В чем белки не участвуют: Белки не участвуют: а) в переносе кислорода б) в движении в) в защите организма от инфекций

Содержание

Наследственная информация записана не только в ДНК

В 50-х годах XX века были сделаны важнейшие открытия в области биологии: было разгадано строение главной молекулы жизни – молекулы ДНК. Принципы работы генетического конструктора выглядели гениально простыми и логичными, и не менее чем на полвека определили развитие биологии, практически став биологической догмой. Однако, как показывают последние исследования, детали генетического конструктора гораздо разнообразнее и сложнее, чем предполагалось прежде. О новейших исследованиях в области хранения и передачи наследственной информации рассказывает доктор биологических наук, сотрудник Палеонтологического Института РАН Александр Марков.

Классическая генетика

Классические представления о механизмах генетического наследования сложились в 50-60-е годы в результате серии великих открытий, которые сделали молекулярные биологи. Прежде всего это – расшифровка структуры ДНК и расшифровка генетического кода. То есть стало ясно, что наследственная информация записана в молекулах ДНК в виде последовательности из четырех «букв» – нуклеотидов. Эта информация переписывается с ДНК на РНК, а потом уже копия гена используется как инструкция для синтеза белка. Белки делают всю основную работу в нашем организме. Они определяют все его строение и все его функции. И каждые три буквы генетического кода кодируют аминокислоту, а белки состоят из аминокислот. Эти открытия породили некую эйфорию среди биологов, показалось, что тайна жизни разгадана. И это привело к некоторой догматизации открытых механизмов. И стало считаться общепризнанным, что наследственная информация записана в молекулах ДНК только так, что эта информация передается по цепочке от ДНК, то есть от генов, через РНК к белкам. А в обратном направлении – от белков к ДНК информация идти не может. Единственный способ возникновения наследственных изменений – это случайные ошибки при копировании молекул ДНК или мутации.

И такие представления оказались очень полезными, очень продуктивными для развития науки и привели к взрывному развитию молекулярной биологии. Но в процессе исследований постепенно стало выясняться, что на самом деле исходная схема была слишком упрощена и что на самом деле все гораздо сложнее и не так однозначно. Оказалось, что, во-первых, наследственные изменения возникают не только в результате случайных мутаций. Во-вторых, наследственная информация передается не только по этой однонаправленной цепочке. И, наконец, третье, что наследственная информация может быть записана не только в ДНК. Вот это три основных пункта, о которых хотелось бы сказать.

«Сознательные» мутации

Наследственные изменения возникают не только за счет случайных мутаций. В некоторых случаях изменения генов имеют вполне осмысленный, можно сказать целенаправленный характер. Яркий пример – это так называемая конверсия генов, которая происходит, в частности, у болезнетворных бактерий.

У гонококка – возбудителя гонореи – есть поверхностный белок, по которому его узнают клетки иммунной системы. Когда бактерии попадают в организм, клетки иммунной системы учатся распознавать этот поверхностный белок гонококка. И когда научатся, размножатся лимфоциты с соответствующими рецепторами, которые начинают этот гонококк уничтожать. А гонококк берет и «сознательно» меняет ген своего поверхностного белка, чтобы его перестали узнавать. У него есть ген поверхностного белка, а, кроме того, в геноме есть несколько неработающих копий этого гена, немного отличающихся друг от друга. И время от времени происходит следующее: какой-то фрагмент работающего гена заменяется фрагментом одной из нерабочих копий, и таким образом ген становится немножко другим, белок становится немножко другим, лимфоциты перестают его узнавать. В результате иммунитет против гонореи образуется с большим трудом или вообще не образуется.

Другой пример неслучайных изменений – встречается у бактерий как реакция на стресс: они повышают скорость мутирования. То есть когда, например, кишечная палочка попадает в стрессовую обстановку, она начинает производить специально такие белки, которые при копировании ДНК совершают гораздо больше ошибок, чем обычно. То есть они сами повышают скорость мутирования. Это, вообще говоря, шаг рискованный, в благоприятных условиях этого лучше не делать, потому что среди возникающих мутаций подавляющее большинство вредных или бесполезных. Но если уже все равно погибать, то бактерии этот механизм включают.

Другой путь передачи информации: от РНК к ДНК

Наследственная информация передается не только по той цепочке, которая изначально была постулирована ДНК – РНК – белок. Во-первых, было обнаружено явление так называемой обратной транскрипции, то есть информация может переписываться, например, у некоторых вирусов, с РНК на ДНК, то есть в обратную сторону. Оказалось, что это достаточно распространенный процесс. В геноме человека тоже есть соответствующий фермент и в результате обратной транскрипции с молекулы РНК идет переписывание в геном, в ДНК некоторой информации.

Как это происходит? В РНК попадает какая-то информация, которой нет в ДНК. На том этапе, когда информация существует в форме РНК, происходит активное редактирование этой информации, появляется редактор. Иногда ее редактируют белки, а иногда сама РНК сама себя редактирует.

Обычно у всех высших организмов гены состоят из многих кусочков, то есть это не сплошная последовательность ДНК, где записана структура белка, но она разрезана на кусочки, и между ними вставлены более-менее длинные куски ДНК, которые не кодируют белок. Они называются интроны. При редактировании РНК могут происходить различные изменения. Например, кодирующие участки могут склеиваться в разном порядке. И при этом все настолько сложно, что эти вырезаемые кусочки РНК – это активные молекулы, которые активно участвуют во всех процессах, они регулируют активность в каких-то других генах, они регулируют редактирование РНК, своих, других. То есть все запутано в сложнейший клубок взаимодействий.

Скажем, мы берем текст и вырезаем какие-то ненужные слова и выбрасываем в корзину. Теперь представьте себе, что эти ненужные слова вылезли из корзины, лезут обратно в книгу, начинают копошиться, менять какие-то слова, сами куда-то встраиваться. Вопреки классической схеме выяснилось, что РНК – очень активное действующее лицо во всех этих информационных процессах.

Такая отредактированная РНК может быть переписана обратно в ДНК и таким образом в какой-то степени может происходить наследование приобретенных признаков. Потому что, вид который принимает в конечном итоге зрелая РНК – это в определенном смысле приобретенный признак, он может быть переписан обратно в ДНК и тогда в ДНК появляется ретро-псевдоген. И таких ретро-псевдогенов в человеческом геноме полным-полно.

Носителем наследственной информации может быть не только ДНК

Наследственная информация, как выясняется, может быть записана не только в ДНК, а так же, по-видимому, и в РНК. В 2005-2006 году появился ряд статей в самых уважаемых научных журналах, где приводятся результаты экспериментов, в которых просто совершенно вопиющим образом нарушаются законы классической генетики. Взяли мышей, у мышей есть такой ген под названием Kit, он выполняет много разных функций и, том числе, от него зависит окраска. В экспериментальных целях была изготовлена мутантно-измененная версия этого гена «Kit минус». Каждый ген у мышей, у человека имеется в двух экземплярах, один от отца, другой – от матери. Мыши с генотипом «Kit минус-минус» просто погибают. Мыши с генотипом «Kit плюс-минус» имеют белые лапки и белый хвостик, а мыши «Kit плюс-плюс» имеют нормальную серую окраску. И по законам классической генетики, если мы берем мышей плюс-минус, то мы должны получить в потомстве следующее распределение: четверть мышей будут иметь генотип минус-минус и просто умрут сразу, четверть мышей будут иметь генотип плюс-плюс и, соответственно, нормальную окраску и половина, 50% будут иметь генотип плюс-минус и, соответственно, будут иметь белые лапки и хвост. Это еще в школе изучаемые закономерности Менделя.

А в итоге почему-то получили, что у 95% выживших мышат белые лапки и хвост. Как это могло произойти? Стали смотреть генотип, благо сейчас это достаточно нетрудно сделать. И оказалось, что с генотипом все в порядке, четверть мышат имеют генотип плюс-плюс и должны иметь нормальную окраску, однако они имели белые лапы и хвост. То есть получается, что у этих мышей нет гена белолапости и белохвостости, а признак есть. Откуда берется признак, если нет гена? То есть стало ясно, что в данном случае наследственная информация передается не через ДНК, потому что в ДНК записано одно, а видим мы другое. Что же тогда, если не ДНК передает этот признак? Естественно, подозрение в первую очередь пало на РНК. Выделили из мышей с генотипом плюс-минус ту РНК, которая считывается с мутантной копии гена. Эти фрагменты ввели в яйцеклетку дикой мыши, у которой никогда в роду никаких белохвостых не было. В результате получился белохвостый и белолапый мышонок. То есть, очевидно, эта РНК, которая попадает от родителей или специально вводится, эта мутантная РНК каким-то образом воздействует на нормальную РНК, которая считывается с нормального гена. Мутантная РНК делает из нормальной РНК ненормальную, и это передается по наследству.

В эксперименте с мышами было показано, что в некоторых случаях наследственная информация может передаваться через РНК. Таким образом становится ясно, что работа с информацией в живых клетках гораздо более сложно организована, чем предполагали классики генетики.


Вирусолог рассказал о новом способе попадания коронавируса в легкие

Фото: Москва 24/Антон Великжанин

Доктор биологических наук Алексей Аграновский сообщил, что инфекция коронавируса может попадать в легкие разными способами благодаря механизму «ключ-замок». В таком взаимодействии может участвовать не только белок ACE, через который коронавирус, как уже доказали, попадает в легкие, но и другие белки.

Новый способ попадания COVID-19 в легкие человека зафиксировали ученые из Китая. Основным путем распространения вируса в организме считается белок АСЕ2, но результаты исследований показали, что проникать в легкие и бронхи инфекция может благодаря ферменту AXL.

Этот фермент отвечает за многие физиологические процессы, включая выживание клеток, их дифференциацию и иммунные ответы. Ученые сделали вывод, что отключение AXL снижает инфекцию SARS-CoV-2 в первичных эпителиальных клетках легких.

Доктор биологических наук Алексей Аграновский в диалоге с Москвой 24 подтвердил, что рецептор ACE2, который находится в клетках слизистой оболочки человека, является главным местом прикрепления определенного участка белка-шипа коронавируса. «Это как взаимодействие ключ-замок», – отметил вирусолог.

Аграновский объяснил, что исследователи нашли новые белки, которые способствуют проникновению вируса, и такое возможно. «Рецептор необязательно состоит из одного белка ACE. Возможно, там принимают участие и другие наши белки и клетки. Очевидно, это белки, которые открыли китайские ученые», – сообщил эксперт.

Взаимодействие «ключ-замок» может включать много компонентов, не один только ACE, но и другие клеточные белки. Когда они есть – хорошо, затрудняется прикрепление вируса. А когда их мало – это плохо, вирус лучше прикрепляется.

Алексей Аграновский

доктор биологических наук

Кроме того, вирусолог не исключил возможность проникновения вируса в организм человека другими, пока не исследованными путями. «Могут быть другие белки, которые участвуют в этом процессе. Клеточные белки, белки клеток эпителия легких. Это надо изучать. Там могут быть особенности: на слизистой одна история по клеточному составу, а в легких – несколько другая», – отметил Аграновский.

При этом вирусолог подчеркнул, что сама структура вируса вряд ли может изменяться. «Не думаю, что конфигурация вируса может быть разной. Вирус относительно клетки просто устроен: он не перестраивается специально под легкие. Его оружие – это мутация, изменение белка-шипа и других поверхностных белков, чтобы лучше добиться своей нехорошей цели. Но он не может так капитально перестраиваться», – заключил Аграновский.

Читайте также

Гипотиреоз и гипертиреоз: симтомы и различия

Гипотиреоз и гипертиреоз.

Данные заболевания являются серьезными патологиями щитовидной железы, которые нарушают не только работу данного органа, но и других систем организма. Заболевания отличаются между собой, поэтому очень важно правильно распознать болезнь, чтобы грамотно назначить терапию и устранить симптомы нарушения.

Гипотиреоз

Состояние щитовидной железы, при котором происходит снижение выработки гормонов.

Причинами такого недуга могут быть:

  • • Удаление части органа;
  • • Аутоиммунное поражение;
  • • Неспособность усваивать йод;
  • • Генетическое нарушение.

Когда щитовидная железа здорова, она обеспечивает организм определенным количеством секрета. Если часть железы из-за болезни не участвует в синтезе, то вырабатываемых гормонов становится меньше.

В случае аутоиммунного поражения клетки иммунитета атакуют орган, тем самым разрушая тироциты. Это негативно сказывается на работе органа, что и приводит к нарушениям щитовидной железы.

При врожденных нарушениях, ферменты, которые участвуют в синтезе белка, имеют дефект, из за которого йод не усваивается полностью. Это служит причиной того, что гормоны получаются неполноценными (не функционируют должным образом).

Различают три формы нарушения. Первая вызвана заболеванием органа Вторая- при нарушении деятельности гипофиза. Третья форма, связана с деятельностью гипоталамуса.

Симптомы

Первичная стадия гипотиреоза встречается почти у каждого человека, однако, человек обычно не знает о патологии (из-за отсутствия симптомов). На первой стадии процесса может наблюдаться снижение настроения, апатия, снижение работоспособности. На фоне страсса, в котором обычно находится современный человек, такие симптомы не настораживают. по окончанию первой стадии появляются отеки на лице, сухость и шелушение кожи, изменение речи (на несколько тонов ниже), ухудшается слух, возникают боли в суставах, дискомфорт в грудной клетке, слабость в мышцах. Перечень симптомов очень широк, при их появлении необходимо обратиться к врачу для диагностики.

Гипертиреоз

Гипертиреоз это состояние, обратное гипотиреозу. Симптомы заболевания сильно отличаются, как и механизм развития болезни. В основе лежит гиперфункция щитовидной железы, говоря простым языком — вырабатывает слишком много гормонов. Попадая в кровь с избытком, они вызывают симптомы отравления, а метаболизм ускоряется в несколько раз.

Тиреотоксикоз — комплекс симптомов, который связан с серьезным нарушением здоровья.

Причинами такого недуга могут быть:

  • • Длительный прием гормональных препаратов;
  • • Различные отклонения щитовидной железы;
  • • Переизбыток йода;
  • • Другие причины.

Когда вам назначают гормональные средства, нужно четко соблюдать все рекомендации к применению и дозировки, иначе вы можете ввести свой организм в состояние искусственного гипертиреоза. Онкологическое поражение железы, диффузный токсический зоб и нарушение Пламмера также провоцируют чрезмерный синтез гормонов.

Среди других причин следует отметить: онкологическое поражение яичников, гипофиза, побочные действия лекарственных препаратов. Отклонению способствует депрессия, стресс, беременность.

Симптомы

В отличие от гипотиреоза, симптомы гипертиреоза заметны с самого начала. Это возбудимость, агрессивность, перепады настроения. Существуют и другие признаки: рассеянное внимание, нарушение сна, подверженность панике. При ощупывании наблюдается увеличение железы, из за чего часто возникает затруднение при глотании.

