Inhibitori ai biosintezei matricei
Există un grup mare de substanțe care inhibă sinteza ADN, ARN sau proteine. Unele dintre ele au găsit aplicații în medicină pentru tratamentul bolilor infecțioase și a bolilor tumorale, în timp ce altele sunt pentru persoana cea mai puternică toxină. La acesta din urmă poate fi atribuită toadstoolul palid toxic # 945; -amanitina, care este un inhibitor al polimerazelor ARN eucariote.
Efectul inhibitorilor biosintezei matricei ca medicament se bazează pe:
· Modificări ale matricelor (ADN sau ARN);
· Aparate de sinteză a proteinelor (ribozomi);
Locul central printre ele aparține antibioticelor - diverse în structura chimică a compușilor organici sintetizați de microorganisme. Informațiile scurte privind antibioticele care inhibă sinteza matricei sunt prezentate în Tabelul 7.2.
Antibiotice - biosinteza matricei inhibitoare
Inhibitori ai replicării și transcripției
Daunomicină Doxorubicină Actinomicină D
Acestea sunt construite între perechi de baze ADN, blochează sinteza ADN și ARN în pro- și eucariote
Inhibați topoizomeraza ADN responsabilă de suprasolicitarea ADN-ului
Comunicați cu polimeraza ARN bacteriană
Inhibă alungire: se leagă la subunitatea ribozomală 30S și blocând atașarea AA-ARNt la A-Center
Se atașează la subunitatea 50S a ribozomului și inhibă activitatea peptidil transferazei
Se atașează la subunitatea 50S a ribozomului și inhibă translocarea
Inhibă inițierea translației, se leagă la subunitatea 50S a ribozomului, provoacă erori în citirea informațiilor codificate în mRNA
Avansurile în biologia moleculară au influențat în mod semnificativ medicina modernă: nu numai că au aprofundat cunoștințele despre cauzele multor boli, dar au contribuit și la dezvoltarea de noi abordări în diagnosticul și tratamentul lor.
Pentru a detecta defectele în structura ADN, trebuie izolat de materialul biologic și "copiat" (dezvoltat) în cantități suficiente pentru studiu. Pentru terapia genică, este necesar să se izoleze genele normale și să se introducă în celule defecte astfel încât acestea să fie exprimate, permițând restaurarea sănătății pacientului.
Extracția ADN implică liza celulară rapidă, îndepărtarea fragmentelor de organele și membrane celulare prin centrifugare, degradarea proteinelor prin proteaze, extracția ADN-ului cu precipitarea ulterioară. În timpul izolării, se obțin molecule foarte mari, acestea fiind fragmentate în continuare prin enzime de restricție. Fragmentele rezultate sunt separate prin electroforeză. Numărul și lungimea fragmentelor rezultate și, în consecință, localizarea benzilor pe electrophograma este unică și specifică pentru fiecare persoană.
Identificarea secvențelor caracteristice se realizează prin hibridizarea Southern blot. Fragmentele ADN sunt supuse denaturării și transferării (blotting) la un purtător dens (filtru sau membrană). ADN-ul fixat pe filtru este hibridizat cu mici fragmente de ADN sau ARN conținând o etichetă radioactivă (fluorescentă sau altă). Astfel de fragmente se numesc sonde de ADN sau ARN. Dacă există secvențe în proba de testare care sunt complementare secvențelor de sondă, hibridizarea poate fi determinată vizual sau cu ajutorul unor instrumente speciale. Metoda este utilizată pentru a diagnostica bolile infecțioase, defectele ereditare, pentru a stabili expresia anumitor gene.
Sequencing (determinarea structurii primare) a ADN-ului se efectuează prin metoda chimică sau enzimatică. Metoda lui Maskam și Gilbert (chimic) se bazează pe degradarea chimică a ADN-ului. Esența metodei este după cum urmează: un capăt al fragmentului ADN este marcat cu o etichetă radioactivă sau fluorescentă. Preparatul ADN marcat este împărțit în patru porțiuni și fiecare dintre acestea este tratat cu un reactiv care distruge una sau două din cele patru baze, condițiile de reacție fiind selectate astfel încât sunt necesare doar câteva leziuni pe molecula ADN. Ca rezultat, se obține un set de fragmente marcate, ale căror lungimi sunt determinate de distanța de la baza distrusă până la capătul moleculei. Fragmentele formate în toate cele patru reacții sunt supuse la electroforeză în patru benzi adiacente; apoi conduceți identificarea acestora. Prin poziția amprentelor, puteți stabili la ce distanță de la capătul etichetat a fost baza distrusă și cunoașteți această bază - poziția acesteia. Astfel, setul de benzi determină secvența de nucleotide a ADN-ului.
Metoda Sanger (enzimatică) se bazează pe modelarea reacției ADN polimerazei, în care molecula ADN care este studiată este folosită ca șablon. Se adaugă dideoxinucleotide la amestecul de reacție (nu există nici o grupare OH în poziția 3 'a pentozelor). ADN polimeraza include aceste precursori în ADN. Cu toate acestea, atunci când sunt încorporate în ADN, nucleotida modificată nu poate forma o legătură fosfodiesterică cu următoarea deoxiribonucleotidă. Ca urmare, alungirea acestui lanț se oprește la locul unde dideoxiribonucleotida a intrat în ADN. Reacția se desfășoară simultan în patru eprubete separate, fiecare conținând una din cele patru dideoxinucleotide și toate cele 4 trifosfați de deoxinucleotide (de obicei, se atașează o etichetă radioactivă sau fluorescentă). În fiecare dintre tuburi se formează un set de fragmente marcate de diferite lungimi. Lungimea lor depinde de locul unde nucleul defect este inclus în lanț. Fragmentele de ADN marcate obținute sunt separate într-un gel de poliacrilamidă cu o precizie de un nucleotid, se realizează identificarea și se stabilește o secvență nucleotidică a ADN-ului în patru probe din structura distribuției fragmentelor.
Prepararea ADN-ului recombinant și amplificarea acestuia. Când se primește ADN recombinant, aceste molecule sunt izolate din două surse diferite. Fiecare dintre ele este fragmentată separat folosind aceeași enzimă de restricție. După procedeul de încălzire și răcire lentă a amestecului fragmentelor obținute, împreună cu moleculele originale de ADN, se formează ADN-uri recombinante, constând din secțiuni ADN aparținând inițial unor probe diferite. Folosind tehnica ADN-ului recombinant, este posibil sa studiem variantele genelor responsabile pentru dezvoltarea multor boli. În acest fel, pot fi identificate diverse mutații.
Clonarea ADN-ului este realizată pentru a obține cantități semnificative de material genetic recombinat. care implică inserarea fragmentului ADN dorit într-o moleculă vectorică, vectorul asigură penetrarea acestui ADN recombinant în celulele bacteriene. Atunci când bacteriile transformate se înmulțesc, crește numărul de copii ale fragmentului ADN inserat, precum și sinteza produselor proteice, care nu sunt caracteristice celulei bacteriene, dar sunt foarte valoroase pentru ființele umane. Vaccinurile, insulina, hormonul de creștere, factorii de coagulare etc. sunt obținuți în acest mod.
Lucrul cu secvențele nucleotidice necesită o cantitate suficientă de material pentru a fi studiată. Prin urmare, fragmentele ADN sunt pre-amplificate (crește cantitatea). Metoda de reacție în lanț a polimerazei (PCR). propusă în 1983 de Curry Mullis, permite ca orice mostră de ADN specific să fie supusă amplificării specifice în condiții in vitro.
Reacția în lanț a polimerazei are loc în trei etape:
Un amestec de incubare care conține o probă de ADN dorit este încălzit la o temperatură de 90 ° C. În acest caz, timp de 15 secunde, legături slabe de hidrogen dintre lanțurile ADN sunt distruse și două molecule cu un singur catenar formează dintr-o moleculă dublu catenară.
Amestecul de incubare este încălzit la 70 ° C. La această temperatură, polimeraza elongă ambii primeri de la capetele lor 3 '. Grundurile cresc la dimensiunea matricei. Acest proces durează 90 de secunde. Ca rezultat, cantitatea de ADN se dublează.
5 '3' 3 '5' 5 '3' 3 '5'
Fig. 7.2. Schema de reacție în lanț a polimerazei
Procedura este realizată automat în unitate - un termociclu (tsiklizatore, termocycler). Acest dispozitiv vă permite să setați numărul dorit de cicluri și să alegeți parametrii optimi de timp și de temperatură. Folosirea PCR poate primi un număr suficient de copii ale ADN-ului, ceea ce sugerează prezența mutațiilor, situri polimorfisme, poate fi efectuat infecție diagnostic ADN la pacientii cu virusuri, bacterii și fungi.
Capitolul 8
INTRODUCERE LA METABOLISM
Metabolismul sau metabolismul reprezintă un set de reacții chimice în organism care îi furnizează substanțe și energie necesare pentru viață. Procesul de metabolizare, însoțit de formarea unor compuși mai simpli din complex, se numește catabolism. Procesul care merge în direcția opusă și conduce, în cele din urmă, la formarea unui produs complex de la cele relativ mai simple, este anabolismul. Procesele anabolice sunt însoțite de consumul de energie, procesele catabolice sunt însoțite de eliberare.
Anabolismul și catabolismul nu reprezintă o simplă inversare a reacțiilor. calea Anabolic trebuie sa fie diferita de cai catabolice a cel puțin una dintre reacțiile enzimatice care urmează să fie controlate în mod independent, și prin controlul activității acestor enzime este reglementată de totalul substanțelor ratelor de atenuare și sinteză. Enzimele, care determină viteza întregului proces, numit cheia.
Mai mult decât atât, modul în care catabolismul unei molecule sau al alteia se desfășoară poate fi inadecvat pentru sinteza sa din motive energetice. De exemplu, scindarea hepatică a glucozei față de piruvat este un proces constând din 11 etape consecutive catalizate de enzime specifice. S-ar părea că sinteza glucozei din piruvat ar trebui să fie un tratament simplu pentru toate aceste etape enzimatice ale decăderii sale. Această cale pare la prima vedere cea mai naturală și cea mai economică. Totuși, în realitate biosinteza glucozei (gluconeogeneză) in ficat se produce altfel. Acesta include numai 8 din 11 etape enzimatice implicate în descompunerea sa, și pasul 3 lipsesc înlocuit în aceasta cu totul alt set de reacții enzimatice specific doar această cale de biosinteză. Mai mult, reacția dintre catabolism și anabolism adesea separate prin membrane și apar în diferite compartimente ale celulelor.
Compartimentarea unor căi metabolice în hepatocite
Glicoliza, multe reacții de gluconeogeneză, activarea aminoacizilor, sinteza acizilor grași
Un ciclu de acizi tricarboxilici, un lanț de respirație tisulară, oxidarea acizilor grași, fosforilarea oxidativă
Metabolismul are 4 funcții:
1) furnizarea corpului cu energie chimică obținută prin divizarea nutrienților bogați în energie;
2) transformarea nutrienților în blocuri de construcție care sunt utilizate în celulă pentru biosinteza macromoleculelor;
3) asamblarea structurilor macromoleculare (biopolimere) și supramoleculare ale unui organism viu, menținerea plasticului și a energiei;
4) sinteza și distrugerea acelor biomolecule care sunt necesare pentru a îndeplini funcțiile specifice ale celulei și ale organismului.
Calea metabolică este o secvență de transformări chimice ale unei substanțe specifice în organism. Produsele intermediare formate în timpul procesului de transformare sunt numite metaboliți. iar ultimul compus din calea metabolică este produsul final. Un exemplu de cale metabolică este glicoliza, sinteza colesterolului.
Ciclul metabolic este o cale metabolică, unul dintre produsele finale fiind identic cu unul dintre compușii implicați în acest proces. Cele mai importante cicluri metabolice din corpul uman sunt ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs) și ciclul de ornitină a formării ureei.
Aproape toate reacțiile metabolice sunt în cele din urmă legate, deoarece produsul unei reacții enzimatice servește ca un substrat pentru celălalt, care în acest proces joacă rolul etapei următoare. Astfel, metabolismul poate fi reprezentat ca o rețea extrem de complexă de reacții enzimatice. Dacă fluxul de nutrienți din oricare parte a acestei rețele scade sau este rupt, atunci, ca răspuns, pot apărea schimbări într-o altă parte a rețelei, pentru ca această primă schimbare să fie într-un fel echilibrată sau compensată. Mai mult decât atât, atât reacțiile catabolice cât și cele anabolice sunt reglementate astfel încât să curgă cel mai economic, adică cu cel mai mic consum de energie și de substanțe. De exemplu, oxidarea nutrienților într-o celulă este realizată la o rată care este suficientă pentru a-și satisface necesitățile energetice la un moment dat.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: