Теоретический материал для студентов II курса специальности 31.02.03 Лабораторная диагностика по теме: Биологическое значение нуклеиновых кислот
презентация к уроку

Слайд 1

Департамент здравоохранения города Москвы Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Департамента здравоохранения города Москвы «Медицинский колледж № 1» (ГБПОУ ДЗМ «МК № 1») Теоретический материал для студентов II курса специальности «Лабораторная диагностика» Тема: Биологическое значение нуклеиновых кислот Преподаватель специальности «Лабораторная диагностика» ПМ 03.01 Проведение лабораторных биохимических исследований: Диденко Изабелла Владимировна Москва, 2020

Слайд 2

Раздел 2. ПМ.03 Химия биоорганических соединений. Тема 2.4. Химия нуклеиновых кислот Теоретические занятия – 4 часов Лекция 9. Биологическое значение нуклеиновых кислот. Лекция 10. Строение, функции нуклеиновых кислот.

Слайд 3

Цели и задачи Цели : Образовательные : Обобщить, систематизировать, углубить и закрепить теоретические знания, полученные студентами на лекциях и в процессе самостоятельной работы над предложенной темой. Проконтролировать и оценить степень усвоения студентами материала изучаемых тем. Развивающие: Развивать логическое мышление и творческую активность студентов, умение анализировать, сравнивать, Развивать делать выводы относительно однотипных заданий. Воспитательные: 1.Воспитывать познавательный интерес к изучаемой дисциплине 2.Воспитывать профессиональные навыки при выполнении заданий, имеющих непосредственное отношение к выбранной профессии. Задачи: Изучить биологическую роль белков. Обмен нуклеиновых кислот. Биосинтез ДНК. Биосинтез РНК. Процессинг РНК. Биосинтез белков. Значение нуклеиновых кислот.

Слайд 4

План лекции № 10 Биологическое значение нуклеиновых кислот Биологическая роль белков Обмен нуклеиновых кислот Биосинтез ДНК Биосинтез РНК Процессинг РНК Биосинтез белков Значение нуклеиновых кислот.

Слайд 5

Биологическая роль белков Биологическая роль белков В количественном отношении белки образуют самую важную группу макромолекул. Белкам присущ ряд уникальных функций: – биокаталитическая , все ферменты – вещества белковой природы; – пластическая, белки входят в состав важнейших структур клеток и тканей; – регуляторная, большинство гормонов имеют белково-пептидную природу; – защитная, белки – иммуноглобулины – обеспечивают защиту организма от действия чужеродных антигенов; – дыхательная, белок гемоглобин в составе эритроцитов обеспечивает транспорт кислорода в ткани и СО2 в легкие; – транспортная, перенос многих важных для организма веществ по крови происходит в комплексе с белками. В организме человека массой 70 кг содержится примерно 10 кг белка, суточная норма белков в питании составляет примерно 100 г. Доля других азотсодержащих соединений в организме невелика, поэтому и баланс азота в организме определяется прежде всего метаболизмом белков. В отличие от углеводов и липидов белки и составляющие их аминокислоты не способны резервироваться в организме.

Слайд 6

Обмен нуклеиновых кислот Нуклеиновыми кислотами богаты мясо, икра, дрожжи. Поджелудочная железа выделяет ферменты РНК - азу (рибонуклеазу) и ДНК – азу ( дезоксорибонуклеазу ), которые деполимеризуют нуклеиновые кислоты до нуклеотидов. В кишечном соке содержатся ферменты фосфатазы, нуклеотидазы , нуклезидазы , эстеразы , осуществляющие распад нуклеотидов. Всасыванию подвергаются нуклеозиды, азотистые основания, пентозы и фосфорная кислота. Переваривание нуклеиновых кислот Распад нуклеиновых кислот в тканях Распад пуриновых нуклеотидов Распад нуклеиновых кислот в тканях идентичен процессу их переваривания. Углеводы и фосфорная кислота используются стандартно, а азотистые основания подвергаются распаду до конечных продуктов: мочевой кислоты (пуриновые основания) и мочевины (пиримидиновые основания). Распад пуриновых оснований происходит путём их гидролитического дезаминирования без разрыва пуринового кольца с образованием мочевой кислоты.

