ЛЕКЦИИ ПО БИОЛОГИИ Д.Б.Н., ПРОФ. ОРЛОВОЙ В.С.
Биосинтез белка
В курсе дается описание основных компонентов белок-синтезирующего аппарата, молекулярного механизма сложного многостадийного процесса белкового синтеза, специфических особенностей этого процесса у про- и эукариот; рассматривается действие антибиотиков и токсинов. Подробно анализируются механизмы регуляции трансляции в нормальных клетках и при их заражении фагами и вирусами. Особое внимание уделяется описанию классических экспериментов, заложивших основы наших знаний по билковому синтезу.
Структура белков
Основные понятия и терминология. Белок как линейный гетерополимер. Полипептидная цепь: основная цепь, боковые цепи, аминокислотный остаток, пептидная единица, пептидная группа. Номенклатура аминокислотных остатков на основе свойств боковых цепей. Уровни структурной организации белков: первичная, вторичная, супервторичная, третичная, четвертичная структура. Домены, глобулы. Глобулярные и фибриллярные белки. Классификация белков, основанная на их биологической функции: ферменты, трансферные белки, сократительные белки, защитные белки, гормоны, токсины, ингибиторы и др.
Природа сил, стабилизирующих третичную структуру белка. Гидрофобные взаимодействия. Солевые и водородные связи Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. S – S-связи, связи с кофакторами. Стабильность белковых молекул. Основные закономерности строения глобулярных белков: компактность формы, наличие плотноупакованных гидрофобных ядер и полярной оболочки, наличие в большинстве белков ?-спиралей и (или) ?-структуры, различных типов супервторичной структуры. Принцип плотной упаковки и запрет дегидратации свободных полярных групп. Стерические запреты. Стуктурная классификация белков (? -белки, ? -белки, ? /? -белки, (? + ? )-белки).
1. Связь вторичной структуры с аминокислотной последовательностью. Основные положения стереохимической теории вторичной структуры глобулярных белков. Понятие о статистических методах предсказания ? -спиральных, ? -структурных и нерегулярных участков белков.
2. Самоорганизация пространственной структуры белковых молекул как процесс, определяемый только первичной структурой белков. Опыты Анфинсена по ренатурации рибонуклеазы. Модель гидрофобной капли Бреслера-Талмуда. Блочный механизм сворачивания белков. Современное состояние проблемы.
3. Взаимосвязь структуры и функции. Динамика белковых молекул. Взаимодействие белков с субстратами и кофакторами. Аллостерические эффекты.
4. Денатурация белков. Устойчивость белков к действию денатурирующих агентов и повышенной температуры.
II. Структура нуклеиновых кислот
1. Первичная структура нуклеиновых кислот. Строение нуклеотидов, нуклеозидов, оснований, сахаров. Типы нуклеиновых кислот (НК), ДНК, РНК. Природа межнуклеотидной связи в НК. Нуклеотидный состав НК, правила Чаргаффа. Определение последовательности нуклеотидов в нуклеиновых кислотах.
2. Стереохимические свойства полинуклеотидов. Водородные связи и гидрофобные взаимодействия между азотистыми основаниями. “Стопкообразование” в полинуклеотидах. Конформационные возможности сахарных колец, нуклеотидов и нуклеозидов.
3. Структура ДНК. Двойная спираль Уотсона-Крика. Основные предпосылки ее открытия. Принцип комплементарности и его биологическое значение. Регулярность и кооперативность структуры. А-, В- и Z-формы ДНК. Параметры спиралей. Сходство и различие.
4. А- и В-формы РНК. Пространственная структура тРНК.
5. Пространственная структура нуклеиновых кислот в рибосомах, в нуклеосомах, в вирусах.
6. Силы, стабилизирующие пространственную структуру нуклеиновых кислот. Влияние ионной силы раствора на устойчивость нуклеиновых кислот. Взаимосвязь устойчивости НК и их нуклеотидного состава. Денатурация нуклеиновых кислот.
Биологические мембраны
Строение, свойства, функции
Резюме
Биологические мембраны, наряду с цитоскелетом, формируют структуру живой клетки. Клеточная или цитоплазматическая мембрана окружает каждую клетку. Ядро окружено двумя ядерными мембранами: наружной и внутренней.
Все внутриклеточные структуры: митохондрии, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи, лизосомы, пероксисомы, фагосомы, синаптосомы и т представляют собой замкнутые мембранные везикулы (пузырьки).
Каждый тип мембран содержит специфический набор белков - рецепторов и ферментов; но основа любой мембраны - бимолекулярный слой липидов (липидный бислой), который во всякой мембране выполняет две главные функции: барьера для ионов и молекул и структурной основы ( матрицы) для функционирования рецепторов и ферментов.
Кинетика химических реакций
Когда происходит химическая реакция, то одни вещества - субстраты реакции - превращаются в другие - продукты реакции. Соответственно этому, с течением времени после начала процесса концентрация субстратов уменьшается, а концентрация продуктов - возрастает. Зависимость изменения концентрации участников реакции (т.е. субстратов и продуктов) от времени называют кинетикой реакции. Кривые таких зависимостей называют кинетическими кривыми, а математические уравнения, которые описывают кинетические кривые, называют уравнениями кинетики.
Итак, повторим некоторые определения:
* Субстраты - вещества, вступающие в реакцию
* Продукты - вещества, образующиеся в результате реакции
* Промежуточные вещества -продукты, сразу же вступающие в новую реакцию
* Скорость реакции - изменение концентрации одного из продуктов, который рассматривается в качестве главного.
Изучение химических реакций включает в себя выяснение строения продуктов реакции и изучение скорости реакции, а также зависимости скорости от условий протекания реакции: температуры, состава и свойств растворителя и т Практически исследователь имеет возможность, используя различные методы анализа, например спектрофотометрию, измерять непрерывно или время от времени концентрацию одного или нескольких субстратов и продуктов. Зависимость концентрации от времени (кинетические кривые) сравниваются с кривыми, полученными путём расчётов, т.е. с результатами математического моделирования процесса.
Са-насос клетки
Кальций-транспортная АТФаза - сравнительно небольшой белок, состоящий из одной полипептидной цепи. Он выполняет важнейшую функцию - активный перенос ионов кальция через мембраны клеток, поддерживая тем самым низкую концентрацию этих ионов в клетке (10-7 М) по сравнению с окружающей средой (3•10-3 М). Хотя полная пространственная структура фермента еще не раскрыта, основные стадии его работы выяснены, и теперь нам понятно, каким образом энергия гидролиза АТФ тратится на