Отличия гипо от гипертиреоза:

  • • Учащение пульса, повышенное сердцебиение;
  • • Нарушение зрения;
  • • Снижение веса при хорошем аппетите;
  • • Перебои в менструальном цикле;
  • • Потливость.

На фоне интоксикации организм пытается освободиться от избытка опасного вещества. Увеличивается сердцебиение, глазное яблоко увеличивается в объеме (происходит затруднение его вращения, а также появляется слезоточивость).

Из-за ускорения метаболизма, усвоение питательных веществ происходит быстрее, поэтому человек теряет вес, даже когда есть в привычном режиме. Для женщин это часто оборачивается трудностями в зачатии или прерыванием беременности.

Гипертиреоз и гипотиреоз взаимосвязаны — они могут сменять друг друга как различные стадии аутоиммунного процесса.

Переход между состояниями

Как мы уже упомянули, возможен переход от одного состояния к другому. Часто наблюдается ситуация, когда гипертиреоз переходит в гипофункцию (после усиленной выработки гормонов, происходит их замедленная выработка). На протяжении жизни человек может переносить несколько различных заболеваний щитовидной железы.

В случае когда гипотиреоз переходит в обратный процесс, это означает, что в организме активно стали вырабатываться антитела, и произошло переключение на другой аутоиммунный процесс.

При первых признаках нарушения деятельности вашего организма, следует обратиться к врачу-эндокринологу. В нашей многопрофильной клинике в Москве «Sante Clinic» работают опытные врачи эндокринологи. Обратившись к нам вы убережете себя от очередей, утомительного ожидания и невнимательного отношения. Мы находимся рядом с метро Полежаевская, Хорошёво и Октябрьское поле. Ждем вас в Sante Clinic.

Эндокринология

В России систематизировали основные структуры некодирующей РНК — Наука

МОСКВА, 25 августа. /ТАСС/. Сотрудник Московского физико-технического института (МФТИ) систематизировал и описал функции основных структур некодирующей РНК, которая участвует в регуляции синтеза белка, а также может ускорять биохимические процессы в клетке. Результаты работы опубликованы в журнале Biochemistry, сообщила в среду пресс-служба вуза.

«Некодирующая РНК в клетке входит в некоторые важные органеллы, регулирует синтез белков, ускоряет отдельные реакции и участвует в других биологически важных процессах. Часто функционирование некодирующих РНК обеспечивается устойчивыми взаимодействиями нуклеотидов одной или нескольких молекул РНК. Биоинформатик из МФТИ и Института математических проблем биологии РАН описал известные структуры некодирующих РНК, связанных с аденином», — говорится в сообщении.

ДНК хранит информацию о нужных для функционирования клетки белках. При считывании этой информации образуются промежуточные молекулы — матричные РНК, по которым впоследствии и строится белок. Однако далеко не вся ДНК хранит последовательности именно белков, например почти 98% генома человека не кодируют белки. По части некодирующей ДНК синтезируются некодирующие молекулы РНК.

В настоящее время ученым известно, что эти молекулы, как правило, участвуют в регуляции синтеза белка, составляют большую часть рибосомы и выполняют ее функции. Также некодирующие РНК ускоряют некоторые биохимические процессы в клетке, в том числе могут подавлять производство белка. На этом эффекте основана работа одного из лекарств от редкого генетического заболевания — спинально-мышечной атрофии.

ДНК и некоторые участки РНК представляют собой двунитевые молекулы или части молекул, закрученные в спираль. Образующие молекулу нити расположены несимметрично относительно оси спирали, поэтому образуются малая и большая бороздки — меньший и больший, чем 180 градусов, угол между нитями. В малые бороздки некоторых некодирующих РНК встраиваются аденины — одно из четырех азотистых оснований в нуклеиновой кислоте в ДНК — из той же или другой молекулы РНК. Структуры РНК со связанным аденином называются А-минорами, а несколько идущих подряд А-миноров — мотивом А-минор.

Определение A-миноров

В новой работе старший преподаватель кафедры алгоритмов и технологий программирования МФТИ Евгений Баулин систематизировал имеющиеся структуры А-миноров и мотивов А-минор, описал их геометрию и функции. Ученый выделил две основных группы А-миноров, различающихся расстоянием вдоль последовательности РНК между тремя участвующими во взаимодействии нуклеотидами.

В структурах из первой группы они расположены близко, из второй — удалены друг от друга. Все обнаруженные ранее структуры А-миноров, как отмечают в МФТИ, можно разделить по этим двум группам и по типам взаимодействия в группах. Благодаря этой классификации можно быстро определять вид А-минора или мотива А-минора и пользоваться уже известными их свойствами.

«В настоящее время определяющие А-миноры программы и описания используют далеко не все существующие данные. К сожалению, такой подход упускает из виду многие неканонические A-миноры. Нет сомнений в том, что с экспоненциально растущим числом разрешенных трехмерных структур различных молекул РНК список функционально важных взаимодействий A-минор также будет быстро расти. Следовательно, необходимо разработать расширенные программы для описания различных типов A-миноров и для определения взаимодействий A-миноров с другими мотивами РНК», — сказал Баулин, слова которого приводится в сообщении.

Ученые обнаружили неожиданное сходство мозга и яичек

Яички и мозг человека практически идентичны по составу белков и имеют схожие принципы работы, сообщают португальские ученые. По-видимому, именно это становится причиной одновременных патологий мозга и репродуктивной системы у мужчин. Женский мозг, впрочем, имеет ту же степень сходства с яичками.

Более ранние исследования выявили связь между болезнями мозга и сексуальной дисфункцией у мужчин, а также между уровнем интеллекта и качеством спермы. Причины этого не были ясны до конца, однако новые данные, похоже, приоткрывают завесу тайны.

Ученые из Авейрусского университета сравнили белки в 33 типах тканей, включая ткани сердца, кишечника, шейки матки, яичников и плаценты, и обнаружили, что

тестикулы и мозг имеют более 13 тыс. общих белков. Также у мозга и яичек оказалось больше всего общих генов, регулирующих экспрессию этих белков.

«Из 14 315 белков, образующих протеом (совокупность всех белков — «Газета.Ru».) мозга, и 15 687 белков, образующих протеом тестикул, 13 442 встречаются в обоих типах тканей, — пишут авторы работы, опубликованной в журнале Royal Society Open Biology. — Мозг и яички содержат наибольшее количество общих белков по сравнению с другими тканями человеческого тела».

Большинство общих белков участвуют в экзоцитозе (механизме клеточных выделений), развитии тканей и межклеточной коммуникации.

Результаты не слишком удивили исследователей. Несмотря на разные задачи,

мозг и яички имеют много общего в принципах работы. Оба органа потребляют очень много энергии, поэтому для образования и поддержки и нейронов, и гоноцитов (половых клеток) нужны специальные клетки. Кроме того, и нейроны, и клетки семенников имеют общую функцию — выделять определенные вещества (нейромедиаторы в первом случае и мужские половые гормоны — во втором).

В нейронах экзоцитоз приводит к росту аксонов и дендритов, сперматозоидам же он позволяет сливаться с яйцеклеткой.

Кроме того, из-за высокой активности клетки и мозга, и яичек подвержены окислительному стрессу. Он может приводить к поражению клеток и тканей, поэтому мозг защищен гематоэнцефалическим барьером, а яички — гематотестикулярным.

Также у сперматозоидов есть рецепторы к глутамату, глицину, гаммааминомасляной кислоте и другим нейромедиаторам, к которым восприимчивы и нейроны.

«Человеческий нейрон и сперматозоид — очень разные клетки, однако они имеют несколько общих молекулярных особенностей, и огромное количество белков оказались общими для обоих типов клеток, — отмечают исследователи. — Понимание этих сходств и их последствий весьма интересно для научного сообщества».

Процесс, в результате которого такие разные органы обрели общие черты, исследователи сравнивают с конвергентной эволюцией. При ней у разных животных, эволюционировавших в сходных условиях, развиваются похожие особенности. Так мозг и яички, обладая схожим механизмом работы, обрели множество общих белков и генов.

Сходство человеческого мозга и яичек можно объяснить биохимической конвергенцией и участием в сходных процессах, заключают ученые. Обнаруженное сходство может иметь важное клиническое значение — общие белки могут быть связаны с одновременным нарушением функций и мозга, и яичек. Более глубокое изучение роли этих белков поможет в понимании особенностей развития патологий и поиска стратегий борьбы с ними.

«Это малоизученная тема, и необходимо прояснить связь между этими тканями, что позволит понять причины дисфункций, влияющие на мозг и яички одновременно, а также разработать более совершенные методы борьбы с этими дисфункциями», — пишут исследователи.

Хотя исследователи рассматривали сходства между мозгом и яичками с точки зрения поддержки мужского здоровья, мозг женщин имеет ту же степень сходства протеома, что и мужской.

Общий набор генов в тканях мозга и яичек также может говорить о том, что оба этих органа играют роль в видообразовании человека в ходе эволюции. Косвенно на это указывает, в частности, конкуренция сперматозоидов за оплодотворение яйцеклетки и тот факт, что самцы, рожденные от скрещивания животных разных видов, часто менее фертильны — это накладывает на вид репродуктивные ограничения, позволяющие ему держаться в определенных генетических рамках. Однако то, как все эти факторы связаны между собой и как их можно использовать в клинической практике, еще предстоит изучить.

Как минские добровольцы участвуют в испытаниях российской вакцины от COVID-19 — Российская газета

Как минские добровольцы участвуют в испытаниях российской вакцины от коронавируса

Клинические испытания вакцины, разработанной учеными НИЦЭМ имени Николая Гамалеи, стартовали в Беларуси две недели назад. За это время желающих первыми испробовать на себе действие «Спутника-V» набралось более четырех тысяч. И заявки от добровольцев продолжают поступать.

О том, что белорусы будут участвовать в научном эксперименте, договорились президенты Владимир Путин и Александр Лукашенко. После того как действие препарата будет изучено, вакцину станут применять массово. Как проходят исследования, узнала наш корреспондент.

Вероника Валентиновна работает учителем истории в школе Минска. Когда услышала о том, что начались испытания вакцины от COVID-19, не раздумывая, решила записаться в добровольцы. Позвонила в поликлинику, прошла обследование.

После того как выяснилось, что противопоказаний к введению вакцины нет, учительницу пригласили на прием.

— В любом деле кто-то должен быть первым, — говорит она с улыбкой. — А я, как наставник, обязана «сеять разумное, доброе, вечное». Тем более не стоит забывать и о главном принципе педагогики — учить детей на личном примере.

Пока Вероника подписывает договор, заместитель главврача по оргмедработе 14-й центральной районной поликлиники Партизанского района Минска Захар Кулаковский рассказывает, что мотивы к участию в исследовании самые разные. Кто-то хочет помочь науке, кто-то идет на эксперимент, чтобы защититься от вируса.

— Препарат протестируют в восьми медучреждениях страны, в том числе в шести поликлиниках Минска, — говорит Захар Кулаковский. — Все они после регистрации «Спутника V» получили статус исследовательских центров. Стать добровольцем могут мужчины и женщины от 18 до 60 лет, которые подходят по состоянию здоровья.

Захар Кулаковский отмечает важный нюанс: ни живой, ни убитый коронавирус SARS-CoV-2, вызывающий заболевание COVID-19, при получении вакцины не использовался и в состав не входит. Поэтому ни введенный препарат, ни вырабатываемый в ответ белок не способны вызвать у человека это заболевание.

Договор подписан — можно готовиться к вакцинированию. Вероника Валентиновна не скрывает, что немного волнуется.

— Как и перед любым уколом, немного страшно, — признается она по пути в процедурный.

Пациентку приглашают в кабинет для вакцинации. Медсестра наполняет шприц и легким движением руки делает укол. Вероника прижимает место «комариного укуса» обычной ваткой. Вот и вся процедура.

Исследование является двойным слепым. Это означает, что ни пациент, ни врач не будут знать, какой именно препарат получит пациент — вакцину или плацебо. Внешне они ничем не отличаются. Тем не менее в случае проявления проблем со здоровьем врач-исследователь имеет возможность выяснить, какой именно препарат был введен, чтобы принять необходимые меры.

Введение вакцины или плацебо проходит в два этапа: на первом вводится первый компонент. Второй компонент — на 21-й день. Компоненты отличаются входящими в состав активными веществами. Это сделано для усиления иммунной защиты организма.

На следующий день после введения вакцины предстоит осмотр у терапевта, либо с врачом можно просто созвониться. Пациент ведет специальный дневник, в котором записывает все изменения своего самочувствия. Несколько ограничений — первое время стоит воздержаться от прививки от гриппа. Ранку нельзя мочить и чесать.

— Полчаса после введения вакцины человек находится под наблюдением, а потом — обычная жизнь, ничего особенного, — говорит доктор. — Все обследования проводятся до вакцинации. Мы проверяем добровольца на наличие ВИЧ-инфекции, гепатитов, сифилиса. Исследуем, употребляет ли человек наркотики и алкоголь. Берем мазок на коронавирус и кровь на антитела к COVID-19. Женщинам — тест на беременность. После этого осмотр терапевта и последующая вакцинация. Через три недели — повторная ревакцинация.

Пациент видится с врачом на 42-й день после введения вакцины, на 90-й, 120-й и 180-й. После этого кровь человека, прошедшего вакцинацию, замораживается и отправляется на анализ, чтобы проверить наличие антител к коронавирусу.

Во время клинических испытаний белорусские и российские врачи будут изучать состояние пациентов после введения тестируемого препарата. На основании исследований сделают заключение о безопасности вакцины.

прямая речь

Дмитрий Пиневич, и.о. министра здравоохранения Беларуси:

— Несмотря на то что эффект от вакцины доказан клинически, препарат мы будем оценивать с точки зрения возникновения побочных эффектов. По данным отчетов, литературы и нашего тесного взаимодействия с российской стороной, побочных действий не зафиксировано. Но мы хотели бы в этом убедиться сами. Для вакцинации будут отобраны 100 человек. Лекарственный препарат введут только 75 пациентам, остальным 25 — плацебо. Планируется, что после исследований Беларусь первой получит российскую вакцину от коронавируса.

Инфографика «РГ» / Антон Переплетчиков

Хотите знать больше о Союзном государстве? Подписывайтесь на наши новости в социальных сетях.

Новаторская генная терапия предотвратила слепоту у 12-летней девочки

Впервые в Испании команда профессионалов из Госпиталя Сант Жоан де Деу в Барселоне вылечила 12-летнюю девочку с помощью генной терапии Luxturna от компании Novartis, которая родилась с наследственной дистрофией сетчатки, из-за которой пациентке угрожала полная слепота.

