Нарушения белкового обмена. Нарушения обмена белков Основные причины нарушения биосинтеза белков в клетках

Преферанская Нина Германовна
Доцент кафедры фармакологии фармфакультета Первого МГМУ им. И.М. Сеченова

Антибиотики оказывают в основном бактериостатическое действие, исключение составляют аминогликозиды, оказывающие бактерицидный эффект и препараты, применяемые в больших дозах. Эти лекарственные средства обладают широким спектром антимикробного действия и часто применяются в клинической практике, особенно они незаменимы в специфической терапии таких редких инфекций, как бартонеллез, бруцеллез, криптоспоридиоз, муковисцидоз, токсоплазмоз, туляремия, туберкулез, сибирская язва, холера, чума и др.

Часть I. Макролиды

Макролиды представляют собой класс антибиотиков, которые содержат в молекуле макроциклическое лактонное кольцо, связанное с углеводными остатками аминосахаров. В зависимости от числа атомов углерода, составляющих кольцо, выделяют 14-членные, 15-членные и 16-членные макролиды. Из всех существующих антибиотиков, макролиды зарекомендовали себя как высокоэффективные и наиболее безопасные химиотерапевтические средства. Макролиды делятся на две группы: природные и полусинтетические.

Антимикробный эффект макролидов обусловлен нарушением синтеза белка на рибосомах микробной клетки. Макролиды обратимо связываются с различными доменами каталитического пептил-трансферазного центра 50S -субъединицы рибосом и ингибируют процессы транслокации и транспептидации пептидов, что приводит к прекращению сборки белковой молекулы и замедляет способность микроорганизмов к делению, размножению. В зависимости от вида микроорганизма и концентрации препарата оказывают дозозависимый эффект, проявляя при этом бактериостатическое действие, в больших дозах и на некоторые штаммы микроорганизмов - бактерицидное. Антимикробный спектр действия весьма близок к группе природных пенициллинов.

Макролиды обладают липофильными свойствами, быстро всасываются в ЖКТ, создают высокие тканевые и внутриклеточные концентрации, распределяясь во многих тканях и секретах, плохо задерживаются во внеклеточных жидкостях, не проникают через ГЭБ. Их действие проявляется в основном на стадии размножения. Они высокоэффективны только в отношении активно делящихся микроорганизмов, поэтому хорошо зарекомендовали себя при лечении острого периода заболевания и малоактивны или практически не оказывают действия на вялотекущие процессы.

Обладают повышенной активностью в отношении грам «+» кокков и внутриклеточных возбудителей (хламидий, микоплазм, легионелл), подавляют развитие грамотрицательных кокков, палочки дифтерии, возбудителей бруцеллеза, амебной дизентерии. На грам «-» микроорганизмы семейства Enterobacteriaceae P . aeruginosa и грам «-» анаэробы резистентны. Псевдомонады и ацинетобактеры обладают природной устойчивостью ко всем макролидам. Резистентность микроорганизмов к этой группе препаратов связана с изменением структуры рецепторов на 50S -субъединицах рибосом, что приводит к нарушению связывания антибиотика с рибосомами. У макролидов, линкозамидов и фениколов связывание с 50S -субъединицей рибосом происходит на различных участках, это обусловливает отсутствие перекрестной резистентности. Особенностью антимикробного действия макролидов является бактериостатическое действие в отношении тех форм бактерий, которые устойчивы к таким широко применяемым группам, как пенициллины, стрептомицины, тетрациклины.

Макролиды применяют при инфекциях нижних дыхательных путей, включая атипичные формы, обострение хронического бронхита и внебольничную пневмонию. Их назначают при инфекциях верхних дыхательных путей (синуситах, отитах, фарингитах, тонзиллитах), инфекциях полости рта, мягких тканей, кожи, инфицированных угрях и урогенитальных инфекциях. Показаниями для их применения является профилактика и лечение микобактериоза, профилактика ревматической лихорадки, эндокардита, с целью эрадикации H . pylori (кларитромицин ). Иммуномодулирующие свойства макролидов используют при панбронхонхиолите (кларитромицин, рокситромицин ) и муковисцидозе (азитромицин ).

Основные побочные эффекты при применении макролидов - желудочно-кишечные нарушения, риск которых не превышает 5-8%. В редких случаях развиваются аллергические реакции 2-3% (кожная сыпь, отечность лица, шеи, стоп, анафилактический шок), реже холестатический гепатит и псевдомембранозный колит. Наименьшая кратность введения макролидов, улучшенные фармакокинетические показатели не требуют коррекции доз при почечной недостаточности и хорошо переносятся больными. Большинство макролидов (особенно эритромицин и кларитромицин) являются мощными ингибиторами цитохрома Р-450 (CYP 3A 4, CYP3A5, CYP3A7, CYP 1A 2), поэтому на фоне их применения нарушается биотрансформация и повышается максимальная концентрация в крови совместно применяемых лекарств. Это особенно важно учитывать при применении Варфарина, Циклоспорина, Теофиллина, Дигоксина, Карбамазепина и др., которые метаболизируются в печени. Их сочетанный прием может вызвать наиболее опасные осложнения (нарушение ритма сердца, удлинение интервала Q -T , развитие ишемии конечностей и гангрены). Не подвергаются окислению цитохромом Р-450 спирамицин и азитромицин. В организме макролиды подвергаются энтерогепатической рециркуляции, экскретируются главным образом с желчью и только 5-10% препарата выводится почками.

Эритромицин (Erytromycinum) продуцируется почвенными актиномицетами (лучистыми грибами), из культуральной жидкости которых и был выделен в 1952 г. Из желудочно-кишечного тракта всасывается хорошо. В кислой среде желудка частично разрушается, поэтому вводить эритромицин следует в таблетках, покрытых кислоторезистентным покрытием, которое растворяется только в кишечнике. Препарат легко проникает в различные ткани, в т.ч. преодолевает плацентарный барьер. В ткани мозга в обычных условиях не поступает. После однократного приема внутрь максимальная концентрация в крови достигается через 2 часа. У эритромицина биодоступность составляет 2-3 часа, поэтому для поддержания терапевтического уровня в крови его следует вводить 4 раза в сутки. Высшие дозы внутрь: разовая - 0,5 г, суточная - 2 г. Выделяется с фекалиями и, частично, с мочой. Эритромицин в таблетках наиболее широко используется для лечения пневмоний, бронхитов различной этиологии, скарлатины, ангины, гнойных отитов, дифтерии, раневых инфекций. Препарат применяют при тяжелом течении инфекционного заболевания, для лечения коклюша, дифтерии. При конъюнктивите новорожденных вводят внутривенно, разовую дозу разводят в 250 мл изотонического раствора натрия хлорида, вводят медленно в течение часа. При гастропарезах эритромицин дозозависимо вызывает стимуляцию моторики желудка, увеличивает амплитуду сокращений привратника и улучшает антрально-дуоденальную координацию. Местно применяют в виде мази и раствора для наружного применения для лечения гнойно-воспалительных заболеваний кожи, инфицированных ран, трофических язв, пролежней и ожогов II -III степени. К эритромицину быстро развивается устойчивость микроорганизмов, препарат малотоксичен и редко вызывает побочные явления. Иногда возникают диспепсические нарушения (тошнота, рвота), аллергические реакции. Значительно снижается биодоступность при приеме эритромицина во время еды или после, т.к. пища уменьшает концентрацию этого антибиотика в крови более чем в 2 раза. Выпускается в тб., покр. обол. 100 и 250 мг; мазь глазная 10 г (в 1 г 10 000 ЕД); мазь для наружного и местного применения 15 мг - 10 тыс. ЕД/г. Суппозитории для детей по 0,05 г и 0,1 г. Порошок для инъекций по 0,05, 0,1 и 0,2 г и гранулы для суспензии по 0,125 г и 0,2 г во флаконах по 5 мл.

