Archive

Archive for Ноябрь, 2009

Биотин

Витамин Н (биотин, антисеборейный)

Состав:

1) мочевина,

2) тиофен,

3) остаток валерьяновой кислоты (С5).

Строение:

Биологическая роль:

  • Коферментная функция – входит в состав карбоксилаз (необходим для синтеза пиримидиновых нуклеотидов и мочевины).

Признаки а- и гиповитаминозов:

  • себорея (жирные дерматиты из-за нарушения функции сальных желез),
  • боли в мышцах.

Встречается крайне редко из-за распространенности витамина Н во всех продуктах, возможно при наследственной патологии, или поступлении с пищей сырого белка яиц, содержащего авидин (он выводит биотин, препятствуя его всасывание в ЖКТ).

Источники: присутствует во всех продуктах.

Суточная доза: не установлена.

Фолиевая кислота

Витамин фолиевая кислота (М, ВС) (антианемический)

Состав:

1) птеридин,

2) пара-аминобензойная кислота,

3) глутаминовая кислота (витамин, выделенный из разных источников может содержать 3-6 остатков глу).

Строение:

1                                        2                                            3

Биологическая роль:

  • Входит в состав трансфераз, переносящих одноуглеродные фрагменты. Коферментную функцию выполняет восстанов-ленная форма витамина – тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК).

Признаки а- и гиповитаминозов:

  • различные формы малокровия,
  • лейкопения,
  • макроцитарная анемия,
  • задержка роста,
  • поражение ЖКТ.

Источники: продукты растительного и животного происхождения.

Суточная доза: 0,05-0,4 мг.

Назначают:

  • для стимуляции эритропоэза,
  • в комплексной терапии онкологических заболеваний,
  • при развитии лучевой болезни,
  • при отравлении тяжелыми металлами.

Витамин С

Витамин С (аскорбиновая кислота, антицинготный)

Состав:

Производное глюкозы (у многих животных, кроме человека, обезьян и морских свинок, может синтезироваться из глюкозы).

Строение:

Биологическая роль:

  • Участвует в реакциях гидроксилирования  (необходим для синтеза гидроксипролина и белков соединительной ткани, например, коллагена).
  • Антиоксидант.
  • Необходим для синтеза гормонов стероидной структуры (участвует в окислительно-восстановительных реакциях).
  • Необходим для обмена железа в организме.

Признаки а- и гиповитаминозов:

  • цинга,
  • расшатывание зубов, кровоточивость десен, повреждение мелких капилляров, кровоподтеки, кровоизлияния,
  • нарушение структуры костной ткани.

Источники: продукты растительного и животного происхождения.

Суточная доза: 50-75 мг.

Трансгенные генномодифицированные продукты

Последнее десятилетие ученые строят неутешительные прогнозы относительно быстрорастущего потребления сельскохозяйственных продуктов на фоне снижения площади посевных земель, другими остро стоит вопрос об обеспечении продуктами растущее население планеты, особенно отдельных развивающихся  стран. Решить данную проблему возможно с помощью технологий получения трансгенных растений, направленных на эффективную защиту сельскохозяйственных культур и увеличение урожайности,т.е. получение больше питательного сырья с меньшей площади.

Трансгенными (генномодифицированными) могут называться те виды растений, в которых успешно функционирует ген (или гены) пересаженные из других видов растений или животных. Делается это для того, чтобы растение реципиент, в которое  внедрили необходимый ген, получило новые удобные для человека свойства, повышенную устойчивость к вирусам, к гербицидам, к вредителям и болезням растений. Пищевые продукты, полученные из таких генноизмененных культур, могут иметь улучшенные вкусовые качества, лучше выглядеть и дольше храниться. Также часто такие растения дают более богатый и стабильный урожай, чем их природные аналоги.

Генетически измененный продукт — это когда выделенный в лаборатории ген одного организма пересаживается в клетку другого. На пример, чтобы помидоры и клубника были морозоустойчивее, им «вживляют» гены северных рыб; чтобы кукурузу не пожирали вредители, ей могут «привить» очень активный ген, полученный из яда змеи.

На данный момент в России зарегистрировано множество видов продуктов, к состоав которых входит модифицированная соя, как дополниельный источник белка и питательный компонент продуктов, например такие как, фитосыр, смеси функциональные, сухие заменители молока, мороженое «Сойка-1», 32 наименования концентратов соевого белка, 7 видов соевой муки, модифицированные бобы сои, 8 видов соевых белковых продуктов, 4 наименования соевых питательных напитков, крупка соевая обезжиренная, комплексные пищевые добавки в ассортименте и специальные продукты для спортсменов, тоже в немалом количестве. Также Департамент государственного санитарно-эпидемиологического надзора выдал «сертификаты качества» одному сорту картофеля и двум сортам кукурузы.

Получение трансгенных растений является на данный момент одной из перспективных и наиболее развивающихся направлений агропроизводства. Существуют проблемы, которые не могут быть решены такими традиционными направлениями как селекция, кроме того, что на подобные разработки требуются годы, а иногда и десятилетия. Создание трансгенных растений, обладающих нужными свойствами, требует гораздо меньшего времени и позволяет получать растения с заданными хозяйственно ценными признаками, а также обладающих свойствами, не имеющими аналогов в природе. Примером последнего могут служить полученные методами генной инженерии сорта растений, обладающих повышенной устойчивостью к засухе.

Создание трансгенных растений в настоящее время развиваются по следующим направлениям:

1. Получение сортов селскохозяйственных культур с более высокой урожайностью.
2. Получение селскохозяйственных культур, дающих несколько урожаев в год (например, в России существуют ремантантные сорта клубники, дающие два урожая за лето).
3. Создание сортов селскохозяйственных культур, токсичных для некоторых видов вредителей (например, в России ведутся разработки, направленные на получение сортов картофеля, листья которого являются остро токсичными для колорадского жука и его личинок).
4. Создание сортов селскохозяйственных культур, устойчивых к неблагоприятным климатическим условиям (например, были получены устойчивые к засухе трансгенные растения, имеющие в своем геноме ген скорпиона).

5. Создание сортов растений, способных синтезировать некоторые белки животного происхождения (например, в Китае получен сорт табака синтезирующий лактоферрин человека).

Таким образом, создание трансгенных растений позволяет решить целый комплекс проблем, как агротехнических и продовольственных, так и технологических, фармакологических и т.д. Кроме того, уходят в небытие пестициды и другие виды ядохимикатов, которые нарушали естественный баланс в локальных экосистемах и наносили невосполнимый ущерб окружающей среде.

Методы создания трансгенных продуктов

Методы создания трансгенных продуктов

Создать генноизмененное растение на данном этапе развития науки для генных инженеров не составляет большого труда. Существует несколько достаточно широко распространенных методов для внедрения чужеродной ДНК в геном растения.
Например, существует бактерия Agrobacterium tumefaciens (в переводе с лат.- полевая бактерия, вызывающая опухоли), которая обладает способностью встраивать участки своей ДНК в растения, после чего пораженные клетки растения начинают очень быстро делиться и образуется опухоль. Сначала ученые получили штамм этой бактерии, не вызывающий опухолей, но не лишенный возможности вносить свою ДНК в клетку. В дальнейшем нужный ген сначала клонировали в Agrobacterium tumefaciens и затем заражали уже этой бактерией растение. После чего инфицированые клетки растения приобретали нужные свойства, а вырастить целое растение из одной его клетки сейчас не проблема.

Другой метод, заключается в том, что клетки растений, предварительно обработанные специальными реагентами, разрушающими толстую клеточную оболочку, помещают в раствор, содержащий: ДНК и вещества, способствующие ее проникновению в клетку. После чего как и в первом случае выращивают из одной клетки целое растение.
Сейчас ведутся работы по получению генномодифицированных продуктов с применением, так называемого метода бомбардировки растительных клеток специальными, очень маленькими вольфрамовыми пулями, содержащими ДНК. С некоторой вероятностью такая пуля может правильно передать генетический материал клетке и так растение получает новые свойства. А сама пуля ввиду ее микроскопических размеров не мешает нормальному развитию клетки.

Таким образом можно сказать .что одними из  актуальных и  главных задач современной молекулярной биологии и генетики – это создание трансгенного растения — организма с такими генами, которые ему  природой не заложены; — это выделие нужный ген из чужой ДНК и встроить его в молекулу ДНК данного растения. Процесс этот весьма сложен.

Состав, строение и биологическая роль ДНК

Состав, строение и биологическая роль ДНК

У вирусов, а также в митохондриях 1-цепочечная ДНК, в остальных клетках – 2-цепочечная, у прокариотов – 2-цепочечная кольцевая.

Состав ДНК – соблюдается строгое соотношение азотистых оснований в 2 цепях ДНК, которые определяются Правилами Чаргафа.

Правила Чаргафа:

  1. Количество комплементарных азотистых оснований равно (А=Т, Г=Ц).
  2. Молярная доля пуринов равна молярной доле пиримидинов (А+Г=Т+Ц).
  3. Число 6-кетооснований равно числу 6-аминооснований.
  4. Соотношение Г+Ц/ А+Т – коэффициент видовой специфичности. Для животных и растительных клеток < 1,  у микроорганизмов колеблется от 0,45 до 2,57.

У микроорганизмов преобладает ГЦ-тип, АТ-тип характерен для позвоночных, беспозвоночных и растительных клеток.

Первичная структура – 2 полинуклеотидные, антипараллельные цепочки (см. первичную структуру НК).

Вторичная структура – представлена 2-цепочечной спиралью, внутри которой комплементарные азотистые основания уложены в виде «стопок монет». Вторичная структура удерживается за счет связей 2 типов:

  • водородных – они действуют по горизонтали, между комплементарными азотистыми основаниями (между А и Т 2 связи, между Г и Ц – 3),
  • силы гидрофобного взаимодействия – эти связи возникают между заместителями азотистых оснований и действуют по вертикали.

Вторичная структура характеризуется:

  • количеством нуклеотидов в спирали,
  • диаметром спирали, шагом спирали,
  • расстоянием между плоскостями, образуемыми парой комплементарных оснований.

Известно 6 конформаций вторичной структуры, которые обозначаются заглавными буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E и Z. А, В и Z конформации типичны для клеток, остальные – для бесклеточных систем (например, в пробирке). Эти конформации отличаются основными параметрами, возможен взаимный переход. Состояние конформации во многом зависит:

  • от физиологического состояния клетки,
  • рН среды,
  • ионной силы раствора,
  • действия различных регуляторных белков и др.

Например, В- конфомацию ДНК принимает во время деления клетки и удвоения ДНК, А-конформацию – во время транскрипции. Z-структура является левозакрученной, остальные – правозакрученные.  Z-струк-тура может встречаться и в клетке на участках ДНК, где повторяются динуклеотидные последовательности Г-Ц.

Впервые вторичная структура математически была рассчитана и смоделирована Уотсоном и Криком (1953 г.), за что они получили Нобелевскую премию, как оказалось впоследствии, представленная ими модель соответствует В-конформации.

Основные ее параметры:

  • 10 нуклеотидов в витке,
  • диаметр спирали 2 нм,
  • шаг спирали 3,4 нм,
  • расстояние между плоскостями оснований 0,34 нм,
  • правозакрученная.

При формировании вторичной структуры формируется 2 вида бороздок – большая и малая (соответственно шириной 2,2 и 1,2 нм). Большие бороздки играют  важную роль в  функционировании ДНК, так как к ним присоединяются регуляторные белки, имеющие в качестве домена «цинковые пальцы».

Третичная структура – у прокариотов суперспираль, у эукариотов, и человека в том числе, имеет несколько уровней укладки:

  • нуклеосомный,
  • фибриллярный (или соленоидный),
  • хроматиновое волокно,
  • петельный (или доменный),
  • супердоменный (именно этот уровень можно видеть в электронном микроскопе в виде поперечной исчерченности).

Нуклеосомный. Нуклеосома (открыта в 1974 г.) представляет собой частицу дисководной формы, диаметр 11 нм, которая состоит из гистонового октамера, вокруг которого двухцепочечная ДНК делает 2 неполных  витка (1,75 витка).

Гистоны – низкомолекулярные белки, содержат по 105-135 амино-кислотных остатков, в гистоне Н1 – 220 аминокислотных остатков, до 30% приходится на долю лиз и арг.

Гистоновый октамер называют кором. Он состоит  из центрального тетрамера Н32-Н42 и двух димеров Н2А-Н2В. Эти 2 димера стабилизируют структуру  и прочно связывают 2 полувитка ДНК. Расстояние между нуклеосомами называется линкером, в котором может содержаться до 80 нукклеотидов. Гистон Н1 препятствует раскручиванию ДНК вокруг кора и обеспечивает уменьшение расстояния между нуклеосомами, т. е. участвует в формировании фибриллллы (2-го уровня укладки третичной структуры).

При скручивании фибриллы формируется хроматиновое волокно (3-й уровень), при этом в одном витке обычно содержится 6-г нуклеосом, диаметр такой структуры увеличивается до 30 нм.

В интерфазных хромосомах хроматиновые волокна организованы в домены, или петли, состоящие из 35-150 тыс пар оснований и заякоренные на внутриядерном матриксе. В формировании петель принимают участие ДНК-связывающие белки.

Супердоменный уровень образуют до 100 петель, в этих участках хромосомы в электронном микроскопе хорошо заметны конденсированные плотно упакованные участки ДНК.

Благодаря такой укладке ДНК компактно уложена. Ее длина сокращается в 10 000 раз. В результате упаковки ДНК связывается с гистонами и другими белками, образуя нуклеопротеиновый комплекс в виде хроматина.

Биологическая роль ДНК:

  • хранение и передача генетической информации,
  • контроль деления и функционирования клетки,
  • генетический контроль запрограммированной гибели клетки.

В состав хроматина входят ДНК (30% от всей массы хроматина), РНК (10%) и белки (гистоновые и негистоновые)

Рибосомная РНК

Рибосомные РНК

На их долю приходится до 80% от всей РНК клетки. Образуют «скелет», или остов рибосом. Рибосомы – нуклеопротеиновые комплексы, состоящие из большого количества рРНК и белков. Это «фабрики» по биосинтезу белка в клетке.

Первичная структура рРНК– полинуклеотидная цепь.

По молекулярной массе и количеству нуклеотидов в цепи различают 3 вида рРНК:

  • высокомолекулярную (около 3000 нуклеотидов);
  • среднемолекулярную (до 500 нуклеотидов);
  • низкомолекулярную (менее 100 нуклеотидов).

Для характеристики различных рРНК и рибосом принято использовать не молекулярную массу и количество нуклеотидов, а коэффициент седиментации (это скорость оседания в ультрацентрифуге). Коэффициент седиментации выражается в сведбергах (S),

1 S = 10-13секунд.

Например, одна из высокомолекулярных будет иметь коэффициент седиментации 23 S, средне- и низкомолекулярные соответственно 16 и 5 S.

Вторичная структура рРНК – частичная спирализация за счет водо-родных связей между комплементарными азотистыми основаниями, образование шпилек и петель.

Третичная структура рРНК – более компактная упаковка и наложе-ние шпилек в виде V- или U-образной формы.

Рибосомы состоят из 2 субъединиц – малой и большой.

У прокариотов малая субъединица будет иметь коэффициент седиментации 30 S, большая – 50 S, а вся рибосома – 70 S; у эукарио-тов соответственно 40, 60 и 80 S

Транспортная РНК

Транспортные РНК

Составляют 12-15% от всей РНК в клетке. Количество нуклеотидов в цепи – 75-90.

Первичная структура – полинуклеотидная цепь.

Вторичная структура – для ее обозначения используют модель Р. Холли, которая называется «листом клевера», имеет 4 петли и 4 плеча:

Акцепторный участок – место прикрепления аминокислоты, имеет у всех тРНК одну последовательность ЦЦА

Обозначения:

I – акцепторное плечо, 7 пар нуклеотидов

II – дигидроуридиловое плечо (3-4 пары нуклеотидов) и дигидроуридиловая петля (D-петля),

III – псевдоуридиловое плечо (5 пар нуклеотидов) и псевдоуридиловая петля (Tψ-петля),

IV– антикодоновое плечо (5 пар нуклеотидов),

V – антикодоновая петля,

VI – дополнительная петля.

Функции петель:

  • антикодоновая петля – распознает кодон мРНК,
  • D-петля – для взаимодействия с ферментом во время биосинтеза белка,
  • TY-петля – для временного прикрепления к рибосоме во время биосинтеза белка,
  • дополнительная петля – для уравновешивания вторичной структуры тРНК..

Третичная структура – у прокариотов в виде веретена (D-плечо и TY-плечо сворачиваются вокруг и образуют веретено), у эукариотов в виде перевернутой буквы L.

Биологическая роль тРНК:

1) транспортная (доставляет аминокислоту к месту синтеза белка, к рибосоме),

2) адапторная  (распознает кодон мРНК), переводит шифр нуклеотидной последовательности в мРНК в последователь-ность аминокислот в белке.

Матричные РНК

Матричные РНК

На их долю приходится не более 5% всей РНК клетки. Синтезируется в ядре. Этот процесс называется транскрипцией. Представляет собой копию гена одной из цепей ДНК. Во время биосинтеза белка (этот процесс называется трансляцией) проникает в цитоплазму и связывается с рибосомой, где и происходит биосинтез белка. В мРНК содержится информация о первичной структуре белка (последователь-ности аминокислот в цепочке), т.е. последовательность нуклеотидов в мРНК полностью соответствует последовательности аминокислотных остатков в белке. 3 нуклеотида, кодирующие 1 аминокислоту, называются кодоном.

Первичная структура мРНК

Полинуклеотидная цепь, в которой выделяют 3 главные области:

1) претранслируемая,

2) транслируемая,

3) посттранслируемая.

Претранслируемая область содержит 2 участка:

а) КЭП-участок – выполняет защитную функцию (обеспе-чивает сохранение генетической информации);

б) АГ-область – место прикрепления к рибосоме во время биосинтеза белка.

Транслируемая область содержит генетическую информацию о структуре одного или нескольких белков.

Посттранслируемая область представлена последовательностью нуклеотидов, содержащих аденин (от 50 до 250 нуклеотидов), поэтому называется поли-А-областью. Эта часть мРНК выполняет 2 функции:

а) защитную,

б) служит «проездным билетом» во время биосинтеза белка, так как после однократного использования от мРНК отщепляется несколько нуклеотидов из поли-А-области. Ее длина определяет кратность использования мРНК в биосинтезе белка. Если мРНК используется только 1 раз, то она не имеет поли-А-области., а ее 3′-конец завершается 1 или несколькими шпильками. Эти шпильки называются фрагментами нестабильности.

Матричная РНК, как правило, не имеет вторичной и третичной структуры (по крайней мере, об этом ничего не известно).

Свойства генетического кода

Совокупность кодонов составляет генетический код. Всего в коде 64 кодона, 61 – смысловые (им соответствует определенная амино-кислота), 3 – нонсенс-кодоны. Им не соответствует какая-либо аминокислота. Эти кодоны называются терминирующими, так как подают сигнал о завершении синтеза белка.

6 свойств генетического кода:

1) триплетность (каждая аминокислота в белке кодируется последовательностью из 3 нуклеотидов),

2) универсальность (един для всех типов клеток – бактериаль-ных, животных и растительных),

3) однозначность – 1 кодону соответствует только 1 аминокис-лота,

4) вырожденность 1 аминокислота может кодироваться несколькими кодонами; только 2 аминокислоты – метионин и триптофан имеют по 1 кодону, остальные – по 2 и более),

5) непрерывность (генетическая информация считывается по  3 кодона в направлении 5’®3′ без перерывов),

6) колинеарность (соответствие последовательности нуклео-тидов в мРНК последовательности аминокислотных остатков в белке).