного бокового выступа большой субчастицы (на рисунке направлен на зрителя) со стороны, обращенной к малой субчастице.

Рибосома как молекулярная машина

Работа рибосомы в качестве "лентопротяжного механизма" (последовательное прочитывание цепи мРНК от одного конца к другому) в ходе элонгации (рис. 6) и ее способность перебрасывать сравнительно большие молекулярные массы (молекулы тРНК) из одного участка в другой в каждом элементарном элонгационном цикле (рис. 7, шаг 3 ) предполагают ее механическую подвижность. Взаимная подвижность двух рибосомных субчастиц может быть основным видом крупноблочной подвижности рибосомы в ходе работы, и имеются экспериментальные свидетельства в пользу такой подвижности. Кроме того, существуют указания на подвижность "головки" малой рибосомной субчастицы относительно ее "тела" и на подвижность палочкообразного бокового выступа большой рибосомной субчастицы.

На рис. 7 схематически изображены три функциональных состояния транслирующей рибосомы с фиксированными положениями лигандов (тРНК) в А- и Р-участках и переходы между состояниями. Однако со структурно-молекулярной точки зрения переходы между состоянием I и состоянием II (кодонзависимое связывание аминоацил-тРНК) и особенно между состоянием III и состоянием I (транслокация) кажутся затруднительными без промежуточных состояний, где рибосомные лиганды имели бы некоторую свободу внутририбосомных перемещений или были бы частично делокализованы. Необходимость промежуточных состояний вытекает из простого соображения: такие большие (с молекулярной точки зрения) лиганды, как тРНК, должны связываться с рибосомой несколькими контактными точками своей поверхности (многоцентровое связывание), а одновременное образование или разрыв многих контактов должны сопровождаться большими кинетическими (энергетическими) барьерами, делающими такие процессы крайне медленными (маловероятными).

Конформационная подвижность рибосомы, и в первую очередь взаимная подвижность рибосомных субчастиц, позволяет разрешить эту проблему. На рис. 10 представлена модель, согласно которой рибосома при прохождении элонгационного цикла осциллирует между двумя конформационными состояниями: закрытым (сомкнутым) и открытым (разомкнутым). В сомкнутом состоянии рибосомные лиганды (тРНК) зажаты между субчастицами, связаны максимальным количеством контактов с рибосомой и не имеют внутририбосомной подвижности. В разомкнутом состоянии рибосомы лиганды более подвижны, контакты с рибосомой менее полны, и имеется возможность их входа и выхода из рибосомы. Так, на первом этапе связывания аминоацил-тРНК рибосома должна быть открыта для приема лиганда. Возможно, это открытое состояние фиксируется фактором элонгации EF1. Далее EF1 уходит, рибосомные субчастицы плотно смыкаются, и аминоацильный конец связавшейся аминоацил-тРНК вступает в контакт с пептидилтрансферазным центром большой субчастицы. В сомкнутом состоянии пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК тесно сближены, и между ними происходит реакция транспептидации. Теперь, чтобы выбросить деацилированную тРНК из рибосомы и дать свободу для перемещения остатка тРНК молекулы пептидил-тРНК из А-участка в Р-участок, рибосому надо приоткрыть, в частности путем раздвигания субчастиц. Это может осуществляться фактором элонгации EF2. После ухода EF2 с рибосомы она снова смыкается и ждет прихода очередной аминоацил-тРНК с фактором элонгации EF1.

