Головна
Реферати » Реферати по біології » Біосинтез білка і його регуляція

Біосинтез білка і його регуляція

загальною молекулярною масою близько 150 000 Да, знаходиться в активному стані, не пов'язаний з індуктором, то він блокує ген-оператор і синтез мРНК не відбувається. При надходженні метаболіту-індуктора в клітку його молекули пов'язують репрессор, перетворюючи його в неактивну форму (або, можливо, знижуючи його спорідненість до гену-оператору). Структурні гени виходять з-під забороняє контролю і починають синтезувати потрібну мРНК.

Вище було вказано, що концентрація низки ферментів в клітинах різко знижується при збільшенні концентрації віддалених кінцевих продуктів, що утворюються в ланцюзі послідовних ферментативних реакцій. Такий ефект, що отримав назву репресії ферментів, часто спостерігається при реакціях біосинтезу. У цих випадках виявилося, що молекули репрессора, також утворюються в рибосомах ядра по «команді» гена-регулятора, є неактивними і самі по собі не мають здатність пригнічувати діяльність гена-оператора і, отже, всього оперону, але набувають таку здатність після утворення комплексу з кінцевим або одним з кінцевих продуктів биосинтетического процесу.

Кінцевий продукт виступає, таким чином, в якості корепрессора. Є дані, що показують, що в якості корепрессоров в синтезі ферментів обміну амінокислот виступає не вільна амінокислота як кінцевий продукт биосинтетической реакції, а комплекс її з тРНК - аа-тРНК.

В регуляції експресії структурних генів специфічне участь приймає особливий білок, який отримав назву катаболітной ген-який активує білок (від англ, catabolite gene activation protein, скорочено позначається САР); цей білок взаємодіє з цАМФ, утворюючи комплекс, який сприяє прикріпленню РНК-полімерази до промоторному ділянці генома. У присутності комплексу САР-цАМФ фермент може почати транскрипцію оперону, включаючи структурні гени, т. Е. В клітинах є ще один, додатковий САР-цАМФ регулятор, діючий швидше за все в якості позитивного регулятора, оскільки його присутність необхідна для початку експресії гена. Таким чином, концепції Жакоба і Моно про механізм прояви активності генів визнана одним з блискучих досягнень молекулярної біології. Вона стала логічним розвитком численних досліджень, проведених генетиками і биохимиками в попередні десятиліття.

На закінчення слід коротенько розглянути питання про регуляції процесів диференціювання клітин вищих організмів. ДНК, яка присутня в усіх соматичних клітинах, найімовірніше, має однакову первинну структуру у даного організму і відповідно має інформацію для синтезу будь-яких або всіх білків тіла. Проте клітини печінки, наприклад, синтезують сироваткові білки, а клітини молочної залози - білки молока. Немає сумніву в тому, що в диференційованих клітинах, очевидно, існує тонкий механізм контролю діяльності ДНК в різних тканинах, що забезпечує синтез різноманіття білків.

Механізми, що лежать в основі цієї регуляції, поки невідомі. Для пояснення їх є ряд гіпотез. Передбачається, що контроль здійснюється на рівні транскрипції по аналогії з індукцією ферментів у бактерій і що в цьому випадку в клітинах тварин повинні функціонувати аналогічні репрессори .. Оскільки з молекулою ДНК у зукаріот пов'язані гистони, вважається, що саме вони виконують роль репрессоров. Однак прямі докази їх ролі в якості репрессоров відсутні, як і точні дані про існування й природі будь-яких репрессоров в клітинах еукаріот. Висловлено припущення, що в ядрі синтезується гігантська молекула мРНК, що містить інформацію для синтезу широкого розмаїття білків, але в цитоплазму, як було показано вище, потрапляє лише невелика частина зрілої мРНК, а основна частина розпадається. Неясні, проте, біологічний зміст і призначення цього механізму виборчого розпаду і, відповідно, витрати величезної частини молекули мРНК.

Існує ще одне припущення, що на ДНК клітини синтезуються всі можливі мРНК, які надходять в цитоплазму, і процес трансляції регулюється шляхом специфічного та виборчого взаємодії з певними молекулами мРНК.

Інгібітори синтезу білка

Одним із шляхів з'ясування механізмів синтезу нуклеїнових кислот і білків в клітинах є використання таких лікарських препаратів, які могли б вибірково гальмувати ці процеси у бактерій, що не надаючи впливу на організм людини. Деякі препарати дійсно володіють таким дією, проте багато з них виявляються токсичними і для людини. В даний час в медичній практиці застосовуються багато антибіотики, частина з яких буде розглянута нижче з метою з'ясування механізму їх дії на ключові хімічні реакції синтезу білка і нуклеїнових кислот.

Одним із потужних інгібіторів білкового синтезу є пуромицин. В результаті структурного подібності з кінцевим залишком АМФ в аминоацил-тРНК 'він легко взаємодіє з А-ділянкою пептидил-тРНК з утворенням пептидил-пуро-мицина.

Биосинтез белка и его регуляция

Оскільки пептидил-пуромицин не несе на собі триплета антикодона, він тим самим гальмує елонгацію пептидного ланцюга, викликаючи обрив реакції. При допомоги пуромицина було доведено, наприклад, що гормональний ефект часом залежить від синтезу білка de novo. Вкажемо також, що пуромицин гальмує синтез білка як у прокаріот, так і у еукаріот.

Білковий синтез гальмується актиноміцином D, що володіє протипухлинною ефектом, який внаслідок високої токсичності застосовується рідко. Він надає гальмує вплив на синтез всіх типів клітинної РНК, особливо мРНК. Це властивість викликано гальмуючим впливом актиноміцину D на ДНК-залежну РНК-полімеразу, оскільки він зв'язується із залишками дезоксигуанозина ланцюга ДНК, вимикаючи матричну функцію останньої. Можна вважати, що актиноміцин D інгібує транскрипцію ДНК.

Іншим антибіотиком, також гальмуючим синтез клітинної РНК, є використовуваний при лікуванні туберкульозу рифаміцин. Цей препарат гальмує ДНК-залежну РНК-полімеразу шляхом зв'язування з ферментом. Найбільш чутлива до нього бактеріальна РНК-полімераза. На організм тварин цей антибіотик має незначний вплив. По механізму дії він різко відрізняється від актиноміцину t). Слід вказати на недавно відкрите противірусну дію рифамицина, зокрема, він успішно використовується при лікуванні трахоми, яка викликається ДНК-вірус. Мабуть, цей антибіотик знайде застосування в лікуванні пухлин, що викликаються вірусами.

З'ясовано механізми дії ряду інших антибіотиків, застосовуваних при лікуванні тифозних інфекцій. Так, хлорамфенікол інгібуючу вплив на пептидилтрансферазної реакцію (на стадії елонгації) синтезу білка в 70S рибосомі бактерій. На цей процес в 80S рибосомі він не діє. Протилежне гальмує дію на синтез білка в 80S (без поразки процесу в 70S рибосомі) надає циклогексимид, який є інгібітором транслокази.

Вельми цікавий молекулярний механізм дії дифтерійного токсину. Він виявився наділений здатністю каталізувати реакцію АДФ-рибозилювання фактора елонгації (трансляційний фактор-2, TF-2). вимикаючи тим самим його з участі в синтезі білка. Резистентність багатьох тварин до дифтерійного токсину обумовлена ??труднощами проникнення токсину через мембрану клітин.

Протитуберкульозні і антибактеріальні антибіотики, зокрема стрептоміцин і неоміцин, діють на белоксинтезирующий апарат чутливих до них-штаммов бактерій. Висловлено припущення, що ці антибіотики викликають помилки в трансляції мРНК, що призводять до порушення відповідності між кодонами і що включаються амінокислотами; наприклад, кодон УУУ замість фенілаланіну починає кодувати лейцин - в результаті утворюється аномальний білок, що призводить до загибелі бактерій.

Широко застосовувані в клініці тетрацикліни також виявилися інгібіторами синтезу білка в 70S рибосомі (менше гальмується синтез в 80S рибосомі). Вони легко проникають через клітинну мембрану. Вважається, що тетрацикліни гальмують зв'язування аміноацил-тРНК з аміноацільним центром в 50S субчастиц рибосоми. Можливо, що тетрацикліни хімічно зв'язуються з цим центром, вимикаючи тим самим одну з провідних стадій процесу трансляції.

Пеніциліни не є істинними інгібіторами синтезу білка, проте їх антибактеріальний ефект пов'язаний з гальмуванням синтезу гексапептид, що входять до складу клітинної стінки. Механізм їх синтезу відрізняється від рибосомального механізму синтезу білка. Еритроміцин і олеандоміцин гальмують активність транслокази в процесі трансляції, подібно циклогексимид, виключно в 80S рибосомах, т. Е. Гальмують синтез білка в клітинах тварин.

Отримані на сьогодні дані за механізмом дії антибіотиків на синтез білка з урахуванням стадії і топографії процесу трансляції підсумовані в табл. 13.2 (по Харперу).

Слід ще раз підкреслити, що порушення або випадання будь-якої ланки, що бере участь в синтезі білка, майже завжди призводить до розвитку патології, причому клінічні прояви хвороби визначатимуться природою і функцією білка, синтез якого виявляється порушеним (структурний або функціональний білок). Іноді синтезуються так звані аномальні білки як результат дії мутагенних факторів і, відповідно, зміни генетичного коду (наприклад, гемоглобін при серповидно-клітинної анемії). Наслідки цих порушень можуть виражатися в розвитку найрізноманітніших синдромів або закінчуватися летально. Слід зазначити, що організм має в своєму розпорядженні потужними механізмами захисту: подібні зміни генетичного апарату швидко розпізнаються специфічними ферментами - рестриктазами, змінені послідовності вирізаються і знову заміщуються відповідними нуклеотидами за участю полимераз і лигаз.

Список літератури

Березів Т. Т., Коровкін Б. Ф. Біологічна хімія // Навчальна література для студентів медичного інституту, 1990.

А. С. Спірін Вісник Російської академії наук, тому 71,2001.

Кнорре Д.Г., Мизіна С.Д Біологічна хімія: Підручник /.- 3-е, Испр. изд.-М .: Висш.шк., 2000.

В.І.Агол; Ред. А.С.Спірін-М Молекулярна біологія: Структура і біосинтез нуклеїнових кислот: Учеб. для біол. спец. вузів / Висш.шк., 1990.

Сторінки: 1 2 3 4 5