Биосинтез белка - процесс реализации генетической информации.

Все морфологические, анатомические и функциональные особенно­сти любой клетки и организма в целом определяются структурой специфи­ческих белков. Способность к синтезу только строго определенных белков является наследственным свойством организма. Синтез белков осуществ­ляется по принципу матричных реакций на основе комплементарности азотистых основний. Это сложный многоступенчатый процесс, вклю­чающий следующие этапы:

1. транскрипцию

2. трансляцию.

Транскрипция (переписывание) - биосинтез молекул РНК, осуществляется в хромосомах на молекулах ДНК по принципу матричного синтеза. При помощи ферментов на соответствующих участках молекулы ДНК (генах) синтезируются все виды РНК (иРНК, рРНК, тРНК). Синтезируется 20 разновидностей тРНК, так как в биосинтезе белка принимают участие 20 аминокислот. Затем иРНК и тРНК выходят в цитоплазму, рРНК встраивается в субъединицы рибосом, которые также выходят в цитоплазму.

Трансляция – это процесс считывания наследственной информации с последовательности нуклеотидов иРНК на последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Процесс обеспечивается взаимодействием тРНК и иРНК. Осуществляется на рибосомах. В рибосомах имеется две бороздки: одна удерживает растущую полипептидную цепь, друга – иРНК. Кроме того, в рибосомах имеются два участка, связывающих тРНК. В аминоациальном участке (А-участке) размещается аминоацил тРНК, несущий определенную аминокислоту. В пептидальном участке (П-участок) располагается обычно тРНК, которая нагружена цепочкой аминокислот, соединенных полипептидными связями. Образование А и П участков обеспечивается обеими субчастицами рибосомы. При реализации генети­ческой информации каждая т-РНК распознает, присоединяет и переносит в рибосому свою аминокислоту. Этот процесс называется рекогниция. Спе­цифическое соединение т-РНК со своей аминокислотой протекает в два этапа и приводит к образованию соединения, называемого аминоацил - т-РНК. Процесс этот происходит при участии специфического фермента (аминоацил - т-РНК - синтетазы).

В ходе трансляции можно выделить три фазы:

· инициацию,

· элонгацию

· и терминацию.

Фаза инициации, или начало синтеза пептида. Зактючается в объединении большой и малой субчастиц рибосомы на определенном участке и РНК и присоединении к ней первой аминоацил т-РНК. В молекуле любой иРНК вблизи ее 5' - конца имеется участок, комплементарный рРНК малой субчастицы рибосомы и специфически узнаваемый ею. Рядом с ним располагается стартовый кодон (инициирующий) АУГ, шифрующий аминокислоту метионин. Малая субъединица рибосомы соединяется с иРНК тают образом, что стартовый кодон АУГ располагается в области соответствующей П - участку. При этом только инициирующая тРНК, несущая метионин, способна занять место в недостроенном П – участке малой субчастицы рибосомы и комплементарно соединиться со стартовым кодоном. После этого происходит объединение большой и малой субчастицы рибосомы с образованием ее пептидильного и аминоациально участков.

К концу фазы инициации П – участок занят аминоциал тРНК, связанной с метионином, а в А-участке рибосомы располагается следующий за стартовым кодон.

Процессы инициации, трансляции катализируются особыми белками – факторами инициации, которые подвижно связаны с малой субчастицей рибосомы.

Фаза элонгации, или удлинения пептида. Включает в себя реакции от момента образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты. Представляет собой циклически повторяющиеся события, при которых происходит специфическое узнавание аминоацил тРНК очередного кодона, находящегося в А-участке, комплиментарное взаимодействие между кодоном и антикодоном. Благодаря особенностям строения тРНК при соединении ее антикодона с кодоном иРНК, транспортируемая ею аминокислота, располагается в А-участке поблизости от ранее включенной аминокислоты, находящейся в П-участке. Здусь между аминокислотами образуется пептидная связь, катализируемая особыми белками, входящими в состав рибосомы. В результате предыдущая аминокислота теряет связь со своей тРНК и присоединяется к аминоацил тРНК, расположенной в А-участке. Находившая в этот момент в П-участке тРНК высвобождается и уходит в цитоплазму.

