Кафедра молекулярной биологии и медицинской генетики
Цель: Сформировать общие представления о механизмах изменения белкового состава организма в процессе онтогенеза и при наследственной патологии.
Задачи:
1. Структура, классификация и биологические функции белков.
2. Изучить процессы завершения синтеза белков.
3. Изучить изменения белков организма при наследственных болезнях.
План:
Введение:
Структура, классификация и биологические функции белков.
Основная часть:
1. Изучить процессы завершения синтеза белков
2. Изучить изменения белков организма при наследственных болезнях.
3. Изучить изменения белков при приобретенных болезнях.
Заключение:
Систематизация информации.
БЕЛКИ – класс биологических полимеров, присутствующих в каждом живом организме. С участием белков проходят основные процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма: дыхание, пищеварение, мышечное сокращение, передача нервных импульсов.
Белки являются простыми, но в то же время уникальными по своей структуре. Они образованы мономерами, которые называются аминокислотами. Это единственное органическое вещество живых организмов, в состав которых входит химический элемент азот. Один белок состоит из двадцати аминокислот. В свою очередь, каждый мономер состоит из атома углерода, к которому присоединяется элемент водород, аминогруппа, карбоксильная группа и радикал. Это группа атомов, по которой аминокислоты отличаются друг от друга. Именно поэтому белки так разнообразны по строению и выполняемым функциям. В зависимости от сложности структуры выделяют четыре структуры белка:
1. Первичная представляет собой цепь из аминокислот, соединенных пептидными связями. Они возникают в местах соединения амино- и карбоксогруппы. 2. Вторичная - аминокислотная цепь закручивается в спираль. Связи, которые образуются в этой структуре, называются водородными. 3. Третичная представляет собой глобулу. Она представляет собой клубок из закрученных спиралей вторичной структуры. 4. Четвертичная - глобулы молекул, представляющие собой совокупность нескольких подобных структур. Последняя структура может раскручиваться до первичной и наоборот. Эти процессы обратимы и называются де- и ренатурация. Процесс разрушения первичной структуры - деструкция - является необратимым. В зависимости от химического состава различают простые и сложные белки. Первые состоят только из аминокислот, в состав вторых дополнительно входит простетическая группа. Она представляет собой компонент небелковой природы. Классификация простых белков (протеидов) основана на их химической природе. Например, гистоны и протамины обладают основными свойствами, поскольку в большинстве состоят из аргинина.
Классификация сложных белков связана с природой простатической группы. Так, в состав гликопротеинов, кроме аминокислот, входят остатки углеводов. По функциональному принципу различают несколько групп этих важнейших органических веществ. Ферментативные белки являются биологическими катализаторами. Они ускоряют протекание химических реакций, при этом не входят в состав ее продуктов. Например, амилаза и мальтаза, входящие в состав слюны человека. Существует и группа белков, имеющих противоположное действие, замедляющих скорость протекания реакций. Называются они ингибиторами. Гормоны являются также веществами белковой природы. В организме человека и животных их выделяют особые органы, которые называются железами. Так, гипофиз, расположенный в основании головного мозга, выделяет гормон роста. Он поступает в кровь, где накапливается, постепенно влияя на количественные изменения в организме.
Синтез белка (трансляция) является самым сложным из биосинтетических процессов: он требует очень большого количества ферментов и других специфических макромолекул, общее количество которых, видимо, доходит до трёхсот. Часть из них к тому же объединены в сложную трёхмерную структуру рибосом. Но несмотря на большую сложность синтез протекает с чрезвычайно высокой скоростью, десятки аминокислотных остатков в секунду).
В пятидесятых годах XX века было установлено, что синтез белка происходит в рибонуклеопротеиновых частицах, называющихся рибосомами. Диаметр рибосомы бактерии составляет 18 нм, а их общее количество – десятки тысяч в клетке. Рибосомы эукариот несколько крупнее (21 нм).
Сам процесс протекает в пять этапов:
1. Активация аминокислот. Каждая из 20 аминокислот белка соединяется ковалентными связями к определённой т-РНК, используя энергию АТФ. Реакция катализуется специализированными ферментами, требующими присутствия ионов магния.
2. Инициация белковой цепи и-РНК, содержащая информацию о данном белке, связывается с малой частицей рибосомы и с инициирующей аминокислотой, прикреплённой к соответствующей т-РНК. т-РНК комплементарна с находящимся в составе и-РНК триплетом, сигнализирующим о начале белковой цепи.
3. Элонгация. Полипептидная цепь удлиняется за счёт последовательного присоединения аминокислот, каждая из которых доставляется к рибосоме и встраивается в определённое положение при помощи соответствующей т-РНК.
4. Терминация. После завершения синтеза цепи, о чём сигнализирует ещё один специальный кодон и-РНК, полипептид высвобождается из рибосомы.
5. Сворачивание и процессинг. Чтобы принять обычную форму, белок должен свернуться, образуя при этом определённую пространственную конфигурацию. До или после сворачивания полипептид может претерпевать процессинг, осуществляющийся ферментами и заключающийся в удалении лишних аминокислот, присоединении фосфатных, метильных и других групп и т. п.
Анемия (малокровие) - уменьшение гемоглобина в крови
Важнейший показатель болезни - снижение уровня железа сыворотки (норма - 13-28 моль/л для мужчин).
Иммунные комплексы нередко представлены криоглобулинами (комплекс иммуноглобулинов, выпадающих в осадок при температуре ниже 37 С), которые могут циркулировать в крови, откладываться под эндотелием сосудов разных органов и тканей, вызывая развитие генерализованного васкулита, например болезни Шенлейна - Геноха...
Болезнь наследуется по рецессивному типу, наследование сцеплено с Х-хромосомой.
В начале болезни иногда отмечается небольшое увеличение селезенки, в дальнейшем в связи с повышенным отложением железа в органах развивается гемосидероз печени (печень увеличивается и становится плотной), поджелудочной железы (появляется картина сахарного диабета).
Поскольку синтез нуклеиновых кислот касается всех костномозговых клеток, частыми признаками болезни являются уменьшение числа тромбоцитов, лейкоцитов, увеличение числа сегментов в гранулоцитах.
Болезнь развивается у детей и характеризуется сочетанием мегал областной анемии с поражением почек. Изредка болезнь бывает у взрослых. Причина возникновения наиболее распространенной идиопатической формы болезни не совсем ясна, хотя для многих случаев может быть доказана наследственная природа (рецессивное наследование).
Полисегментация ядер нейтрофилов, резко выраженные изменения формы эритроцитов могут отсутствовать.
После нормализации кроветворения и состава крови, наступающей через 1,5-2 месяц, витамин вводят 1 раз в неделю в течение 2-3 месяц, затем в течение полугода 2 раза в месяц (в тех же дозах, что и в начале курса).
Болезнь наследуется по доминантному типу.
Внутриклеточный распад эритроцитов определяет клинические проявления болезни - желтуху, увеличение селезенки, анемию, склонность к образованию камней в желчном пузыре, характерные морфологические изменения эритроцитов, ретикулоцитоз.
Первые клинические проявления болезни могут быть в любом возрасте, хотя в действительности она начинается с рождения. Весьма редкий и неспецифический признак болезни - образование трофических язв на голенях.
Трудности диагностики часто обусловлены желчнокаменной болезнью, обычно сопровождающей наследственный микросфероцитоз (из-за образования в протоках и желчном пузыре билирубиновых камней).
Однако в отличие от наследственного микросфероцитоза при них не бывает изменений лицевого черепа, признаков наследственного микросфероцитоза у кого-либо из родителей.
Характерные для наследственного микросфероцитоза изменениявыявляются в кислотной эритрограмме: обнаруживаются резкое увеличение устойчивости эритроцитов к действию хлористоводородной кислот.
Болезнь широко распространена в ряде стран Азии и Африки. Особой формой болезни является тяжелый гемолитический криз у новорожденных, клиническая картина которого соответствует резус-конфликту.
В дифференцировке с иммунным гемолизом определенную помощь оказывает реакция Кумбса, особенно при гемопитической болезни новорожденного, когда нет несовместимости по резуо-антигену. В нашей стране болезнь распространена преимущественно в Азербайджане, реже встречается в Грузии, Армении, Таджикистане, Узбекистане.
Поскольку тяжелая гомозиготная форма болезни чаще встречается в браках кровных родственников, необходимо предупреждать такие браки.
В большой группе заболеваний, обусловленных нарушениями аминокислотного состава глобина, -гемоглобинопатий наиболее распространенной является серповидно-клеточная анемия...
Болезнь встречается в двух формах: гомозиготной (тяжелой) и гетерозиготной...
Сама по себе аномалия структуры глобина (замена в бета-цепи глобина глутаминовой кислоты на валин) наследуется доминантно, однако клинически яркие проявления болезни возникают лишь у гомозигот.
В начале болезни часто увеличена селезенка, в дальнейшем из-за повторных инфарктов она сморщивается и перестает пальпироваться.
Эритроциты претерпевают те же изменения, что и при гомозиготной форме, та же проба выявляет серповидность.
6. Артриты микрокристаллические - заболевания суставов
Артриты микрокристаллические - заболевания суставов АРТРИТЫ МИКРОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ - группа заболеваний суставов, обусловленных отложением в них микрокристаллов различного состава.
Артропатия пирофосфатная - болезнь отложения кристаллов пирофосфата кальция. Известны генетические формы заболевания, случаи, когда пирофосфатная артропатия развивается как дно из проявлений таких заболеваний, как гемохроматоз, болезнь Вестфаля - Вильсона - Коновалова, гиперпаратиреоз.
При попадании кристаллов в полость сустава развивается воспаление. Наиболее часто поражается коленный сустав.
Характерна умеренная, но довольно постоянная боль в коленных, лучезапястных, голеностопных, а также других суставах, поражение которых нетипично для остео артроза. Периодически боль в этих суставах усиливается, но никогда не достигает силы подагрических...
Подагра - болезнь отложения кристаллов уратов в суставах и других тканях, возникающая вследствие нарушений метаболизма пуриновых оснований и мочевой кислоты. Нарушения метаболизма пуриновых оснований (входящих главным образом в состав нуклеиновых кислот) возникают в основном вследствие врожденного или приобретенного ослабления активности ферментов, регулирующих этот процесс.
Болезнь развивается почти исключительно у мужчин среднего возраста. Обычно наблюдаются рецидивирующие острые моно- или олиго- артриты суставов нижних конечностей с частым вовлечением 1 плюснефалангового сустава (примерно у 75% больных), суставов плюсны, голеностопных и коленных суставов...
Боль обычно очень сильная, движения в суставе становятся невозможными, наблюдаются гиперемия кожи и гипертермия тканей над суставом.
Самостоятельно или под влиянием лечения артрит стихает за несколько дней, не оставляя в большинстве случаев никаких остаточных изменений...
У 15 - 20% больных подагрой возникает мочекаменная болезнь(приступ почечной колики иногда может быть первым признаком подагры), а также интерстициальный нефрит... При часто рецидивирующих артритах, поражении почек, мочекаменной болезни, тофусах показано постоянное (пожизненное) применение аллопуринола (милурита) в суточной дозе 0,3 - 0,4 г для нормализации уровня мочевой кислоты в крови.
7. Алиментарная дистрофия - голодная болезнь
Алиментарная дистрофия - голодная болезнь
АЛИМЕНТАРНАЯ ДИСТРОФИЯ (голодная болезнь, без белковый отек) - болезнь длительного недостаточного питания, характеризующаяся общим истощением, расстройством всех видов обмена веществ, дистрофией тканей и органов с нарушением их функций.
Имеют значение не только абсолютное, но и относительное (непропорциональное выполняемой физической работе) снижение калорийности пищи, качественные изменения пищевого рациона, особенно дефицит белков (главным образом животных), жиров.
При продолжительном недостатке питания возникают гипопротеинемия, дистрофические изменения в различных органах и тканях, нарушается функция многих органов, возникает полигландулярная недостаточность...
Дистрофические изменения в стенке пищеварительного тракта и пищеварительных железах сопровождаются прогрессирующими нарушениями их функций и еще более усугубляют изменения обмена в организме…
Наблюдаются повышенный аппетит и жажда, поли- и поллакиурия, начальные дистрофические изменения в различных органах, изменения психики.
Для III стадии характерны кахексия, полное исчезновение подкожной жировой клетчатки, атрофия мышц, резкая слабость (до полной невозможности совершать самостоятельные движения), апатия, выраженные изменения психики, парестезии, полигиповитаминоз, признаки сердечной, печеночной недостаточности, анемия, мучительные запоры, нередко пролежни...
Течение болезни при отсутствии экстренных мер прогрессирующее вплоть до развития голодной комы.
Гибель больных в III стадии алиментарной дистрофии наступает в виде или медленного постепенного умирания, или так называемой ускоренной смерти (в течение суток), вызванной присоединением инфекционной болезни, а также внезапной смерти в момент даже небольшого физического напряжения.
. Амилоидоз - нарушением белкового обмена
АМИЛОИДОЗ - системное заболевание с поражением многих органов и различных тканевых структур, характеризующееся нарушением белкового обмена и внеклеточным отложением в них сложного белково-полисахаридного комплекса вторичный, возникающий на фоне длительных хронических заболеваний, характеризующихся распадом тканей и всасыванием продуктов распада (при туберкулезе легких и других органов, бронхоэктатической болезни, хроническом остеомиелите и других заболеваниях) или значительными иммунопатологическими нарушениями (неспецифический язвенный колит, сывороточная болезнь.
Дифференциальный диагноз проводят с хроническим гастритом, язвенной болезнью желудка, реже - опухолью.
Лабораторные исследования определяют изменение белково-осадочных проб, гиперглобулинемию, гиперхолестеринемию, в ряде случаев – гипербилиру-бинемию, повышение активности щелочной фосфатазы, аминотрансфераз сыворотки крови.
При вторичной форме этой болезни важно выявление хронического заболевания, которое обычно осложняется амилоидозом (туберкулез, бронхоэктатическая болезнь, эмпиема плевры. Однако эти изменения неспецифичны для амилоидоза.
10. Гидронефроз - изменение ткани почек
Гидронефроз - изменение ткани почек развивается вследствие нарушения оттока мочи и характеризуется расширением лоханочно-чашечной системы, патологическими изменениями интерстициальной ткани почек и атрофией ее паренхимы.
Причинами приобретенного гидронефроза являются некоторые урологические заболевания: почечнокаменная болезнь, воспалительные изменения мочевой системы, травматические сужения мочевых путей, опухоли мочевых путей, опухоли предстательной железы, а также ретро перитонеальной клетчатки, опухоли шейки матки, злокачественная инфильтрация за брюшинной клетчатки и клетчатки малого таза, метастазы опухоли в забрюшинные лимфатические узлы, наконец, различные травматические и другие повреждения спинного мозга, ведущие к нарушениям оттока мочи. В первом случае почечные изменения зависят от степени обструкции и длительности заболевания, во втором - как от степени обструкции и длительности заболевания, так и от вирулентности инфекции.
При более длительном нарушении оттока мочи в почке развиваются органические изменения, которые рассматриваются как обструктивный интерстициальный нефрит.
Вследствие сходства симптомов гидронефроз следует дифференцировать от почечнокаменной болезни (не осложненной развитием гидронефроза), при которой рентгенологически обнаруживается только камень почки, от нефроптоза, при котором боли возникают при движении, больные предпочитают спать на больном боку, смещающаяся почка прощупывается в положении больного стоя, а на рентгенограммах, выполненных в положении лежа и стоя, выявляется значительная подвижность почки.
Его важно провести в ранний период, когда устранение обструкции мочевых путей не только предотвращает дальнейшие анатомические изменения, но и приводит к улучшению функции почек.
Литература:
1. Биология: в 2 т.: учебник / ред. В. Н. Ярыгин. т. 1, 2012. - 736 с
2. Биология: в 2 т.: учебник / ред. В. Н. Ярыгин. т. 2, 2012. - 560 с.
3. Фаллер, Джеральд М. Молекулярная биология клетки: руководство для врачей: пер. с англ. / Фаллер, Джеральд М., Д. Шилдс, 2011, Бином-Пресс. - 256 с.
4. Дополнительная:. Аманова К.С. Молекулярная биология и медицинская генетика : учеб. пособие. Часть І / К. С. Аманова, 2012. - 86 с.
5. Медицинская генетика: электр. учебник / Л. В. Акуленко, И.В. Угаров; ред. О.О.Янушевич, С.Д.Арутюнов. М.: ГЭОТАР-Медиа.2011.-1эл.опт.диск.
6. Мушкамбаров Н.Н. Молекулярная биология: учебное пособие/ Н.Н. Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов, 2007, МИА. – 536 с.
Размещено на Allbest.ru