Перед лечением девочка, которая родилась с очень низким зрением, постепенно теряла его и сохранила только 3%. Проведение терапии позволило замедлить прогрессирование заболевания, улучшило центральное зрение до 10% и, особенно, периферическое зрение (например, способность передвигаться в сумерках и темноте).

До сих пор не существовало лечения для борьбы с этим заболеванием, и люди, которые страдали от него, в конечном итоге полностью теряли зрение. Теперь Ноа больше нет необходимости читать шрифт Брайля, так как она может читать текст, написанный 16 шрифтом, а также может безопасно передвигаться в сумерках.

Полученная пациенткой терапия содержит активное вещество voretigen neparvovec, которое действует на ген RPE65, один из генов, мутировавших при некоторых наследственных дистрофиях сетчатки. Этот ген отвечает за кодирование белка, который помогает преобразовывать свет, попадающий в глаз, в электрические сигналы, которые передаются в мозг и создают изображения, которые мы видим. Когда ген RPE65 имеет патогенную мутацию, белок не работает должным образом, и зрительный цикл прерывается.

Ген RPE65 участвует только в двух заболеваниях, которые входят в группу наследственных дистрофий сетчатки: в некоторых врожденных амаврозах Лебера и некоторых пигментных ретинитах. Генная терапия Luxturna показана только при дистрофиях сетчатки, вторичных по отношению к мутациям в гене RPE65.

Для того, чтобы терапия была эффективной, также важно, чтобы у пациента была мутация в обеих копиях гена — отца и матери, и чтобы у него все еще оставались функциональные клетки сетчатки во время лечения; это значит, что должно сохраняться зрение.

Что такое терапия Luxturna?

Терапия состоит из генетической модификации непатологического вируса для введения функциональной копии гена RPE65, который, оказавшись в глазу пациента, заменяет мутировавший ген, получает доступ к еще живым клеткам сетчатки, кодирует здоровый белок RPE65 и активизирует визуальный цикл.

Генетически модифицированный вирус вводят пациенту путем инъекции под сетчатку глаза. Вмешательство, которое длится примерно 45 минут, сначала проводится на одном глазу, а через неделю повторяется на другом.

Из-за чрезвычайной сложности вмешательства и большой точности, которая для него требуется, медицинская бригада, которая лечила Ноа, сначала провела предварительную симуляцию на искусственном глазу. Это моделирование было включено в Каталог передовой практики Novartis.

Luxturna — единственная авторизованная генная терапия наследственных дистрофий сетчатки. Офтальмолог, лечивший Ноа, Жауме Катала из Отделения офтальмологии Госпиталя Сант Жоан де Деу Барселона, подчеркивает важность этого достижения, которое «вселяет надежду и открывает двери для открытия в будущем аналогичных методов лечения других заболеваний дистрофии сетчатки, в которых участвуют другие гены. Описано более 250 генов, участвующих в дистрофиях».

Отделение по наследственным дистрофиям сетчатки Сант Жоан де Деу — Госпиталь Bellvitge

Госпиталь Сант Жоан де Деу в Барселоне является ведущим центром по лечению наследственных дистрофий сетчатки. Вместе с Госпиталем Bellvitge и ассоциацией Es Retina было создано первое в Каталонии отделение, специализирующееся на лечении этой патологии у детей и взрослых.

В настоящее время в отделении находятся около 1000 больных как из Каталонии, так и из Испании. В настоящее время отделение занимается созданием сети медицинской помощи для пациентов с наследственными дистрофиями сетчатки с постепенным включением госпиталей Каталонии и Испании для улучшения их диагностики, последующего наблюдения и лечения.

Когда фермент не является белком? | Особенность

Один из первых принципов, которым учат изучающих биохимию элементарных школ, состоит в том, что ферменты — катализаторы, которые могут в миллионы раз ускорять химические реакции в живых системах — являются белками. Это, безусловно, верно для подавляющего большинства ферментов, но это упрощение — точно так же, как традиционное утверждение центральной догмы молекулярной биологии (ДНК создает из РНК белок) является упрощением. Удивительное открытие, сделанное в 1982 году, что молекулы РНК сами по себе могут обладать каталитической активностью, впервые доказало, что нуклеиновые кислоты — это больше, чем просто пассивные носители информации.Теперь мы знаем, что катализ РНК необходим для жизни; мы понимаем химический механизм многих из этих «рибозимов» и начали их реконструировать и конструировать, первоначально в основном в качестве исследовательских инструментов, но с прицелом на применение в качестве переключателей и биосенсоров и, в конечном итоге, в качестве терапевтических средств.

Открытие рибозимов раз и навсегда показало, что РНК является центральным участником жизни клетки.

Томас Чех из Университета Колорадо в США первым открыл молекулу РНК с ферментативной активностью.В конце 1970-х он только что открыл свою лабораторию в Колорадо и изучал процессинг нуклеиновых кислот и экспрессию генов у простейших, живущих в прудах, под названием Tetrahymena thermophila . Он заметил, что молекулы РНК этого малоизвестного организма можно разрезать на части или сращивать, если их изолировать в пробирке. «Мы потратили год на поиск белков, участвующих в этой реакции сплайсинга. Поскольку это было настолько быстро и специфично, что его нужно было катализировать с помощью фермента, и, конечно, мы знали, что «все ферменты — это белки», — говорит он.«Нам потребовалось много времени, чтобы понять, что белка не существует, а катализатором была сама РНК. Загрязнение белка Tetrahymena может быть ответственным за реакцию.

Чех также был ответственен за создание названия «рибозим», когда он организовал в своей лаборатории конкурс, чтобы назвать молекулу, которую они обнаружили. «Несколько предложений, которые мы использовали для названия Tetrahymena .Я выбрал более общий «рибозим», но пошел на риск, потому что наш был единственным известным примером. Мы бы выглядели довольно глупо, если бы он оказался единственным примером или, возможно, обнаружен только у простейших », — объясняет он. Конечно, эти опасения оказались беспочвенными: вторая каталитическая РНК была открыта, когда Сидни Альтман из Йельского университета в США показал, что каталитическая часть РНК-белкового комплекса, обнаруженного у бактерий, РНКаза P, на самом деле была нуклеиновой кислотой. .

Чех и Альтман разделили Нобелевскую премию по химии 1989 года за эти открытия, и теперь мы знаем о рибозимах, которые участвуют во многих различных биохимических процессах: в основном, но не только, в процессинге РНК.«Открытие рибозимов раз и навсегда показало, что РНК является центральным участником жизни клетки, и привело к растущему интересу к РНК и получению еще нескольких Нобелевских премий», — говорит Чех.

Возьмите к нему молоток

Так называемые рибозимы «головки молотка» — названные в честь предполагаемого сходства между ранними двухмерными диаграммами их структуры и акулой — катализируют сайт-специфическое расщепление молекул РНК. Впервые они были обнаружены в середине 1980-х годов у крошечных вирусоподобных патогенов растений, называемых вироидами, но теперь известно, что они встречаются повсюду в природе, в том числе у людей.Структура этих довольно малых РНК и химия простой реакции, которую они катализируют, теперь очень хорошо изучены. Их естественная функция, строго говоря, вовсе не «катализ»: последовательность РНК-мишени расщепляется изомеризацией фосфодиэфирной связи, а сам рибозим потребляется в результате реакции. Первоначально предполагалось, что для этой реакции требуется ион двухвалентного металла, так же как фермент металлопротеиназы требует цинка, но теперь считается, что эти ионы в основном участвуют в стабилизации каркасов РНК.

Рибозимы типа «головка молотка» по своей природе цис-действующие: то есть их естественная активность заключается в расщеплении и, следовательно, в инактивации самих себя. Поскольку это довольно маленькие и простые молекулы, их относительно легко сконструировать для расщепления внешних субстратов (действует trans ). Кроме того, рибозим в форме головки молотка состоит из консервативного центрального каталитического ядра с двумя «плечами», которые распознают последовательность РНК, подлежащую расщеплению, поэтому довольно просто создать рибозим для расщепления определенной последовательности путем изменения нуклеотидов в плечах.

Несколько групп используют эту технику для создания рибозимов, распознающих и расщепляющих определенные последовательности РНК, как для выяснения молекулярных механизмов in vivo, так и для биотехнологических приложений. Матасора Фукуда и его группа из Университета Фукуока в Японии используют его, чтобы понять некоторые механизмы, участвующие в редактировании РНК. Это название получили процессы, которые изменяют химию оснований в РНК во время или после их транскрипции из ДНК. Редактирование РНК аденозина в инозин (A-to-I), как следует из названия, включает дезаминирование аденина с образованием другого пурина, гипоксантина (инозин является нуклеозидом гипоксантина).Поскольку аденозин расшифровывается как гуанин, он может изменять последовательность белка, когда он встречается в областях, кодирующих белок, и регулирует множество биологических процессов.

Фукуда и его сотрудники использовали общий факт, что рибозимы в форме головки молотка могут расщеплять базовую последовательность UAA, но не UGA (U: урацил; A: аденин; G: гуанин), и сходство между гуанозином и инозином для создания структуры рибозима, которая расщепляет сайт-мишень для редактирования РНК, только если не была произведена замена A-to-I.Затем они создали библиотеку рибозимов, содержащих этот центральный мотив, расширенный с каждой стороны случайными последовательностями, и выбрали наиболее стабильный и, следовательно, наиболее активный из них для дальнейшего тестирования. «Этот рибозим расщепляет неотредактированные последовательности РНК, но не отредактированные, но он был полностью активен только при более высоких концентрациях магния, чем те, которые встречаются в клетках», — говорит Фукуда. «Создание рибозима, который работает при физиологических концентрациях соли, потребует дальнейшей модификации». Аберрации в редактировании РНК A-to-I наблюдались при нескольких заболеваниях, и Фукуда надеется, что в один прекрасный день с использованием аналогичных методов могут быть созданы новые методы лечения, нацеленные на нуклеиновые кислоты. .Однако пока не ясно, являются ли эти отклонения причиной или следствием заболевания. «Первые применения этих методов, вероятно, станут новыми инструментами для исследований в области молекулярной биологии», — добавляет Фукуда.

Первыми приложениями, вероятно, будут инструменты для молекулярной биологии

Роберт Пенчовски из Софийского университета в Болгарии использует аналогичный подход для создания рибозимов, которые обнаруживают и реагируют на присутствие определенных небольших молекул. Аптамер — это короткая последовательность нуклеиновой кислоты или небольшой белок, который связывается с данной молекулярной мишенью.Большинство аптамеров являются синтетическими, а аллостерические рибозимы — те, которые активны только с лигандом, связанным за пределами каталитического домена, — могут быть созданы путем слияния РНК-аптамера, содержащего сайт связывания, например, с каталитическим рибозимом в форме головки молотка.

Penchovsky использовал компьютерное моделирование для создания молекул этого типа, в которых рибозим меняет конформацию между активным и неактивным состояниями в ответ на теофиллин, пурин, который химически подобен кофеину. «Эти простые рибозимы могут действовать как ворота молекулярной логики с функцией ДА логической логики, если связывание теофиллина активирует рибозим, и функция НЕ, если связывание дезактивирует его», — говорит Пенчовски.«Я также могу разработать олигонуклеотид-чувствительные рибозимы, которые действуют как логические элементы И и ИЛИ, и аналогичные биосенсорные системы уже использовались в высокопроизводительных скрининговых массивах для открытия антибактериальных лекарств». Есть и другие потенциальные применения этой технологии в молекулярных вычислениях и антибиотиках. дизайн, и Penchovsky ищет промышленных сотрудников для их дальнейшего развития.

Рибосома

Рибозимы «Голова молотка» — это довольно маленькие, легко поддающиеся обработке молекулы, которые можно относительно легко синтезировать.Однако есть и другие биологически важные рибозимы, которые находятся прямо на другом конце макромолекулярного спектра. Рибосома, «молекулярная машина», которая катализирует синтез белка и присутствует во всех живых клетках, имеет две субъединицы, которые объединяются только во время синтеза белка, и каждая субъединица включает множество молекул белка и РНК. Когда была опубликована первая структура большой субъединицы с высоким разрешением, задействованные исследователи, Том Стейтц и его группа из Йельского университета, прокомментировали, что белки присутствуют повсюду на поверхности субъединицы, кроме активного центра, где происходит образование пептидной связи и где она контактирует. малая субъединица ».Стейтц и его сотрудники пришли к выводу, что очень неожиданно именно молекулы РНК были главным образом, если не исключительно, вовлечены в синтез пептидов, а белки действовали как «скрепки», чтобы удерживать их на месте. Они установили, что рибосома — это рибозим.

Венки Рамакришнан из Лаборатории молекулярной биологии MRC в Кембридже, Великобритания, разделил Нобелевскую премию по химии 2009 года за исследования рибосомы вместе со Стейтцем и Адой Йонат из Института Вейцмана в Израиле.Он посвятил много недавних исследований пониманию механизма, посредством которого рибосома распознает три нуклеотида, которые образуют «стоп-кодон», прекращает синтез белка и высвобождает вновь образованный белок. Стандартный генетический код использует три стоп-кодона, UAA, UGA и UAG, и замечательные структурные исследования Рамакришнана, в которых использовались электронная микроскопия, а также кристаллография, показали, как эукариотический белок, известный как фактор высвобождения, может, будучи связанным с рибосомой, использовать основание стекинг и водородная связь для распознавания этих триплетов оснований, но не других.Интересно, что это тоже можно сравнить с логическим вентилем, в данном случае вентилем И-НЕ с G, представленным 1, а A — 0. Любая комбинация этих двух нуклеотидов, кроме ‘GG’ (’11’) в положения второго и третьего кодона будут сигнализировать о прекращении синтеза белка.

Эти и другие открытия показывают, что молекулы РНК способны катализировать полный минимальный набор химических реакций, необходимых для жизни, и это привело к теории происхождения жизни, названной «миром РНК».Это говорит о том, что, поскольку молекулы РНК способны самовоспроизводиться и сочетать ДНК-подобную функцию хранения информации с белковоподобной функцией химического катализа, вся жизнь на Земле могла развиться из примитивных «организмов», состоящих только из РНК. . «Невозможно доказать эту теорию, поскольку не существует молекулярных окаменелостей, но вся информация, которую мы накопили о рибозимах и РНК, предполагает, что это не только возможно, но и вероятно», — говорит Чех.

Обретение контроля

Невозможно даже представить себе в ближайшее время ученых, создающих рибозим, который по своей структуре и функциям был бы таким же сложным, как рибосома.Но исследователи уже работают с натуральными рибосомами, чтобы незаметно изменить их свойства. Первоначально это было ограничено их неспособностью контролировать, какие из имеющихся больших и малых рибосомных субъединиц будут образовывать активные комплексы. Однако теперь несколько групп, включая Джейсона Чина из Лаборатории молекулярной биологии MRC, Александра Манкина из Университета Иллинойса и Майкла Джуэтта из Северо-Западного университета в США, показали, что можно создать полностью ортогональные рибосомы с субъединицами, которые были соединены ковалентными линкерами и все еще каталитически активны.