Длительное и значительное понижение синтеза белка приводит к развитию дистрофических и атрофических нарушений в различных органах и тканях вследствие недостаточного обновления структурных белков. Замедляются процессы регенерации. В детском возрасте тормозятся рост, физическое и умственное разви-

тие. Снижается синтез различных ферментов и гормонов (СТГ, антидиуретический и тиреоидный гормоны, инсулин и др.), что приводит к эндокринопатиям, нарушению других видов обмена (углеводного, водно-солевого, основного). Понижается содержание белков в сыворотке крови в связи со снижением их синтеза в гепатоцитах. Вследствие этого в крови уменьшается онкотическое давление, что способствует развитию отеков. Уменьшается продукция антител и других защитных белков и, как следствие, снижается иммунологическая реактивность организма. В наиболее выраженной степени эти расстройства возникают в результате длительного нарушения усвоения белков пищи при различных хронических заболеваниях органов пищеварения, а также при длительном белковом голодании, особенно если оно сочетается с дефицитом жиров и углеводов. В последнем случае повышается использование белка в качестве источника энергии.

Причины и механизм нарушения синтеза отдельных белков. В большинстве случаев эти нарушения имеют наследственную природу. В основе их лежит отсутствие в клетках информационной РНК (иРНК), специфической матрицы для синтеза какого-либо определенного белка, или нарушение ее структуры вследствие изменения структуры гена, на котором она синтезируется. Генетические нарушения, например замена или потеря одного нуклеотида в структурном гене, приводят к синтезу измененного белка, нередко лишенного биологической активности.

К образованию аномальных белков могут привести отклонения от нормы в структуре иРНК, мутации транспортной РНК (тРНК), вследствие чего к ней присоединяется несоответствующая аминокислота, которая и будет включаться в полипептидную цепь при ее сборке (например, при образовании гемоглобина).

Процесс трансляции является сложным, совершающимся при участии ряда ферментов, и нарушение функции какого-либо из них может привести к тому, что та или другая иРНК не передаст закодированную в ней информацию.

Нарушение синтеза отдельных белков-ферментов или структурных белков лежит в основе различных наследственных болезней (гемоглобинозы, альбинизм, фенилкетонурия, галактоземия, гемофилия и многие другие - см. раздел 5.1). Нарушение какой-либо ферментативной функции чаще всего связано не с отсутствием соответствующего белка - фермента, а с образованием патологически измененного неактивного продукта.

Причины, механизм и последствия повышенного распада тканевых белков. Наряду с синтезом в клетках организма постоянно происходит деградация белков под действием протеиназ. Обновление белков за сутки у взрослого человека составляет 1-2% общего количества белка в организме и связано преимущественно с деградацией мышечных белков, при этом 75-80% освободившихся аминокислот вновь используется для синтеза.

Азотистый баланс - интегральный показатель общего уровня белкового обмена, это суточная разница между поступающим и выделяющимся из организма азотом,

У здорового взрослого человека процессы распада и синтеза белка уравновешены, т.е. имеется азотистое равновесие. При этом суточная деградация белка составляет 30-40 г.

Азотистый баланс может быть положительным или отрицательным.

Положительный азотистый баланс: поступление в организм азота превышает его выведение, т.е. синтез белка преобладает над его распадом. Отмечается при регенерации тканей, в период выздоровления после тяжелых болезней, при беременности, в детском возрасте, при гиперпродукции СТГ, при полицитемии.

При патологии распад белка может превалировать над синтезом и азота поступает в организм меньше, чем выделяется (отрицательный азотистый баланс).

Причинами отрицательного азотистого баланса являются: инфекционная лихорадка; обширные травмы, ожоги и воспалительные процессы; прогрессирующий злокачественный опухолевый рост, эндокринные заболевания (сахарный диабет, гипертиреоз, гиперкортицизм); тяжелый эмоциональный стресс; обезвоживание, белковое голодание, лучевая болезнь; гиповитаминозы А, С, В 1 , В 2 , В 6 , РР, дефицит фолиевой кислоты. В механизме усиленного распада белков при многих из перечисленных состояний лежит повышенная продукция катаболических гормонов.

Следствием отрицательного азотистого баланса являются дистрофические изменения в органах, похудание, в детском возрасте - задержка роста и умственного развития.

Различают следующие виды синтеза белка в зависимости от его назначения:

регенерационный, связанный с процессами физиологической и репаративной регенерации;

синтез роста, сопровождающийся увеличением массы и размеров тела;

стабилизирующий, связанный с возмещением структурных белков, утраченных в процессе диссимиляции, способствующий поддержанию структурной целостности организма;

функциональный, связанный со специфической деятельностью различных органов (синтез гемоглобина, белков плазмы крови, антител, гормонов и ферментов).

Причинами нарушения синтеза белка являются:

Отсутствие достаточного количества аминокислот;

Дефицит энергии в клетках;

Расстройства нейроэндокринной регуляции;

Нарушение процессов транскрипции или трансляции информации о структуре того или иного белка, закодированной в геноме клетки.

Наиболее частой причиной нарушения синтеза белка является недостаток аминокислот в организме вследствие:

1) расстройств пищеварения и всасывания;

2) пониженного содержания белка в пище;

3) питания неполноценными белками, в которых отсутствуют или имеются в незначительном количестве незаменимые аминокислоты, не синтезирующиеся в организме (табл. 12-7).

Полный набор незаменимых аминокислот имеется в большинстве белков животного происхождения, тогда как растительные белки могут не содержать некоторые из них или содержат недостаточно (например, в белках кукурузы мало триптофана). Недостаток в организме хотя бы одной из незаменимых аминокислот (табл. 12-8) ведет к снижению синтеза того или иного белка даже при изобилии остальных.

Таблица 12-7. Незаменимые для человека аминокислоты (по И.П. Ашмарину, Е.П. Каразеевой, 1997)

Таблица 12-8. Проявления дефицита незаменимых аминокислот

Окончание табл. 12-8

Дефицит заменимых аминокислот в пище реже приводит к понижению синтеза белка, так как они могут образовываться в организме из кетокислот, являющихся продуктами метаболизма углеводов, жиров и белков.

Недостаток кетокислот возникает при сахарном диабете, нарушении процессов дезаминирования и трансаминирования аминокислот (гиповитаминоз В 6).

Недостаток источников энергии имеет место при гипоксии, действии разобщающих факторов, сахарном диабете, гиповитаминозе В 1 , дефиците никотиновой кислоты и др. Синтез белка - энергозависимый процесс. Энергия макроэргов АТФ и ГТФ необходима для активации аминокислот и образования пептидных связей (21,9 кал на каждую пептидную связь).

Расстройства нейроэндокринной регуляции синтеза и расщепления белка. Нервная система оказывает на белковый обмен прямое и косвенное действие. При выпадении нервных влияний возникает расстройство трофики клетки 1 . Нарушения нервной трофики являются важным звеном патогенеза любого заболевания. Денервация тканей вызывает: прекращение их стимуляции вследствие нарушения выделения нейромедиаторов; нарушение секреции или действия комедиаторов, обеспечивающих регуляцию рецепторных, мембранных и метаболических процессов; нарушение выделения и действия трофогенов 2 . Подтверждением прямого трофического

1 Комплекс процессов, обеспечивающих жизнедеятельность клетки и поддержание генетически заложенных свойств. Нервные волокна регулируют в иннервируемых тканях не только кровообращение, но также метаболические, энергетические и пластические процессы в соответствии с текущими потребностями организма.

2 Трофогены - вещества преимущественно белковой природы, способствующие росту, дифференцировке и жизнедеятельности клеток, а также сохранению их гомеостаза. Они образуются в клетках периферических органов, в плазме крови; в нейронах, откуда поступают при помощи аксонального транспорта в иннервируемые ткани; в роли трофогенов могут выступать и анаболические гормоны.

влияния нервной системы на метаболизм белков в клетках является развитие атрофических и дистрофических изменений в денервированных тканях. Установлено, что в денервированных тканях процесс распада белка превалирует над синтезом. Косвенное влияние нервной системы на белковый обмен осуществляется путем изменения функции эндокринных желез.

Действие гормонов может быть анаболическим (усиливающим синтез белка) и катаболическим (повышающим распад белка в тканях).

Синтез белка увеличивается под действием:

Инсулина (обеспечивает активный транспорт в клетки многих аминокислот - особенно валина, лейцина, изолейцина; повышает скорость транскрипции ДНК в ядре; стимулирует сборку рибосом и трансляцию; тормозит использование аминокислот в глюконеогенезе, усиливает митотическую активность инсулинзависимых тканей, повышая синтез ДНК и РНК);

Соматотропного гормона (СТГ; ростовой эффект опосредуют соматомедины, вырабатываемые под его влиянием в печени). Другое название соматомединов - инсулиноподобные ростовые факторы - появилось в связи с их способностью снижать уровень глюкозы в крови. Основной из них - соматомедин С, который во всех клетках тела повышает скорость синтеза белка. Так стимулируется образование хрящевой и мышечной ткани. В хондроцитах имеются рецепторы и к самому гормону роста, что доказывает его прямое влияние на хрящевую и костную ткань;

Тиреоидных гормонов в физиологических дозах: трийодтиронин, связываясь с рецепторами в ядре клетки, действует на геном и вызывает усиление транскрипции и трансляции. Вследствие этого стимулируется синтез белка во всех клетках тела. Кроме того, тиреоидные гормоны стимулируют действие

Половых гормонов, оказывающих СТГ-зависимый анаболический эффект на синтез белка; андрогены стимулируют образование белков в мужских половых органах, мышцах, скелете, коже и ее производных, в меньшей степени - в почках и мозгу; действие эстрогенов направлено в основном на молочные железы и женские половые органы. Следует отметить, что анаболический эффект половых гормонов не касается синтеза белка в печени.

Распад белка повышается под влиянием:

Тиреоидных гормонов при повышенной их продукции (гипертиреоз);

Глюкагона (уменьшает поглощение аминокислот и повышает распад белков в мышцах; в печени активирует протеолиз, а также стимулирует глюконеогенез и кетогенез из аминокислот; тормозит анаболический эффект СТГ);

Катехоламинов (способствуют распаду мышечных белков с мобилизацией аминокислот и использованием их печенью);

Глюкокортикоидов (усиливают синтез белков и нуклеиновых кислот в печени и повышают распад белков в мышцах, коже, костях, лимфоидной и жировой ткани с высвобождением аминокислот и вовлечением их в глюконеогенез. Кроме того, они угнетают транспорт аминокислот в мышечные клетки, снижая синтез белка).

Анаболическое действие гормонов осуществляется в основном путем активации определенных генов и усилением образования различных видов РНК (информационная, транспортная, рибосомальная), что ускоряет синтез белков; механизм катаболического действия гормонов связан с повышением активности тканевых протеиназ.

Снижение синтеза гормонов анаболического действия, таких как СТГ и тиреоидные гормоны, в детском возрасте ведет к задержке роста.

Инактивацию тех или иных факторов, участвующих в биосинтезе белка, могут вызвать некоторые лекарственные препараты (например, антибиотики) и микробные токсины. Известно, что дифтерийный токсин тормозит присоединение аминокислот к синтезируемой полипептидной цепи; этот эффект устраняется анатоксином.

Стимулирующее или угнетающее действие на синтез белка могут оказать изменения концентрации различных ионов (прежде всего Mg 2 +), уменьшение или увеличение ионной силы.

Общее представление о нарушении белкового обмена можно получить при изучении азотистого равновесия организма и окружающей среды.

Нарушения азотистого равновесия

Нарушение азотистого равновесия проявляется в виде положительного или отрицательного азотистого баланса.

Положительный азотистый баланс - такое состояние, когда из организма выводится меньше азота, чем поступает с пищей. Наблюдается оно во время роста организма, при беременности, а также после голодания, при избыточной секреции анаболических гормонов (соматотропный гормон, андрогены и др.) и при назначении их с лечебной целью.

Анаболическое действие гормонов заключается в усилении процессов синтеза белка по сравнению с его распадом. Таким действием обладают следующие" гормоны.

Соматотропный гормон усиливает окисление жира и мобилизацию нейтрального жира и ведет, таким образом, к достаточному освобождению энергии, необходимой для процессов синтеза белка.

Половые гормоны усиливают процессы синтеза белка.

Инсулин облегчает переход аминокислот через клеточные мембраны внутрь клеток и, таким образом, способствует синтезу белка и ослабляет глюконеогенез. Недостаток инсулина ведет к снижению синтеза белка и к увеличению глюконеогенеза.

Отрицательный азотистый баланс - состояние, когда из организма выводится больше азота, чем поступает с пищей. Отрицательный азотистый баланс развивается при голодании, протеинурии, инфекционных заболеваниях, травмах, термических ожогах, хирургических операциях, при избыточной секреции или назначении катаболических гормонов (кортизол, тироксин и др.).

Катаболическое действие гормонов заключается в усилении процессов распада белков по сравнению с процессами синтеза. Таким действием обладают следующие гормоны.

Тироксин увеличивает количество активных сульфгидрильных групп в структуре некоторых ферментов - активируются тканевые катепсины и усиливается их протеолитическое действие. Тироксин повышает активность аминооксидаз - увеличивается дезаминирование некоторых аминокислот. При гипертиреозе у больных развивается отрицательный азотистый баланс и креатинурия.

При дефиците гормонов щитовидной железы, например при гипотиреозе, недостаточность катаболического действия гормона проявляется в виде положительного азотистого баланса и накопления креатина.

Глюкокортикоидные гормоны (кортизол и др.) усиливают распад белков. Расход белков увеличивается на нужды глюконеогенеза; при этом также замедляется синтез белка.

Обмен белков может быть нарушен на разных этапах превращений принятых с пищей белковых веществ. Можно выделить следующие нарушения:

• 1) при поступлении, переваривании и всасывании белков в желудочно-кишечном тракте;
• 2) при синтезе и распаде белков в клетках и тканях организма;
• 3) при межуточном обмене аминокислот;
• 4) на конечных этапах белкового обмена;
• 5) в белковом составе плазмы крови.

Нарушения поступления, переваривания и всасывания белков в желудочно-кишечном тракте

Расстройства секреции отдельных протеолитических ферментов желудочного тракта, как правило, не вызывают серьезных нарушений белкового обмена. Так, полное прекращение секреции пепсина с желудочным соком не отражается на степени расщепления белков в кишечнике, но существенно влияет на скорость его расщепления и появления отдельных свободных аминокислот.

Отщепление отдельных аминокислот в желудочно-кишечном тракте происходит неравномерно. Так, тирозин и триптофан в норме отщепляются от белков уже в желудке, а другие аминокислоты - лишь под действием протеолитических ферментов кишечного сока. Состав аминокислот в содержимом кишечника в начале и конце кишечного переваривания различен.

Аминокислоты могут поступать в систему воротной вены в различном соотношении. Относительный дефицит даже одной незаменимой аминокислоты затрудняет весь процесс биосинтеза белков и создает относительный избыток других аминокислот с накоплением в организме промежуточных продуктов обмена этих аминокислот.

Подобные нарушения обмена, связанные с запаздыванием отщепления тирозина и триптофана, возникают при ахилии и субтотальной резекции желудка.

Нарушение всасывания аминокислот может возникнуть при патологических изменениях стенки тонкого кишечника, например при воспалении, отеке.

Нарушения синтеза и распада белка

Синтез белка происходит внутри клеток. Характер синтеза зависит от генетического набора на хромосомах в ядре клетки. Под воздействием генов, специфических для каждого вида белка в каждом организме, активируются ферменты, и в ядре клетки происходит синтез информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК). и-РНК является зеркальной копией дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), находящейся в ядре клетки.

Синтез белка происходит в цитоплазме клетки на рибосомах. Под воздействием и-РНК на рибосомах синтезируется матричная РНК (м-РНК), которая является копией и-РНК и содержит закодированную информацию о виде и последовательности расположения аминокислот в молекуле синтезируемого белка.

Для включения аминокислот в молекулу белка в соответствии с матрицей (м-РНК) необходима их активация. Функция активации аминокислот выполняет фракция РНК, называемая растворимой, или транспортной (т-РНК). Активация аминокислот сопровождается их фосфорилированием. Присоединение аминокислот посредством т-РНК к определенным группировкам нуклеотидов м-РНК осуществляется при дефосфорилировании их за счет энергии гуанизинтрифосфата. Синтезированный белок выполняет специфическую функцию в клетке или транспортируется из клетки и выполняет свою функцию как белок крови, антитело, гормон, фермент.

Регуляция синтеза белка в клетке генетически обусловлена наличием не только структурных генов, ведающих последовательностью расположения оснований нуклеотидов при синтезе и-РНК, но и дополнительных регулирующих генов. В регуляции синтеза белка в клетке принимают участие еще по крайней мере два гена - ген-оператор и регулирующий ген.

Регулирующий ген ведает синтезом репрессора, который является ферментом и тормозит в конечном итоге деятельность структурных генов и образование и-РНК.

Ген-оператор, или оперирующий ген, непосредственно подчиняется действию репрессора, вызывающего в одном случае репрессию, а в другом - дерепрессию: появление синтеза ряда ферментов, синтезирующих и-РНК. Оперирующий ген составляет единое целое со структурными генами, образуя так называемый оперон.

Репрессивное вещество может находиться в двух состояниях: активном и неактивном. В активном состоянии репрессор действует на оперирующий ген, прекращает его воздействия на структурные гены и в конечном итоге прекращает синтез и-РНК и синтез белка.

Активаторы репрессора носят название корепрессоров. Ими могут быть как определенная концентрация регулируемого белка, так и факторы, образовавшиеся в результате действия этого белка.

Регуляция синтеза белка осуществляется следующим образом. При недостатке белка в клетке прекращается действие репрессора на оперон. Увеличивается синтез и-РНК и м-РНК. и на рибосомах начинается синтез белковых молекул. Концентрация белка увеличивается. Если синтезированный белок недостаточно быстро метаболизируется, его количество продолжает нарастать. Определенная концентрация этого белка, или факторов, образовавшихся под его действием, может служить корепрессором синтеза, активируя репрессор. Прекращается влияние оперирующего гена на структурные гены и прекращается в конечном итоге синтез белка. Его концентрация снижается и т. д.

При нарушении регуляции синтеза белка могут возникать патологические состояния, связанные как с избыточным синтезом, так и с недостаточным синтезом белка.

Синтез белка может быть нарушен под действием различных внешних и внутренних болезнетворных факторов:

• а) при неполноценности аминокислотного состава белков;
• б) при патологических мутациях генов, связанных как с появлением патогенных структурных генов, так и с отсутствием нормальных регулирующих и структурных генов;
• в) при блокировании гуморальными факторами ферментов, ведающих процессами репрессии и дерепрессии синтеза белка в клетках;
• г) при нарушении соотношения анаболических и катаболических факторов, регулирующих синтез белка.

Отсутствие в клетках даже одной незаменимой аминокислоты прекращает синтез белка.

Биосинтез белка может нарушаться не только при отсутствии отдельных незаменимых аминокислот, но и при нарушении соотношения между количеством незаменимых аминокислот, поступающих в организм. Потребность в отдельных незаменимых аминокислотах связана с их участием в синтезе гормонов, медиаторов, биологически активных веществ.

Недостаточное поступление в организм незаменимых аминокислот вызывает не только общие Нарушения синтеза белка, но и избирательно нарушает синтез отдельных белков. Недостаток незаменимой аминокислоты может сопровождаться характерными для нее нарушениями.

Триптофан . При длительном исключении из пищевого рациона у крыс развивается васкуляризация роговицы и катаракта. У детей ограничение триптофана в пище сопровождается снижением концентрации плазменных белков.

Лизин . Отсутствие в пище сопровождается у людей появлением тошноты, головокружения, головной боли и повышенной чувствительности к шуму.

Аргинин . Отсутствие в пище может привести к угнетению сперматогенеза.

Лейцин . Относительный избыток его по сравнению с другими незаменимыми аминокислотами у крыс угнетает рост из-за соответствующего нарушения усвоения изолейцина.

Гистидин . Недостаток его сопровождается снижением концентрации гемоглобина.

Метионин . Исключение его из пищи сопровождается жировым перерождением печени, обусловленным недостатком лабильных метильных групп для синтеза лецитина.

Валин . Недостаток его ведет к задержке роста, похуданию, развитию кератозов.

Заменимые аминокислоты существенно влияют на потребность в незаменимых аминокислотах. Например, потребность в метионине определяется содержанием цистина в диете. Чем больше в пище цистина, тем меньше расходуется метионина для биологического синтеза цистина. Если в организме скорость синтеза заменимой аминокислоты становится недостаточной, появляется повышенная потребность в ней.

Некоторые заменимые аминокислоты становятся незаменимыми, если они не поступают с пищей, так как организм не справляется с быстрым их синтезом. Так, недостаток цистина ведет к торможению роста клеток даже при наличии всех остальных аминокислот в среде.

Нарушения регуляции синтеза белка - антител - может наблюдаться при некоторых аллергических заболеваниях. Так, в иммунокомпетентных клетках (клетки лимфоидного ряда), продуцирующих антитела, обычно репрессирована выработка аутоантител. В процессе эмбрионального развития при смене фаз (стадия нервной трубки, листков мезенхимы) происходит дерепрессия синтеза аутоантител. В тканях определяются аутоантитела, которые участвуют в рассасывании тканей прежних фаз развития эмбриона. Такая смена активности репрессоров происходит несколько раз. Во взрослом организме синтез аутоантител репрессирован. Так, например, репрессирован синтез аутоантител к антигенам собственных эритроцитов. Если, в зависимости от группы крови в эритроцитах находится агглютининоген А, то в плазме крови отсутствуют α-агглютинины, выработка которых надежно репрессирована. На этой основе возможна трансплантация крови и кроветворной ткани (костного мозга).

К некоторым тканям (хрусталик глаза, нервная ткань, тестикулы) выработка аутоантител не репрессирована, но эти ткани в силу своих анатомических и функциональных особенностей изолированы от иммунокомпетентных клеток и в норме выработки аутоантител не происходит. При нарушении анатомической изоляции (повреждение) начинается выработка аутоантител и возникают аутоаллергические заболевания.

Нарушения обмена аминокислот

Нарушения дезаминирования . Окислительное дезаминирование осуществляется в результате последовательных превращений аминокислот в реакциях переаминирования и дезаминирования:

Аминокислоты при участии специфических трансаминаз вначале переаминируются с α-кетоглютаровой кислотой. Образуется кетокислота и глютамат. Глютамат под действием дегидрогеназы подвергается окислительному дезаминированию с освобождением аммиака и образованием α-кетоглютарата. Реакции обратимы. Таким образом образуются новые аминокислоты. Включение а-кетоглютаровой кислоты в цикл Кребса обеспечивает включение аминокислот в энергетический обмен. Окислительное дезаминирование определяет и образование конечных продуктов белкового обмена.

С переаминированием связано образование аминосахаров, порфиринов, креатина и дезаминирование аминокислот. Нарушение переаминирования возникает при недостатке витамина В6, так как его форма - фосфопиридоксаль - является активной группой трансаминаз.

Соотношение субстратов переаминирования определяет направление реакции. При нарушении мочевинообразования происходит ускорение переаминирования.

Ослабление дезаминирования возникает при снижении активности ферментов - аминооксидаз и при нарушении окислительных процессов (гипоксия, гиповитаминозы С, РР, В 2).

При нарушении дезаминирования аминокислот увеличивается выделение аминокислот с мочой (аминоацидурия), уменьшается мочевинообразование.

Нарушения декарбоксилирования . Декарбоксилирование аминокислот сопровождается выделением СО 2 и образованием биогенных аминов:

В животном организме декарбоксилированию подвергаются лишь некоторые аминокислоты с образованием биогенных аминов: гистидин (гистамин), тирозин (тирамин), 5-гидрокситриптофан (серотонин), глютаминовая кислота (γ-аминомасляная кислота) и продукты дальнейших превращений тирозина и цистина: 3,4-диоксифенилаланин (ДОФА, окситирамин) и цистеиновая кислота (таурин) (рис. 47).

Биогенные амины проявляют свое действие уже при малых концентрациях. Накопление аминов в больших концентрациях представляет серьезную опасность для организма. В нормальных условиях амины быстро устраняются под действием аминоксидазы, которая окисляет их в альдегиды:

При этой реакции образуется свободный аммиак. Инактивация аминов достигается также путем их связывания с белками.

Накопление биогенных аминов в тканях и крови и проявление их токсического действия возникает; при усилении активности декарбоксилаз, торможении активности оксидаз и нарушении связывания их с белками.

При патологических процессах, сопровождающихся угнетением окислительного дезаминирования, превращение аминокислот в большей степени происходит путем декарбоксилирования с накоплением биогенных аминов.

Нарушения обмена отдельных аминокислот . Существует ряд наследственных заболеваний человека, связанных с врожденными дефектами обмена отдельных аминокислот. Эти нарушения обмена аминокислот связаны с генетически обусловленным нарушением синтеза белковых групп ферментов, осуществляющих превращения аминокислот (табл. 24).

Нарушения обмена фенилаланина (фенилкетонурия) . Причиной заболевания является недостаток фермента - фенилаланингидроксилазы в печени, вследствие чего блокировано превращение фенилаланина в тирозин (рис. 48). Концентрация фенилаланина в крови достигает 20-60 мг% (в норме около 1,5 мг%). Продукты его, метаболизма, в частности кетокислота - фенилпируват, оказывают токсическое воздействие на нервную систему. Нервные клетки коры головного мозга разрушаются и замещаются разрастанием микроглиальных элементов. Развивается фенилпировиноградная олигофрения. Фенилпируват появляется в моче и дает зеленую окраску с трихлорным железом. Эта реакция проводится у новорожденных и служит для ранней диагностики фенилкетонурии.

При развитии заболевания уже в 6-месячном возрасте у ребенка отмечаются признаки недостаточного умственного развития, просветление цвета кожи и волос, общее возбуждение, усиление рефлексов, повышение тонуса мышц и основного обмена, эпилепсия, микроцефалия и др.

Просветление цвета кожи и волос развивается из-за недостаточной выработки меланина, так как в результате накопления фенилаланина блокируется метаболизм тирозина.

Развивается недостаточность синтеза катехоламинов, снижается уровень других свободных аминокислот в плазме крови. Увеличивается выделение кетоновых тел с мочой.

Исключение фенилаланина из диеты ведет к снижению содержания фенилаланина и его производных в крови и препятствует развитию фенил-кетонурии.

Нарушение обмена гомогентизиновой кислоты (продукта метаболизма тирозина) - алкаптонурия - возникает при недостатке фермента - оксидазы гомогентизиновой кислоты (рис. 49).

При этом гомогентизиновая кислота не переходит в малеилацетоуксусную кислоту (не происходит разрыва гидрохинонового кольца). В нормальных условиях гомогентизиновая кислота в крови не определяется. При недостаточности фермента гомогентизиновая кислота появляется в крови и выводится из организма с мочой. Отмечается характерное потемнение мочи, особенно в щелочной среде.

Отложение производных гомогентизиновой кислоты в тканях вызывает пигментацию соединительной ткани - охроноз. Пигмент откладывается в суставных хрящах, в хрящах носа, ушных раковинах, в эндокарде, крупных кровеносных сосудах, почках, легких, в эпидермисе. Алкаптонурии часто сопутствует почечнокаменная болезнь.

Нарушение обмена тирозина - альбинизм . Причиной заболевания является недостаток фермента тирозиназы в меланоцитах - клетках, синтезирующих пигмент меланин (рис. 50).

При отсутствии меланина кожа приобретает молочно-белый цвете белесым оволосением (альбинизм), наблюдаются светобоязнь, нистагм, просвечивание радужной оболочки, снижение остроты зрения. Солнечное облучение вызывает воспалительные изменения кожи - эритему.

Альбинизм может сопровождаться глухотой, немотой, эпилепсией, полидактилией и олигофренией. Интеллект таких больных чаще нормальный.

Нарушения обмена гистидина . Мастоцитоз - наследственная болезнь, сопровождаемая усиленной пролиферацией тучных клеток. Причиной заболевания считают повышение активности гистидинде-карбоксилазы - фермента, катализирующего синтез гистамина. Гистамин накапливается в печени, селезенке и других органах. Болезнь характеризуется поражениями кожи, Нарушениями сердечной деятельности и функции желудочно-кишечного тракта. Отмечается повышенная экскреция с мочой гистамина.

Гипераминацидурии . Возникают при нарушении реабсорбции аминокислот в почечных канальцах (почечная гипераминоацидурия, например цистиноз, цистинурия) или при увеличении концентрации аминокислот в крови (внепочечная гипераминоацидурия, например фенилкетонурия, цистатионурия).

Цистиноз . Наблюдается при врожденном дефекте реабсорбции в канальцах почек цистина, цистеина и других нециклических аминокислот. Экскреция аминокислот с мочой может увеличиваться при этом в 10 раз. Экскреция цистина и цистеина возрастает в 20-30 раз. Цистин откладывается в почках, селезенке, коже, печени. Цистиноз сопровождается глюкозурией, гиперкалиурией, протеинурией и полиурией.

При цистинурии экскреция цистина может увеличиваться до 50 раз по сравнению с нормой, сопровождаясь угнетением реабсорбции лизина, аргинина и орнитина в почечных канальца^. Уровень цистина в крови не превышает нормы. Не обнаружено нарушений в межуточном обмене этих аминокислот. Повышенная экскреция аминокислот может привести к нарушениям синтеза белка и белковой недостаточности.

Нарушения конечных этапов белкового обмена

Нарушения мочевинообразования. Конечными продуктами распада аминокислот являются аммиак, мочевина, СО 2 и Н 2 О. Аммиак образуется во всех тканях в результате дезаминирования аминокислот. Аммиак токсичен, при его накоплении повреждается протоплазма клеток. Для связывания аммиака и его обезвреживания существуют два механизма: в печени образуется мочевина, а в других тканях аммиак присоединяется к глютаминовой кислоте (амидирование) - образуется глютамин. В дальнейшем глютамин отдает аммиак для синтеза новых аминокислот, превращения которых завершаются образованием мочевины, выделяемой с мочой. Из всего азота мочи на долю мочевины приходится 90% (аммиака около 6%).

Синтез мочевины происходит в печени в цитруллинаргининорнитиновым цикле (рис. 51). Существуют заболевания, связанные с наследственным дефектом ферментов мочевинообразования.

Аргининсукцинатурия . Заключается в гипераминоацидурии (аргининоянтарная кислота) и в олигофрении. Причина - дефект фермента аргининосукцинатлиазы.

Аммонийемия . В крови увеличена концентрация аммиака. Повышена экскреция глютамина с мочой. Причина заболевания - блокирование карбамилфосфатсинтетазы и орнитинкарбамоилтрансферазы, катализирующих связывание аммиака и образование орнитина в цикле мочевинообразования.

Цитруллинурия . Концентрация цитруллина в крови может увеличиваться сверх нормы в 50 раз. С мочой экскретируется до 15 г цитруллина в сутки. Причина - наследственный дефект аргининсукцинат-синтетазы.

Активность ферментов синтеза мочевины нарушается и при заболеваниях печени (гепатиты, застойный цирроз), гипопротеинемиях, угнетении окислительного фосфорилирования. В крови и тканях накапливается аммиак - развивается аммонийная интоксикация.

Наиболее чувствительны к избытку аммиака клетки нервной системы. Кроме непосредственного повреждающего действия аммиака на нервные клетки, аммиак связывается глютаматом, в результате чего он выключается из обмена. При ускорении переаминирования аминокислот с α-кето-глютаровой кислотой, она не включается в цикл Кребса, ограничивается окисление пировиноградной и уксусной кислот и они превращаются в кетоновые тела. Снижается потребление кислорода. Развивается коматозное состояние.

Нарушения обмена мочевой кислоты . Подагра. Мочевая кислота - конечный продукт обмена аминопуринов (аденин и гуанин) у человека. У рептилий и птиц мочевая кислота является конечным продуктом обмена всех азотистых соединений. В крови у человека обычно содержится 4 мг% мочевой кислоты. При избыточном потреблении продуктов, богатых пуриновыми нуклеотидами и аминокислотами, из которых в организме синтезируются пуриновые основания (печень, почки), в организме увеличивается количество мочевой кислоты. Концентрация ее возрастает также при нефритах, лейкемиях. Возникает гиперурекемия.

Иногда гиперурекемия сопровождается отложением солей мочевой кислоты в хрящах, сухожильных влагалищах, ночках, коже и мышцах, так как мочевая кислота плохо растворима. Вокруг отложений кристаллических уратов возникает воспаление - создается грануляционный вал, окружающий омертвевшие ткани, образуются подагрические узлы. Урекемия может сопровождаться выпадением солей мочевой кислоты в мочевых путях с образованием конкрементов.

Патогенез подагры не ясен. Предполагают, что заболевание носит наследственный характер и связано с нарушением факторов, поддерживающих мочевую кислоту в растворимом состоянии. Эти факторы связаны с обменом мукополисахаридов и мукопротеидов, которые образуют центр кристаллизации. При нарушении функции печени (интоксикация) увеличивается отложение уратов в тканях и выделение уратов с мочой.

Нарушения белкового состава крови

Гипопротеинемия - уменьшение общего количества белка в крови, возникающее главным образом за счет уменьшения альбуминов.

В механизме возникновения гипопротеинемии основными патогенетическими факторами являются приобретенные ими наследственно обусловленные нарушения синтеза белков крови, выход сывороточных белков из кровеносного русла без последующего возврата в сосуды и разжижение крови.

Нарушения синтеза белков крови зависят от ослабления синтетических процессов в организме (голодание, нарушение усвоения пищевых белков, авитаминозы, истощение организма вследствие длительной инфекционной интоксикации или злокачественных новообразований и пр.).

Синтез белков крови может снижаться и при нарушении функции органов и тканей, продуцирующих эти белки. При заболеваниях печени (гепатиты, цирроз) снижается содержание в плазме крови альбумина, фибриногена, протромбина. Встречаются наследственные дефекты синтеза тех или иных белковых фракций крови, например наследственные формы: афибриногенемия и агаммаглобулинемия. Выраженная недостаточность синтеза гамма-глобулина связана с полным отсутствием у таких больных плазматических клеток во всех тканях и значительным уменьшением количества лимфоцитов в лимфатических узлах.

Выход белков из кровеносного русла наблюдается при:

• а) кровопотерях, ранениях, больших кровоизлияниях;
• б) плазмо-потерях, в частности ожогах;
• в) повышении проницаемости стенки капилляров, например при воспалении и венозном застое.

При обширных воспалительных процессах падает в крови содержание альбуминов вследствие их выхода из сосудов в интерстициальное пространство (рис. 52). Большое количество альбуминов обнаруживается также в асцитической жидкости при портальной гипертонии и сердечной недостаточности.

Гипоальбуминемия может возникать при нарушении процессов реабсорбции белка в почках, например при нефрозах.

При гипопротеинемии вследствие уменьшения содержания альбуминов падает онкотическое давление крови, что приводит к возникновению отеков.

При абсолютном понижении количества альбуминов в крови нарушается связывание и транспорт катионов (кальция, магния), гормонов (тироксина), билирубина и других веществ, что сопровождается рядом функциональных расстройств.

При дефиците гаптоглобина, белка из фракции α 2 -глобулинов, нарушается связывание и транспорт гемоглобина, освобождающегося при физиологическом гемолизе эритроцитов, и гемоглобин теряется с мочой.

Падение синтеза антигемофильного глобулина из фракции β 2 -глобулинов приводит к кровоточивости.

При недостатке трансферрина, относящегося к β 1 -глобулинам, нарушается перенос железа.

Основным последствием гипо- или агаммаглобулинемии является снижение иммунитета из-за нарушения выработки антител (γ-глобулинов). В то же время отсутствует реакция на гомологичные трансплантаты (не образуются антитела к чужеродной ткани и возможно ее приживление).

Гиперпротеинемия . Чаще развивается относительная гиперпротеинемия с повышением концентрации белков в крови, хотя абсолютное их количество не увеличивается. Такое состояние возникает при сгущении крови вследствие потери организмом воды.

Абсолютная гиперпротеинемия, как правило, связана с гиперглобулинемией. Например, увеличение содержания γ-глобулинов характерно для инфекционных заболеваний, когда происходит интенсивная продукция антител. Гипергаммаглобулинемия может возникать как компенсаторная реакция на недостаток в крови альбуминов. Например, при хронических заболеваниях печени (цирроз) нарушается синтез альбуминов; количество белков в крови не уменьшается, а возрастает за счет интенсивного синтеза γ-глобулинов. При этом могут образовываться неспецифические γ-глобулины.

Преобладание глобулинов над альбуминами изменяет альбуминово-глобулиновый коэффициент крови в сторону его уменьшения (в норме равен 2-2,5).

При некоторых патологических процессах и заболеваниях изменяется в крови процентное соотношение отдельных белковых фракций, хотя общее содержание белка существенно не изменяется. Например, при воспалении увеличивается концентрация защитного белка пропердина (от лат. perdere - разрушать). Пропердин в сочетании с комплементом обладает бактерицидными свойствами. В его присутствии подвергаются лизису бактерии и некоторые вирусы. Содержание пропердина в крови уменьшается при ионизирующей радиации.

Парапротеинемия . Значительная гиперпротеинемия (до 12- 15% и более белка в крови) отмечается при появлении большого количества аномальных глобулинов. Типичным примером изменения синтеза глобулинов является миелома (плазмоцитома). Миелома - разновидность лейкозов (парапротеинемический ретикулоз).

При γ-миеломе ненормальные глобулины синтезируются опухолевыми клонами плазматических клеток, которые поступают в периферическую кровь, составляя 60% и более от общего числа лейкоцитов. Патологический миеломный белок не обладает свойством антител. Он имеет малый молекулярный вес, проходит через почечный фильтр, откладывается в почках, способствуя в 80% случаев развитию почечной недостаточности. При миеломе резко ускоряется РОЭ (60-80 мм в час) вследствие преобладания глобулинов над альбуминами.

Существует заболевание макроглобулинемия Вальденстрема, характеризующееся опухолевидным разрастанием клеток лимфоидного ряда и повышенной продукцией макроглобулинов с молекулярным весом выше 1 000 000. Макроглобулины приближаются к глобулинам группы М (JqM); в норме их имеется не более 0,12%. При описываемом заболевании содержание их достигает 80% от общего количества белка в плазме, вязкость крови увеличивается в 10-12 раз, что затрудняет работу сердца.

Нарушение обмена при самых различных заболеваниях может сопровождаться появлением в крови совершенно новых белков. Например, в острой фазе ревматизма, при стрептококковой, пневмококковой инфекциях, инфаркте миокарда в сыворотке крови найден С-реактивный белок (С-реактивным он назван потому, что дает реакцию преципитации с С-полисахаридом пневмококков). С-реактивный белок при электрофорезе перемещается между α- и β-глобулинами; к антителам не относится. По-видимому, его появление отражает реакцию ретикулоэндотелиальной системы на продукты распада тканей.

К необычному белку крови относится также криоглобулин, который в электрическом поле передвигается с γ-глобулинами. Криоглобулин способен выпадать в осадок при температуре ниже 37°. Он появляется при миеломе, нефрозе, циррозе печени, лейкоцитах и других заболеваниях. Наличие криоглобулина в крови больных опасно, так как при сильном местном охлаждении белок выпадает в осадок, что способствует образованию тромбов и некрозу тканей.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство здравоохранения Калужской области

ГАОУ КО СПО «Калужский базовый медицинский колледж»

Реферат на тему:

Нарушения биосинтеза белка. Их последствия.

Студентки группы: Фц021

Просяновой Ольги

Преподаватель: Сафонова В.М.

Калуга 2014

белок ингибитор аминокислота яд

4. Дефицит АТФ

6. Генные мутации

1. Нарушения структуры генов, кодирующих информацию о строении белков (мутации)

Точная работа всех матричных биосинтезов - репликации, транскрипции и трансляции - обеспечивает копирование генома и воспроизведение фенотипических характеристик организма в поколениях, т.е. наследственности. Однако биологическая эволюция и естественный отбор возможны только при наличии генетической изменчивости. Установлено, что геном постоянно претерпевает разнообразные изменения. Несмотря на эффективность механизмов коррекции и репарации ДНК, часть повреждений или ошибок в ДНК остаётся. Изменения в последовательности пуриновых или пиримидиновых оснований в гене, не исправленные ферментами репарации, получили название"мутации". Одни из них остаются в соматических клетках, в которых они возникли, а другие обнаруживаются в половых клетках, передаются по наследству и могут проявляться в фенотипе потомства как наследственная болезнь.

Ген или части генов могут перемещаться из одного места хромосомы в другие. Эти подвижные элементы или фрагменты ДНК получили название транспозонов и ретротранспозонов.

Транспозоны- участки ДНК, удаляемые из одного локуса хромосомы и встраиваемые в другой локус той же или другой хромосомы. Ретротранспозоны не покидают исходного положения в молекуле ДНК, но могут копироваться, и копии встраиваются, подобно транспозонам, в новый участок. Включаясь в гены или участки около генов, они могут вызывать мутации и изменять их экспрессию.

Геном эукариотов подвергается изменениям и при заражении ДНК- или РНК-содержащими вирусами, которые внедряют свой генетический материал в ДНК клеток хозяина.

2. Яды и специфические ингибиторы мультиферментных комплексов, обеспечивающих процессы транскрипции, трансляции и посттрансляционной модификации белков

Ингибиторами биосинтеза белков могут быть различные вещества, в том числе антибиотики, токсины, алкалоиды, антиметаболиты (аналоги) структурных единиц нуклеиновых кислот и др. Они широко используются в биохимических исследованиях инструменты для раскрытия механизма отдельных этапов биосинтеза белков, поскольку оказалось, что среди них можно подобрать такие, которые избирательно тормозят специфические фазы белкового синтеза. Антибиотики - вещества, синтезируемые микроорганизмами, плесенью, грибами, высшими растениями, тканями животных в процессе их жизнедеятельности, а также полученные синтетическим путем. Им свойственна бактериостатическое или бактерицидное действие. Антибиотики, которые взаимодействуют с ДНК, нарушают ее матричные функции и подавляют репликацию или транскрипцию, или оба эти процессы. Противоопухолевые антибиотики практически одинаково взаимодействуют с ДНК как опухолевых, так и нормальных клеток, поскольку они не отличаются избирательностью действия.

3. Дефицит незаменимых аминокислот

Аминокислоты-- органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Отсутствие или недостаток в продуктах питания одной или нескольких незаменимых аминокислот негативно влияет на общее состояние организма, вызывает негативный азотистый баланс, нарушения синтеза белков, процессов роста и развития. У детей может возникнуть тяжелое заболевание - квашиокор .

Незаменимые аминокислоты применяют для обогащения кормов сельскохозяйственных животных с целью повышении я их продуктивности, а также в виде лекарственных препаратов. Осуществляется промышленный синтез некоторых незаменимых аминокислот - лизина, метионина, триптофана. Незаменимые аминокислоты поступают в организм человека вместе с продуктами питания растительного происхождения. В растениях осуществляется синтез более 200 разных аминокислот.

Белки играют важную роль в организме человека. Они выполняют следующие функции:

1) каталитическая

2) структурная

3) защитная

4) регуляторная

5) транспортная

Валин способен к гидрофобным взаимодействиям, принимает участие в стабилизации третичной структуры белков. Валин используется при синтезе алкалоидов, пантотеновой кислоты, ряда циклопептидов. Суточная потребность в валине составляет 1,3-3,8 г. Значительное количество валина содержится в миоглобине, казеине, эластине.

По химическим свойствам лейцин является типичной альфа-аминокислотой алифатического ряда. Лейцин входит в состав растительных и животных белков.Новые исследования указывают на то, что потребление высококачественного белка повышает уровень лейцина, аминокислоты, которая помогает человеку поддерживать объем мышечной массы и уменьшает содержание жира в организме, способствуя похудению.

Незаменимые аминокислоты - аминокислоты, которые не синтезируются в организме человека и должны обязательно поступать в организм с продуктами питания.

Восемь из 20 аминокислот являются незаменимыми:

изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин.

При декарбоксилировании триптофана образуется триптамин, который повышает артериальное давление крови. Нарушение обмена триптофана приводит к недоумию, а также является показателем таких заболеваний, как туберкулез, рак, сахарный диабет.

Недостаток метионина в продуктах питания приводит к задержке роста, нарушению процесса синтеза белков и многих биологически активных соединений. Метионин содержится во многих продуктах питания (в молоке, в частности, в молочном белке - казеине).

4. Дефицит АТФ

Основным источником энергии для клетки являются питательные вещества: углеводы, жиры и белки, которые окисляются с помощью кислорода. Практически все углеводы, прежде чем достичь клеток организма, благодаря работе желудочно-кишечного тракта и печени превращаются в глюкозу. Наряду с углеводами расщепляются также белки -- до аминокислот и липиды -- до жирных кислот. В клетке питательные вещества окисляются под действием кислорода и при участии ферментов, контролирующих реакции высвобождения энергии и ее утилизацию. Почти все окислительные реакции происходят в митохондриях, а высвобождаемая энергия запасается в виде макроэргического соединения -- АТФ. В дальнейшем для обеспечения внутриклеточных метаболических процессов энергией используется именно АТФ, а не питательные вещества. При высвобождении энергии АТФ отдает фосфатную группу и превращается в аденозиндифосфат. Выделившаяся энергия используется практически для всех клеточных процессов, например в реакциях биосинтеза и при мышечном сокращении. Восполнение запасов АТФ происходит путем воссоединения АДФ с остатком фосфорной кислоты за счет энергии питательных веществ. Этот процесс повторяется вновь и вновь. АТФ постоянно расходуется и накапливается, поэтому она получила название энергетической валюты клетки.

5. Нарушения образования транспортных и рибосомальной РНК, белков рибосом

Для осуществления синтеза нуклеиновых кислот необходимо присутствие в клетках достаточного количества пуриновых и пиримидиновых оснований, рибозы и дезоксирибозы, а также макроэргических фосфорных соединений. Материалом для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований являются одноуглеродные фрагменты некоторых аминокислот и их производных (аспарагиновая кислота, глицин, серин, глутамин), а также аммиак и С0 2 . Рибоза образуется из глюкозы в пентозном цикле, в дальнейшем она может превращаться в дезоксирибозу.

Наиболее выраженные нарушения синтеза ДНК имеют место при дефиците фолиевой кислоты и витамина В 12 .

При дефиците фолиевой кислоты нарушается использование одноуглеродных фрагментов аминокислот для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований.

Витамин В 12 необходим для образования некоторых коферментных форм фолиевой кислоты, при дефиците которых нарушается превращение диоксиуридинмонофосфата в дезокситимидилат. В результате нарушается синтез тимидина, что лимитирует образование новых молекул ДНК. Синтез РНК при дефиците витамина В 12 и фолиевой кислоты не нарушается. Пониженное образование ДНК тормозит вступление клеток в митоз вследствие удлинения синтетической фазы митотического цикла. Задержка митозов ведет к замедлению клеточных делений, в результате тормозится процесс физиологической регенерации в костном мозге и в других быстро обновляющихся тканях. Задержка митозов сопровождается увеличением размеров клеток, что, по-видимому, связано с удлинением интерфазы. Наиболее демонстративно эти изменения выражены в кроветворной ткани костного мозга: появляются гигантские эритробласты - мегалобласты, при созревании их образуются эритроциты больших размеров - мегалоциты. Обнаруживаются также увеличенные в размерах миелоциты, метамиелоциты и более зрелые гранулоциты. Гигантские клетки появляются и в других тканях: слизистой языка, желудка и кишечника, влагалища. Вследствие замедления процессов регенерации развиваются тяжелая форма малокровия (пернициозная анемия), лейкопения и тромбоцитопения, атрофические изменения в слизистой пищеварительного тракта.

Дефицит витамина В 12 у человека возникает при длительной вегетарианской диете, при нарушении его всасывания в кишечнике в связи с прекращением продукции внутреннего фактора Касла в желудке, при атрофии его слизистой в результате повреждения аутоантителами. Другими причинами развития гиповитаминоза В могут быть: гастрэктомия, инвазия широким лентецом, хроническое воспаление подвздошной кишки, отсутствие в слизистой кишечника специфических рецепторов, с которыми взаимодействует комплекс внутреннего фактора с витамином В12.

Дефицит фолиевой кислоты возникает при длительном отсутствии в пище зеленых овощей и животных белков, у детей раннего возраста при вскармливании одним молоком (в нем содержание фолиевой кислоты незначительно). Эндогенный дефицит фолиевой кислоты может развиться при нарушении всасывания ее в кишечнике (заболевание спру), нарушении депонирования (заболевания печени), повышенном расходовании (беременность, в случае если исходные запасы витамина были понижены), при длительном лечении некоторыми лекарственными препаратами (сульфаниламиды), при алкоголизме.

Они сопровождаются нарушением трансляции с образованием полипептидных цепочек в цитозоле, гр. ЭПС и митохондриях. Эти нарушения возникают при влиянии некоторых патологических факторов, например противоопухолевых препаратов, блокирующих синтез белков у эукариот. Изменения рибонуклеопротеидных комплексов рибосом, а также рецепторов к ним могут сопровождаться снижением связывания рибосом и полисом с гр. ЭПС в ходе образования секреторных белков. Такие вновь образованные полипептидные цепочки быстро разрушаются в матриксе цитоплазмы. Патология ядрышкового аппарата приводит к снижению содержания рибосом в цитоплазме и подавлению пластических процессов в организме. Некоторые особенности имеет патология митохондриальных рибосом. Их нарушения вызывают препараты, блокирующие белковый синтез у бактерий, например левомицетин, эритромицин, которые не влияют на активность цитоплазматических рибосом. Последствием нарушения Биосинтеза белка являются Генные мутации.

6. Генные мутации

Генные мутации - это мутации, в результате которых изменяются отдельные гены и появляются новые аллели. Генные мутации связаны с изменениями, происходящими внутри данного гена и затрагивающими его часть. Обычно это замена азотистых оснований в ДНК, вставка лишних пар или выпадение пары оснований.

Связь мутаций с рекомбинацией ДНК

Из процессов, связанных с рекомбинацией, наиболее часто приводит к мутациям неравный кроссинговер. Он происходит обычно в тех случаях, когда в хромосоме имеется несколько дуплицированных копий исходного гена, сохранивших похожую последовательность нуклеотидов. В результате неравного кроссинговера в одной из рекомбинантных хромосом происходит дупликация, а в другой -- делеция.

Связь мутаций с репарацией ДНК

Спонтанные повреждения ДНК встречаются довольно часто, такие события имеют место в каждой клетке. Для устранения последствий подобных повреждений имеется специальные репарационные механизмы (например, ошибочный участок ДНК вырезается и на этом месте восстанавливается исходный). Мутации возникают лишь тогда, когда репарационный механизм по каким-то причинам не работает или не справляется с устранением повреждений. Мутации, возникающие в генах, кодирующих белки, ответственные за репарацию, могут приводить к многократному повышению (мутаторный эффект) или понижению (антимутаторный эффект) частоты мутирования других генов. Так, мутации генов многих ферментов системы эксцизионной репарации приводят к резкому повышению частоты соматических мутаций у человека, а это, в свою очередь, приводит к развитию пигментной ксеродермы и злокачественных опухолей покровов. Мутации могут появляться не только при репликации, но и при репарации -- эксцизионной репарации или при пострепликативной (пример: серповидноклеточная анемия).

Литература

1. Общая биология.А.О.Рувинский; Под ред.А.О. Рувинского. М.: Просвещение, 1993. 544 с.

2. Биология в экзаменационных вопросах и ответах/Под. Общ.ред. Н.А.Лемезы. 2-е изд. Мн.: БелЭн, 1997. 464 с.

3. http://www.xumuk.ru/biologhim/233.html.

4. http://znanija.com/task/1150180.

5. http://www.eurolab.ua/symptoms/disorders/162/.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Общие закономерности постсинтетической модификации белков. Процессы ковалентной модификации на уровне аминокислотных радикалов. Процессы, не включающие образование дериватов аминокислот. Посттрансляционное карбоксилирование остатков глутаминовой кислоты.

реферат , добавлен 10.12.2011


Регуляция метаболизма как управление скоростью биохимических процессов. Регуляция биосинтеза белков и особенности процесса репликации. Транскрипция генетической информации, механизм катаболитной репрессии, регуляция на этапе терминации транскрипции.

контрольная работа , добавлен 26.07.2009


Положения биологической гипотезы Жакоба-Мано. Роль генов-регуляторов в синтезе белков. Особенности протекания первого этапа этого процесса – транскрипции. Трансляция как следующая ступень их биосинтеза. Основы ферментативной регуляции этих процессов.

презентация , добавлен 01.11.2015


Регуляция на этапе биосинтеза и сборки компонентов аппарата трансляции и на этапе его функционирования. Регуляция круговорота белков путем избирательного протеолиза. Регуляция активности белковых посредников нековалентным взаимодействием с эффекторами.

реферат , добавлен 26.07.2009


История открытия и изучения белков. Строение молекулы белка, ее пространственная организация и свойства, роль в строении и жизнеобеспечении клетки. Совокупность реакций биологического синтеза. Всасывание аминокислот. Влияние кортизола на обмен белка.

контрольная работа , добавлен 28.04.2014


Использование незаменимых аминокислот, зависимость биологического и химического состава белков от их аминокислотного состава. Суточная норма потребления белка. Роль магния и калия для сердца. Собственное, симбионтное и аутолитическое типы пищеварения.

контрольная работа , добавлен 29.12.2009


Белки (протеины) – высоко молекулярные, азотосодержащие природные органические вещества, молекулы которых построены из аминокислот. Строение белков. Классификация белков. Физико-химические свойства белков. Биологические функции белков. Фермент.

реферат , добавлен 15.05.2007


Электрофоретическая подвижность белка, влияющие факторов и условия электрофореза. Сущность метода полного разделения сложной смеси белков. Извлечение белков из геля после электрофореза. Гели агарозы и их применения. Влияние вторичной структуры ДНК.

реферат , добавлен 11.12.2009


Проблемы сборки мембранных белков, методы исследования и условия переноса белков через мембраны. Сигнальная и мембранная (триггерная) гипотеза встраивания белков в мембрану. Процесс сборки мультисубъединичных комплексов и обновление мембранных белков.

курсовая работа , добавлен 13.04.2009


Типовые нарушения белкового обмена. Несоответствие поступления белка потреблению. Нарушение расщепления белка в ЖКТ и содержания белка в плазме крови. Расстройство конечных этапов катаболизма белка и метаболизма аминокислот. Нарушения липидного обмена.