Слайд 7

Распад пуриновых оснований происходит путём их гидролитического дезаминирования без разрыва пуринового кольца с образованием мочевой кислоты. Распад пуриновых оснований происходит не в свободном виде, а в составе нуклеозидов.

Слайд 8

У взрослого человека экскретируется 0,5-1,5 г мочевой кислоты в сутки, азот которой составляет 3,5% всего выводимого азота. У детей относительная доля мочевой кислоты выше, чем у взрослых, на её азот приходится до 8,5%. В крови взрослых людей содержание мочевой кислоты равно 0,1-0,3(0,4) ммоль/л, у детей - до 0,47 ммоль/л. Мочевая кислота является антиоксидантом, в детском возрасте стимулирует развитие головного мозга, может присутствовать в тканях и в крови как в свободной форме (плохо растворимой в воде), так и в виде солей (более растворимых в воде). Повышение концентрации мочевой кислоты в крови - гиперурекимия . На её фоне могут развиваться подагра и почечнокаменная болезнь. При подагре кристаллы мочевой кислоты откладываются в околосуставных тканях в виде подагрических узлов. При почечнокаменной болезни кристаллы мочевой кислоты формируют камни в мочевыводящих путях. К нарушениям распада пуриновых оснований относят некоторые иммунодефициты. При отсутствии аденозиндезаминазы развивается Т- и В – иммунодефицит, а отсутствии нуклеозидфосфорилазы возможен В - иммунодефицит. Для уменьшения гиперурекемии используют препараты – аналоги пуриновых оснований (например, аллопуринол ), которые угнетают фермент ксантиноксидазу и блокируют образование мочевой кислоты.

Слайд 9

Биосинтез ДНК Возможны 2 пути биосинтеза ДНК в организме: репликация, репарация Репликация - самовоспроизведение молекулы ДНК с целью передачи генетической информации. В репликации ДНК участвует сложный репликационный комплекс, который включает в себя: нуклеотиды в виде трифосфатов (АТФ, ГТФ, ТТФ, ЦТФ). Они являются одновременно и структурным материалом и источником энергии; ДНК-матрица – программа, по которой будет синтезироваться ДНК; праймер (затравка) - короткая молекула РНК, к которой присоединяется первый нуклеотид ДНК; ферменты: ДНК-полимеразы соединяют нуклеотиды в полинуклеотидную цепь, ДНК- рестриктазы разрывают полинуклеатидную цепь ДНК. ДНК-лигазы соединяют фрагменты ДНК, хеликазы раскручивают молекулу ДНК, топоизомеразы осуществляют кратковременные разрывы ДНК в процессе синтеза и контролируют конформацию вновь синтезированной ДНК, праймазы – осуществляют синтез затравки; белковые факторы; ионы металлов. Репликация ДНК происходит в S-фазу клеточного цикла. Важную роль в чередовании циклов выполняют белки - циклины .

Слайд 10

Сущность репликации сводится к соединению нуклеотидов в комплементарную антипараллельную дочернюю цепь ДНК. В репликации выделяют 3 стадии: инициация (начало синтеза), элонгация (удлинение цепи), терминация (окончание синтеза). Матрицей для синтеза ДНК являются обе полинуклеотидные цепи материнской ДНК. Репликация начинается в нескольких участках материнской ДНК (точки репликации, точки Ориджины ). В них происходит частичный разрыв водородных связей с формированием репликационных утолщений (узелков). При участии ферментов ДНК- рестриктаз происходит разрезание молекулы ДНК. Под действием ферментов хеликаз возникает расплетание (раскручивание) двух цепей, и при участии топоизомераз формируется репликационная вилка, в которой одна цепь имеет направление 5→3, а вторая 3→5. На каждой из ПНЦ синтезируются дочерние нити ДНК по принципу комплементарности. Поскольку ДНК- полимераза замыкает связь только в направлении 5’→3’, то на одной цепи ДНК происходит синтез непрерывной (лидирующей) нити ДНК в направлении 5→3. При синтезе лидирующей цепи праймазы синтезируют праймер , затем ДНК- полимераза присоединяет к праймеру первый ДНК- овый нуклеотид и по принципу комплементарности происходит удлинение молекулы ДНК. На второй материнской нити ДНК синхронно синтезируется отстающая нить ДНК, которая синтезируется в виде небольших фрагментов в направлении 5→3.