ribosome5.jpg/smartimagecontainer/article/get

Рис. 10. Модель динамической работы рибосомы в элонгационном цикле (на данной схеме «головки» обеих рибосомных субчастиц обращены к зрителю). Модель постулирует, что две рибосомные субчастицы подвижно соединены друг с другом и способны к размыканию-смыканию. Размыкание открывает функциональные центры на контактирующих поверхностях субчастиц, такие, как А-участок для приема аминоацил-тРНК, и способствует перемещению лигандов, например, в ходе транслокации. Смыкание субчастиц запирает лиганды внутри рибосомы и приводит в тесный контакт субстраты для реакции транспептидации. Предполагается, что размыкание индуцируется факторами элонгации с ГТФ, а гидролиз ГТФ и уход факторов с рибосомы позволяют ей снова сомкнуться. На рисунке представлено рассмотрение элонгационного цикла с точки зрения модели смыкания-размыкания: 1 — связывание аминоацил-тРНК с рибосомой требует размыкания, и фактор элонгации EF1 с ГТФ призван «открыть» рибосому; 2 — после расщепления ГТФ фактор элонгации EF1 покидает рибосому, а аминоацильный конец аминоацил-тРНК взаимодействует с пептидилтрансферазным центром большой субчастицы и тем самым способствует смыканию субчастиц и запиранию рибосомы; 3 — реакция транспептидации происходит в «закрытой» рибосоме между тесно сближенными группами двух субстратов — пептидил-тРНК и аминоацил-тРНК; 4 — размыкание претранслокационной рибосомы промотируется фактором элонгации EF2 с ГТФ, что приводит к выходу деацилированной тРНК и смещению остатка тРНК молекулы пептидил-тРНК вместе с мРНК; 5 — гидролиз ГТФ и как следствие уход фактора элонгации EF2 снова дает возможность рибосом сомкнуться. Таким образом, транслирующая рибосома в ходе элонгационного цикла осциллирует между сомкнутым и разомкнутым состояниями.

Следует подчеркнуть, что процесс периодического смыкания-размыкания рибосомы является энергозависимым: факторы элонгации EF1 и EF2 взаимодействуют с рибосомой только будучи связанными с ГТФ (согласно модели, при этом взаимодействии происходит открывание рибосомы), а взаимодействие с рибосомой наводит ГТФазную активность, ГТФ гидролизуется, фактор элонгации теряет сродство к рибосоме и уходит, и рибосома закрывается. Таким образом, на каждое смыкание-размыкание рибосомы расходуется одна молекула ГТФ. Так как в каждом элонгационном цикле рибосома смыкается-размыкается дважды, то две молекулы ГТФ расходуются на каждый цикл. Это есть энергетическая плата за эффективное (быстрое и надежное) функционирование рибосомы как молекулярной машины.

Вместе с тем оказывается, что термодинамически все три шага элонгационного цикла - связывание аминоацил-тРНК, транспептидация и транслокация - это спонтанные процессы, сами по себе идущие с понижением свободной энергии. Действительно, аминоацил-тРНК может специфически, кодонзависимым образом связываться с рибосомой и образовывать нормальный функциональный комплекс (состояние II на рис. 7) при отсутствии фактора элонгации EF1 и ГТФ, хотя и значительно медленнее, чем в их присутствии (так называемое неэнзиматическое связывание аминоацил-тРНК). Транспептидация, как известно, всегда катализируется лишь самой рибосомой и является типичной экзергонической (идущей с большим понижением свободной энергии) реакцией. Претранслокационное состояние рибосомы (состояние III на рис. 7) термодинамически нестабильно и может медленно скатываться в посттранслокационное состояние спонтанно, без фактора элонгации EF2 и ГТФ (так называемая неэнзиматическая транслокация). В целом, когда в условиях in vitro (в бесклеточных системах) рибосомы снабжены лишь матричным полинуклеотидом и аминоацил-тРНК, возможна медленная неэнзиматическая, или бесфакторная, трансляция без каких-либо дополнительных источников энергии в виде ГТФ или АТФ.

Основным источником свободной энергии для производства полезной работы (синтез полипептида со строго заданной аминокислотной последовательностью) в процессе элонгации является реакция транспептидации (рис. 3). В этой реакции сложноэфирная связь молекулы пептидил-тРНК заменяется на пептидную связь в удлиненной пептидил-тРНК. Свободная энергия гидролиза сложноэфирной связи между аминокислотным остатком и рибозой тРНК оценивается величиной от - 7 до - 8 ккал/моль, а свободная энергия гидролиза пептидной связи около - 0,5 ккал/моль. Следовательно, чистый выигрыш свободной энергии в реакции транспептидации составляет около - 7 ккал/моль, то есть сравним со свободной энергией гидролиза АТФ или ГТФ. Другими словами, транспептидация - экзергоническая реакция, способная "накормить" энергией работающую рибосому и обеспечить спонтанное прохождение элонгационного цикла.