Манкин, Джуэтт и их команды разработали «привязанную» рибосому, в которой к одному РНК-компоненту каждой из большой и малой субъединиц рибосомы E. coli присоединены два полиаденозиновых нуклеотида. «Эти линкеры должны быть достаточно длинными, чтобы гарантировать, что субъединицы могут производить весь спектр конформационных изменений, необходимых для синтеза белка, но достаточно короткими, чтобы предотвратить связывание любой субъединицы с другой рибосомой», — объясняет Манкин.«Один восьминуклеотидный и один девятинуклеотидный линкер работают очень хорошо». Эти рибосомы, называемые Ribo-T, могут катализировать синтез белка в клетках E. coli , даже если там нет рибосом дикого типа, хотя бактерии без рибосомы дикого типа растут вдвое медленнее. «Мы используем Ribo-T для дальнейшего изучения механизма синтеза белка, и мы сможем создавать привязанные рибосомы с необычными функциями, в конечном итоге даже заставляя их синтезировать другие полимеры, помимо белков», — добавляет Джеветт.

Рибосома — не единственная большая молекулярная машина, которая, как было показано, является рибозимом. Гены большинства эукариот содержат некодирующие сегменты, называемые интронами, которые необходимо удалить из транскрибируемой информационной РНК, прежде чем они достигнут рибосомы. Этот процесс, в котором РНК расщепляется в начале и в конце каждого интрона, а затем повторно соединяются кодирующие белок последовательности экзонов, называется сплайсингом, а комплекс белок-РНК, который катализирует эту реакцию, является сплайсосомой. Он состоит из пяти небольших молекул РНК, белковых комплексов и ионов магния, и опять же, каталитическая единица формируется из РНК и стабилизируется белками и ионами.Структура РНК-компонента сплайсосомы очень похожа на структуру рибозима гораздо меньшего размера, самосплайсингового интрона группы II, который находится в геномах всех организмов. «Белки стабилизируют структуру интронов группы II и усиливают их активность, хотя они не являются необходимыми для катализа», — объясняет Киёси Нагаи из лаборатории молекулярной биологии MRC. «Недавние структурные исследования сплайсосомы выявили еще большее сходство между сплайсосомой и самосплайсинговыми интронами группы II, что указывает на возможное общее эволюционное происхождение.’

Изучение структуры и функций больших и малых рибозимов уже привело к появлению многих новых идей в области молекулярной биологии и молекулярных структур с новым химическим составом и функциями. Они, несомненно, будут играть все более важную роль в формирующейся дисциплине синтетической биологии.

Клэр Сансом, научный писатель из Лондона, Великобритания

Структура ДНК, репликация и эукариотический хроматин Структура>

Структура ДНК

Репликация ДНК

Структура хромосомы эукариот

Вопросы для изучения

Структура ДНК, репликация и служебные данные по структуре хроматина эукариот

Структура ДНК, репликация и структура хроматина эукариот WWW Links

Генетические темы

Репликация ДНК полуконсервативна, одна цепь служит матрицей для вторая прядь.Более того, репликация ДНК происходит только в определенном шаг в клеточном цикле. В следующей таблице описан клеточный цикл для гипотетическая клетка с 24-часовым циклом.

Этап Деятельность Продолжительность
G1 Рост и увеличение размера клеток

10 часов

S Синтез ДНК

8 часов

G2 Пост-ДНК синтез

5 часов

M Митоз

1 час

 

Репликация ДНК требует выполнения двух требований:

  1. Шаблон ДНК
  2. Бесплатная 3 ‘-OH группа

Белки репликации ДНК

ДНК существует в ядре в виде конденсированной компактной структуры.Подготовить ДНК для репликации ряд белков помогает в раскручивании и разделении двухцепочечной молекулы ДНК. Эти белки необходимы, потому что Чтобы репликация могла продолжаться, ДНК должна быть одноцепочечной.
  1. ДНК Helicases — Эти белки связываются с двухцепочечной ДНК и стимулируют разделение двух прядей.
  2. Одноцепочечные связывающие белки ДНК — Эти белки связываются с ДНК как тетрамер и стабилизирует образующуюся одноцепочечную структуру. под действием геликасов.Репликация происходит в 100 раз быстрее, если эти белки прикреплены к одноцепочечной ДНК.
  3. ДНК-гираза — Этот фермент катализирует образование отрицательных суперспиралей. Считается, что это помогает в процессе раскрутки.

    Помимо этих белков, в бактериальной Репликация ДНК.

  4. ДНК-полимераза — ДНК-полимераза I (Pol I) была первым ферментом обнаружен с полимеразной активностью, и это наиболее хорошо охарактеризованный фермент.Хотя это был первый обнаруженный фермент, обладающий необходимыми полимеразной активности, это не основной фермент, участвующий в бактериальной Репликация ДНК. Этот фермент — ДНК-полимераза III (Pol III). Три вида деятельности связаны с ДНК-полимеразой I;
    • Удлинение от 5 ‘до 3’ (полимеразная активность)
    • Экзонуклеаза от 3 ‘до 5’ (корректура)
    • Экзонуклеаза от 5 ‘до 3’ (репаративная активность)

    Вторые две активности ДНК Pol I важны для репликации, но ДНК-полимераза III (Pol III) — это фермент, который выполняет 5′-3′-полимеразу. функция.

  5. Primase — Требование для свободной 3 ‘гидроксильной группы составляет выполнено праймеры РНК, которые синтезируются в сайтах инициации этими ферментами.
  6. ДНК-лигаза — Зарубки возникают в развивающейся молекуле, потому что Праймер РНК удаляется, и синтез идет прерывисто на отстающей прядь. Конечный продукт репликации не имеет разрывов, потому что ДНК лигаза образует ковалентную фосфодиэфирную связь между 3′-гидроксилом и 5′-фосфатные группы.

Общая модель репликации ДНК

  1. Молекула ДНК разматывается и подготавливается к синтезу под действием ДНК-гираза, ДНК-геликаза и одноцепочечные ДНК-связывающие белки.
  2. Для репликации требуется свободная 3’OH группа, но когда две цепи отдельной группы такого рода не существует. РНК-праймеры синтезированы, и свободный 3’ОН праймера используется для начала репликации.
  3. Вилка репликации движется в одном направлении, но репликация только ДНК идет в направлении от 5 футов до 3 футов.Этот парадокс разрешается использованием Фрагменты Окадзаки . Это короткие, прерывистая репликация продуктов которые производятся из отстающей нити . Это по сравнению с непрерывным прядь, сделанная из ведущей пряди .
  4. Конечный продукт не имеет участков РНК. Они удалены за счет действия экзонуклеазы 5 ‘на 3’ Полимеразы I.
  5. 5. Конечный продукт не имеет пробелов в ДНК, которые возникают в результате удаление праймера РНК.Они заполняются действием ДНК-полимеразы. Я.
  6. 6. ДНК-полимераза не способна образовывать окончательную связь. Этот осуществляется ферментом ДНК-лигазой.

Генетика

E. coli Репликация ДНК Мутанты — мощные инструменты для изучения любого биохимического процесса. Но чтобы быть полезным, ученый должен уметь поддерживать мутант в жизнеспособном состоянии. Это создает проблему для мутантов таких важных процессов, как репликация ДНК. Если мутировавший ген повторно Необходимый для репликации ДНК, очевидно, что мутант не просуществует более одного поколения.Использование условных мутантов помогло решить эту проблему. Условные мутанты проявляют свой мутантный фенотип только при ограниченных условиях. Популярной формой условного мутанта является термочувствительный мутант . Чувствительные к температуре мутанты проявляют свой мутантный фенотип только при температуре, с которой организм обычно не сталкивается. Многие из этих мутантов экспрессируются на повышенной d температуры. Следовательно, мутант будет нормально расти при разрешающей температуре и выражать мутантный фенотип при более высокой температуре.

Анализ термочувствительных мутантов E. coli определил ряд генов и их роль в синтезе ДНК. В следующей таблице перечислены некоторые гены и их роль в репликации ДНК E. coli .

99 902 902 902 902 902 902 9001 902 900 ДНК-связывающие белки
Ген Функция
dnaA, I, P Инициирование
dnaB, C Геликаза в oriC
902 Субъединицы ДНК-полимеразы III
dnaG Primase
gyrA, B Субъединицы gyrase
lig 94 9094 9094 lig 94 9094 Происхождение репликации
polA ДНК-полимераза I
polB ДНК-полимераза II
rep Геликаза

94b

Авторские права © 1997.Филип МакКлин

белков | Микробиология

Цели обучения

  • Опишите фундаментальную структуру аминокислоты
  • Опишите химическую структуру белков
  • Обобщить уникальные характеристики белков

В начале этой главы был описан знаменитый эксперимент, в котором ученые синтезировали аминокислот в условиях, имитирующих те, что присутствуют на Земле, задолго до эволюции жизни в том виде, в каком мы ее знаем.Эти соединения способны связываться друг с другом практически в любом количестве, давая молекулы практически любого размера, которые обладают широким спектром физических и химических свойств и выполняют множество функций, жизненно важных для всех организмов. Молекулы, полученные из аминокислот, могут функционировать как структурные компоненты клеток и субклеточных образований, как источники питательных веществ, как резервуары для хранения атомов и энергии, а также как функциональные виды, такие как гормоны, ферменты, рецепторы и транспортные молекулы.

Аминокислоты и пептидные связи

Рисунок 1.

Аминокислота представляет собой органическую молекулу, в которой атом водорода, карбоксильная группа (–COOH) и аминогруппа (–NH 2 ) связаны с одним и тем же атомом углерода, так называемым α углерод . Четвертая группа, связанная с α-углеродом, варьируется среди различных аминокислот и называется остатком или боковой цепью , представленной в структурных формулах буквой R .Остаток — это мономер, образующийся при объединении двух или более аминокислот и удалении молекул воды. Первичная структура белка, пептидная цепь, состоит из аминокислотных остатков. Уникальные характеристики функциональных групп и R групп позволяют этим компонентам аминокислот образовывать водородные, ионные и дисульфидные связи, а также полярные / неполярные взаимодействия, необходимые для образования вторичных, третичных и четвертичных белковых структур. Эти группы состоят в основном из углерода, водорода, кислорода, азота и серы в форме углеводородов, кислот, амидов, спиртов и аминов.Несколько примеров, иллюстрирующих эти возможности, представлены на Рисунке 1.

Аминокислоты могут химически связываться вместе посредством реакции группы карбоновой кислоты одной молекулы с аминогруппой другой. Эта реакция образует пептидную связь и молекулу воды и является еще одним примером синтеза дегидратации (рис. 2). Молекулы, образованные путем химического связывания относительно небольшого количества аминокислот (примерно 50 или меньше), называются пептидами , и для обозначения этих чисел часто используются префиксы: дипептидов (две аминокислоты), трипептиды (три аминокислоты). кислоты) и т. д.В более общем смысле обозначается приблизительное количество аминокислот: олигопептидов образуются путем соединения примерно до 20 аминокислот, тогда как полипептидов синтезируются примерно из 50 аминокислот. Когда количество связанных вместе аминокислот становится очень большим или когда несколько полипептидов используются в качестве строительных субъединиц, образующиеся макромолекулы называются белками . Непрерывно изменяющаяся длина (количество мономеров) этих биополимеров , наряду с разнообразием возможных R групп на каждой аминокислоте, позволяет практически неограниченное разнообразие типов белков, которые могут быть образованы.

Рис. 2. Образование пептидной связи — это реакция синтеза дегидратации. Карбоксильная группа первой аминокислоты (аланин) связана с аминогруппой входящей второй аминокислоты (аланина). При этом выделяется молекула воды.

Подумай об этом

  • Сколько аминокислот в полипептидах?

Структура белка

Размер (длина) и специфическая аминокислотная последовательность белка являются основными детерминантами его формы, а форма белка имеет решающее значение для его функции.Например, в процессе биологической фиксации азота (см. Биогеохимические циклы) почвенные микроорганизмы, известные под общим названием ризобии , симбиотически взаимодействуют с корнями бобовых растений, таких как соевые бобы, арахис или бобы, с образованием новой структуры, называемой клубеньком на поверхности. корни растений. Затем растение производит белок-носитель, называемый леггемоглобином, белок, переносящий азот или кислород. Леггемоглобин с очень высоким сродством связывается с кислородом субстрата в определенной области белка, форма и аминокислотная последовательность которого являются подходящими (активный сайт , ).Если форма или химическое окружение активного центра изменяется, даже незначительно, субстрат может быть не в состоянии связываться так сильно или может не связываться вообще. Таким образом, чтобы белок был полностью активным, он должен иметь форму, соответствующую его функции.

Структура белка подразделяется на четыре уровня: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Первичная структура — это просто последовательность из аминокислот , которые составляют полипептидную цепь .На рисунке 3 изображена первичная структура белка.

Рисунок 3. Щелкните, чтобы просмотреть увеличенное изображение. Первичная структура белка — это последовательность аминокислот. (кредит: модификация работы Национального исследовательского института генома человека)

Цепочка аминокислот, определяющая первичную структуру белка, не жесткая, а гибкая из-за природы связей, которые удерживают аминокислоты вместе. Когда цепь достаточно длинная, водородная связь может возникать между аминогруппами и карбонильными функциональными группами внутри пептидного остова (за исключением боковой группы R ), что приводит к локализованному сворачиванию полипептидной цепи в спирали и пласты.Эти формы составляют вторичную структуру белка . Наиболее распространенными вторичными структурами являются α-спираль и β-складчатый лист. В структуре α-спираль спираль удерживается водородными связями между атомом кислорода в карбонильной группе одной аминокислоты и атомом водорода аминогруппы, который находится всего на четыре аминокислотных единицы дальше по цепи. В β-складчатом листе складки образованы аналогичными водородными связями между непрерывными последовательностями карбонила и аминогрупп , которые далее разделены на основной цепи полипептидной цепи (Фиг.4).

Рис. 4. Вторичная структура белка может быть α-спиралью, β-складчатым листом или и тем, и другим.

Рисунок 5. Щелкните, чтобы просмотреть увеличенное изображение. Третичная структура белков определяется множеством сил притяжения, включая гидрофобные взаимодействия, ионную связь, водородную связь и дисульфидные связи.

Следующим уровнем белковой организации является третичная структура , которая представляет собой крупномасштабную трехмерную форму одной полипептидной цепи.Третичная структура определяется взаимодействиями между аминокислотными остатками, которые находятся далеко друг от друга в цепи. Разнообразные взаимодействия приводят к появлению третичной структуры белка, такой как дисульфидные мостики , которые представляют собой связи между сульфгидрильными (–SH) функциональными группами на боковых группах аминокислот; водородные связи; ионные связи; и гидрофобные взаимодействия между неполярными боковыми цепями. Все эти взаимодействия, слабые и сильные, в совокупности определяют окончательную трехмерную форму белка и его функцию (рис. 5).

Процесс, при котором полипептидная цепь принимает крупномасштабную трехмерную форму, называется сворачиванием белка . Считается, что свернутые белки, которые полностью функциональны в своей нормальной биологической роли, обладают нативной структурой . Когда белок теряет свою трехмерную форму, он может больше не функционировать. Эти развернутых белков являются денатурированными . Денатурация подразумевает потерю вторичной структуры и третичной структуры (и, если присутствует, четвертичной структуры) без потери первичной структуры.

Некоторые белки представляют собой сборки нескольких отдельных полипептидов , также известных как субъединицы белка . Эти белки функционируют адекватно только тогда, когда все субъединицы присутствуют и соответствующим образом сконфигурированы. Взаимодействия, которые удерживают эти субъединицы вместе, составляют четвертичную структуру белка. Общая четвертичная структура стабилизируется относительно слабыми взаимодействиями. Гемоглобин, например, имеет четвертичную структуру из четырех субъединиц глобулярного белка: двух α и двух β полипептидов, каждый из которых содержит гем на основе железа (рис. 6).

Рис. 6. Молекула гемоглобина содержит два α и два β полипептида вместе с четырьмя гемовыми группами.

Другой важный класс белков — конъюгированные белки , которые имеют небелковую часть. Если к конъюгированному белку прикреплен углевод, он называется гликопротеином . Если к нему прикреплен липид, он называется липопротеином . Эти белки являются важными компонентами мембран. На рисунке 7 представлены четыре уровня структуры белка.

Рис. 7. Белковая структура имеет четыре уровня организации. (кредит: модификация работы Национального исследовательского института генома человека)

Подумай об этом

  • Что может произойти, если первичная, вторичная, третичная или четвертичная структура белка изменится?

Первичная структура, дисфункциональные белки и муковисцидоз

Рисунок 8. Щелкните, чтобы просмотреть увеличенное изображение. Нормальный белок CFTR — это белок канала, который помогает соли (хлориду натрия) перемещаться в клетки и выходить из них.

Белки, связанные с биологическими мембранами, подразделяются на внешние и внутренние. Внешние белки, также называемые периферическими белками, слабо связаны с одной стороной мембраны. Внутренние белки или интегральные белки встроены в мембрану и часто функционируют как часть транспортных систем как трансмембранные белки. Муковисцидоз (МВ) — это генетическое заболевание человека, вызванное изменением трансмембранного белка. Он поражает в основном легкие, но может также поражать поджелудочную железу, печень, почки и кишечник.МВ вызывается потерей аминокислоты фенилаланина в трансмембранном белке муковисцидоза (CFTR). Потеря одной аминокислоты изменяет первичную структуру белка, который обычно помогает транспортировать соль и воду в клетки и из них (рис. 8).

Изменение первичной структуры препятствует правильному функционированию белка, что приводит к образованию в организме необычно густой слизи, которая закупоривает легкие и приводит к накоплению липкой слизи. Слизь блокирует поджелудочную железу и мешает естественным ферментам помогать организму расщеплять пищу и поглощать жизненно важные питательные вещества.

В легких людей с муковисцидозом измененная слизь создает среду, в которой могут процветать бактерии. Эта колонизация приводит к образованию биопленок в небольших дыхательных путях легких. Наиболее частыми патогенами, обнаруживаемыми в легких пациентов с муковисцидозом, являются Pseudomonas aeruginosa (рис. 9а) и Burkholderia cepacia . Pseudomonas дифференцируется в биопленке легких и образует большие колонии, называемые «слизистыми». Pseudomonas .Колонии имеют уникальную пигментацию, которая обнаруживается в лабораторных исследованиях (рис. 9b) и дает врачам первый признак того, что пациент болен CF (такие колонии редко встречаются у здоровых людей).

Рис. 9. (a) Микрофотография, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывает условно-патогенную бактерию Pseudomonas aeruginosa. (b) P. aeruginosa, продуцирующая пигмент, на цетримидном агаре показывает зеленый пигмент, называемый пиоцианином. (кредит а: модификация работы Центров по контролю и профилактике заболеваний)

Для получения дополнительной информации о муковисцидозе посетите веб-сайт Фонда муковисцидоза.

Основные понятия и краткое изложение

  • Аминокислоты — это небольшие молекулы, необходимые для всего живого. Каждый из них имеет α-углерод, с которым связаны атом водорода, карбоксильная группа и аминогруппа. Четвертая связанная группа, представленная как R, , различается по химическому составу, размеру, полярности и заряду среди разных аминокислот, обеспечивая вариации свойств.
  • Пептиды представляют собой полимеры, образованные связыванием аминокислот посредством дегидратационного синтеза. Связи между связанными аминокислотами называются пептидными связями. Количество связанных вместе аминокислот может варьироваться от нескольких до многих.
  • Белки представляют собой полимеры, образованные путем связывания очень большого количества аминокислот. Они выполняют множество важных функций в клетке, выступая в качестве питательных веществ и ферментов; молекулы-хранилища углерода, азота и энергии; и структурные компоненты.
  • Структура белка является критическим фактором его функции и описывается ступенчатой ​​классификацией: первичная , вторичная , третичная и четвертичная .Нативная структура белка может быть нарушена денатурацией , что приводит к потере его структуры более высокого порядка и его биологической функции.
  • Некоторые белки состоят из нескольких отдельных белковых субъединиц, взаимодействие этих субъединиц составляет четвертичную структуру белкового комплекса.
  • Конъюгированные белки имеют неполипептидную часть, которая может представлять собой углевод (образующий гликопротеин ) или липидную фракцию (образующий липопротеин ).Эти белки являются важными компонентами мембран.

Множественный выбор

Какие из следующих групп различаются у разных аминокислот?

  1. атом водорода
  2. карбоксильная группа
  3. R группа
  4. аминогруппа
Показать ответ

Ответ c. Группа R варьируется для разных аминокислот.

Какие аминокислоты, присутствующие в белках, различаются?

  1. размер
  2. форма
  3. боковые группы
  4. все вышеперечисленное
Показать ответ

Ответ d.Аминокислоты, присутствующие в белках, различаются по всем параметрам: размеру, форме и боковым группам.

Какие из следующих связей не участвуют в третичной структуре?

  1. пептидные связи
  2. ионные связи
  3. гидрофобные взаимодействия
  4. водородные связи
Показать ответ

Ответ а. Пептидные связи не участвуют в третичной структуре.

Заполните бланк

Последовательность аминокислот в белке называется его __________.

Показать ответ

Последовательность аминокислот в белке называется его Первичная структура .

Денатурация подразумевает потерю структур __________ и __________ без потери структуры __________.

Показать ответ

Денатурация подразумевает потерю вторичных и третичных структур без потери первичной структуры .

Верно / Неверно

Изменение одной аминокислоты в последовательности белка всегда приводит к потере функции.

Подумай об этом

  1. Достаточное нагревание белка может вызвать его денатурирование. Что касается определения денатурации, что это утверждение говорит о силе пептидных связей по сравнению с водородными связями?
  2. Показанное изображение представляет тетрапептид.
    1. Сколько пептидных связей в этой молекуле?
    2. Определите боковые группы четырех аминокислот, составляющих этот пептид.

Пиноцитоз — обзор | Темы ScienceDirect

11.2.1 Механизм клеточного поглощения

Трансклеточные и параклеточные пути являются основными путями всасывания перорально вводимых лекарств. Однако параклеточный путь не имеет большого значения в случае наночастиц, поскольку маловероятно, что частицы размером более 1 нм нарушат плотные соединения белков. Однако соединительные белки можно обратимо модифицировать, чтобы открыть мембранные барьеры для улучшения пероральной доставки лекарств. Агенты, используемые для этой цели, могут либо напрямую взаимодействовать с белками плотных контактов и поверхностными рецепторами, либо опосредованно усиливать доставку за счет хелатирования кальция, тем самым нарушая соединения.Для разработки эффективных оральных наночастиц важно различать их взаимодействие с клеточными системами для понимания механизма, лежащего в основе клеточного поглощения наночастиц (Комарова и Малик, 2010).

Доставка лекарств на основе наночастиц разработана с целью точной доставки лекарств в определенные органы, ткани и клетки-мишени. Для достижения этого большое значение приобретает перемещение наночастиц через барьер плазматической мембраны. Плазматическая мембрана жизненно важна для нормального функционирования клеток.Он также принимает участие в важнейших функциях, таких как клеточная адгезия, коммуникация и деление. Эндоцитоз играет ключевую роль в регуляции этой активности (Chauhan and Jain, 2013). Эндоцитоз — это механизм поглощения клетками, который включает пиноцитоз или фагоцитоз. Процесс влечет за собой образование новых пузырьков на клеточной мембране, сопровождающееся включением белков, липидов и внеклеточных жидкостей. Пиноцитоз и фагоцитоз связаны с поглощением жидкости и крупных твердых частиц соответственно.Тип используемого процесса эндоцитоза определяется размером эндоцитарной везикулы, природой материала и механизмом образования везикул. Неоднородность эндоцитарных путей обеспечивает возможность интернализации пакетов материала в различные внутриклеточные местоположения.

Фагоцитоз осуществляется моноцитами / макрофагами, нейтрофилами и дендритными клетками, которые часто называют профессиональными фагоцитами. Обычно клетки / частицы сначала опсонизируются, то есть покрываются белками (опсонинами), такими как иммуноглобулины, что заставляет их распознаваться фагоцитами до фагоцитоза (Aderem and Underhill, 1999).Впоследствии взаимодействие рецепторов на поверхности клетки и лигандов (опсонинов) запускает клеточный захват макромолекул. Некоторые из важных рецепторов, участвующих в фагоцитозе, — это семейство рецепторов Fc для IgG (FcγRI, FcγRIIA и FcγRIIA), рецепторы комплемента (CR1, CR3 и CR4) и интегрин α5β1 (Underhill and Goodridge, 2012). Точно так же важные опсонины включают антитела, ацетилхолин, фибронектин и ламинин. Помимо опсонизации, взаимодействие между клетками и поверхностями наночастиц также может запускаться силами притяжения, такими как Ван-дер-Ваальсово, электростатическое, ионное и гидрофобное / гидрофильное взаимодействие (Owens and Peppas, 2006).Клетки или частицы размером до десятков микрометров могут быть включены посредством фагоцитоза.

На поглощение частиц эндоцитами сильно влияют размер, форма, состав, покрытие поверхности, заряд, клеточная среда, взаимодействие с другими клетками, возраст и тип клеток (Chithrani et al., 2006; Rejman et al. , 2004; Sun et al., 2005; Nativo et al., 2008). Оптимальный размер частиц, необходимый для эффективного эндоцитозного процесса, определяется типом клеток. Например, альвеолярные макрофаги поглощают частицы в диапазоне 3–6 мкм, тогда как сообщается, что мононуклеарные клетки периферической крови поглощают частицы в диапазоне 0.Диапазон 3–1,1 мкм (Hirota et al., 2007; Pratten and Lloyd, 1986). Было показано, что краевой угол между частицей и поверхностью мембраны оказывает значительное влияние на фагоцитоз. Различные формы наночастиц будут генерировать разные углы и, следовательно, по-разному влиять на процесс поглощения эндоцитами (Sharma et al., 2010). Например, когда эллиптическая дискообразная частица прикрепляется к мембране перпендикулярно вдоль ее длинной оси, угол контакта невелик, и частица поглощается после того, как симметрично покрывается мембраной (Champion and Mitragotri, 2006).Точно так же вытянутые эллипсоиды с большой осью 0,35–2 мкм и малой осью 0,2–2 мкм демонстрируют самую высокую скорость прикрепления, но самую низкую скорость интернализации по сравнению со сфероидальными частицами с радиусом 0,26–1,8 мкм и сплюснутыми эллипсоидными наночастицами с большой осью 0,35–2 мкм. 2,5 мкм и малая ось 0,2–2 мкм (Toy et al., 2014). С другой стороны, когда короткая ось перпендикулярна мембране, угол контакта и количество точек контакта с мембраной увеличиваются, что приводит к нарушению охвата.Таким образом, высокий уровень привязанности не обязательно означает высокий уровень интернализации. Однако в диапазоне размеров длинной оси 2–3 мкм максимальное прикрепление к клеткам имеет место, несмотря на большой угол контакта, что приводит к успешному поглощению (Doshi and Mitragotri, 2010). Благодаря симметричной форме сферических частиц их интернализация не зависит от угла смачивания.

В отличие от фагоцитоза, пиноцитоз осуществляется всеми типами клеток и, в зависимости от типа клеток, происходит посредством четырех различных механизмов (Yameen et al., 2014):

микропиноцитоз,

клатрин-опосредованный эндоцитоз,

кавеол-опосредованный эндоцитоз

-клаверин-независимый и

-независимый эндоцитоз.

См. Таблицу 11.1 для обзора различий между этими четырьмя процедурами.

Таблица 11.1. Пути поглощения пиноцитоза

9 99 Формирование макиноцитоза 9 99 не зависит от прямого действия рецептора или молекулы лиганда

Процесс, управляемый актином, приводит к образованию выступов на внешней мембране клетки.Выступы сливаются с клеточной мембраной и образуют макропиносомы и усваивают большие объемы внеклеточной жидкости

Размер макропиносом составляет> 1 мкм

Макропиноцитоз Эндоцитоз, опосредованный клатрином Эндоцитоз, опосредованный кавеолами Клатрин- и кавеол-независимый эндоцитоз

Возникает за счет специфического взаимодействия рецептора или неспецифический эндоцитоз

При специфическом кларитрине-опосредованном эндоцитозе ямки, покрытые оболочкой, образуются трансмембранными рецепторами и объектами, покрытыми белками цитозольной оболочки (кларитрином).С помощью белка динамина GTPase покрытые ямки втягиваются, образуя пузырьки. Белок динамин окружает шейку новообразованной инвагинации

Неспецифический эндоцитоз включает гидрофобные взаимодействия с клеточной мембраной

Везикулы имеют размер 100–120 нм

Процесс очень высок. регулируется и включает сложные сигнальные пути.

Кавеолы ​​образуют инвагинации в форме колб (статические структуры) во внутренней плазматической мембране, состоящие из гликофосфинголипидов и большого количества холестерина.Кавеолин-1 — это димерный белок, отвечающий за придание формы и структуры везикулам. Отщепление кавеол от мембраны опосредуется GTPase Dynamin

Размер пузырьков составляет приблизительно 50–100 нм

Работает независимо от рецепторов или материальных стимулов

Не требует белков оболочки для образования и интернализации пузырьков; однако актин и связанные с актином белки являются важными элементами для образования пузырьков.

