Структура курса ХОБП ч 1 – Химическая биология

Структура курса ХОБП
ч 1 – Химическая биология (вт ЮХА, чт СХА, 12-40)
09. 02 Что такое жизнь с точки зрения химика - 1
11. 02 Молекулы клетки. Вода. Биологические мембраны - 2
16. 02 Структура и функция белка (Бачева АВ)- 3
18. 02 Контрольная 1
25. 02 Обмен веществом. Преобразование энергии - 4
01. 03 Разбор контрольной 1, вт, 9-00, ЮХА (Кирсанова ОВ)
01. 03. Структура нуклеиновых кислот - 5
03. 03 Биосинтез нуклеиновых кислот - 6
10.03 Биосинтез белка - 7
15. 03 Контрольная 2
17. 03 Разбор контрольной 2
24. 03 Регуляция экспрессии генов. Система передачи сигнала. Рак - 8
29. 03 Геном, плазмиды, вирусы. ВИЧ - 9
31. 03 Генетическая инженерия. ГМО - 10
05. 03 Контрольная 3
07.04 Разбор контрольной 3
Двойная спираль ДНК (слева)
и альфа-спираль белка (справа)‫‏‬
вид сбоку
с торца
Диаметр 20 Å
Основания
(инфо)‫‏‬
внутри
Диаметр 12 Å
Боковой радикал
(инфо)
снаружи
Молекулярное узнавание — специфический комплекс
Альфа-спираль белка помещается в желобок ДНК
Двойная спираль ДНК
(вид с торца и сбоку, стэкинг)‫‏‬
ДЕНАТУРАЦИЯ – («отход от натуры»),
разрушение исходной (нативной)
вторичной/третичной структуры
Двойная спираль ДНК (N) ------- >
два отдельных тяжа ДНК как статистические
клубки (D)
РЕНАТУРАЦИЯ – («возвращение к натуре»),
восстановление исходной (нативной)
вторичной/третичной структуры
Гибридизация ДНК
Олигонуклеотидные зонды
A-T
G-T
T-A
T-A
ХОБП
Часть I
Цикл II
Алан Тьюринг
Von Neumann's self-reproducing universal constructor. Three generations of machine,
the 2nd has nearly finished constructing the 3d. The lines running to the right are the
tapes of genetic instructions, which are copied along with the body of the machines
(1948).
I. Химия живого как системы
II. Информационные потоки
III. Генотип и фенотип
Information is information, not matter or energy.
—Norbert Wiener,
Cybernetics: Or the Control and Communication
in the Animal and the Machine
Биосинтез нуклеиновых кислот
МАТРИЧНОЕ КОПИРОВАНИЕ
- Репликация ДНК
(удвоение всей информации)
- Транскрипция РНК
(списывание/считывание
части информации)
I.
РЕПЛИКАЦИЯ
Биосинтез ДНК - матричный синтез
1. Понятие о репликации
Три этапа: инициация, элонгация, терминация
2. Полуконсервативный механизм
3. Химия полимеризации.
Мономер - трифосфат
4. ДНК – полимераза (ДНК-зависимая).
Точность репликации
5. Проблема полярности. Фрагменты Оказаки
Репликация ДНК –
«танец хромосом» и разделение ядер
Электронная микроскопия
репликации ДНК
старт
ориджин (ori)
250 пн
Двойная спираль ДНК (слева)
и альфа-спираль белка (справа)‫‏‬
вид сбоку
с торца
Диаметр 20 Å
Основания
(инфо)‫‏‬
внутри
Диаметр 12 Å
Боковой радикал
(инфо)
снаружи
Альфа-спираль белка помещается в желобок
Ступенчатый матричный синтез ДНК
Алкоголиз трифосфатов
Репликация и транскрипция –
матричный синтез ДНК и РНК
O
5' O P O
O-
H
H
O
H
3'
OH
..
В’1
B1
H
O
O
O
-O P O P O Pδ+ O
O- O- O-
H
H
OH
O
H
H
B2
В’1
Природа «не любит»
реакции прямого синтеза:
А + В = А-В,
поскольку они энергетически
затратны.
Природа «использует»
обменные реакции:
А-Х + В-Y = А-В + Х-Y,
поскольку они не требуют
больших затрат энергии
Традиционный
Превращение
энергии света в
энергию пирофосфатной
химической связи АТР
I. энергия кванта
света →
II. энергия
разности
потенциалов
на мембране →
классический
фотосинтез
III. энергия
пирофосфатной
связи ATP
(см лек 6)
Хим Биология
dATP
Аденозин-5’-трифосфат,
АТР
ΔG для реакций гидролиза
kcal/mol
kJ/mol
- 3.4
- 2.2
- 14.2
- 9.2
- 4,7
- 19.6
- 4,6
- 19.2
Амиды и пептиды
Gln
GlyGly
Эфиры
Этилацетат
Ангидриды
Р-O-Р
Условная граница --------------------------------------------------------- (- 25)
АТР до АDР и Pi
ATP до АМР и РРi
Уксусный ангидрид
- 7.3
- 10,9
(в клетке - 12 – 15)
- 30.5
- 45.5
- 21,8
- 91.1
Энергетический
профиль
процесса
и
реакции
Изменения стандартной энергии
двух реакций аддитивны
kJ/mol
ROH + p
= ROp + H2O
+ 13.8
HOH + pppA = p + ppA
- 30.5
--------------------------------------------ROH + pppA = ROp + ppA
- 16.7
АТР-зависимые реакции расходуют энергию
гидролиза АТР (биол.)
Реакционно способный АТР
легко вступает в реакции замещения (хим.)
(- 4.0 kcal/mol)
Универсальный химический реакционный модуль
Лекция 4
Субъединица реплисомы
Проверка
совершенства
дуплекса:
изогеометричность
комплементарных пар
Субъединица реплисомы
Ступенчатый матричный синтез ДНК
Синтез на одном матричном тяже
Проблема полярности.
Фрагменты Оказаки
Репликация ДНК
Репликация ДНК
реплисомным комплексом
Проблема
вращения ДНК
при
раскручивании
двойной
спирали
Топологическая проблема
репликации. Топоизомеразы
Топоизомеразы убирают
суперспирализацию ДНК
Антибиотики –
ингибиторы
Топоизомеразы
хинолоны/
Фторхинолоны
(Ципробай – II пок)
Норфлоксацин
(нолицин - II пок)
II. Биосинтез РНК - ТРАНСКРИПЦИЯ
1. Понятие о транскрипции
2. Три этапа:
инициация, элонгация, терминация
РНК-полимераза (ДНК-зависимая)
3. Сигналы транскрипции,
промотор, терминатор
4. Ингибиторы
ПРОМОТОР –
участок ДНК для связывания
РНК-полимеразы
(Адрес файла для считывания)
Консенсус промотора бактерий
Одна РНК-полимераза для всех генов
Специальный белок находит
промотор для РНК-полимеразы
Транскрипция
Транскрипция у бактерий
in vivo
Ингибиторы транскрипции
1. Блок матрицы ДНК
2. Блок фермента
РНК-полимеразы
3. Блок реакции –
модифицированный
(искаженный) субстрат
1. Блок матрицы ДНК
Антибиотики (про-) и яды (эу-)
Связываются с ДНК (интеркаляция и стэкинг)
и блокируют РНК-полимеразу
2. Блок фермента
α- аманитин из бледной поганки
яд
LD50 = 0,1 мг/кг
α- аманитин блокирует перемещение
РНК-полимеразы по ДНК
(от неск. тыс. нук/мин до неск. нук/мин)
Ингибиторы РНК-полимеразы
Антибиотик
рифампицин
Mycobacterium
tuberculosis
3. Модифицированный субстрат
КОРДИЦЕПИН
Ацикловир