Для чего же тогда потребляется ГТФ, да еще и по две молекулы на элонгационный цикл? Очевидно, не на производство полезной работы (в термодинамическом смысле слова). Показано, что гидролиз ГТФ в элонгационном цикле при участии рибосомы и факторов элонгации химически не сопряжен ни с какой другой ковалентной реакцией и не связан с образованием какого бы то ни было фосфорилированного интермедиата. Это прямая атака молекулы воды на пирофосфатную связь ГТФ, и освобождаемая свободная энергия гидролиза полностью диссипирует в тепло. Вместе с тем участие факторов элонгации и катализируемый ими гидролиз ГТФ очень сильно (на несколько порядков) увеличивает скорость элонгации. Это позволяет думать, что главная роль гидролиза ГТФ в элонгационном цикле чисто каталитическая, то есть кинетическая, а не термодинамическая.

Данное обстоятельство весьма необычно с энзиматической точки зрения. Ведь обычно подразумевается, что катализ, в том числе энзиматический катализ, ускоряет спонтанные реакции без какого-либо потребления дополнительной энергии - свободная энергия освобождается в результате самой катализируемой реакции. Однако вся теория энзиматического катализа разработана для ковалентных реакций. Ее суть состоит в том, что фермент имеет сродство к переходному состоянию катализируемой реакции. Тем самым за счет энергии сродства именно к переходному состоянию исходный субстрат изменяется и фиксируется белком-ферментом в этом состоянии. Энергетический барьер взят. Но образовавшийся комплекс фермента с переходным интермедиатом был бы тупиковым (непродуктивным), если бы интермедиат спонтанно не разваливался на продукты реакции с освобождением свободной энергии, компенсирующей энергию взаимодействия с ферментом. Таким образом, экзергоничность катализируемой реакции необходима для десорбции продукта с фермента.

В случае катализа конформационных превращений, каковой наблюдается в элонгационном цикле при EF1-промотируемом связывании аминоацил-тРНК и EF2-промотируемой транслокации (рис. 2 и 5), ситуация иная. Здесь, очевидно, белок-катализатор (EF1 или EF2) тоже имеет сродство к переходному конформационному состоянию рибосомы и тем самым за счет этой энергии взаимодействия фиксирует его. Далее рибосоме надо выйти из этого комплекса, чтобы "упасть" в следующее (продуктивное) состояние. Это было бы невозможно - комплекс оказался бы ловушкой, тупиком, - если бы не участие ГТФ. Природа устроила так, что фактор элонгации может взаимодействовать с рибосомой только после ассоциации с ГТФ: молекула ГТФ за счет сродства к фактору изменяет его конформацию так, что он приобретает сродство к рибосоме. Следовательно, именно фактор элонгации с лигандом ГТФ фиксирует переходное конформационное состояние рибосомы. Но посадка фактора на рибосому индуцирует ГТФазную активность фактора, ГТФ гидролизуется, и как следствие фактор теряет сродство к рибосоме и уходит. Рибосома "падает с барьера" в термодинамически устойчивое состояние. Другими словами, энергия сродства фактора элонгации к переходному конформационному состоянию компенсируется сопутствующей ковалентной реакцией, идущей с понижением свободной энергии.

Таким образом, прямой гидролиз ГТФ представляется необходимым для "энзиматического" (фактор-промотируемого) катализа нековалентных конформационных переходов в элонгационном цикле. Основная роль этого гидролиза - разрушение лиганда, обеспечивающего сродство катализатора к переходному конформационному состоянию, чтобы дать возможность выйти из этого промежуточного комплекса и перейти к следующему - продуктивному — состоянию.

Список литературы:

13.2 продол.

Изучение процесса распознавания антигена В-клетками не вызвало особых экспериментальных осложнений. Легкость обнаружения мембранного иммуноглобулина у данного клеточного типа давала в руки исследователей основу для детального анализа явления. При этом поиск аналогичных структур у Т-клеток столкнулся с определенными трудностями. Использование тех же экспериментальных подходов, которые применялись при изучении антигенных рецепторов у В-клеток, не привело к положительным результатам. Первые шаги к решению проблемы были сделаны, как это ни странно, не в молекулярной иммунологии, а в клеточной — в экспериментах с генетически отличающимися клетками, взаимодействующими in vitro.

Первоначально в гипотетической, на основании клеточной феноменологии, а затем в экспериментально хорошо документированной форме с использованием методов молекулярной биологии было установлено, что Т-клеточный рецептор распознает не собственно чужеродный антиген, а его комплекс с белками, контролируемыми главным комплексом гистосовместимости (МНС). Основные доказательства двойного распознавания: молекул I и II классов МНС и ассоциированного с ними антигенного пептида, получены Р. Цинкернагелем и П.Дохерти. Исследования этих ученых были отмечены присуждением Нобелевской премии по медицине за 1997 г.

Строение Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов

Известно два типа Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов: TCRaB и TCRyb (от англ. — Т cell receptor, TCR). Последний экспрессируется на минорной субпопуляции Т-клеток (Тyb), которые в небольшом количестве представлены в тимусе и на периферии — в селезенке, крови. В онтогенезе они предшествуют Т-клеткам с TCRaB (TaB). Для их созревания не требуется тимус, они способны к самовоспроизведению, принимают участие в антибактериальной защите, реагируя на углеводные компоненты. Филогенетически Тyb предшествовали ТaB.

Попытки выявить TCR с помощью антииммуноглобулиновых антител, как это было сделано при поиске антигенраспознающих структур у В-клеток, оказались безуспешными. Идентифицировать TCR удалось только с применением моноклональных антител (мАТ) и клонированных линий Т-клеток. Некоторые клоноспецифические мАТ реагировали только с клонами, выделенными от предварительно иммунизированных животных. Внесение в культуру таких клонов, соответствующих по специфичности мАТ, подавляло способность клонированных Т-клеток распознавать антиген, использованный для иммунизации. Наличие подобных антигенспецифических мАТ обеспечило полноценное изучение антигенраспознающих структур Т-клеток.

Каждая функционально зрелая Т-клетка имеет около 3 • 104 TCR. Они представляют собой гетеродимер, построенный для большинства клеток из ос- и (3-цепей, ковалентно связанных между собой цистеиновым мостиком. Каждая цепь состоит из вариабельного V-домена и константного С-домена, гомологичных соответствующим доменам иммуноглобулинов. В структуре TCR представлен также шарнирный домен с цистеиновым остатком, который образует дисульфидный мостик, объединяющий а- и B-цепив единую молекулу. На клеточной мембране TCR удерживается гидрофобной трансмембранной последовательностью аминокислотных остатков. Характерной чертой трансмембранного домена является присутствие в нем положительно заряженных аминокислотных остатков. Заканчивается каждая цепь коротким цитоплазматическим хвостом, погруженным в цитоплазму. Имеющиеся структурные различия между TCRu BCR не могут считаться определяющими, так как основное свойство — построение активного антигенраспознающего участка за счет процессов рекомбинации и взаимодействия двух V-доменов — остается общим.

Генетический контроль структуры Т-клеточного антигенраспознающего рецептора

Организация генов, кодирующих а- и B-цепи TCR, в основном гомологична той, которая известна для легких и тяжелых цепей иммуноглобулинов. V-домен ос-цепи, подобно легкой цепи иммуноглобулинов, контролируется только V- и J-генными сегментами. В то же время образование V-домена B-цепи, как и тяжелой цепи иммуноглобулинов, обеспечено полным набором V-, D-, J-генных сегментов.

В геноме Т-клеток имеется более 100 V-генов для а-цепи TCR, что в два с половиной раза меньше того количества, которое известно для легких цепей иммуноглобулинов. Каждый такой ген включает два экзона — один для лидерной (L) последовательности, отсутствующей у зрелой а-цепи, но представленной у этойцепи в момент ее транспорта из эндоплазматического ретикулума к клеточной поверхности, и второй — для кодирования собственно V-домена TCR. J-генных сегментов для а-цепи значительно больше, чем для легкой цепи иммуноглобулинов (100 против 4). Константная область а-цепи контролируется С-геном, включающим отдельные экзоны для С-домена и шарнира и один общий экзон — для трансмембранной и хвостовой частей молекулы.

Количество V-генов для B-цепи равно 30. Кроме того, имеется два кластера DJC. Каждый кластер включает один D- и шесть активных J-генных сегментов. Функциональные различия между кластерами неизвестны. С-ген для константной области B-цепи включает четыре экзона для константного, шарнирного, трансмембранного и хвостового участков полипептида. Процессы рекомбинации, транскрипции, сплайсинга и трансляции генетического материала для а- и Р-цепей при образовании TCR в Т-клетках аналогичны тем, которые обеспечивают синтез иммуноглобулинов в В-клетках.

