- •Глава 11. Обмен липидов
- •11.1. Переваривание липидов
- •11.2. Метаболизм глицерина
- •11.3. Метаболизм жирных кислот
- •11.4. Биосинтез жиров
- •11.5. Регуляция обмена липидов
- •Глава 12. Обмен нуклеиновых кислот
- •12.1. Пути распада рнк и днк
- •12.2. Распад пуриновых и пиримидиновых оснований
- •12.3. Биосинтез нуклеотидов
- •Биосинтез пурииовых нуклеотидов
- •Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
- •Биосинтез дезоксирибонуклеотидов
- •12.4. Биосинтез нуклеиновых кислот
- •Биосинтез днк (репликация)
- •Биосинтез рнк (транскрипция)
- •Безматричный синтез рнк
- •12.5. Путь информации от генотипа к фенотипу
- •Глава 13. Обмен белков
- •13.1. Понятие об обмене белков
- •13.2. Переваривание белков пищи и распад белков тканей Переваривание белков
- •Распад белков в тканях
- •13.3. Метаболизм аминокислот
- •Трансаминирование аминокислот
- •Дезамииирование аминокислот
- •Превращение углеродных скелетов аминокислот. Реакции декарбоксилирования
- •13.4. Удаление аммиака из организма. Орнитиновый цикл
- •13.5. Синтез аминокислот
- •13.6. Биосинтез белков (трансляция)
Безматричный синтез рнк
Помимо РНК-полимеразы в клетках есть другой фермент, с помощью которого можно синтезировать РНК in vitro (в неживой природе) - это полинуклеотифосфорилаза. В живой клетке этот фермент катализирует фосфоролиз 3',5'-фосфодиэфирных связей в молекуле РНК, продуктами реакции являются нуклеозиддифосфаты:
РНК + (k + I + m+n)Н3Р04 ↔ kАДФ + I УДФ + mГДФ + nЦДФ.
Реакция обратима, поэтому при проведении ее in vitro в условиях избытка нуклеозиддифосфатов она идет в направлении синтеза РНК. При этом не требуется никакой матрицы, а последовательность соединения нуклеотидных остатков в цепь РНК является случайной. В этом состоит принципиальное отличие матричных синтезов от безматричных.
12.5. Путь информации от генотипа к фенотипу
Еще на рубеже 19-го и 20-го веков было выяснено, что ответственными за передачу признаков по наследству являются хромосомы, а именно определенный участок их, называемый геном и определяющий некоторый наследственный признак. Всему набору признаков организма соответствует набор генов всех хромосом - генотип.
Гены наряду с белками содержат ДНК, которые и осуществляют передачу наследственной информации от поколения к поколению в процессе репликации.
Существует механизм, который регулирует периодичность репликации ДНК и фазы клеточного цикла. До конца этот механизм еще не выяснен. Синтез ДНК происходит во время фазы, предшествующей делению клетки, после того как синтезируются все необходимые нуклеозидтрифосфаты. До этого клетки диплоидны, т.е. содержат две копии генотипа. В результате репликации каждая из копий удваивается, и клетка становится тетраплоидной. Во время деления происходит конденсация хроматина и образование хромосом (тетраплоидный набор) с последующим делением родительской клетки на две дочерние диплоидные клетки.
Каждому генотипу соответствует определенный фенотип - набор фенотипических признаков организма (проявляющихся как внешне, так и внутренне).
Путь информации от генотипа к фенотипу можно выразить простой схемой: ДНК→РНК→белок.
1-я и 2-я стадии этой схемы уже рассмотрены. Таким образом, ген определяет первичную структуру белков: информация, записанная с помощью определенного чередования нуклеотидных остатков, переводится в информацию, записанную чередованием аминокислотных остатков. Иначе говоря, ДНК служит матрицей для синтеза РНК, а РНК - матрицей для синтеза белков. Это положение - основной постулат молекулярной биологии.
Основы генетической инженерии. Целью генетической инженерии является получение организмов (животных и растений) с новыми наследственными свойствами с помощью чисто лабораторных приемов. Осуществить эту цель чрезвычайно сложно, что обусловлено недостаточностью знаний о структуре и функционировании генов.
Для достижения поставленной цели в организм необходимо ввести соответствующий ген или гены. Поэтому первым этапом является синтез гена химическим или биологическим путем либо выделение его из другого организма.
Следующий этап генетической инженерии - перенос генов в клетку - осуществляется тремя способами: трансформацией (перенос генов посредством выделенной и очищенной от примесей ДНК), трансдукцией (перенос генов посредством вирусов) или гибридизацией клеток, полученных из разных организмов.
Заключительный этап сводится к адаптации введенного гена в организме хозяина и уже не зависит от искусства экспериментатора.
Казалось бы, довольно простая схема, но тем не менее в настоящее время в генетической инженерии наблюдается некоторый спад. Переход от исследования на клетках прокариот (организмы, клетки которых не имеют ядра как такового) к исследованиям на клетках эукариот встретил ряд технических трудностей из-за мозаичной структуры генов последних. В частности, открытие экзонов и интронов в генотипе ДНК, открытие явления сплайсинга во время формирования матричной РНК указывают на необходимость соблюдения высочайшей точности процедуры вырезания необходимого гена из ДНК генотипа соответствующими ферментами (рестриктазами). Иначе могут быть получены не гены, несущие информацию, а участки интронов, не кодирующие белок.
После открытия методов искусственного синтеза и сшивки отдельных участков молекулы ДНК, появилась возможность создания новых, неизвестных ранее организмов с заранее заданными свойствами. Сложилось новое направление - биотехнология, занимающаяся решением практических задач здравоохранения и сельского хозяйства. Полученные в лаборатории гены широко используются в микробиологической промышленности для приготовления лекарственных препаратов белковой природы (гормонов, ферментов и др.), а также все больше попыток применить их при лечении многих наследственных заболеваний (всего их более 2000), генетический дефект которых точно известен пока только для 50 болезней.