Перемещение тРНК, нагруженной пептидной цепочкой из А-участка в П-участок сопровождается продвижением рибосомы по иРНК на шаг, соответствующий одному кодону. Затем следующий кодон входит в контакт с А-участком, где он будет специфически «опознан» соответствующей аминоаци тРНК, которая разместит здесь свою аминокислоту. Такая последовательность событий повторяется до тех пор, пока в А-участке рибосомы не поступит кодон – терминатор, для которого не существует соответствующей тРНК. Скорость элонгации зависит от различных факторов, в том числе от температуры.

Фаза терминации, или завершения синтеза полипептида. Она обусловлена узнаванием специфическим рибосомным белком одного из терминирующих кодонов, когда тот входит в зону А - участка рибосомы. При этом к последней аминокислоте в пептидной цепи присое­диняется вода и ее карбоксильный конец отделяется от т-РНК. В результа­те завершения полипептидная цепь теряет связь с рибосомой, которая рас­падается на две субчастицы.

Эпигенез. Под действием ферментов и энергии полшептидная цель, имеющая только в определенной последовательности соединенные аминокислота, спирально сворачивается в ре_3ультаге образования водо­родных мостиков между нитями спирали, принимая вторичную структуру. Затем молекула сворачивается в клубок, между его нитями образуются сульфидные связи (S-S). Это третичная структура. Объединение различных глобул, возникновение комплексных связей между ними определяет четвертичную структуру белка (гемоглобин). Эпигенез происходит вне рибосом на мембранах ЭПС и комплекса Гольджи. Формирую третичную и четвертичную структуру в ходе посттрансляционных преобразований, белки приобретают способность активно функционировать, включаться в определенные клеточные структуры, осуществлять ферментативные и другие функции.

Синтез белка требует большого количества энергии, ферментов, всех видов аминокислот, нуклеотидов, витаминов и нормальных условий для жизни и существования клетки.

2). Индивидуальное развитие, или онтогенез - индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом, от момента образования зиготы до прекращения существования организма.

Индивидуальное развитие особи - это целостный непрерывный процесс. Выделяют два основных периода онтогенеза: эмбриональный и постэмбриональный. Для плацентарных животных принято деление на пренатальный (преродовой) и постнатальный (послеродовой). Разделяющие их роды представляют собой интранатальный этап.

Онтогенез делится на два периода:

1. эмбриональный — от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек;

2. постэмбриональный — от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.

Эмбриональный период делится на стадии дробления, гаструляции, гистогенеза и органогенеза. Зародыш человека до начала образования ор­ганов (до 8 недель) принято называть эмбрионом, а в дальнейшем (с 9 недель до рождения) плодом.

Дробление - это ряд последовательных митотических делений зиготы далее бластомеров, заканчивающихся образованием многоклеточного зародыша - бластулы. Особенность митотических делений дробления в том, что с каждым делением клетки становятся все мельче, пока не достигнут обычного для соматических клеток соотношения объемов ядра и цитоплазмы. Между очередными делениями не происходит роста клеток (отсутствует G1 - период), но обязательно удваивается ДНК. У плацентарных млекопитающих, в том числе и у человека, образу­ется бластоциста, состоящая из эмбриобласта, из которого будут разви­ваться ткани зародыша и трофобласта - клеток внезародышевой части. У человека дробление полное неравномерное асинхронное.

Гаструляция – сложный процесс химических и морфологических изменений, сопровождающийся размножением, ростом, направленным движением и дифференцировкой клеток, в результате чего образуется гаструла, содержащая 3 зародышевых листка: экто-, мезо- и энтодерму. У человека проходит в две стадии: деламинация (расщепление) и иммиграция.

Деляминация - расслоение клеток бластодермы на 2 слоя, лежащие друг над другом. Наблюдается у пресмыкающихся, птиц, яйцекладущих млекопитающих, в эмбриобласте плацентарных млекопитающих..

Иммиграция - перемещение групп или отдельных клеток в бласто-цель. Наблюдается у всех зародышей, но более у высших позвоночных.

Гистогенез и органогенез. Гистогенез - образование тканей, органо­генез - образование органов зародыша. Период начинается с нейруляции - образования комплекса осевых органов - нервной трубки, хорды, первич­ной кишки, мезодерма сомитов. Нервная трубка образуется из эктодермы. Сначала на эктодерме образуется нервная пластинка, ее края начинают делится и образую нервные валики, которые смыкаются, образуя нервную трубку с полостью внутри - невроцелем. Образование хорды по времени соответствует начальным этапам нейруляции и происходит из стенки первичной кишки под нервной труб­кой. Под хордой формируется вторичная кишка. В дальнейшем происхо­дит дифференцировка зародышевых листков с образованием тканей и ор­ганов.

Так, из эктодермы, кроме нервной трубки, образуются эпидермис кожи и его производные (перо, волосы, ногти, кожные и молочные желе­зы), компоненты органов зрения, слуха, обоняния, эпителий ротовой по­лости, эмаль зубов).

Производными энтодермы являются эпителий желудка и кишки, клетки печени, секретирующие клетки поджелудочной, кишечных и желу­дочных желез.

К началу органогенеза мезодерма представлена сомитами, сомитными ножками, боковой пластинкой занимающими положение сбоку от хорды. Миотом дает начало скелетной мускулатуре, дермотом - со­единительной ткани кожи, склеротом - хрящевой, костной, соединитель­ной ткани. Нефротом, расположенный в ножке сомитов образует органы выделение и половые железы. Листки боковой пластинки используются при образовании сердечнососудистой, лимфатической систем, плевры, брюшины, перикарда.

Ранее из мезодермы и эктодермы выселяются клетки, образующие мезенхиму. Из этого зачатка образуются все виды соединительной ткани, гладкая мускулатура, кровеносная и лимфатическая система.

В дальнейшем происходит рост, развитие образовавшихся органов и начало их функционирования. Эти процессы для некоторых органов и систем не всегда завершаются в пренатальном периоде. Они могут про­должаться и после рождения

Различают два основных типа постэмбрионального онтогенеза: прямой и непрямой. Не­прямое развитие встречается в личиночной форме, а прямое - в неличи­ночной и внутриутробной.

Непрямой (личиночный) тип развития характерен для многих видов беспозвоночных и некоторых позвоночных (рыб, земноводных), у которых формируется одна или несколько личиночных стадий. Наличие личинки обусловлено малыми запасами желтка в яйце, а так же необходимостью смены среды обитания в ходе развития или необходимостью расселения видов, ведущих сидячий, малоподвижный или паразитический образ жиз­ни. Личинки живут самостоятельно, активно питаются, растут. У них имеются провизорные органы. Превращение личинки во взрослую особь называется метаморфозом.

Неличиночный (яйцекладный) тип развития встречается у беспо­звоночных, а так же рыб, пресмыкающихся, птиц и некоторых млекопи­тающих, яйца которых богаты желтком. Зародыш длительное время может развиваться в яйце. Его жизненные функции осуществляются за счет про­визорных органов - зародышевых оболочек.

Внутриутробный тип развития характерен для высших млекопи­тающих и человека, яйца которых почти лишены желтка. Зародыш разви­вается в организме матери, для этого формируется провизорный орган -плацента из тканей плода и матери.

Постэмбриональный период животных также имеет свои стадии. Первый период роста и формирования, второй – период зрелости (в этот период происходит размножение организмов), третий период – период старости, который заканчивается смертью. В онтогенезе человека стадии постэмбрионального периода следующие: ювенильный, зрелый (пубертатный), период старости, завершающийся естественной смертью.

Выделяют следующие периоды (периодизация возрастов принята на VII международном симпозиуме по проблемам возрастной морфологии, физиологии и биохимии в 1965 году):

· новорожденный (первые 1 - 10 дней после рождения),

· грудной (от 10 дней до 12 месяцев),

· раннее детство (с 1 до 3 лет),

· первое детство (с 4 до 7 лет),

· второе детство (с 8 до 12 лет),

· подростковый возраст (с13 до 16 лет),

· юношеский возраст (с17 лет до 21 года),

· период зрелости (от 22 лет до 55 -60 лет),

· пожилой возраст (от 56-61 года до 74 лет),

· старческий период ( 75 - 90 лет)

· долгожители (свыше 90 лет).

Экология Самарской области.

Г. Самара – это крупный мегаполис средней Волги. Антропотехнологическая нагрузка в крупных промышленных центрах очень велика. Источники загрязнения:

-нефтеперерабатывающая промышленность 50%

-черная и цветная металлургия 7%

-теплоэнергетика

-приборо- и машиностроение 3%

Г. Самара имеет муниципальные районы. В каждом районе свои ксенобиотики, самый чистый – это Октябрьский район.

Экотоксиканты, приоритетные в Самаре:

-соли тяжелых металлов (свинец, кадмий)

-оксид ванадия 5, оксиды азота

-формальдегид

-бензол, толуол и другие ароматические углеводороды

Основной источник формальдегида: автотранспорт, АЗС, НПЗ. Фенол содержится в выбросах предприятий химической, нефтехимической, металлургической промышленности. Наибольшее насыщение формальдегидом в Куйбышевском районе города Самары. Формальдегид – это вещество, оказывающее общетоксическое, раздражающее, наркотическое, канцерогенное вещество. На клеточном уровне экотоксиканты вызывают коагуляцию белков, витамина С, снижают синтез нуклеиновых кислот, обладают мутагенным действием. Наибольше их в Промышленном и Кировском районах.

Источником водоснабжения является Саратовское водохранилище. Современная ситуация:

-многолетнее ухудшение качества воды

-загрязнение бензол, нефтепродуктами, солями тяжелых металлов (железо, цинк, медь, алюминий)

-повсеместно загрязнение металлами 2 класса опасности: кадмий, свинец, никель (в иловых и донных отложениях)

-фенолы (в 6 раз выше нормы)

В воде Саратовского водохранилища в 3 раза больше ПАВ, содержатся нитриты (действую на гемоглобин, превращая его в метгемоглобин). Нитриты образуются из нитратов.

Заболевания. Ведущими формами заболевания являются: аллергия, ринит, астма, болезни органов дыхания, болезни крови и кроветворных органов, мочеполовой системы. Но самое распространенное заболевание – гипотиреоз.

Йододефицитное состояние – одна из больших проблем в здравоохранении Самарской области. Тут отмечается рост йододефицитных заболеваний, проявлениями которой могут быть эндемический зоб, гипотиреоз, умственная отсталость, кретинизм.

Природный дефицит йода усугубляется неблагоприятной экологической обстановкой в регионе. У жителей Самарской области отмечается йододефицит легкой и средней тяжести и повышение в крови свинца, никеля, хрома, у которых отмечается токсический эффект.

На основе исследований кафедры медицинской биологии можно сделать вывод, что йододефиицитное состояние – экологически зависимое и экологически обусловленное заболевание. К примеру, йод в неорганическом виде образует со свинцом осадок и накапливается в почках и печени.

4). Задача.. Больной житель Западной Сибири, жалуется на боли в области печени, расстройство пищеварения и высокую температуру. При обследовании обнаружено увеличение печени, боли в правом подреберье и в эпигастральной области. Из анамнеза выяснено, что больной употреблял сырую рыбу (линь, язь, лещ) - строганину. Какие необходимо произвести обследования? Ваш предположительный диагноз? Каковы пути заражения? Меры личной профилактики?

1. Объект исследования – больной человек.

2. Диагностический материал – мазок дуоденального содержимого, микроскопия испражнений.

3. Способ диагностики – микрокопирование нативного препарата.

4. Анализ микропрепарата – обнаружены яйца описторха – мелкие, слегка ассиметричные с крышечкой и конусовидным выступом на противоположном конце, 0,030*0,015 мм

5. Диагноз – описторхоз.

6. Путь заражения – алиментарный.

7. Меры личной профилактики – не употреблять в пищу сырую, вяленую, копченую и малосоленую рыбу; перед употреблением проводить термическую обработку рыбы.

8. Возможные осложнения – злокачественные образования печени и поджелудочной железы.

Билет№13