Fate

Макропиносомы чувствительны к рН цитоплазмы.Они могут окисляться, сжиматься или сливаться с лизосомным компартментом или даже рециркулировать свое содержимое на поверхность

В макрофагах макропиносомы могут постигать судьбу, аналогичную судьбе эндосом

Пост-релиз зависимые от ауксилина и HSC70 белки опосредуют разборку клатриновой ямки

Везикулы без покрытия направляются либо в ранние эндосомы, либо возвращаются на поверхность плазматической мембраны

Везикулы также могут быть переносится на более зрелые эндосомы, а затем в лизосомы и мультивезикулярные тельца

Белки, покрытые оболочкой, известные как кавины, вместе с кавеолинами регулируют образование кавеол и их расположение

Эндрюсное участие в трансэндотелиальном транспорте, который исследованы для доставки наночастиц в субэндотелиальные ткани

Первоначально эндоцитозированный материал заключен в кавеосомах.Нейтральный pH кавеосом предотвращает воздействие гидролитической среды лизосом. Транспортировка кавеосом в аппарат Гольджи и эндоплазматический ретикулум может быть исследована для целевой доставки терапевтических агентов. поздние эндосомы и лизосомы

Груз также может попасть в сеть транс-Гольджи или может быть возвращен обратно в плазматическую мембрану

Примеры

Apotic этим путем попадают фрагменты клеток, вирусы и бактерии

Поглощение липопротеинов низкой плотности и перенос происходит этим путем

Хитозан и PLGA также используют клатрин-зависимый эндоцитоз3

Используется в тернализующая фолиевая кислота, альбумин и холестерин

Кавеолы ​​участвуют в различных клеточных функциях, таких как гомеостаз холестерина, белковый эндоцитоз и трансдукция сигналов

Кавеолы ​​в большом количестве присутствуют в гладких мышцах, эндотипелитах и ​​адотипелитах. клетки и фибробласты

Полиплексы саморазветвленных и трисахарид-замещенных наночастиц хитозанового олигомера были исследованы для доставки;

ДНК

Вирус мозаики коровьего гороха

Разработка вакцины

In vivo

Визуализация сосудов 967 967 Нацеленная доставка 967 967

HSC70 , аналог теплового шока 70; PLGA , поли (лактид- co -гликолид).

Перед взаимодействием с клеточной мембраной при попадании в биологическую среду наночастицы подвергаются воздействию жидкостей организма, которые содержат различные биомолекулы, такие как белки, сахара и липиды. Впоследствии наночастицы покрываются биомолекулами, образуя структуру, известную как белковая корона (Treuel and Nienhaus, 2012). Таким образом, рецепторы клеточной поверхности не взаимодействуют напрямую с голыми частицами. Это покрытие может оказать заметное влияние на процесс поглощения наночастиц.При пиноцитозе в клеточной мембране образуется впячивание, которое в конечном итоге разъединяется, образуя везикулу, включающую интернализованные материалы. Везикулы обладают рецепторными белками для распознавания конкретных химических групп, присутствующих на молекулах, которые необходимо интернализовать. Следовательно, если белок, адсорбированный на наночастицах, активирует рецепторы клеточной поверхности, они будут усиливать процесс поглощения. Напротив, белки, проявляющие слабое сродство к рецепторам клеточной поверхности, будут снижать процесс захвата. Это свойство было исследовано для улучшения доставки лекарств путем покрытия наночастиц лигандами, которые связываются со специфическими рецепторами и, следовательно, усиливают их интернализацию.Например, конъюгация лектинов с полимерными наночастицами увеличивает их опосредованное клатрином поглощение слизистой оболочкой кишечника (Zhang et al., 2006). Аналогичным образом, покрытые кобаламином наночастицы, содержащие инсулин, вводимые перорально, как сообщалось, вызывают фармакологический ответ, превышающий 80% ответа, достигаемого подкожным путем, из-за связывания кобаламина с внутренним фактором в ЖКТ (Pharmaceuticals, Inc., 2010).

С другой стороны, экзоцитоз включает слияние внутренних пузырьков с плазматической мембраной и транспорт молекул во внеклеточное пространство (Doherty and McMahon, 2009).И эндоцитоз, и экзоцитоз динамичны и хорошо регулируются (Steinman et al., 1983). Поскольку наночастицы выводятся в основном печенью и селезенкой, их экзоцитоз из клеток в целом и печени и селезенки в частности имеет первостепенное значение для биобезопасности этих частиц. Более мелкие наночастицы с более медленным временем обертывания и наночастицы в форме стержней демонстрируют более быстрый экзоцитоз, чем сферические частицы. Влияние различных факторов на экзоцитоз хорошо освещено Oh et al.(Ой и Парк, 2014).

11.2.2 Биораспределение

Водонерастворимые полимеры, образующие стабильные наночастицы, вероятно, будут демонстрировать лучшие характеристики поглощения, чем менее стабильные наночастицы, образованные из полиэлектролитных комплексов, из-за их быстрой диссоциации, даже если они диссоциируют не полностью. Поглощение полимера определяется его физико-химическими свойствами, такими как молекулярная масса, гидрофобность и конформация. Физико-химические свойства наночастиц, включая размер, поверхностный заряд и химию поверхности, важны не только для абсорбции, но также влияют на их фармакокинетику и биораспределение, которые, в свою очередь, определяют терапевтический эффект и потенциал токсичности наночастиц (Plapied et al., 2011).

Поглощение наночастиц происходит через М (микроскладчатые) клетки или абсорбирующие энтероциты. Поглощение М-клетками приводит к их трансцитозу рядом с иммунными клетками и, вероятно, к доставке в лимфоидную ткань и лимфоидные клетки, ассоциированные с кишечником (Brayden et al., 2005). С другой стороны, поглощение абсорбирующими энтероцитами направляет их в кровоток. М-клетки и абсорбирующие энтероциты демонстрируют повышенный потенциал импорта для гидрофобных и гидрофильных наночастиц соответственно (LeFevre et al., 1985; des Rieux et al., 2005). Преимущества наночастиц при лечении заболеваний могут быть реализованы только в том случае, если они остаются в кровотоке достаточно долго, чтобы достичь целевого терапевтического участка действия. Однако опсонизация наночастиц-носителей лекарств открывает путь для их удаления мононуклеарной фагоцитарной системой (MPS), которую также называют ретикулоэндотелиальной системой (RES). Голые наночастицы (не пегилированные) быстрее удаляются органами MPS (печенью и селезенкой) из-за отсутствия скрытых свойств.Наночастицы-невидимки, напротив, демонстрируют благоприятные профили биораспределения (Panagi et al., 2001). Поэтому для уменьшения клиренса MPS обычно используют ПЭГилирование. Полиэтиленгликоль (ПЭГ) образует гидратированную фазу на поверхности наночастиц и предотвращает их поглощение клетками макрофагов. Тем не менее, стоит отметить, что количество ПЭГ, которое можно использовать в составе, ограничено его токсичностью (Zhang et al., 2014). Для ПЭГилированных наночастиц скорость клиренса и окончательного биораспределения зависит от нескольких факторов, помимо размера частиц.Moghimi et al. сообщили о более быстром удалении частиц (как ПЭГилированных, так и непэгилированных) с гидродинамическими радиусами более 200 нм по сравнению с частицами с радиусами менее 200 нм (Moghimi et al., 2001). Аналогичным образом, ПЭГилированные наночастицы с гидродинамическим радиусом менее 150 нм демонстрировали высокое поглощение в костном мозге кроликов, тогда как частицы размером 250 нм были изолированы в основном в селезенке и печени (Porter et al., 1992). Это предполагает механизм фильтрации при удалении более крупных частиц селезенкой и печенью, посредством чего мелкие частицы просеиваются в костный мозг (Moghimi et al., 1993). Другая гипотеза, объясняющая различия в захвате и биораспределении стелс-частиц, — это специфичность опсонинов только к определенному типу фагоцитов. Например, Moghimi и Patel предположили, что высокое накопление липосом, богатых холестерином, в селезенке происходит из-за присутствия опсонинов, специфичных для фагоцитов селезенки (Moghimi and Patel, 1988). Напротив, опсонины, специфичные для клеток Купфера, могут обладать большими участками связывания для связывания крупных частиц, которые впоследствии секвестрируются в печени.Другие факторы, влияющие на окончательное биораспределение и скорость выведения наночастиц, включают толщину, заряд, поверхностную плотность, функциональную группу и характеристики конформации ПЭГ. В настоящее время имеется ограниченное понимание влияния этих факторов на биораспределение и клиренс из-за высокой сложности, связанной с отбором моделей на животных (внутри- и межвидовые вариации), а также вариабельности, связанной с сырьем, используемым для производства наночастиц ( Ли и Хуанг, 2008 г .; Портер и др., 1992). Несмотря на эти ограничения, из большинства исследований биораспределения можно сделать два обобщения. Во-первых, наночастицы полимера ПЭГ с большей молекулярной массой демонстрируют более длительный период полураспада в кровотоке in vivo (Gref et al., 1995), и, во-вторых, наночастицы без покрытия накапливаются в основном в печени и селезенке, в то время как наночастицы с покрытием (ПЭГилированные) распределяются в основном в селезенка. (Owens and Peppas, 2006)

Соотношение сторон (AR) наночастиц также влияет на разделение во время биораспределения и играет важную роль в органо-специфическом поглощении наночастиц.Шукла и др. (2015) приготовили два набора вируса табачной мозаики (TMV) на основе составов наночастиц с постоянным диаметром и одинаковой поверхностью, но с различной AR, чтобы сравнить их биораспределение и свойства нацеливания на опухоль. Композиции Stealth TMV были приготовлены с помощью ПЭГилирования для подавления иммунной регуляции, тогда как целевые композиции были получены путем отображения циклического пептидного лиганда, нацеленного на интегрин [RGD (Arg-Gly-Asp)], посредством промежуточного спейсера PEG. ПЭГилированные наночастицы демонстрируют более длительное время пребывания в кровотоке и пассивно накапливаются в опухолях за счет эффекта повышенной проницаемости и удерживания (EPR).Частицы с наименьшим AR (AR: 3,50), благодаря их способности диффундировать через эндотелий в опухоль, накапливались в опухолевых клетках в большем количестве, чем частицы с более высоким AR. Напротив, частицы, меченные RGD с самым низким AR, быстро выводились макрофагами и были менее эффективны в нацеливании на опухоль. Частицы AR среднего размера (130 × 18 нм 2 , AR: 7) демонстрировали наибольшее накопление опухоли, поскольку они могли уклоняться от иммунной системы (Shukla et al., 2015). Оптимальный размер наночастиц, предназначенных для нацеливания на опухоли, составляет около 20 нм (Wittrup et al., 2012). Сферические частицы демонстрируют преимущественное поглощение макрофагами по сравнению с длинными наноцепями, обладающими высоким AR. Более низкое поглощение печенью длинных наноцепей коррелирует с их длительным пребыванием в крови, что приводит к более высокой экстравазации в опухоли. Например, золотые наностержни размером 10 × 45 нм 2 , имеющие AR 4.5, демонстрируют меньшее поглощение в печени и селезенке по сравнению с золотыми наносферами (Arnida et al., 2011).

Золотые наночастицы демонстрируют превосходную воспроизводимость и гибкость, которые все чаще используются при доставке лекарств, особенно для доставки химиотерапевтических агентов.Их терапевтический эффект и системную токсичность можно оптимизировать, изменяя их химический состав поверхности и частиц. Например, химия поверхности конъюгата наночастиц гемцитабина золота была модифицирована с помощью ПЭГ, что привело к увеличению биодоступности без увеличения накопления в органах клиренса, таких как печень (Kudgus et al., 2014). Накопление наночастиц золота в печени увеличилось с 50% до 99% при увеличении их размера с 1,4 до 200 нм. Накопление в скелете и других органах (почках, сердце, головном мозге, матке, коже и мягких тканях) показало небольшую зависимость от размера в диапазоне размеров 18–200 нм.С другой стороны, при уменьшении размера (высокая объемная удельная поверхность) в диапазоне от 1,4 до 5 нм наночастицы золота демонстрировали линейное увеличение и линейное уменьшение, соответственно, в его накоплении в других органах и печени. Наночастицы золота с разным зарядом также демонстрировали неодинаковые накопления в разных органах (Hirn et al., 2011). Например, отрицательно заряженные наночастицы золота размером 2,8 нм накапливаются в печени в большей степени, чем положительно заряженные частицы.Напротив, в селезенке положительно заряженные наночастицы демонстрировали большее накопление, чем отрицательно заряженные частицы (Hirn et al., 2011).

Спайк-белок, продуцируемый вакциной, нетоксичен

ПРЕТЕНЗИЯ: вакцины против COVID-19 заставляют людей вырабатывать спайковый белок, который является токсином и может распространяться на другие части тела и повреждать органы.

ОЦЕНКА AP: Неверно. Вакцины COVID-19 инструктируют организм вырабатывать спайковые белки, которые учат иммунную систему бороться со спайками коронавируса, и эксперты говорят, что эти белки нетоксичны.

ФАКТЫ: Недавнее радиоинтервью с профессором Онтарио широко распространяется в Интернете, чтобы ввести пользователей социальных сетей в заблуждение относительно вакцин против COVID-19.

В эпизоде, который был показан в мае, канадский радиоведущий Алекс Пирсон взял интервью у доктора Байрама Брайдла, доцента вирусной иммунологии Ветеринарного колледжа Университета Гвельфа в Онтарио, о том, безопасна ли вакцина для детей.

В шоу Брайдл говорит, что он сторонник вакцины, но продолжает обсуждать крайнюю теорию о том, что спайковый белок, который организм производит из вакцины, токсичен и может повредить определенные органы.

«Мы сделали большую ошибку. Мы не осознавали этого до сих пор, мы думали, что спайковый белок был отличным антигеном-мишенью. Мы никогда не знали, что сам спайковый белок был токсином и патогенным белком, поэтому, вакцинируя людей, мы непреднамеренно вводим им токсин », — говорит он.

Хотя Брайдл использовал термин «мы», нет никаких указаний на то, что он каким-либо образом участвовал в разработке вакцин против COVID-19. Другие ученые опровергают характеристику белка-шипа, которую дал Брайдл.

«Спайковый белок является иммуногенным, то есть вызывает иммунный ответ, но это не токсин», — сказал Уильям Матчетт, исследователь вакцин из Медицинской школы Университета Миннесоты.

Все вакцины, получившие разрешение на экстренное использование в США, не содержат фактического белка-шипа от COVID-19 или живого вируса COVID-19. Белки-шипы, покрывающие коронавирус, позволяют вирусу легко заражать человеческую клетку и размножаться. Однако вакцина работает, обучая иммунную систему бороться со всплеском белка в организме и избавляться от него.

Доктор Дэн Каул, эксперт по инфекционным заболеваниям из Мичиганского университета, сказал, что вакцины доказали свою безопасность и эффективность в ходе клинических испытаний и миллионов людей, которые уже получили вакцины в США.

«В терминах «Спайк-протеин в некотором роде патогенен, это просто неправда», — сказал он в ответ на заявления Брайдла.

Вакцины Pfizer и Moderna полагаются на информационную РНК, часто называемую мРНК, которая предоставляет набор инструкций для создания этого шипового белка, чтобы ваше тело могло научиться определять вирус и бороться с ним.Johnson & Johnson — это вакцина, которая несет свои генетические инструкции для белка шипа через модифицированный аденовирус.

Публикует в Интернете общие цитаты из интервью Брайдл, чтобы еще больше распространить ложное мнение о том, что вакцины от COVID-19 опасны и поражают организм.

В интервью Брайдл говорит, что спайковые белки, генерируемые вакцинами, не остаются в мышцах плеча, а распространяются и «вызывают очень большой ущерб в других частях тела вакцинированных.Но доктор Адам Ратнер, специалист по детским инфекционным заболеваниям в NYU Langone Health, сказал, что вакцины в основном концентрируются в месте инъекции или в местных лимфатических узлах.

«То, что было сказано в радиошоу, было совершенно неточным, — сказал Ратнер. «Во-первых, в вакцинах нет шипованного белка. Количество, которое образуется после инъекции мРНК, очень мало, и она почти всегда остается локально. Это далеко не та сумма, о которой он говорил ».

В радиоинтервью Брайдл упоминает исследование 13 медицинских работников, которое, по его словам, подтвердило, что в их крови был обнаружен всплеск белка.Но эксперты говорят, что они не обнаружили ничего вызывающего беспокойство в том же исследовании, которое было проведено учеными из Бригама и женской больницы и опубликовано в журнале Clinical Infectious Diseases в мае.

Bridle не упомянул ключевые детали исследования, в котором использовался сверхчувствительный инструмент обнаружения, сказал Матчетт из Университета Миннесоты.

«Спайк стал неопределяемым через 14 дней после введения первой дозы вакцины», — сказал Матчетт об исследовании. «После второй дозы они не смогли обнаружить спайковый белок в крови ни одного из участников, потому что у всех участников были выработаны анти-спайковые антитела.

Bridle также упомянул японское исследование, подтверждающее его утверждения о шипованном протеине. Но в исследовании, написанном на японском языке, не рассматриваются шиповые белки вакцины, сказал Матчетт.

Bridle не ответила на запросы Associated Press о комментариях. В электронном письме с автоматическим ответом от его аккаунта говорилось, что вскоре будет опубликован более подробный отчет о его комментариях.

«Мой ответ на вопрос, заданный ведущим, был объективным и основан на нескольких надежных научных источниках», — сказал он в автоответчике.

___

Это часть продолжающихся усилий Associated Press по проверке фактов дезинформации, широко распространяемой в Интернете, включая работу с Facebook по выявлению и сокращению распространения ложных историй на платформе.

Дополнительная информация о программе проверки фактов Facebook: https://www.facebook.com/help/1952307158131536

Обзор посттрансляционной модификации | Thermo Fisher Scientific

Посттрансляционные модификации белков (ПТМ) увеличивают функциональное разнообразие протеома за счет ковалентного добавления функциональных групп или белков, протеолитического расщепления регуляторных субъединиц или деградации целых белков.Эти модификации включают фосфорилирование, гликозилирование, убиквитинирование, нитрозилирование, метилирование, ацетилирование, липидирование и протеолиз и влияют почти на все аспекты нормальной клеточной биологии и патогенеза. Следовательно, выявление и понимание ПТМ имеет решающее значение при изучении клеточной биологии, а также при лечении и профилактике заболеваний.


Вступление

За последние несколько десятилетий ученые обнаружили, что протеом человека намного сложнее, чем геном человека.Хотя по оценкам геном человека включает от 20 000 до 25 000 генов, общее количество белков в протеоме человека оценивается более чем в 1 миллион. Эти оценки демонстрируют, что отдельные гены кодируют несколько белков. Геномная рекомбинация, инициация транскрипции на альтернативных промоторах, дифференциальная терминация транскрипции и альтернативный сплайсинг транскрипта — это механизмы, которые генерируют разные транскрипты мРНК из одного гена.

Повышению сложности от уровня генома к протеому дополнительно способствуют посттрансляционные модификации белков (PTM).ПТМ представляют собой химические модификации, которые играют ключевую роль в функциональной протеомике, поскольку они регулируют активность, локализацию и взаимодействие с другими клеточными молекулами, такими как белки, нуклеиновые кислоты, липиды и кофакторы.

Посттрансляционные модификации являются ключевыми механизмами увеличения протеомного разнообразия. Хотя геном включает от 20 000 до 25 000 генов, протеом, по оценкам, включает более 1 миллиона белков. Изменения на уровне транскрипции и мРНК увеличивают размер транскриптома по отношению к геному, а множество различных посттрансляционных модификаций экспоненциально увеличивает сложность протеома по отношению как к транскриптому, так и к геному.


Кроме того, протеом человека является динамичным и изменяется в ответ на множество стимулов, а посттрансляционные модификации обычно используются для регулирования клеточной активности. ПТМ встречаются в различных боковых цепях аминокислот или пептидных связях, и они чаще всего опосредуются ферментативной активностью. Действительно, по оценкам, 5% протеома содержат ферменты, которые выполняют более 200 типов посттрансляционных модификаций. Эти ферменты включают киназы, фосфатазы, трансферазы и лигазы, которые добавляют или удаляют функциональные группы, белки, липиды или сахара в боковых цепях аминокислот или из них; и протеазы, которые расщепляют пептидные связи для удаления определенных последовательностей или регуляторных субъединиц.Многие белки также могут модифицироваться с помощью автокаталитических доменов, таких как автокиназа и автопротолитические домены.

Посттрансляционная модификация может происходить на любом этапе «жизненного цикла» белка. Например, многие белки модифицируются вскоре после завершения трансляции, чтобы обеспечить правильную укладку или стабильность белка или направить растущий белок в различные клеточные компартменты (например, ядро, мембрану). Другие модификации происходят после завершения фолдинга и локализации, чтобы активировать или инактивировать каталитическую активность или иным образом повлиять на биологическую активность белка.Белки также ковалентно связаны с метками, которые нацелены на деградацию белка. Помимо единичных модификаций, белки часто модифицируются посредством комбинации посттрансляционного расщепления и добавления функциональных групп через ступенчатый механизм созревания или активации белка.

Protein PTMs также могут быть обратимыми в зависимости от природы модификации. Например, киназы фосфорилируют белки по боковым цепям определенных аминокислот, что является обычным методом каталитической активации или инактивации.И наоборот, фосфатазы гидролизуют фосфатную группу, чтобы удалить ее из белка и обратить биологическую активность. Протеолитическое расщепление пептидных связей является термодинамически благоприятной реакцией и поэтому навсегда удаляет пептидные последовательности или регуляторные домены.

Следовательно, анализ белков и их посттрансляционных модификаций особенно важен для изучения болезней сердца, рака, нейродегенеративных заболеваний и диабета. Характеристика ПТМ, хотя и является сложной задачей, дает неоценимое представление о клеточных функциях, лежащих в основе этиологических процессов.С технической точки зрения, основные проблемы при изучении посттрансляционно модифицированных белков — это разработка специфических методов обнаружения и очистки. К счастью, эти технические препятствия преодолеваются с помощью множества новых и усовершенствованных протеомных технологий.

Справочник по экспрессии белков

Это 118-страничное руководство содержит исчерпывающую информацию об экспрессии белков и поможет вам выбрать правильную систему экспрессии и технологии очистки для вашего конкретного применения и потребностей.Получите советы и рекомендации перед началом эксперимента и найдите ответы на повседневные проблемы, связанные с экспрессией белка.

Справочник по экспрессии белков ›


Посттрансляционные модификации (ПТМ)

Как отмечалось выше, большое количество различных PTM не позволяет провести тщательный анализ всех возможных модификаций белка. Таким образом, этот обзор касается лишь небольшого числа наиболее распространенных типов ПТМ, изучаемых сегодня в исследованиях белков. Кроме того, больше внимания уделяется фосфорилированию, гликозилированию и убиквитинированию, и поэтому эти PTM описаны более подробно на страницах, посвященных соответствующим PTM.

Фосфорилирование

Обратимое фосфорилирование белка, в основном по остаткам серина, треонина или тирозина, является одной из наиболее важных и хорошо изученных посттрансляционных модификаций. Фосфорилирование играет важную роль в регуляции многих клеточных процессов, включая клеточный цикл, рост, апоптоз и пути передачи сигналов. В следующем примере был использован вестерн-блот-анализ для оценки специфичности фосфопротеинов в лизатах, полученных из лишенных сыворотки линий раковых клеток HeLa и NIH 3T3, стимулированных эпидермальным фактором роста (EGF) и фактором роста, полученным из тромбоцитов (PDGF), соответственно.

Обогащение высокочистых фосфопротеинов из сложных биологических образцов. Анализ Вестерн-блоттинг выполняли с помощью набора Thermo Scientific Pierce Phosphoprotein Enrichment Kit, и клеточные лизаты получали в соответствии с инструкциями набора для обогащения фосфопротеинов. Обнаружение белков было достигнуто с помощью фосфоспецифических антител, которые распознают ключевые регуляторные белки, участвующие в передаче сигналов фактора роста. Цитохром C (pI 9,6) и p15Ink4b (pI 5,5) служили отрицательными контролями для неспецифического связывания нефосфорилированных белков.FT = проточная фракция, W = объединенные промывные фракции, E = объединенные элюированные фракции и L = необогащенный общий клеточный экстракт.


Гликозилирование

Гликозилирование белков признано одной из основных посттрансляционных модификаций, оказывающих значительное влияние на укладку, конформацию, распределение, стабильность и активность белков. Гликозилирование включает в себя разнообразный выбор добавок сахарных фрагментов к белкам, который варьируется от простых моносахаридных модификаций ядерных факторов транскрипции до очень сложных разветвленных полисахаридных изменений рецепторов клеточной поверхности.Углеводы в форме аспаргин-связанных (N-связанных) или серин / треонин-связанных (O-связанных) олигосахаридов являются основными структурными компонентами многих клеточных поверхностных и секретируемых белков.

Типы гликозилирования. Гликопептидные связи можно разделить на определенные группы в зависимости от природы связи сахар-пептид и присоединенного олигосахарида, включая N-, O- и C-связанное гликозилирование, глипирование и фосфогликозилирование.


Убиквитинирование

Убиквитин представляет собой полипептид массой 8 кДа, состоящий из 76 аминокислот, который присоединен к µ-Nh3 лизина в целевых белках через С-концевой глицин убиквитина.После начального события моноубиквитинирования может происходить образование убиквитинового полимера, и полиубиквитинированные белки затем распознаются протеасомой 26S, которая катализирует деградацию убиквитинированного белка и рециркуляцию убиквитина. Следующий эксперимент представляет собой пример методов, используемых для обнаружения убиквитинированных белков.

Обнаружение убиквитина в лизатах клеток HeLa. Вестерн-блоттинг был проведен для сравнения четырех методов обнаружения убиквитинового белка в лизатах клеток HeLa.После обработки эпоксомицином лизаты клеток HeLa (150 мкг) обрабатывали четырьмя различными методами. Полученные проточные (F) и элюированные (E) фракции были нормализованы по объему относительно исходного необработанного лизата (H) и идентичные объемы подверглись электрофорезу для определения вестерн-блоттинга. По сравнению с набором поставщика C и методом на основе антител, набор Thermo Scientific Pierce для обогащения убиквитином дает больше убиквитинированного белка во фракции элюирования (и меньше белка в проточной фракции), что указывает на значительно лучшее обогащение убиквитинированных белков.Смола GSH является отрицательным контролем для сравнения.


S-нитрозилирование

Оксид азота (NO) производится тремя изоформами синтазы оксида азота (NOS) и представляет собой химический посредник, который реагирует со свободными остатками цистеина с образованием S-нитротиолов (SNO). S-нитрозилирование является критическим PTM, используемым клетками для стабилизации белков, регулирования экспрессии генов и обеспечения доноров NO, а образование, локализация, активация и катаболизм SNO строго регулируются.

S-нитрозилирование — обратимая реакция, и SNO имеют короткий период полужизни в цитоплазме из-за хозяина восстанавливающих ферментов, включая глутатион (GSH) и тиоредоксин, которые денитрозилируют белки. Следовательно, SNO часто хранятся в мембранах, везикулах, интерстициальном пространстве и липофильных белковых складках, чтобы защитить их от денитрозилирования. Например, каспазы, которые опосредуют апоптоз, хранятся в митохондриальном межмембранном пространстве как SNO. В ответ на внеклеточные или внутриклеточные сигналы каспазы высвобождаются в цитоплазму, и сильно восстанавливающая среда быстро денитрозилирует белки, что приводит к активации каспаз и индукции апоптоза.

S-нитрозилирование не является случайным событием, и только определенные остатки цистеина подвергаются S-нитрозилированию. Поскольку белки могут содержать несколько цистеинов и из-за лабильного характера SNO, S-нитрозилированные цистеины может быть трудно обнаружить и отличить от не-S-нитрозилированных аминокислот. Анализ переключения биотина, разработанный Jaffrey et al., Является распространенным методом обнаружения SNO, и этапы анализа перечислены ниже:

  • Все свободные цистеины блокируются.
  • Все оставшиеся цистеины (предположительно только денитрозилированные) денитрозилированы.
  • Освободившиеся тиоловые группы затем биотинилируют.
  • Биотинилированные белки обнаруживаются с помощью SDS-PAGE и вестерн-блоттинга или масс-спектрометрии.
Схема реакции для мечения и обнаружения S-нитрозилирования с помощью набора для вестерн-блоттинга S-нитрозилирования. Образцы сначала подвергаются реакции с MMTS для блокирования свободных сульфгидрилов в S-нитрозилированных белках. Затем S-нитрозоцистеины избирательно восстанавливаются аскорбатом для мечения с помощью реагента Thermo Scientific iodoTMTzero Label Reagent.Впоследствии поставляемое антитело против TMT используется для обнаружения белков, меченных TMT, при вестерн-блоттинге.

Метилирование

Перенос одноуглеродных метильных групп к азоту или кислороду (N- и O-метилирование, соответственно) к боковым цепям аминокислот увеличивает гидрофобность белка и может нейтрализовать отрицательный заряд аминокислоты, когда связаны с карбоновыми кислотами. Метилирование опосредуется метилтрансферазами, а S-аденозилметионин (SAM) является первичным донором метильной группы.

Метилирование происходит так часто, что SAM считается наиболее часто используемым субстратом в ферментативных реакциях после АТФ. Кроме того, хотя N-метилирование необратимо, O-метилирование потенциально обратимо. Метилирование — хорошо известный механизм эпигенетической регуляции, поскольку метилирование и деметилирование гистонов влияет на доступность ДНК для транскрипции. Аминокислотные остатки могут быть конъюгированы с одной метильной группой или несколькими метильными группами для усиления эффектов модификации.

На рисунке ниже представлена ​​иллюстрация PMT, связанных с частицами ядра нуклеосомы.

Изображение, показывающее посттрансляционные модификации, связанные с гистоновыми частицами. Нуклеосомы представлены красными сферами, обернутыми ДНК (показаны серым). Также показаны положения PTM, расположенных на гистоновых белках h3A (и h3A.X), h3B, h4 и h5. Эти PTM влияют на экспрессию генов, изменяя структуру хроматина и рекрутируя модификаторы гистонов.События PTM опосредуют различные биологические функции, такие как активация и инактивация транскрипции, упаковка хромосом, а также процессы повреждения и восстановления ДНК.


N-ацетилирование

N-ацетилирование, или перенос ацетильной группы на азот, происходит почти во всех эукариотических белках посредством как необратимых, так и обратимых механизмов. N-концевое ацетилирование требует расщепления N-концевого метионина метионинаминопептидазой (MAP) перед заменой аминокислоты ацетильной группой из ацетил-CoA ферментами N-ацетилтрансферазы (NAT).Этот тип ацетилирования является ко-трансляционным, поскольку N-конец ацетилируется на растущих полипептидных цепях, которые все еще прикреплены к рибосоме. Хотя от 80 до 90% эукариотических белков ацетилируются таким образом, точное биологическое значение все еще неясно.

Ацетилирование по ε-Nh3 лизина (называемое ацетилированием лизина) на N-концах гистона является распространенным методом регуляции транскрипции генов. Ацетилирование гистонов — это обратимое событие, которое снижает конденсацию хромосом, чтобы способствовать транскрипции, и ацетилирование этих остатков лизина регулируется факторами транскрипции, которые содержат активность гистонацетилетрансферазы (HAT).В то время как факторы транскрипции с активностью HAT действуют как коактиваторы транскрипции, ферменты гистондеацетилазы (HDAC) являются ко-репрессорами, которые обращают вспять эффекты ацетилирования, снижая уровень ацетилирования лизина и увеличивая хромосомную конденсацию.

Сиртуины (регулятор молчащей информации) представляют собой группу НАД-зависимых деацетилаз, нацеленных на гистоны. Как следует из их названия, они поддерживают молчание генов за счет гипоацетилирования гистонов и, как сообщается, помогают в поддержании стабильности генома.

Хотя ацетилирование было впервые обнаружено в гистонах, цитоплазматические белки также были ацетилированы, и поэтому ацетилирование, по-видимому, играет большую роль в клеточной биологии, чем просто регуляция транскрипции. Кроме того, перекрестное взаимодействие между ацетилированием и другими посттрансляционными модификациями, включая фосфорилирование, убиквитинирование и метилирование, может изменять биологическую функцию ацетилированного белка.

Ацетилирование белка может быть обнаружено с помощью иммунопреципитации хроматина (ChIP) с использованием специфичных для ацетиллизина антител или с помощью масс-спектрометрии, где увеличение гистона на 42 единицы массы представляет собой однократное ацетилирование.


Липидация

Липидация — это метод нацеливания белков на мембраны органелл (эндоплазматический ретикулум [ER], аппарат Гольджи, митохондрии), везикулы (эндосомы, лизосомы) и плазматическую мембрану. Четыре типа липидирования:

  • С-концевой гликозилфосфатидилинозитол (GPI) якорь
  • N-концевое миристоилирование
  • S-миристоилирование
  • S-пренилирование

Каждый тип модификации дает разные мембраны типы липидирования увеличивают гидрофобность белка и, следовательно, его сродство к мембранам.Различные типы липидирования также не исключают друг друга, поскольку два или более липидов могут быть присоединены к данному белку.

GPI прикрепляет белков клеточной поверхности к плазматической мембране. Эти гидрофобные фрагменты получают в ER, где они затем добавляются к растущему белку единым блоком. GPI-заякоренные белки часто локализуются на липидных рафтах, богатых холестерином и сфинголипидами, которые действуют как сигнальные платформы на плазматической мембране. Этот тип модификации обратим, поскольку якорь GPI может высвобождаться из белка фосфоинозитол-специфической фосфолипазой C.Действительно, эта липаза используется при обнаружении GPI-заякоренных белков для высвобождения GPI-заякоренных белков из мембран для разделения гелей и анализа с помощью масс-спектрометрии.

N-миристоилирование — это метод, позволяющий придать белкам гидрофобный рычаг для локализации на мембране. Миристоильная группа представляет собой 14-углеродную насыщенную жирную кислоту (C14), которая придает белку достаточную гидрофобность и сродство к мембранам, но недостаточно для постоянного закрепления белка в мембране. Следовательно, N-миристоилирование может действовать как переключатель конформационной локализации, при котором конформационные изменения белка влияют на доступность ручки для прикрепления к мембране.Из-за этой условной локализации сигнальные белки, которые селективно локализуются на мембране, такие как киназы семейства Src, являются N-миристоилированными.

N-миристоилированию способствует N-миристоилтрансфераза (NMT) и использует миристоил-КоА в качестве субстрата для присоединения миристоильной группы к N-концевому глицину. Поскольку метионин является N-концевой аминокислотой всех эукариотических белков, этот PTM требует расщепления метионина вышеупомянутым MAP перед добавлением миристоильной группы; это представляет собой один пример нескольких PTM на одном белке.

S-пальмитоилирование добавляет пальмитоильную группу C16 от пальмитоил-КоА к тиолатной боковой цепи остатков цистеина через пальмитоилацилтрансферазы (PAT). Из-за более длинной гидрофобной группы этот якорь может навсегда закрепить белок на мембране. Однако эта локализация может быть обращена тиоэстеразами, которые разрывают связь между белком и якорем; таким образом, S-пальмитоилирование используется в качестве переключателя включения / выключения для регулирования локализации мембраны. S-пальмитоилирование часто используется для усиления других типов липидирования, таких как миристоилирование или фарнезилирование (см. Ниже).S-пальмитоилированные белки также избирательно концентрируются на липидных рафтах.

S-пренилирование ковалентно добавляет фарнезильную (C15) или геранилгеранильную (C20) группу к специфическим остаткам цистеина в пределах пяти аминокислот от C-конца через фарнезилтрансферазу (FT) или геранилгеранилтрансферазы (GGT I и II). В отличие от S-пальмитоилирования, S-пренилирование является гидролитически стабильным. Приблизительно 2% всех белков пренилированы, включая всех членов суперсемейства Ras. Эта группа молекулярных переключателей является фарнезилированной, геранилгеранилированной или их комбинацией.Кроме того, эти белки имеют специфические мотивы из 4 аминокислот на С-конце, которые определяют тип пренилирования одиночного или двойного цистеина. Пренилирование происходит в ER и часто является частью поэтапного процесса PTMs, за которым следует протеолитическое расщепление с помощью Rce1 и метилирование с помощью изопренилцистеинметилтрансферазы (ICMT).


Протеолиз

Пептидные связи неопределенно стабильны в физиологических условиях, и поэтому клеткам требуется некоторый механизм для разрыва этих связей.Протеазы представляют собой семейство ферментов, которые расщепляют пептидные связи белков и играют решающую роль в процессинге антигена, апоптозе, отщеплении поверхностных белков и передаче сигналов клетками.

Семейство из более чем 11000 протеаз различается по субстратной специфичности, механизму расщепления пептидов, расположению в клетке и продолжительности активности. Хотя этот вариант предполагает широкий набор функций, протеазы обычно можно разделить на группы в зависимости от типа протеолиза. Деградационный протеолиз имеет решающее значение для удаления несобранных белковых субъединиц и неправильно свернутых белков и для поддержания концентраций белка на уровне гомеостатических концентраций за счет снижения данного белка до уровня небольших пептидов и отдельных аминокислот.Протеазы также играют биосинтетическую роль в клеточной биологии, которая включает отщепление сигнальных пептидов от возникающих белков и активацию зимогенов, которые являются неактивными предшественниками ферментов, которые требуют расщепления в определенных участках для функционирования фермента. В этом отношении протеазы действуют как молекулярные переключатели, регулирующие активность ферментов.

Протеолиз — термодинамически благоприятная и необратимая реакция. Следовательно, активность протеазы жестко регулируется, чтобы избежать неконтролируемого протеолиза с помощью механизмов временного и / или пространственного контроля, включая регуляцию расщеплением цис- или транс-и компартментализацией (например,ж., протеасомы, лизосомы).

Разнообразное семейство протеаз можно классифицировать по участку действия, например аминопептидазы и карбоксипептидазы, которые расщепляют амино- или карбокси-конец белка, соответственно. Другой тип классификации основан на группах активных сайтов данной протеазы, которые участвуют в протеолизе. Основываясь на этой стратегии классификации, более 90% известных протеаз попадают в одну из четырех следующих категорий:

  • Сериновые протеазы
  • Цистеиновые протеазы
  • Протеазы аспарагиновой кислоты
  • Металлопротеазы цинка

Следующий типичный пример демонстрирует эффективность коммерчески доступного протеазного теста.

Кривые реакции колориметрического анализа протеазы. Набор для анализа колориметрической протеазы Thermo Scientific Pierce использовали для измерения активности протеазы V-8 и подчелюстной протеазы в расщеплении казеинового субстрата по сравнению с поставляемым стандартом трипсина.


  1. Международный консорциум по секвенированию генома человека (2004 г.) Завершение эухроматической последовательности генома человека. Nature 431: 931–45.
  2. Jensen ON (2004) Протеомика, специфичная для модификации: характеристика посттрансляционных модификаций с помощью масс-спектрометрии. Curr Opin Chem Biol 8: 33–41.
  3. Ayoubi TA, Van De Ven WJ (1996) Регулирование экспрессии генов с помощью альтернативных промоторов. FASEB J 10: 453–60.
  4. Walsh C (2006) Посттрансляционная модификация белков: Расширение инвентаря природы. Энглвуд (Колорадо): издатели Робертс и Ко. xxi, p 490.
  5. Gaston BM et al. (2003) Передача сигналов S-нитрозилирования в клеточной биологии. Mol Interv 3: 253–63.
  6. Jaffrey SR, Snyder SH (2001) Метод переключения биотина для обнаружения S-нитрозилированных белков. Sci STKE 86: пл1.
  7. Han P, Chen C (2008) Переключатель биотина без детергентов в сочетании с жидкостной хроматографией / тандемной масс-спектрометрией в анализе S-нитрозилированных белков. Масс-спектрометр Rapid Commun. 22: 1137–45.
  8. Imai S et al. (2000) Белок транскрипционного молчания и долголетия SIR2 представляет собой НАД-зависимую гистоновую деацетилазу. Nature 403: 795–800.
  9. Glozak MA et al. (2005) Ацетилирование и деацетилирование негистоновых белков. Ген 363: 15–23.
  10. Yang XJ, Seto E (2008) Ацетилирование лизина: кодифицированные перекрестные помехи с другими посттрансляционными модификациями. Mol Cell 31: 449–61.

2.14: Содействие распространению — Биология LibreTexts

Какой из вопросов никто не любит, когда его задают? Иногда клетке также требуется помощь в перемещении предметов или облегчение процесса диффузии. И это будет работа особого типа белка.

Облегченная диффузия

Что произойдет, если веществу потребуется помощь, чтобы пройти через плазматическую мембрану? Облегченная диффузия — это диффузия растворенных веществ через транспортные белки в плазматической мембране.Облегченная диффузия — это вид пассивного транспорта. Несмотря на то, что облегченная диффузия включает в себя транспортные белки, это все еще пассивный транспорт, поскольку растворенное вещество движется вниз по градиенту концентрации.

Небольшие неполярные молекулы могут легко диффундировать через клеточную мембрану. Однако из-за гидрофобной природы липидов, из которых состоят клеточные мембраны, полярные молекулы (например, вода) и ионы не могут этого сделать. Вместо этого они диффундируют через мембрану через транспортные белки. Транспортный белок полностью покрывает мембрану и позволяет определенным молекулам или ионам диффундировать через мембрану.Белки канала, белки закрытого канала и белки-носители — это три типа транспортных белков, которые участвуют в облегченной диффузии.

Канальный белок , тип транспортного белка, действует как пора в мембране, которая пропускает молекулы воды или небольшие ионы быстро. Белки водного канала (аквапорины) позволяют воде очень быстро диффундировать через мембрану. Белки ионных каналов позволяют ионам диффундировать через мембрану.

Белок закрытого канала — это транспортный белок, который открывает «ворота», позволяя молекуле проходить через мембрану.Закрытые каналы имеют сайт связывания, специфичный для данной молекулы или иона. Стимул заставляет «ворота» открываться или закрываться. Стимулом могут быть химические или электрические сигналы, температура или механическая сила, в зависимости от типа закрытого канала. Например, натриевые каналы нервной клетки стимулируются химическим сигналом, который заставляет их открываться и пропускать ионы натрия в клетку. Молекулы глюкозы слишком велики, чтобы легко диффундировать через плазматическую мембрану, поэтому они перемещаются через мембрану через закрытые каналы.Таким образом, глюкоза очень быстро диффундирует через клеточную мембрану, что важно, потому что многие клетки зависят от глюкозы для получения энергии.

Белок-носитель — это транспортный белок, специфичный для иона, молекулы или группы веществ. Белки-носители «переносят» ион или молекулу через мембрану, изменяя форму после связывания иона или молекулы. Белки-носители участвуют в пассивном и активном транспорте. Модель канального белка и белков-носителей показана на фиг. ниже.

Облегченная диффузия через клеточную мембрану. Показаны белки канала и белки-носители (но не белок закрытого канала). Молекулы и ионы воды движутся через белки каналов. Другие ионы или молекулы также переносятся через клеточную мембрану белками-носителями. Ион или молекула связывается с активным центром белка-носителя. Белок-носитель изменяет форму и высвобождает ион или молекулу на другой стороне мембраны. Затем белок-носитель возвращается к своей исходной форме.

Анимацию, изображающую облегченное распространение, можно просмотреть на http://www.youtube.com/watch?v=OV4PgZDRTQw (1:36).

Ионные каналы

Ионы, такие как натрий (Na + ), калий (K + ), кальций (Ca 2+ ) и хлорид (Cl ), важны для многие клеточные функции.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *