1. Химический состав живых организмов
Скачать 0.91 Mb.
|
| Тема 2. Молекулярные механизмы межклеточной химической сигнализации Типы химической сигнализации. Взаимосвязь между клетками, тканями и органами, взаимодействие отдельных организмов. Природные соединения с сигнальными функциями. Сигнальные соединения контактного и дистального действия: медиаторы (медиаторы локального действия и нейромедиаторы), гормоны (эндокринные, локального действия, нейрогормоны), феромоны (релизеры, праймеры), алломоны (токсины, репелленты, приманки), кайромоны. Характерные особенности феромонов. Компоненты клеточного метаболизма как предшественники синтеза сигнальных веществ. Биосинтез гормонов и медиаторов на примере кортикостероидов: глюкокортикоидов, минералокортикоидов, предшественников андрогенов ─ и катехоламинов. Кортикостероиды: глюкокортикоиды (кортизол), минералокортикоиды (альдостерон), андрогены (дегидроэпиандростерон). Биосинтез кортикостероидов. Гидроксилирование холестерина по 22- и 20-положениям под действием цитохрома Р450 и последующее отщепление боковой цепи с образованием прегненолона. Три типа клеток коры надпочечников: клубочковая, пучковая и сетчатая зоны. Изомеризация двойной связи и окисление 3-гидроксильной группы прегненолона с образованием прогестерона. Два пути превращения прогестерона в зависимости от последовательности реакций гидроксилирования. Путь биосинтеза кортизола (пучковая зона): гидроксилирование прогестерона по С17, С21 и С11 (различные места локализации соответствующих гидроксилаз). Гидроксилирование прегненолона по С17, отщепление двухуглеродной боковой цепи с образованием дегидроэпиандростерона, предшественника тестостерона (пучковая и сетчатая зоны). Путь биосинтеза минералокортикоидов (клубочковая зона): гидроксилирование прогестерона по С21, С11, С18 и дегидрирование гидроксильной группы при С18. Биологические функции кортикостероидов. Катаболизм кортикостероидов: гидроксилирование и окисление боковой цепи до 17-кетостероидов и выделение из организма. Биосинтез и секреция катехоламинов. Гидроксилирование тирозина тирозингидроксилазой, использующей в качестве кофермента тетрагидробиоптерин, декарбоксилирование диоксифенилаланина (ДОФА) с помощью ДОФА-декарбоксилазы (кофермент − пиридоксальфосфат), гидроксилирование боковой цепи дофамина дофамингидроксилазой, содержащей ионы Сu1+, коферменты тетрагидробиоптерин и аскорбиновую кислоту, и N-метилирование норадреналина S-аденозилметионином (SАМ) c образованием адреналина. Механизмы действия дофамингидроксилазы. Биохимические механизмы их инактивации: введение метильной группы с помощью катехол-О-метилтрансферазы, дезаминирование моноаминов моноаминоксидазой, конъюгация с глюкуронидом или сульфатом. Биологические функции катехоламинов. Клетки-мишени. Клеточные рецепторы сигнальных веществ: мембранные: ионные каналы, каталитические и сопряженные с G-белками; внутриклеточные: цитоплазматические и ядерные; быстро- и медленноотвечающие. Изменение активности ферментов как один из основных путей реализации физиологических эффектов гормонов и медиаторов: увеличение количества ферментов в клетке за счет индукции их синтеза на уровне транскрипции и трансляции, изменение удельной ферментативной активности за счет химической модификации, роль фосфорилирования в регуляции ферментативной активности. Доменная структура мембранных рецепторов сигнальных веществ: вне- и внутриклеточный домены, трансмембранный домен. Лекция 6. Основные этапы передачи сигналов в клетки через мембранные рецепторы. Путь передачи сигнала, опосредованный G белками. Взаимодействие сигнальной молекулы (гормона, интерлейкина, аминокислоты, нуклеотида, простагландина, света, феромона) с мембранным рецептором и изменение конформации комплекса рецептор−сигнальная молекула. Активация G белка путем замены GDP на GTP в GTP-азном центре α-субъединицы, диссоциация α-субъединицы, связавшей GTP, из комплекса с βγ-субъединицами и активация специфического белка клеточной мембраны: аденилатциклазы, фосфолипазы С; фосфодиэстеразы сGМP, Na+- и K+-каналов. Образование вторичного посредника (сАМР, фосфатидилинозитолтрифосфата и диацилглицерола); активация протеинкиназ; фосфорилирование белков; изменение функциональной активности, приводящее к изменению скорости метаболизма. Структура G-белков: α-, β- и γ-субъединицы, сродство α-субъединицы к GDP и GTP, GTP-азный центр α-субъединицы, челночное движение α-субъединицы G белка, переносящей сигнал от комплекса рецептор−сигнальная молекула к ферменту, катализирующему образование вторичного посредника. Активирующие и ингибирующие аденилатциклазу G-белки. Регуляция активности G-белков. Биосинтез циклического 3’,5’-АМР. Аденилатциклаза: структура и регуляция ферментативной активности. Влияние бактериальных токсинов (холерного и коклюшного) на активность аденилатциклазы с помощью АDP-рибозилирования α-субъединицы G-белков. Строение протеинкиназы А: заякоривание в мембране, АКАР, регуляторные и каталитические субъединицы. Ферменты и белки, регулируемые сАМР-зависимым фосфорилированием с помощью протеинкиназы А (гликогенфосфорилаза). Каскадный механизм усиления и подавления сигнала. Системы подавления сигнала: десенсибилизация мембранных рецепторов, активация Са2+-зависимой фосфодиэстеразы, гидролизующей сАМР, фосфопротеинфосфатаза. Инозитолфосфатная система трансмембранной передачи сигнала. Активация фосфолипазы С под действием активированного G-белка. Гидролиз мембранного фосфолипида фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата до диацилглицерола (ДАГ) и инозитол-1,4,5-трифосфата (ИФ3). Выход ИФ3 в цитозоль, связывание с Са2+-каналами эндоплазматического ретикулума, открытие каналов и мобилизация ионов кальция. Активация протеинкиназы С ионами кальция, диацилглицеролом и фосфолипидом мембраны − фосфатидилсерином. Механизм подавления сигнала в инозитолфосфатной системе: активация протеинкиназой С синтетаз, катализирующих ресинтез фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата; уменьшение концентрации ионов кальция путем активации Са2+-насосов и Са2+-АТРаз, активация фосфопротеинфосфатазы.. Структура протеинкиназы С: псевдосубстратный конец, способы ее активации. Трансмембранная передача сигнала через рецепторы, обладающие каталитической активностью (гуанилатциклаза, тирозинкиназа). Предсердный натриуретический фактор (ПНФ): структура, клетки-мишени и биологические функции. Структура рецептора ПНФ, обладающего гуанилатциклазной активностью. 3’,5’-сGMP − вторичный посредник в передаче сигнала. Активация с помощью сGMP протеинкиназы G. Цитозольная форма гуанилатциклазы: строение и активация. Биосинтез NO-радикала из аргинина с помощью NO-синтазы. Структура, изоформы и механизм действия NO-синтазы. Биологические функции оксида азота. Путь передачи сигнала, связанный с аутофосфорилированием рецептора: каскад фосфорилирования белков; активация ферментов и факторов транскрипции; изменение количества белка (фермента) и изменение скорости метаболизма. Лекция 7. Рецепторы гормонов и факторов роста, ассоциированные с тирозинкиназой. Димеризация мембранных рецепторов при связывании с сигнальной молекулой, автофосфорилирование остатков тирозина в цитоплазматическом домене рецепторов. Опосредование передачи сигнала от фосфорилированного по остаткам тирозина рецептора внутрь клетки через взаимодействие с SH2- и SH3-доменами белков-передатчиков. Сигнальный путь Ras. Ras-белок ─ малый односубъединичный G-белок. Белки Grb и Sos ─ передатчики сигнала с рецептора с тирозинкиназной активностью к белку Ras. Роль белков GAP (фактор, активирующий GTPазу) и GEF (фактор обмена GTP) в регуляции активности белка Ras. Присоединение Ras-GTP к протеинкиназе Raf-1 и активация ее, стимулирование митоген-активируемого протеинкиназного каскада. Митоген-активируемые протеинкиназы: MEK (МАРККК), ERK (МАРКК), MAPK. Стресс-активируемый протеинкиназный каскад: протеинкиназы SEK, SAPK. Передача сигнала через внутриклеточные рецепторы. Механизмы гормональной индукции процессов транскрипции и трансляции. Взаимодействие гормонов с хроматином клеток-мишеней на примере глюкокортикоидов. Димеризация внутриклеточных рецепторов глюкокортикоидов, транслокация в ядро и взаимодействие с HRE-участком ДНК. Домен рецептора, отвечающий за связывание с промоторной частью ДНК. Активация транскрипции. Передача сигналов через рецепторы, сопряженные с ионными каналами. Строение рецептора ацетилхолина. Лейциновый замок. Лекция 8. Тема 3. Биохимия процессов пищеварения Ступенчатое расщепление пищевых веществ до стандартных метаболитов (аминокислот, моносахаридов, жирных кислот и др.) ферментами пищеварения. Ферменты, расщепляющие белки и олигопептиды. Протеолитические ферменты желудка. Защита эпителиальных клеток от действия пищеварительных ферментов с помощью синтеза протеаз в виде неактивных проферментов (зимогенов), наличия ингибиторов протеаз, покрытия слизистых оболочек желудка и кишечника слизистым гелем, содержащим муцины. Муцины − белки с большим количеством модифицированных аминокислотных остатков (гликозилированных, фосфорилированных, ацетилированных, амидированных). Переваривание белков. Гормональная регуляция секреции протеолитических ферментов с помощью гистамина и гастринов. Роль соляной кислоты и механизм ее секреции париетальными клетками эпителия желудка: синтез угольной кислоты из двуокиси углерода и воды под действием карбоангидразы, диссоциация на протон и ион бикарбоната, обмен ионов калия на протоны, а иона бикарбоната на ионы хлора, симпорт ионов К+ и Cl-. Стимуляторы секреции соляной кислоты в желудке: ацетилхолин, гастрин, гистамин. Действие гистамина через рецептор, сопряженный с G-белком, активация аденилатциклазы и протеинкиназы А, фосфорилирование Н+/К+-АТРазы. Активация протеолитических проферментов ограниченным протеолизом. Перевод пепсиногена в пепсин отщеплением сорока двух N-концевых аминокислотных остатков, а далее аутокатализом. Прореннин – реннин (химозин). Роль реннина в переваривании казеина молока у грудных детей. Протеолитические ферменты, выделяемые поджелудочной железой и образующиеся в клетках слизистой кишечника. Роль энтеропептидазы и трипсина в активации панкреатических протеаз. Активация трипсиногена с помощью отщепления N-концевого гексапептида. Активация трипсином химотрипсиногена. -, -, -Химотрипсины. Активация трипсином прокарбоксипептидаз А и В. Аминопептидазы (лейцинаминопептидаза, аланинаминопептидаза). Дипептидазы (глицилглициндипептидаза, пролиназа, пролидаза). Специфичность и механизм действия протеаз. Классы протеаз в зависимости от структуры активного центра (металло-, сериновые, цистеиновые, аспартатные протеазы). Механизм действия сериновых протеаз через образование сильного нуклеофила и промежуточного продукта − ацилфермента. Поляризация карбонильной связи катионом цинка в механизме действия металлопротеаз. Образование тиолатного аниона и ацилфермента в основе механизма действия цистеиновых протеаз. Атака поляризованной с помощью двух остатков аспартата молекулой воды карбонильного атома углерода в механизме гидролиза пептидных связей аспартатными протеазами. Транспорт аминокислот в клетки. Системы переноса различных аминокислот. γ-Глутамильный цикл. Внутриклеточный протеолиз. Сиаловые кислоты. Лизосомальные протеазы (катепсины). Гликопротеины. «Лизосомный адрес». Функции катепсинов. Катепсины и злокаческтвенные опухоли. Переваривание углеводов. Моно-, олиго- и полисахариды. Переваривание крахмала с помощью ротовой и панкреатической -амилаз (-1,4-гликозидаз). Ферменты, расщепляющие три- и дисахариды: глюкозидазы (мальтазы, изомальтазы), фруктозидазы, галактозидазы (лактазы). Сахаразо-изомальтазный комплекс. Глико-амилазный комплекс. β-Гликозидазный (лактазный) комплекс. Трегалаза. Хитотриозидаза. Транспорт моносахаридов через мембраны эпителиальных клеток кишечника. Активный транспорт глюкозы совместно с ионом Na+. Перенос глюкозы путем облегченной диффузии. Транспорт глюкозы из крови в клетки. Транспортеры глюкозы: ГЛЮТ-1, 2, 3, 4, 5. Регуляция метаболизма гликогена в печени и мыцах. Инсулин. Структура, функции и синтез инсулина. Мономер, димер и гексамер инсулина. Препроинсулин, расщепление под действием эндопептидаз РС2 и РС1/3, карбоксипептидазы Е. С-пептид. Регуляция синтеза и секреции инсулина. Механизм действия инсулина на жировые и мышечные клетки. Структура рецептора к инсулину. Центры сильного и слабого сродства к инсулину. Активация тирозинкиназной активности рецептора связыванием гормона с рецептором и аутофосфорилирование. Взаимодействие с фосфотирозинами рецептора SH2 области субстрата инсулинового рецептора 1 (ИРС-1). Фосфорилирование ИРС-1. Активация фосфорилированным ИРС-1 фосфатидилинозитол-3-киназы (ФИ-3-киназы) и синтез фосфатидилинозитол-3-фосфатов. Плекстриновый домен в структуре белка. Связывание плекстринового домена протеинкиназы В (PKB) сфосфатидилинозитол-3-фосфатами и фосфорилирование протеинкиназой PDK1. Миграция к везикулам, хранящим ГЛЮТ-4, и перемещение ГЛЮТ-4 в мембрану клетки. Глюкагон: структура и механизм действия. Регуляция метаболизма гликогена. Регуляция активности гликогенфосфорилазы и гликогенсинтазы с помощью реакций фосфорилирования-дефосфорилирования. Регуляция метаболизма гликогена в печени. Инсулин-глюкагоновый индекс. Регуляция метаболизма гликогена в мышцах. Неферментативное гликозилирование белков (гликирование). Продукты конечного гликозилирования (AGEs). Ранние и поздние фазы гликирования. N-гликозилимин. Продукт Амадори. Карбоксиметиллизин. Патологические эффекты гликирования белков организма. Лекция 9. Переваривание пищевых липидов. Пищевые липиды. Лингвальная и желудочная липазы. Эмульгирование жиров. Первичные и вторичные желчные кислоты. Холевая, дезоксихолевая, хенодезоксихолевая кислоты. Биосинтез желчных кислот − несколько реакций гидроксилирования с помощью цитохромов Р450. Гидроксилирование холестерина по 7-положению, миграция двойной связи и окисление гидроксильной группы в положении 3 в кето-группу под действием стероидоксидоредуктазы. Гидроксилирование по 12 положению. Окисление боковой цепи холестерина 27-гидроксилазой до карбоксильной группы, далее отщепление двухуглеродного фрагмента путем β-окисления жирной кислоты. Реакции конъюгации с таурином и глицином с образованием тауро- и гликохолевых кислот. Регуляция синтеза желчных кислот. Гормоны, активирующие переваривание жиров: холецистокинин, секретин. Липолитические ферменты. Панкреатическая липаза и колипаза. Гидролиз фосфолипидов. Фосфолипаза А2 и лизофосфолипаза, липазы D и С. Гидролиз эфиров холестерина. Образование смешанных мицелл и всасывание продуктов гидролиза. Ресинтез триглицеридов, фосфолипидов и эфиров холестерина в тонком кишечнике. Два пути ресинтеза триглицеридов: α-глицерофосфатный и β-моноацилглицерольный. Ацилхолестеролацилтрансфераза (АХАТ) в синтезе эфиров холестерина. Липопротеины. Типы липопротеинов, синтезирующихся в организме: хиломикроны, липопротеины очень низкой плотности (ЛПОНП), промежуточной плотности (ЛППП), низкой плотности (ЛПНП), высокой плотности (ЛПВП). Структура и функции липопротеинов. Апопротеины. Образование хиломикронов. Апопротеин В-48. «Незрелые и зрелые хиломикроны». Транспорт жиров из кишечника хиломикронами. Использование экзогенных жиров тканями. Структура липопротеинлипазы. Действие липопротеинлипазы на хиломикроны. Печеночная липаза. Судьба жирных кислот, глицерола и остаточных хиломикронов. Обмен ЛПОНП, ЛППП и ЛПНП. Транспорт холестерина липопротеинами крови. Лецитинхолестеринацилтрансфераза (ЛХАТ). Мобилизация жиров из жировой ткани. Липаза жировой ткани и моноглицеридлипаза. Лекция 10. Тема 4. Молекулярные основы сократительных систем и движения Строение мышечного волокна. Поперечнополосатая мыщца. Миофибриллы и саркоплазма. Саркомер. I-диски, А-диски, Z мембрана, Н-область, М-зона. Свойства и функции сократительных белков. Миозин. Тяжелые и легкие цепи. Шарнирные участки. Легкий и тяжелый меромиозин. Самосборка толстых протофибрилл. Биполярность филаментов миозина. Теория скольжения нитей. Структура глобулярной головки миозина. АТР-азная активность головки миозина. Регуляторный участок (шейка) головки миозина. Актин: Глобулярная (G) и фибриллярная (F) формы. Доменная структура глобулярного актина. Две стадии процесса полимеризации актина. «Острый» и «оперенный» концы актина. «Быстрый» и «медленный» концы нити актина в процессе полимеризации. Актин − строительный материал для построения элементов цитоскелета и сократительного аппарата. Белки, связанные с актином. α- Актинин. Тропомиозин. Тропонин. Биохимический цикл мышечного сокращения. Актомиозиновый комплекс. Кальциевый насос саркоплазматического ретикулума. Активация комплекса повышением концентрации кальция. Теория рычага. Связывание АТР с головкой миозина, приводящее к отделению от актина; гидролиз АТР до АDР и фосфата и связывание с F-актином; высвобождение АDР и фосфата из актомиозинового комплекса и продвижение актина в направлении к центру саркомера, повторное связывание АТР с головкой миозина и высвобождение актина из комплекса. Модель весельной лодки. Этапы сокращения и расслабления мышцы: стимул возникновение потенциала действия электромеханическое сопряжение (проведение возбуждения по Т-трубочкам, высвобождение Са2+ и воздействие его на систему тропонинтропомиозинактин) образование поперечных мостиков и «скольжение» актиновых нитей вдоль миозиновых сокращение миофибрилл снижение концентрации ионов Са2+ вследствие работы кальциевого насоса пространственное изменение белков сократительной системы расслабление миофибрилл. Регуляция сокращения и расслабления мышц. Актиновый механизм регуляции. Нативный тропомиозин. Взаимодействие тропомиозина с актином. Структура и функции субъединиц тропонина: Тn-C, Tn-T, Tn-I. Взаимодействие тропонина Tn-T с актином и тропомиозином. Тропонин Тn-C − аналог кальмодулина. EF-hand − структура, связывающая ионы кальция. Взаимодействие Tn-I с Тn-C и Tn-T. Роль ионов кальция и АТР в сокращении и расслаблении мышечного волокна. «Включенное» и «выключенное» состояния тропомиозина. Миозиновая регуляция сокращения мышц. Структура миозина гладких мышц. Регуляторная легкая цепь миозина. Киназа легких цепей миозина: доменная структурная организация, ингибирование С-концевым псевдосубстратным участком, активация связыванием кальция кальмодулиновым доменом. Фосфорилирование легких цепей миозина активной формой киназы и запуск процессов ассоциации-диссоциации в сократительном цикле гладкой мускулатуры. Фосфатаза легких цепей миозина. Гиперактивация киназы легких цепей миозина и инфаркт миокарда. Модели сокращения мышечного волокна. Терминальные цистерны саркоплазматического ретикулума. Т-трубочки. Передача активирующего сигнала (деполяризация сарколеммы Т-трубочек) на саркоплазматический ретикулум: активация ферментов в мембране терминальных цистерн (инозитолфосфатный путь передачи сигнала), открытие кальциевого канала и запуск цикла взаимодействия актина и миозина. Сокращение в немышечных волокнах. Энергетика мышечного сокращения. Источник энергии для мышечного сокращения-расслабления ─ АТР. Образование АТР за счет аэробного и анаэробного гликолиза, окислительного фосфорилирования, креатинфосфата и АDР. Креатинкиназная реакция регенерации АТР. Анаэробное окисление глюкозы. Гликоген мышц. Активация гликогенфосфорилазы для высвобождения глюкозо-6-фосфата из гликогена. Цикл Кори. Распад жира и тканевых белков как источники образования АТР в результате окислительного фосфорилирования. Миоаденилаткиназа. Синтез АТР из двух молекул ADP. Положительные стороны и недостатки путей ресинтеза АТР для мышечного сокращения. Быстрые и медленные мышечные волокна. 3-метилгистидин как маркер распада мышечных белков. Глюкозо-аланиновый цикл. Выделение аммиака в интенсивно работающей мышце путем непрямого дезаминирования аминокислот с участием цикла IMP-АМР. Синтез креатинфосфата: образование гуанидинацетата в почках из аргинина и глицина, метилирование гуанидинацетата в печени с помощью S-аденозилметио-нина (SAM) c образованием креатина. Фосфорилирование креатина в мышцах и мозге до креатинфосфата креатинкиназой. Креатинин. Гистидиновые дипептиды: карнозин и ансерин. Синтез карнозина из β-алани-на и гистидина, метилирование карнозина S аденозилметионином с образованием ансерина. Роль карнозина и ансерина в сокращении мышц. Гормональная регуляция энергетики мышц. Лекция 11. |
Похожие:
 | Лабораторная работа «Химический состав клетки» Многообразие живых организмов. Основные свойства живых организмов: клеточное строение, сходный химический состав, обмен веществ и... | | Конспект №1 «Химический состав клетки» В состав живых организмов входит большая часть химических элементов Периодической системы Д. И. Менделеева. Для 24 известны функции,... |
 | 1. Химический состав живых организмов Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 020400 "Биология"... | | 1. Химический состав живых организмов Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 06. 03. 01... |
| 1. Химический состав живых организмов Учебно-методический комплекс предназначен для студентов III курса факультета естественных наук, направление подготовки 020201 "Биология"... | | Химический состав клетки «Генетика – наука о наследственности и изменчивости организмов» или Презентация на тему |
| Разнообразие растений ... | | Тематическое планирование по биологии. Составлено с учетом программы и учебника ... |
| Лекции Название лекции Круг вопросов Период: октябрь-январь 1 Входной тест 2 Биология как наука. Свойства живых организмов. Методы исследования живых организмов. Уровни жизни | | Признаки живых организмов. Основные отличия живых организмов и неживой природы Решить эту задачу можно на основе преемственного развития ведущих биологических законов, теорий, идей, обеспечивающих фундамент для... |
| Уважаемые коллеги! Информируем, что к III общероссийскому семинару... Биология как наука. Свойства живых организмов. Методы исследования живых организмов. Уровни жизни | | Тематическое планирование по биологии, 6 класс Многообразие живых организмов, основные признаки. Отличие живого от неживого Основные признаки живых организмов |
| Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... В курс биологии 7-го класса включен материал по сравнительной характеристике основных групп живых организмов. Это позволяет школьникам... | | Рабочая программа По предмету «Биология. Многообразие живых организмов»... Программа предназначена на изучение предмета «Биология. Многообразие живых организмов» в образовательных учреждениях |
| Окб астрон Приемник (3) электромагнитных сигналов имеет устройство для извлечения частотных составляющих, характерных для живых организмов,... | | Рабочая программа по курсу «Биология. Многообразие живых организмов» Н. И. Сонин, В. Б. Захаров, Е. Т. Захарова «Биология. Многообразие живых организмов». Программа является продолжением линии Н. И.... |
