Биосинтез макромолекул.
Сегодня мы коснёмся высоких материй. В поле нашего внимания и зрения сегодня будут процессы, определяющие наш фенотип, реализующие нашу биологическую сучность. Сегодня мы поговорим о биосинтезе ДНК, РНК и белков, обсудим варианты патологических нарушений этих тончайших процессов. Попутно, мы коснёмся процессов пролиферации, рассмотрение которых будет неполным без освещения молекулярно – генетических основ онкогенеза.. Здесь будет над чем подумать как второму курсу, так и тем, кому скоро сдавать аккредитацию. Темы важные, темы сложные. Советую вспомнить раздел «синтез нуклеотидов», там тоже есть важный для тебя, будущий светила, материал. Хотя ты вряд ли это сделаешь…
Немного ̶з̶а̶н̶у̶д̶с̶т̶в̶а̶ повторения.
В основе жизнедеятельности клетки лежит процесс интерпретации данных с ДНК. Прежде чем узнать, почему разные клетки интерпретируют эту информацию по – разному, я напомню базовые моменты:
- ДНК – это полимер, состоящий из дезоксирибонуклеотидов - 
нуклеотидов, у которого отжали ОН – группу от второго атома рибозы. Получается это в ходе следующей реакции, когда рибонуклеотид (РБН) заходит не в тот угол:
Акцентирую внимание на том, что здесь важную роль играет НАДФН, восстанавливающий тиоредоксин в тиоредоксин – редуктазе. Источником НАДФН, как ты не помнишь, является пентозо – фосфатный цикл глюкозы.
В отличие от РНК, в состав ДНК входит нуклеотиды с тимином, а не с урацилом. Источник тимина можно найти в следующей реакции:
Акцентирую внимание, в сотый раз, о роли НАДФН (ПФЦ), а также о важной роли фолиевой кислоты и витамина В12 (восстанавливает фолиевую кислоту до активной формы). На данной картинке о В12 не указано, но в голове об этом надо помнить.
Ну и последнее напоминание. Субстратом для синтеза нуклеиновых кислот служат пуриновые (аденин, гуанин) и пиримидиновые (урацил, цитозин, тимин) нуклеотиды. Их азотистое основание является сборной солянкой из различных аминокислот (аспартат, глутамин, глицин), фолиевой кислоты, подчас даже аммиака. Источник нуклеотидов – это эндогенный синтез, часто с повторным использованием пуринов. Главная мысль отсюда в том, что белковая недостаточность будет чревата ухудшением пролиферативных клеточных процессов, что имеет самые разные последствия и проявления.
Структура ДНК. Будет многатекста
Для экзамена нужно помнить об уровнях структуры ДНК. Первичная структура – последовательность дезоксирибонуклеотидов (ДРН) в виде единой полинуклеотидной цеп и. Вторичная структура ДНК – это две полинуклеотиндые цепи, соединённые между собой водородными связями и упакованные в виде спирали и суперспирали. Третичная структура – хромосома – свёрнутая ДНК в комплексе с белками. (так называемый хроматин). Так она занимает меньше места и обеспечивает более избирательную экспрессию генов. К слову, что такое ген?
Ген – участок ДНК, кодирующий первичную последовательность конечных продуктов. Продуктов в виде полипептидов, РНК, обладающими структурной или каталитической функции. К слову, один и тот де участок ДНК служит матрицей для образования разных продуктов. Ген в структурном отношении представляет из себя совокупность кодоном – участков ДНК (3 брата 3 нуклеотида), кодирующего одну аминокислоту (вспоминай задачки из ЕГЭ по биологии, С5).
Не все участки ДНК (не все её гены) обязательно что – то кодируют. Большинство генов вообще ничего не кодируют, и вовсе не транслируются. Такие участки называются интронами. А кодирующие гены – экзоны.
В ДНК можно найти подвижные элементы – транспозоны – которые перемещаются с места на места внутри генома. С такими мы встретимся в созревающих лимфоцитах. К слову и забегая вперёд, там постоянно происходит реаранжировка генома, необходимая для обеспечения разнообразия синтеза антител. Хотя, по современным данным, большинство транспозонов в клетке человека неактивны.
Белки хроматина. 1. Топоизомеразы. ДНК, будучи самодостаточной и непредсказуемой молекулой, любит показать свою индивидуальность в виде сверхспирализации. В состоянии сверхспирализации молекула ДНК наиболее стабильно в силу того, что приобретает такую конформацию, которая требует наименьшего количества энергии. Чтобы считать с неё информацию, её нужно распаковывать, что бактериальным, что эукариотическим клеткам. Для этого есть ферменты, получившие название топоизомеразы, которые обладают некоторыми различиями, что для прокариотической, что для эукариотической клеток. Без топоизомераз клетка не сможет экспрессировать гены, в силу чего и погибает. Запомни эти ферменты, мы к ним ещё вернёмся.
В целом, топомеразы нужны для того, чтобы молекула ДНК, в ходе своей спонтанной суперспирализации, не превратилась в кусок го*на, который невозможно считать.
2. Гистоны. Гистоны выводят ДНК на новый уровень и накручивают её на себя словно ленту на кулак. Выделяют такие фракции гистонов, как Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Гистоны глубоко консервативны и их структура не сильно отличается у тебя и у грязной вши на твоём пупке. Известно, что в них много лизина и аргинина, что придаёт гистонам основные свойства и позволяет безнаказанно взаимодействовать с фосфатными остатками дезоксирибонуклеиновых кислот.
В целом, функция гистонов сводится к компактному упаковыванию ДНК и к регуляции процессов считывания ДНК – процессов репликации, транскрппции.
Структура гистонов изменяется при действии на них различных транскрипционных факторов. Их действие сводится к химической модификации N – конца гистона (в виде ацетилирования, фосфорилирования, деацетилирования, метилирования), что приводит к изменении конформации гистона. В ряде случаев это приводит к увеличению доступности соответствующих генов для процессов транскрипции. В виде упрощённой схемы это выглядит так:
