Метаболизм гликогена

Репликация  
Механизм репликации ДНК хорошо исследован у бактерий E.coli. Он состоит из трёх различных ферментов - полимеразы 1, 2 и 3. Репликацию генома обеспечивает пол.3. 
В эукариотических клетках найдено пять различных полимераз - альфа, бетта, гамма, сигма и эпселон. Пол. альфа эукариот соответствует пол.3 прокариот, пол. бетта - пол.1, а полимераза гамма ответствена за синтез митохондриальной ДНК. 
Для того, чтобы ДНК-полимеразы могли реплицировать ДНК, требуется множество дополнительных белков: 
1).Праймаза - это ни что иное, как РНК-полимераза, которая катализирует синтез короткого олигорибонуклеотида (4-10 нуклеотидов), т.е. праймера, с которого потом начинается синтез ДНК. 
2).Хеликаза - выполняет функцию раскручивания двойной спирали ДНК. 
3).ДНК-связывающие белки - препятствуют обратному скручеванию цепочек ДНК. 
4).ДНК-лигаза - сшивает фрагменты Оказаки. 
5).Топоизомеразы - снимают суперскручивание, разрезая цепочку ДНК. 
Процесс репликации ДНК начинается в определённом месте хромосомы, требует праймер, идёт в направлении 5` - 3` на обоих цепочках одновременно и даёт точные копии цепочек. 
Сначала идёт раскручивание двойной спирали ДНК с помощью хеликазы. Образовавшиеся на некоторое время одноцепочечные участки ДНК служат в качестве матрицы при репликации и стабилизируются при помощи особых белков, которые связываются с одной цпочкой ДНК и препятствуют обратному комплементарному взаимодействию цепей ДНК. 
Потом праймаза катализирует синтез праймера. С праймера начинается синтез ДНК. Синтез ДНК идёт в направлении 5` - 3` посредством прикрепления 5`-фосфатной группы dНТФ к существующей свободной 3`-ОН группе праймера с последующим освобождением пирофосфата. 
Синтез одной цепи осуществляется непрерывно, а другой - прерывисто.Цепочка, синтез которой осуществляется непрерывно, называется ведущая, а та, которой прерывисто, - отстающая. На отстающей цепи синтезируются короткие (100-200 нуклеотидов) фрагменты (Оказаки), которые затем сшиваются ДНК-лигазами. 
Как получается так, что ДНК-полимераза копирует обе цепочки одновременно? ДНК-полимераза - это димер, ассоциированный с другими белками в репликационной вилке, которая называется реплисомой. Отстающая цепочка временно делает петлю через реплисому и ДНК-полимераза идёт вдоль двух цепочек одновременно. 
Терминация наступает тогда, когда исчерпана ДНК-матрица.  
 
Репарация  
Репарация - это внутриклеточный процесс, обеспечивающий восстановление повреждённой структуры молекулы ДНК. 
1).Эндонуклеаза - "узнаёт" повреждённый участок и рядом с ним разрывает нить ДНК. 
2).Экзонуклеаза "вырезает" повреждённый участок. 
3).ДНК-полимераза по принципу комплементарности синтезирует фрагмент ДНК на месте разрушенного. 
4).Лигаза "сшивает" концы ресинтезированного участка с основной нитью ДНК. 
Принципиально доказана возможность репарации молекулы ДНК при повреждении обоих цепей. При этом информация может быть считана с иРНК (фермент ревертаза).  
 
Обратная транскрипция  
Обратная транскрипция - это синтез ДНК на матрице РНК. В 1970г. в составе онковирусов был открыт фермент обратная транскриптаза (ревертаза, РНК-зависимая ДНК-полимераза), который катализирует биосинтез молекулы ДНК на матрице РНК.Фермент также открыт во многих клетках про- и эукариот, в частности - в лейкозных клетках, пролиферирующих тканях, включая эмбриональные ткани. 
Синтез ДНК на матрице РНК включает три стадии: 
1).Ревертаза синтезирует на матрице вирусной РНК комплементарную цепь ДНК, что приводит к формированию гибридной молекулы. 
2).Разрушение исходной вирусной РНК из комплекса гибридной молекулы под действием РНКазы. 
3).На матрице цепи ДНК комплементарно синтезируются новые цепи ДНК. 
Обратная транскрипция имеетогромное значение для процессов малигнизации. 

Синтез иРНК  
Главный фермент синтеза иРНК - это РНК-полимераза (транскриптаза, ДНК-зависимая РНК-полимераза). 
Этот фермент отличается от ДНК-полимеразы: 
-РНК-полимеразы в клетке значительно больше, чем ДНК-полимеразы; 
-РНК-полимераза работает с меньшей скоростью (50-100 нуклеотидов/сек, а ДНК-полимераза - 1000 нуклеотидов/сек) 
-ДНК-полимераза обеспечивает большую верность, чем РНК-полимераза. 
Наиболее изучена РНК-полимераза E.coli. Она состоит из пяти субъединиц - две альфа, две бетта и одна гамма. Считается, что функция гамма-субъединицы - это узнавание определённого участка на матрице ДНК, который называется промотор, куда присоединяется РНК-полимераза. Другим субъединицам фермента (core - ядро) приписывается функция инициации биосинтеза РНК (альфа), связывание субстратов и элонгация синтеза (бетта). 
Сначала РНК-полимераза связывается с одной цепью нативной ДНК в определённой точке, вызывая расплетение биспиральной структуры на ограниченном участке, где и происходит ситез РНК. Потом синтез идёт в направлении 5` - 3`. К свободной 3`-ОН группе присоединяется 5`-фосфатная группа другого нуклеотидтрифосфата (НТФ) с последующим освобождением пирофосфата. Терминация идёт за счёт ро-фактора. Этот фактор обладает способностью обратимо связываться с терминирующим участком ДНК, выключая действие РНК-полимеразы. Таким образом происходит синтез пре-иРНК. 
После синтез пре-иРНК у эукариот происходит процессинг, который включает: 
-сплайсинг (нуклеотические и лигазные реакции) 
-кепирование (образование шапочки) 
-терминальные реакции полиаденилирования и метилирования. 
Последовательность нуклеотидов в иРНК начинается с пары ГУ (5`-конец) и заканчивается парой АГ (3`-конец). Эти последовательности служат местами узнавания для ферментов сплайсинга. 
Химический смысл кепирование сводится к присоединению 7-метилгуанозина посредством трифосфорной связи к 5`-концу молекулы иРНК. 
Полиаденилирование заключается в последовательном ферментативном присоединении от 100 до 200 остатков АМФ и фрагментов ААУАА к 3`-концу иРНК. Также происходит метилирование 2`-ОН групп рибозы и N6-атомов АМФ.

Синтез белка  
Синтез белка (трансляция) условно может быть разделён на 2 этапа: активирование аминокислот и собственно процесс трансляции, который состоит из инициации, элонгации и терминации. 
Активирование а-т - идёт с помощью специфических аминоацил-тРНК синтетазы. 
Инициация 
Инициация требует специфической тРНК. Для E.coli - это тРНКфmet, для эукариот - тРНКmet. Инициация требует узнавания кодона АУГ. Сначала с помощь eIF1 и eIF3 рибосомадиссоциирует на 40S и 60S субъединицы. Потом с помощью ГТФ и eIF2 активированная тРНК, мет-тРНКmet, связывается с 40S субъединицей, формируя преинициаторный комплекс. Затем с помощью eIF4 преинициаторный комплекс (43S) связывается с инициаторным кодоном АУГ. После этого с помощью eIF5 присоединяется 60S субъединица хромосомы. То место, где произошло связывание РНК с мет-тРНКmet, называется П-центр (пептидильный), другой - называется А-центр (аминоацильный). 
Элонгация 
Процесс элонгации, как и инициации, требует специфических белков - EF у прокариот и еEF у эукариот. Сначала пептид, который связан с тРНК и находится в П-центре, переносится на NH2-группу аминоацил-тРНК, которая расположена в А-центре. Реакция эта катализируется ферментом пептидилтрансферазой. Для того, чтобы присоединилась следующая аминоацил-тРНК, А-центр должен быть свободным. Для этого пептидил-тРНК из А-центра перемещается в П-центр. Этот процесс называется транслокацией и катализируется ферментом пептидилтранслоказой. 
Терминация 
Терминация также требует специфических белков - RF у прокариот и еRF у эукариот. Стимулом для терминации являются терминирующие кодоны (УАГ,УАА,УГА). После того, как терминирующий кодон иРНК займёт своё место в А-центре, к нему не присоединится тРНК, а присоединится один из белковых факторов терминации и блокируется дальнейшая элонгация цепи. Затем иРНК покидает рибосому, которая диссоциирует на 40S и 60S субъединицы снова.

Генетический код 
Генетический код - это система записи генетической информации в ДНК (иРНК) в виде определённой последовательности нуклеотидов. 
Свойства генетического кода: 
1).Триплетность - одной а-те соответствует три расположенных рядом нуклеотида молекулы ДНК (иРНК). 
2).Вырожденность (избыточность). Количество возможных триплетов - 64, а а-т только 20, поэтому одну а-ту могут кодировать несколько триплетов. 
3).Неперекрываемость - один нуклеотид входит в состав только одного триплета. 
4).Универсальность - у всех живых организмах одинаковые а-ты кодируются одинаковыми кодонами.

ВИТАМИНЫ

Тиамин

Тиамин  также называется ещё витамин  В1. Тиамин происходит от замещённого пиримидина и тиазола, которые связаны метиленовым мостиком. Тиамин очень быстро превращается в активную форму, тиамин пирофосфат (ТПФ), в мозге и печени с помощью фермента тиамин дифосфотрансферазы. 
ТПФ является необходимым кофактором для пируватДГ, альфа-кетоглутаратДГ и транскетолазы, катализируемой реакции пентозофосфатного пути. Недостаточность потребления тиамина ведёт к тому, что клетка неспособна генерировать энергию (ведь энергия главным образом получается из глюкозы, которая распадается до пирувата, а пируват с помощью пируватДГ превращается в ацетилКоА, который сгорает в цикле Кребса, поэтому при недостатке тиамина пируват не превращается в ацетилКоА, который является главным источником энергии). 
Суточное потребление тиамина составляет 1-1,5 мг. 
Клинические проявления недостаточности тиамина. 
Самыми ранними симптомами недостаточности тиамина являются запор, потеря аппетита, тошнота, депрессия, периферическая невропатия и общая слабость. Хроническая недостаточность тиамина ведёт к более тяжёлым неврологическим симптомам таких как атаксия, помутнение сознания и потеря координации глаз. 
Болезнь при тяжёлой недостаточности тиамина называется Бери-Бери. Она развивается либо при диете, богатой углеводами, либо при недостаточности потребления тиамина. Также может развиваться болезнь, известная как синдром Вернике-Корсакова. Этот синдром чаще развивается у алкоголиков благодаря их стилю жизни.  
Рибофлавин

 
 
Известен ещё как витамин В2. Рибофлавин является предшественником коферментов флавин мононуклеотид (ФМН) и флавин аденин динуклеотид (ФАД). Ферменты, которые требуют ФМН  или ФАД как кофактор, называются флавопротеины. Некоторые флавопротеины содержат металл, и тогда они называюстя металлофлавопротеины. Оба класса этих ферментов вовлечены в широкий круг редокс- реакций. В ходе этих реакций образуются восстановленные формы ФМН и ФАД, ФМНН2 и ФАДН2 соответственно. Нормальная суточная потребность в рибофлавине составляет 1,2-1,7 мг. 
Клинические проявления недостаточности рибофлавина. 
Недостаточность рибофлавина редко наблюдается у жителей большинства европейских стран, т.к. он содержится в нормальных количествах в хлебе, яйцах, молоке, мясе и т.д. Недостаточность рибофлавина очень часто наблюдается у хронических алкоголиков. 
Симптомы, связанные с недостаточностью рибофлавина, включают глоссит, себорея, ангулярный стоматит, хеёлоз и фотофобию. Рибофлавин разрушается на свету, поэтому недостаточность рибофлавина может возникнуть у новорожденных, которые лечатся от гипербилирубинемии фототерапией.  
Ниацин

 
 
Ниацин (никотиновая кислота, никотинамид) известен также под названием  витамин В3. Как никотиновая кислота, так и никотинамид могут служить  как пищевые источники витамина В3. Ниацин требуется для синтеза активных форм витамина В3, никотинамид аденин динуклеотид (НАД+) и никотинамид аденин динуклеотид фосфат (НАДФ+). НАД+ и НАДФ+ являются кофакторами для значительного числа дегидрогеназ, например лактатДГ, малатДГ. 
Ниацин может синтезироваться из аминокислоты триптофана. Однако эта возможность использованиятриптофана для синтеза ниацина ограничена. Из 60 мг триптофана образуется только 1 мг ниацина, кроме того для этого синтеза требуется присутствие витаминов В1, В2 и В6, которых не всегда присутствует в организме в избытке. 
Рекомендованая суточная потребность для ниацина составляет 13-19 мг. 
Клинические проявления недостаточности ниацина. 
Недостаточное потребление ниацина (как и триптофана) ведёт к глосситу, дерматиту, потере веса, диарее, депрессии и деменции. Такие симптомы как депрессия, дерматит и диарея объединены в одно состояние, которое называется пеллагра. Некоторые физиологические состояния организма (например болезнь Хартнупа), а также применение некоторых лекарств может привести к недостаточности ниацина. При болезни Хартнупа страдает всасывание триптофана. Из лекарств можно выделить изониазид, который является основным лекарством для лечения туберкулёза. 
Никотиновая кислота (не никотинамид) при назначении фармакологических доз (2-4 г/день) понижает уровень холестерола в крови, поэтому это используется для лечения гиперхолестеролемии. Это связано с тем, что никотиновая кислота уменьшает мобилизацию ЖК из жировых депо. Также никотиновая кислота исчерпывает депо гликогена, что ведёт к возрастанию уровня глюкозы в крови, поэтому терапия никотиновой кислотой не рекомендуется диабетикам и больным подагрой.  
Пантотеновая кислота.

 
Также известна как витамин В5. Пантотеновая кислота образуется из аланина и  пантоевой кислоты. Пантотеновая кислота  требуется для синтеза коэнзимА (КоА), а также как компонент  ацилпереносящего белка, который используется для синтеза ЖК. Следовательно, пантотеновая кислота используется для метаболизма углеводов в цикле Кребса и метаболизма всех жиров и белков.  
Недостаточность пантотеновой кислоты набдюдается очень редко, т.к. она широко распространена в пищевых продуктах.  
Витамин В6

 
 
Пиридоксаль, пиридоксамин и пиридоксин в общем известны как витамин  В6. Все три компонента превращаются в биологически активную форму витамина В6, пиридоксальфосфат. Это превращение катализируется пиридоксаль киназой. 
Пиридоксальфосфат как кофактор используется в реакциях трансаминирования аминокислот, а также в гликогенолизе как кофактор гликогенфосфорилазы. Суточная потребность в витамине В6 составляет 1,4 - 2,0 мг. Во время беременности и лактации потребность в витамине В6 возрастает на 0,6 мг в день. 
Недостаточность витамина В6 бывает редко и обычно ассоциируется с недостаточностью других витаминов из группы В. Недостаточность в этом витамине может возникнуть при применении изониазида (используется для лечения туберкулёза) и пенициллинамина (используется для лечения ревматоидного артрита).  
 
Биотин

 
 
Биотин сам является коферментов  для ферментов, которые используются в реакциях карбоксилирования (ацетилКоА  карбоксилаза и пируват карбоксилаза). Биотин содержиться во многих продуктах, а также синтезируется нормальной микрофлорой, поэтому его недостаточность наблюдается очень редко. Недостаточность возникает при применении лекарств, которые влияют на микрофлору, а также при чрезмерном потреблении сырых яиц. Последнее связано с тем, что в яйцах содержится белок авидин, который препятствует абсорбции биотина.  
 
 
Кобаламин

 
 
Кобаламин более известен как витамин  В12. Витамин В12 состоит из тетрапиррольного кольца и иона кобальта в центре. Витамин В12 синтезируется исключительно микроорганизмами и найден в печени животных, связанного с белком в виде метилкобаламина или 5-деоксиаденозилкобаламин. Витамин может освобождаться от белка, и тогда он становится активным. Освобождение осуществляется в желудке с помощью желудочного сока или трипсина после потребления мяса. Витамин потом связывается с фактором Касла, который снтезируется париетальными клетками желудка, и в таком виде происходит его всасывание. 
В организме человека имеется только две реакции, которые требуют витамин В12 как кофактор. В ходе катаболизма ЖК с нечётным числом углеродных атомов и в катаболизме валина, изолейцина и треонина конечным продуктом является пропионилКоА, который превращается в сукцинилКоА для окисления его в цикле Кребса. Одним из ферментов для этого превращения является метилмалонилКоА мутаза, который требует витамин В12 как кофактор в превращении метилмалонилКоА в сукцинилКоА. 
Второй реакцией, которая требует витамин В12 как кофактор, является превращение гомоцистеина в метионин. Ферментом этой реакции является метионин синтаза.  
Клинические проявления недостаточности витамина В12. 
Печень может накапливать витамин В12, поэтому его недостаточность встречается очень редко. При недостаточности витамина В12 развивается мегалобластическая анемия, которая в этом случае называется пернициозная анемия. Это наблюдается при недостатке фактора Касла, который необходим для всасывания В12. Анемия является результатом того, что страдает синтез пуриновых и пиримидиновых оснований, а следовательно и синтез ДНК. В синтезе нуклеотидов используется N5-метилТГФК, а для этого необходимо действие метионин синтазы, коферментом которого является витамин В12.  
Также неврологическим осложнением недостаточности витамина В12 является демиелизация нервных клеток. Считается, что демиелинизация связана с возрастанием метилмалонилКоА, потому что он является ингибитором малонилКоА, который используется в синтезе ЖК. Это в свою очередь ведёт к нарушения синтеза миелина и деструкции миелиновой оболочки.