Лабораторно-практическое занятие №21

Тема: Биосинтез нуклеиновых кислот и белков. Энзимопатии.

Цель: Выработать современные представления о путях биосинтеза нуклеиновых кислот и белка в организме.

Значение: Структура ДНК и РНК – способ «записи информации», обеспечивающий формирование в организме двух информационных потоков. Один из них осуществляет воспроизведение информации, заключенной в молекулах ДНК. Удвоение ДНК называют «репликацией». В результате этого процесса и последующего деления дочерние клетки наследуют геном родительской, в котором содержится полный набор генов, или «инструкций» о строении РНК и всех белках организма. Второй поток информации реализуется в процессе жизнедеятельности клетки. В этом случае происходит «считывание», или транскрипция, генов в форме мРНК и использование их в качестве матриц для синтеза соответствующих протеинов. В последнем случае осуществляется «перевод» (трансляция) информации, заключенной в мРНК, на «язык» аминокислот.

Исходный уровень:

1. Строение, комплементарность азотистых оснований. Правила Чаргаффа.

2. Классификация и роль нуклеотидов.

3. Строение и уровни организации нуклеиновых кислот.

4. Типы РНК: рибосомные, транспортные, матричные (цитоплазматические и митохондриальные).

5. ДНК (ядерная, митохондриальная), строение, функциональные участки.

6. Строение аминокислот, образование полипептидной цепи. Уровни организации белковой молекулы.

7. Структура и функции рибосом, ядра, митохондрий.

8. Мутации, их классификация. Понятие об энзимопатиях.

Вопросы для самоподготовки:

9. Классификация и номенклатура ферментов.

1. Репликация ДНК. Полуконсервативная схема репликации. Роль ферментов в этом процессе. Этапы репликации.

2. Особенности синтеза ведущей и отстающей нитей. Фрагменты Оказаки.

3. Синтез ДНК и фазы клеточного деления. Роль циклинов и циклинзависимых протеиназ в продвижении клетки по клеточному циклу. Понятие о теломерах, их роли.

4. Повреждения (спонтанные и индуцируемые) и репарация ДНК.

5. Структура транскриптона как функционально завершенного фрагмента молекулы ДНК. Понятие о генах – регуляторах, операторах, структурных генах, промоторе.

6. Матричный синтез РНК (транскрипция). Роль РНК-полимеразы в синтезе РНК.

7. Стадии транскипции (инициация, элонгация и терминация). Процессинг РНК. Альтернативный сплайсинг.

8. Принцип кодирования наследственной информации. Понятие о генетическом коде. Представления о смысловых и бессмысленных кодонах.

9. Основные положения генетического кода (триплетность, специфичность, вырожденность, однонаправленность, неперекрываемость и т.д.)

10.Трансляция: основные компоненты белоксинтезирующей системы и этапы.

11.Транспортные РНК как адаптор, осуществляющий перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Антикодон и другие специфические локусы РНК.

12.Активация аминокислот. Роль фермента аминоацил-тРНК – синтетазы, его субстратная специфичность.

13.Взаимодействие т-РНК с рибосомой и с и-РНК. Комплементарность кодона и-РНК антикодону т-РНК. Понятие о транслокации. Роль пептидилтрансферазы.

14.Сущность процесса трансляции.

15.Посттрансляционный процессинг белков. Понятие о прионах; болезнях, вызванных нарушениями в укладке белков.

16.Черты сходства и различий в этапах синтеза азотсодержащих биополимеров.

17.Регуляция экспрессии генов.

18.Причины нарушений синтеза белка (белковое голодание, гормональные расстройства, действие лекарств, ядов, мутации).

19.Механизмы генетической изменчивости. Полиморфизм белков. Наследственные болезни. Принципы диагностики и коррекции молекулярной патологии.

Литература

Основная:

1. Лекции «Биосинтез азотсодержащих соединений».

2. Биологическая химия : Учебник / Е.С. Северин, Т.Л. Алейникова, Е.В. Осипов, С.А. Силаева. – М. : ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. – С. 47 - 97.

3. Николаев А.Я. Биологическая химия.- 3-е изд., перераб. и доп М.: ММА, 2004.- С. 380-386, 405-410, 422-432.

4. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник- 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Медицина, 1998.- С.268-273, 277-278, 295-395.

5. Ситуационные задачи по биохимии: Учебное пособие для студентов лечебного и педиатрического факультетов // Л.П.Никитина, А.Ц.Гомбоева, Н.В.Соловьева и др. – 2-е изд., испр. И доп. - Чита, 2003.- С. 19-20.

6. Патохимия наследственных болезней. Учебное пособие для студентов лечебного и педиатрического факультетов // Никитина Л.П., Гомбоева А.Ц., Соловьева Н.В. – Чита, 2008. – С.9-18.

7. Биохимия : Азотистый обмен в норме и при патологии : Учебное пособие / под ред проф. Б.С. Хышиктуева. – Чита, ЧГМА, 2010. – С. 48 – 60.