Слайд 11

Репарация ДНК происходит при появлении в её молекуле повреждений, искажений. При репарации вначале распознаётся место повреждения, затем ферменты рестриктазы вырезают дефектный участок, ДНК-полимеразы по принципу комплементарности синтезируют отсутствующий участок, а ДНК-лигазы прикрепляют его к сохранившимся участкам неповреждённой ДНК. В последующем эти фрагменты (фрагменты Оказаки ) соединяются между собой ДНК-лигазами. Праймеры при этом расщепляются. Биосинтез ДНК проходит по полуконсервативному типу, при котором в новой ДНК одна цепь материнская, а другая- дочерняя.

Слайд 12

Биосинтез РНК (транскрипция) Транскрипция – синтез молекулы РНК по матрице ДНК. Биологическая роль: перенос генетической информации с ДНК на РНК. Для транскрипции необходимы: матрица (программа) – кодирующая нить ДНК, субстраты – АТФ, ГТФ, УТФ, ЦТФ, ферменты – РНК-полимеразы, белковые факторы, ионы магния, марганца. Выделяют 3 стадии транскрипции: инициация, элонгация, терминация На молекуле ДНК имеется особый участок промотор, с которым связывается РНК-полимераза. Промотор иногда называют ТАТА участком (преобладает тимин, аденин, между которыми 2 Н-связи). Рядом с промотором расположены сигнальные участки, определяющие скорость транскрипции. Далее в молекуле ДНК располагаются кодирующие (экзоны) и некодирующие (интроны) участки гена. Участок (сайт) терминации определяет окончание синтеза РНК. Инициация заключается во взаимодействии иницирующих белков с промотором и расхождении нитей ДНК, их раскручивании и формировании транскрипционной вилки. РНК-полимераза связывается с промоторным участком и по принципу комплементарности соединяет нуклеотиды цепи РНК в направлении от 5 конца к 3.

Слайд 13

РНК-полимераза - это олигомерный фермент, состоящий из нескольких субъединиц, не требующий затравки. При достижении РНК – полимеразой участка терминации происходит его связывание с белками терминации , что сопровождается отсоединением РНК-полимеразы от ДНК, диссоциацией её и окончанием транскрипции. Процессинг РНК Синтезированная РНК переписывает с кодирующей нити ДНК, как кодирующие участки, так и некодирующие участки гена и является про-РНК (незрелой РНК). Про-РНК в последующем подвергается созреванию (процессингу). Существует несколько механизмов процессинга: сплайсинг – вырезание копий интронов и соединение копий экзонов; присоединение к про-РНК добавочных нуклеотидов; модификация азотистых оснований в составе про-РНК Особенности процессинга для рРНК, тРНК, иРНК . Процессинг иРНК заключается в добавлении КЭП - участка и полиаденилового хвоста в сочетании со сплайсингом. Процессинтг тРНК происходит путём метилирования азотистых оснований и добавления акцепторного участка ЦЦА в сочетании со сплайсингом.

Слайд 14

Процессинг рРНК заключается: в вырезании из большого предшественника фрагментов всех видов РНК: 18S; 5S; 5,8S; 28S; Возможен альтернативный сплайсинг, который состоит в том, что для разных белков интроны могут играть роль экзонов. Возможен и безматричный синтез РНК; он происходит из нуклеозиддифосфатов при участии фермента полинуклеотидфосфорилазы . В этом варианте синтезируются стандартные, небольшие молекулы РНК, необходимые для синтеза стандартных белков. Передача генетической информации происходит в следующем направлении: ДНК→ РНК→ белок. В некоторых фагах, эмбриональных тканях возможен синтез ДНК по матрице РНК (РНК→ДНК). Этот вариант синтеза катализирует фермент РНК-зависимая ДНК-полимераза (обратная транскриптаза, ревертаза). В вирусах возможен также вариант синтеза РНК→РНК при участии РНК- репликазы .

Слайд 15

Биосинтез белков – трансляция Основной структурой синтезируемых белков является первичная структура (последовательность аминокислот в полипептидной цепи), которая заложена в генетическом коде ДНК. Генетический код имеет ряд характеристик. Триплетность –1 аминокислота кодируется тремя нуклеотидами. Из 4 видов нуклеотидов ДНК при триплетности кода возможно 64 различных сочетания, что достаточно для кодирования 20 аминокислот. Однозначность – 1 триплет кодирует только 1 аминокислоту. Вырожденность – для кодирования 1 аминокислоты имеется несколько триплетов Непрерывность – между триплетами отсутствуют нуклеотиды, не принадлежащие соседним триплетам. Неперекрываемость – один нуклеотид не может одновременно принадлежать 2-м триплетам. Универсальность – код в разных организмах одинаков, отвечает за одни и те же аминокислоты. Таким образом, код ДНК является линейным непрерывным и однонаправленным. Последовательность нуклеотидов строго соответствует последовательности аминокислот в синтезируемом белке – принцип коллинеарности .

Слайд 16

Трансляция Для трансляции необходимы следующие факторы: все виды РНК (тРНК, иРНК , рРНК), аминокислоты в активной форме, макроэрги (донаторы энергии), ферменты, добавочные белковые факторы, ионы Mg2+ На первой подготовительной стадии происходит активация аминокислот и связывание их со своей транспортной РНК. В этой стадии участвуют ферменты аминоацил -тРНК-синтетазы. Это специфичные ферменты, обеспечивающие соединение аминокислоты с соответствующей тРНК.

Слайд 17

Инициация синтеза белка происходит: при образовании инициирующего комплекса, который включает в себя инициирующий кодон (АУГ, АГУ) иРНК , аминоацил - тРНК, рибосому. Информационная РНК своим КЭП-участком соединяется с малой субъединицей рибосомы. К инициирующему кодону присоединяется тРНК со своей первой аминокислотой (чаще всего метионином). К малой субъединице присоединяется большая субъединица рибосомы, и на рибосоме формируется два функциональных участка: пептидильный (Р-участок) и аминоацильный (А-участок). Первая тРНК с первой аминокислотой присоединяется к Р-участку, а А-участок оказывается свободным. Элонгация включает в себя замыкание пептидной связи, транслокацию рибосомы по иРНК с использованием энергии ГТФ и АТФ. Терминация происходит: при приближении белоксинтезирующего комплекса к терминирующему кодону иРНК (УАГ, УГА). Этому кодону не соответствует ни одна из тРНК, поэтому не приносится новая аминокислота, и синтез белка обрывается.

Слайд 18

Посттрансляционная модификация белков Многие синтезированные белки в последующем подвергаются посттрансляционной модификации. Существует несколько её вариантов. Наиболее часто встречается: 1. Частичный протеолиз – отщепление «ненужных» участков ( профермент→фермент ; прогормон→гормон ); модификация отдельных аминокислот: окисление ( пролин→гидроксипролин в коллагене); фосфолирирование (присоединение фосфата); гликозилирование (присоединение углевода); карбоксилирование (присоединение группы СООН в некоторых факторах свёртывания крови); 2. присоединение простетической группы; замыкание дисульфидных мостиков; изменение олигомерности белка (объединение нескольких мономеров) В посттрансляционной модификации белков играют важную роль белки - шапероны (они «следят» за правильностью модификации).

Слайд 19

Значение нуклеиновых кислот Значение нуклеиновых кислот очень велико. Особенности их химического строения обеспечивают возможность хранения, переноса в цитоплазму и передачи по наследству дочерним клеткам информации о структуре белковых молекул, которые синтезируются в каждой клетке. Белки обусловливают большинство свойств и признаков клеток. Понятно поэтому, что стабильность структуры нуклеиновых кислот - важнейшее условие нормальной жизнедеятельности клеток и организма в целом. Любые изменения строения нуклеиновых кислот влекут за собой изменения структуры клеток или активности физиологических процессов в них, влияя таким образом на жизнеспособность. Существует два типа нуклеиновых кислот: ДНК и РНК. РНК (рибонуклеиновая кислота), так же как ДНК, представляет собой полимер мономерами которого служат нуклеотиды. Азотистые основания те же самые, что входят в состав ДНК (аденин, гуанин, цетозин ); четвертое - урацил - присутствует в молекуле РНК вместо тимина. Нуклеотиды РНК содержат вместо дизоксирибозы другую пентозу - рибозу.

Слайд 20

Тест для самоконтроля: 1. К какой группе соединений относятся нуклеиновые кислоты? А) биополимеры; В) α- аминокислоты; С) мономеры; D) низкомолекулярные вещества; Е) углеводы. 2. Мономер нуклеиновых кислот: А) нуклеотид; В) моносахарид; С) α- аминокислота; D) первичный амин; Е) карбоновая кислота. 3. Мононуклеотиды – составная часть молекул: А) нуклеиновой кислоты, кофермента; В) гликопротеина, фосфолипида; С) гемоглобина, лецитина; D) липопротеина, кефалина ; Е) гомополисахарида , гепарина. 4. Из остатков каких молекул состоит нуклеотид? А) аланин, глюкоза, серная кислота; В) аденин, рибоза, фосфорная кислота; С) урацил, дезоксирибоза , азотная кислота; D) валин, фруктоза, угольная кислота; Е) глицерин, жирная кислота, фосфорная кислота. 5. Из остатков каких молекул состоит нуклеозид? А) α- аминокислота, амин; В) пиримидиновое основание, фосфорная кислота; С) жирная кислота, глицерин; D) кетокислота, глюкоза; Е) пуриновое основание, рибоза.

Слайд 21

6. Чем отличается нуклеозид от нуклеотида? А) отсутствием остатка молекулы фосфорной кислоты; В) наличием остатка молекулы глюкозы; С) отсутствием остатка молекулы пентозы; D) наличием остатка молекулы α- аминокислоты; Е) наличием остатка молекулы глицерина. 7. Какие элементы обязательны для молекул нуклеиновых кислот? А) сера, хлор; В) кислород, натрий; С) фосфор, азот; D) барий, стронций; Е) мышьяк, водород. 8. Укажите пуриновое основание нуклеиновых кислот: А) аденин; В) тимин; С) цитозин; D) урацин ; Е) этиламин . 9. Какое пиримидиновое основание является составной частью РНК? А) урацил; В) аденин; С) гуанин; D) тимин; Е) диметиламин. 10. Какое пиримидиновое основание не входит в состав ДНК? А) урацин ; В) тимин; С) цитазин ; D) аденин; Е) гуанин.

Слайд 22

Что такое глоссарий? Глоссарий представляет собой своего рода сборник научных терминов и «профессионализмов», разъяснение которых требуется для понимания сути работы. Таким образом, глоссарий является толковым словарем специальных терминов. В него входят термины, которые чаще других упоминаются в работе. Глоссарий является структурной частью работы. Как правило, он приводится в конце работы после списка литературы или перед ним. Поэтому целесообразно сначала ознакомиться с методическими рекомендациями по выполнению конкретной работы, в которых будут приведены и требования к оформлению глоссария. В некоторых случаях глоссарий оформляют в отдельной папке и используют титульный лист.

Слайд 23

Правила составления глоссария Чтобы глоссарий подчеркивал положительные стороны работы, его следует составлять по основным правилам: использование в словаре только тех терминов, которые отражают суть работы и подходят к профилю дисциплины; указание ссылки на источник, из которого заимствовано определение; использование исключительно новых для студента терминов для исключения дублирования материала (это правило не касается диссертации – там должны быть собраны, в первую очередь, новые для членов комиссии определения; рекомендуемое количество терминов – обычно по рекомендации преподавателя; расположение терминов в алфавитном порядке (если не предусмотрено иное).

Слайд 24

Внеаудиторная самостоятельная работа Составить глоссарий терминов. Учебник «Теория и практика лабораторных биохимических исследований» Н.В.Любимова , И.В.Бабкина , Ю.С.Тимофеев ,

Слайд 25

Основные источники: Учебник «Теория и практика лабораторных биохимических исследований» Н.В.Любимова , И.В.Бабкина , Ю.С.Тимофеев , учебное пособие.- М.: Гэотар -медиа, 2019. Л.М. Пустовалова Теория лабораторных биохимических исследований, Ростов н/Д; Феникс, 2016 г. (Среднее медицинское образование) Кишкун А.А. Клиническая лабораторная диагностика: учебное пособие.- М.: Гэотар -медиа, 2013. Клиническая лабораторная диагностика : Т. 1, 2 / под ред. профессора В. В.Долгова . — М. : ООО « Лабдиаг », 2018. Интернет-ресурсы: https://himija-online.ru-kisloty/nukleinovye-kisloty.html http://refleader.ru/poljgemerujgaty.html https://biohimist.ru/podborka-lektsij-po-biokhimii Список литературы