Так же как и в случае с иммуноглобулинами и иммуноглобулиновыми рецепторами, вариабельность TCR зависит от случайного взаимодействия генных сегментов в процессе рекомбинации генетического материала, кодирующего V-домены: VJ — для а-цепей и VDJ — для B-цепей, а также за счет тех дополнительных изменений, которые, как и в случае с BCR, сопровождают рекомбинацию. Исключение составляет отсутствие соматического мутагенеза в V-генах. Расчет вариабельности V-доменов TCR, который проводится так же, как и для иммуноглобулинов, показывает крайне высокий уровень разнообразия этих антигенраспознающих структур. Так, только наличие в геноме нерекомбинированных V-, D- и J-генных сегментов дает потенциально (без учета модификаций при реорганизации) 2,8 • 106 вариантов.

Иммуноглобулины и иммуноглобулиновые рецепторы В-клеток распознают нативные антигенные эпитопы. В связи с этим отдельные участки антигенраспознающего центра имеют равные шансы на изменчивость. Ситуация с TCR несколько иная, поскольку этот рецептор распознает комплекс антигенного пептида с молекулами МНС.

Разнообразие TCR связано в значительной степени с третьей петлей V-домена, формируемой третьим гипервариабельным участком — CDR3 (от англ. — complementarity determining region). При образовании антигенсвязующего центра CDR3 оказываются в его внутренней части. Первая и вторая петли — CDR1 и CDR2 — занимают соответственно периферию центра. В таком конформационном построении имеется вполне определенный биологический смысл, связанный с адаптацией TCR к той форме иммуногена, с которой он взаимодействует. Антигенные пептиды заполняют пространство (щель), образованное а-спиральными структурами молекул МНС, и таким образом оказываются в середине антигенного комплекса пептид : МНС. Подобный комплекс характеризуется огромным множеством антигенных специфичностей, связанных с пептидами, и ограниченным разнообразием, свойственным молекулам МНС. В связи с подобной организацией иммуногенного комплекса следует ожидать повышенную изменчивость CDR3 и меньшую изменчивость CDR1 и CDR2. Изучение генетической организации генов для TCR подтверждает подобную точку зрения. Так, TCR имеет значительно меньшее по сравнению с иммуноглобулинами количество V-генов, определяющих специфичность CDR1 и CDR2, но при этом увеличенное число J-cer-ментов, принимающих участие в кодировании CDR3.Антигенраспознающие рецепторы и сопутствующие белки в процессе активации Т-клеток

TCR, как и мембранный антигенраспознающий иммуноглобулин В-клеток, имеет очень короткий цитоплазматический хвост. В связи с этим сигнал от взаимодействия TCR с комплексом пептид : молекулы МНС не может быть передан внутрь клетки. Трансмиссивную функцию выполняют инвариантные, низкомолекулярные, ассоциированные с TCR белки, которые получили общее название — CD3. Комплекс CD3 включает пять белков: белки CD3y, CD3b и CD3e представлены на клеточной поверхности и имеютопределенную гомологию с иммуноглобулинами, цитоплазматические белки CD3? и CD3n не имеют такой гомологии.

Белки, гомологичные иммуноглобулинам, экспрессируются на клеточной поверхности в виде гетеродимеров CD3e6 и CD3ey Их связь с TCR осуществляется посредством электростатического притяжения. Отрицательно заряженные трансмембранные участки цепей CD3 взаимодействуют с несущими положительный суммарный заряд трансмембранными участками TCR. Наличие длинного хвоста позволяет им взаимодействовать с цитоплазматическими белками-трансдукторами после получения антигенного сигнала.

Два других полипептида — CD3t и CD3n — также входят в состав комплекса в виде димеров СС или Сn- Около 80 % TCR ассоциировано с гомодимером и только 20 % с гетеродимером. Функциональные различия между ними неизвестны. Основной домен этих белков в отличие от других СОЗ-белков находится в цитоплазме. Именно головная, а не хвостовая часть С и n взаимодействует в цитоплазме с белками-трансдукторами.

Помимо сигналпередающей функции белки CD3 ответственны за транспорт TCR к клеточной поверхности. У мутантных клеток, в которых отсутствует синтез у-, b- или е-цепей, экспрессия TCR полностью подавлена, хотя внутриклеточный синтез этих рецепторов не нарушен. При мутациях гена С-цепи выход TCR на клеточную поверхность происходит в меньшей степени по сравнению с нормой. Как трансмиссивная, так и транспортная функции CD3 белков гомологичны той, которая характерна для Iga-и Igp-белков иммуноглобулинового, антигенраспознающего комплекса.

В активации Т-клеток, распознавших антиген, принимают участие также корецепторы CD4 и CD8 — маркеры дифференцировки Т-клеток. Как уже отмечалось, первый из них является маркером CD4+ Т-клеток, второй — цитотоксических Т-лимфоцитов (CD8+ Т-клеток). Долгое время функция этих белков оставалась неизвестной. Оказалось, что они принимают самое непосредственное участие в процессе взаимодействия TCR с соответствующим лигандом в качестве корецептора.

CD4 представляет собой одноцепочечную молекулу, состоящую из четырех иммуноглобулинподобных доменов (рис. 4.9). Домены D1 и D2, а также D3 и D4 образуют между собой парные, плотноупакованные, жесткие структуры. Эти пары соединены гибким шарнирным участком. Хвостовая часть молекулы CD4 имеет достаточную длину для взаимодействия с цитоплазматическими белками-трансдукторами. На клеточной поверхности TCR и CD4 представлены независимо друг от друга. Их встреча происходит в процессе формирования ответа на антиген. После распознавания TCR антигенного комплекса происходит взаимодействие CD4 с молекулой II класса МНС. Реакция взаимодействия осуществляется между В2-доменом молекулы II класса МНС и первым доменом CD4. Предполагается также слабое включение во взаимодействие и второго домена D2.

Аналогичная картина наблюдается при распознавании антигенного комплекса цитотоксическими Т-лимфоцитами (ЦТЛ). Действующие участники взаимодействия — TCR цитотоксических Т-лимфоцитов, комплекс пептида с молекулой I класса МНС и маркер цитотоксических Т-лимфоцитов — CD8. CD8, хотя и выполняет сходную с CD4 функцию корецептора, структурно отличается от маркера Т-хелперов. Он представляет собой гетеродимер, каждая цепь которого включает один иммуноглобулинподобный домен и достаточно длинный, связанный с мембраной участок цепи, который подвержен значительным конформационным изменениям. Так же как и CD4, CD8 представлен на клеточной мембране независимо. Его функция корецептора реализуется в процессе антигенного распознавания. После взаимодействия TCR с антигенным лигандом происходит контакт а- и Р-доменов CD8 с а3-доменом молекулы I класса МНС. Образовавшийся молекулярный комплекс является условием передачи через корецептор CD8 сигнала внутрь клетки.

Внутриклеточные события, определяющие активацию Т-клеток, аналогичны тем, которые происходят в В-клетках после антигенной стимуляции. Образовавшийся агрегат из антигенпредставляющих молекул МНС, Т-клеточного рецепторного комплекса, включающего CD3 молекулы, и CD4 или CD8 молекул провоцирует внутриклеточное взаимодействие различных тирозинкиназ с цитоплазматической частью полипептидов. Среди СDЗ-белков наибольшей связывающей активностью обладает CD3?, представленный в цитозоле не хвостовой, а головной частью. Активированные в результате взаимодействия киназы обеспечивают каскад реакций, следствием которых является индукция специфической транскрипции генов. Среди генов, вступивших в процесс транскрипции, особое место занимают те, которые кодируют синтез Т-зависимых цитокинов (в частности, ИЛ-2). В конечном счете цепь событий от взаимодействия TCR с антигенным комплексом и образования сложного молекулярного агрегата до внутриклеточных реакционных преобразований приводит к пролиферации.

В- и Т-клетки обладают самостоятельными антигенраспознающими рецепторами, относящимися к одному и тому же суперсемейству иммуноглобулинов. Антигенраспознающие рецепторы В-клеток (BCR) представляют собой мономерную форму IgM, модифицированную дополнительной последовательностью аминокислотных остатков в С-концевой части молекулы. Эта последовательность составляет трансмембранный и хвостовой участки тяжелой цепи. Т-клеточный антигенраспознающий рецептор (TCR) состоит из двух полипептидных цепей, каждая из которых включает два домена: V и С. Механизм генетического контроля V-доменов как BCR, так и TCR в целом сходен и включает процесс случайной рекомбинации генных сегментов (V, D, J). Несмотря на то что функциональное предназначение антигенраспознающих рецепторов двух типов клеток одно и то же (распознавание чужеродности), реализация такой функции В- и Т-клетками осуществляется разными способами. В то время как slg В-клеток распознает собственно антигенную детерминанту без каких-либо дополнительных условий, TCR Т-клеток способен распознать только комплекс антигенной детерминанты с собственными молекулами I или II класса МНС.