Дополнительная:

1.Биохимия: Учебник / Под ред. Е.С. Северина.- М.: ГЭОТАР-МЕД, 2005.-С.140 – 212.

2. Биохимия. Тесты и задачи: Учеб. пособие для студентов мед. вузов / Под ред. Е.С.Северина. – 2-е изд., перераб. – М.: ВЕДИ, 2005. – С.67-109.

3. Биологическая химия: Учебное пособие для студ. высших учебн. заведений / Под ред. Н.И.Ковалевской. – М.: Издательский центр «Академия», 2005. – С. 144-160.

4. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами / Под ред. член-корр. Е.С.Северина, А.Я.Николаева. – М.: ГЭОТАР-МЕД, 2001. – С.59-90; 352-362.

5. Щербак И.Г. Биохимия: Учебник. – СПб.: СПбГМУ, 2005. – С.54 -87.

6. Схема синтеза азотсодержащих биополимеров (в помощь студенту).

7. Механизмы генетической изменчивости. Полиморфизм белков. Генные мутации. Наследственные болезни. Применение технологий рекомбинантных и комплементарных ДНК для выявления и идентификации «минорных» белков и картирование генов. (Методичка для самостоятельной работы).

8. Наследственные болезни – результаты дефектов в генотипе; многообразие и распространенность. Биохимические основы наследственной предрасположенности к некоторым болезням. Технология рекомбинантных ДНК, конструирование химерных молекул ДНК и их клонирование. (Методичка для самостоятельной работы).

Темы рефератов:

1. Ингибиторы матричных биосинтезов.

2. Генотипическая гетерогенность – причина полиморфизма белков в популяции человека (варианты гемоглобина, группоспецифические вещества крови и т.д.).

3. Происхождение разнообразия антител.

4. Генная терапия.

5. Технология рекомбинантных ДНК, конструирование химерных молекул ДНК и их клонирование.

6. Митохондриальные болезни, причины, симптомы.

Практическое занятие №22

Коллоквиум по теме: «Азотистый обмен»

1. Содержание белков в важнейших пищевых продуктах животного и растительного происхождения. Пищевые белки как источники аминокислот в организме.

2. Виды азотистого баланса. Азотистое равновесие.

3. Норма белка в питании, белковый минимум.

4. Факторы, определяющие биологическую ценность пищевых белков. Заменимые и незаменимые аминокислоты.

5. Роль соляной кислоты желудочного сока. Заболевания, обусловленные отсутствием или избытком соляной кислоты в желудочном соке (ахлоргидрия, гипохлоргидрия, гиперхлоргидрия).

6. Протеолитические ферменты (протеиназы) желудочного, панкреатического и кишечного соков (пепсин, трипсин, эластаза, химотрипсин), их функции, субстратная специфичность (избирательность гидролиза пептидных связей).

7. Проферменты протеиназ и механизмы их превращения в активные формы.

8. Роль экзопептидаз (карбоксипептидаза, аминопептидаза, дипептидаза) в образовании дипептидов и свободных аминокислот.

9. Продукты переваривания белков в желудочно-кишечном тракте и механизмы их всасывания.

10.Роль печени как диспетчера аминокислот в организме.

11.Гниение белков в кишечнике. Продукты гниения и пути их обезвреживания в печени.

12.Пути использования аминокислот в организме.

13.Декарбоксилирование аминокислот, образование аминов (гистамин, этаноламин, серотонин, g-аминомасляная кислота, катехоламины) и их функции.

14.Дезаминирование аминокислот в тканях и его виды. Биологическое значение. Роль пиридоксина.

15.Трансаминирование аминокислот. Биологическая роль. Участие витамина В6 в этом процессе, механизм реакций. Специфичность аминотрансфераз.

16. Основные источники аммиака в организме. Механизм его токсического действия.

17. Основные пути обезвреживания аммиака в организме.

18. Синтез мочевины, последовательность реакций. Связь цикла мочевинообразования с циклом трикарбоновых кислот.

19. Глюкозо-аланиновый цикл, его значение.

20. Механизмы и пути выведения аммиака из различных органов и тканей.

21. Роль глутамина как соединения, транспортирующего аминогруппы. Глутамин как донор амидной группы при синтезе ряда соединений.

22. Понятие «остаточный азот». Гиперазотемия, ее виды (гипераминоацидемия, гипераммониемия), причины.

23. Биологическая роль триптофана.

24. Варианты окислительного распада триптофана. Конечные продукты окисления триптофана, значение для организма. Пути утилизации.

25. Патология обмена триптофана (синдромы «голубых пеленок», Хартнупа, Тада, Прайса, Кнаппа-Комровера). Причины и механизмы развития.

26. Биологическая роль фенилаланина, тирозина. Утилизация фенилаланина и тирозина в разных тканях.

27. Патология обменов фенилаланина и тирозина в организме (фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм и витилиго, кретинизм). Причины и механизмы развития.

28. Превращения гистидина в тканях. Значение для организма. Возможная патология.

29. Пути метаболизма серосодержащих аминокислот: метионина, цистеина, цистина.

30. Реакции трансметилирования.

а) синтез креатина и его роль в организме. Креатинин как продукт катаболизма креатина;

б) синтез адреналина, фосфотидилхолинов;

в) метилирование ДНК;

г) метилирование чужеродных, в том числе лекарственных соединений.

31. Патология обмена серосодержащих аминокислот (гомоцистинурия, цистиноз, цистинурия).

32. Участие витаминов в метаболизме аминокислот.

33. Классификация нуклеотидов (моно-, ди-, полинуклеотиды), отдельные представители и их роль в организме.

34. Основные (N-гликозидная, сложноэфирная) связи в мононуклеотидах; варианты связей в динуклеотидах (фосфодиэфирная, ангидридная). Добавочные связи в полинуклеотидах.

35. ДНК, виды. Особенности строения ядерной ДНК. Понятие о минорных основаниях. Палиндром как компонент первичной структуры. Правила Чаргаффа как основа строения двойной нити ДНК.

36. Вторичная и третичная структура цепей ДНК. Шпильки, их роль. Характеристика строения нуклеосом.

37. Генетический аппарат митохондрий. Структура митохондриальной ДНК. Особенности строения РНК митохондрий.

38. Виды РНК. Сходства и отличия в строении и свойствах от ДНК.

39. т-РНК, строение, функции.

40. и-РНК, строение, биологическая роль.

41.р-РНК, уровни организации, функции.

42.Примеры продуктов – пищевых источников нуклеотидов.

43.Переваривание нуклеопротеидов. Роль соляной кислоты. Ферменты, гидролизующие нуклеиновые вещества.

44.Судьба всосавшихся в энтероциты нуклеозидов.

45.Преобразования пуриновых нуклеозидов. Конечные продукты катаболизма пуринов.

46.Гиперурикемия, причины. Болезни, симптомом которых является гиперурикемия (подагра, виды; мочекаменная болезнь).

47.Наследственная патология пуринового обмена (синдром Леша-Нихана, ксантинурия, недостаточность аденозиндезаминазы), краткая характеристика.

48.Последовательность реакций распада пиримидиновых нуклеозидов. Его конечные продукты.

49.Анаболическая фаза обмена пуринов. Пути синтеза (путь спасения, синтез de novo), краткая характеристика; ключевые ферменты, участвующие в них.

50.Отличительные особенности синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

51.Происхождение атомов пуринового ядра. Начальные стадии его синтеза.

52.Происхождение атомов пиримидинового ядра. Последовательность реакций синтеза пиримидиновых нуклеотидов.

53.Молекулярная патология – оротацидурия, генетический дефект.

54.Механизм образования нуклеозидтрифосфатов – субстратов синтеза полинуклеотидов.

55.Комплекс ферментов, ответственных за генез дезоксинуклеотидов. Роль селена.

56.Физико-химические и биологические свойства ДНК (репликация, транскрипция, рестрикция, обратная транскрипция, репарация).

57.Репликация ДНК. Полуконсервативная схема репликации. Участие ферментов в этом процессе. Этапы репликации.

58.Особенности синтеза ведущей и отстающей нитей. Фрагменты Оказаки.

59.Синтез ДНК и фазы клеточного деления. Роль циклинов и циклинзависимых протеиназ в продвижении клетки по клеточному циклу. Понятие о теломерах, их роли.

60.Повреждения (спонтанные и индуцируемые) и репарация ДНК.

61.Структура транскриптона как функционально завершенного фрагмента молекулы ДНК. Понятие о генах – регуляторах, операторах, структурных генах, промоторе.

62.Матричный синтез РНК (транскрипция). Роль РНК-полимеразы в синтезе РНК.

63.Стадии транскипции (инициация, элонгация и терминация). Процессинг РНК. Альтернативный сплайсинг.

64.Принцип кодирования наследственной информации. Понятие о генетическом коде. Представления о смысловых и бессмысленных кодонах.

65.Основные положения генетического кода (триплетность, специфичность, вырожденность, однонаправленность, неперекрываемость и т.д.)

66.Трансляция: основные компоненты белоксинтезирующей системы и этапы.

67.Транспортные РНК как адаптор, осуществляющий перевод информации с языка нуклеотидов на язык аминокислот. Антикодон и другие специфические локусы РНК.

68.Активация аминокислот. Роль фермента аминоацил-тРНК – синтетазы, их субстратная специфичность.

69.Взаимодействие т-РНК с рибосомой и с и-РНК. Комплементарность кодона и-РНК антикодону т-РНК. Понятие о транслокации. Роль пептидилтрансферазы.

70.Сущность процесса трансляции.

71.Посттрансляционный процессинг белков. Понятие о прионах; болезнях, вызванных нарушениями в укладке протеинов.

72.Черты сходства и различий в этапах синтеза азотсодержащих биополимеров.

73. Регуляция экспрессии генов.

74.Причины нарушений синтеза белка (белковое голодание, гормональные расстройства, действие лекарств, ядов, мутации).

75.Механизмы генетической изменчивости. Полиморфизм белков. Наследственные болезни. Принципы диагностики и коррекции молекулярной патологии.