Протеомный профиль мочи здорового человека в норме и при действии факторов космического полета
|
Скачать 5.39 Mb.
|
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
Понимание биохимических процессов, которые составляют жизнь, требует не только знания генетической «инструкции», закодированной в геноме, но и белков, метаболических субстратов, участвующих в этих процессах [Angel Т.Е. et al., 2012]. В последние годы выявлено множество новых аспектов функционирования белков, как регуляторов биологических процессов – не только обмена веществ, роста и развития, но и как участников системы коммуникаций, которые объединяют биологические молекулы, органеллы, клетки, ткани, органы в единую управляемую систему [Степанов В.М., 2002; Hester R.L., Iliescu R., Summers R., Coleman T.G., 2011]. Изучение первичной структуры белка, полученной из генома, явно недостаточно, чтобы объяснить различие их биологических функций. Считается, что человеческий геном, включает в себя 27 000 генов, общее количество белков в организме человека оценивается более, чем в миллион, что связано с альтернативным сплайсингом матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК). Изоформы могут иметь различные биологические функции [Stastna M., Van Eyk J.E., 2012]. Видовая и индивидуальная специфичность набора белков в конкретном организме определяет особенности его строения и функционирования [Северин Е.С., 2013]. За счет внутримолекулярных взаимодействий белки образуют определенную пространственную структуру, или «конформацию белков» [Calamini B., Morimoto R.I., 2012]. Различают 4 уровня структурной организации белков [Zhou X., Wang E., 2013]. Двадцать L-аминокислот-мономеров в ходе трансляции встраиваются в полипептидную цепь, и играют ключевую роль в регуляции синтеза белка [Chan T.M. et al., 2012; Wang W. et al., 2013]. Линейную последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи называют первичной структурой белка [Paris G., Ramseyer C., Enescu M., 2014]. В результате реакции посттрансляционной модификации некоторые из них превращаются в другие аминокислотные остатки, обеспечивая важную роль в широком диапазоне биологических процессов [Mann M., Jensen O.N., 2003; Kakizawa S., 2013]. Большинство из индивидуальных белков организма человека имеет важное общебиологическое и медицинское значение [Jain A.P., Pundir S., Sharma A., 2013; Slutzki M. et al., 2013]. Многие генетические болезни являются результатом нарушения аминокислотной последовательности белков [Barrowman J. et al., 2012]. Вторичная структура белка - пространственная, образуется в результате взаимодействий между функциональными группами, входящими в состав пептидного остова [Lee C.K., Yeo K.J., Hwang E., Cheong H.K., 2013]. Пептидные цепи могут приобретать регулярные структуры двух типов: L – спираль и В-структуру. L-спиральная структура – это наиболее устойчивая конформация пептидного остова, имеющая минимум свободной энергии [Boersma M.D. et al., 2012]. B-структура формируется за счет образования множества водородных связей между атомами пептидных групп линейных областей одной полипептидной цепи [Yamamoto A. et al., 2000]. Как L – спираль и В-структура встречаются в глобулярных и фибриллярных белках [Tu X., Palczewski K., 2012]. Третичная структура белка - трехмерная пространственная структура, образуется за счет взаимодействий между радикалами аминокислот, расположенными на значительном расстоянии друг от друга в полипептидной цепи [Ohue M. et al., 2013]. Третичную структуру некоторых белков стабилизируют дисульфидные связи [Wei W. et al., 2012]. Гидрофобные радикалы аминокислот стремятся к объединению внутри глобулярной структуры растворимых в воде белков, между ними возникают гидрофобные взаимодействия, а также силы Ванн дер Ваальса между близко прилегающими друг к другу связями, формируя гидрофобное ядро [Priyakumar U.D., 2012; Vugmeyster L., Do T., Ostrovsky D., Fu R., 2014]. Все гидрофильные группы радикалов аминокислот, оказавшиеся внутри гидрофобного ядра, взаимодействуют друг с другом с помощью ионных и водородных связей [Seddon A.M., Curnow P., Booth P.J., 2004]. Белки мембран имеют обратное устройство: гидрофильные радикалы аминокислот расположены внутри белка, а гидрофобные аминокислоты локализованы на поверхности молекулы и контактируют с неполярным окружением [Smith S.M., 2011]. Радикалы аминокислот в каждом случае занимают наиболее выгодное биоэнергетическое положение. Конформация белка может меняться при изменении химической и физической среды, а также при взаимодействии белка с другими молекулами [Tan C., Li W., Wang W., 2013]. Потеря нативной конформации сопровождается утратой специфической функции белков, денатурацией. Плотная пространственная структура нативного белка при денатурации резко увеличивается в размерах и становится легко доступной для расщепления пептидных связей протеолитическими ферментами [Bhuyan A.K., 2010]. Существуют белки, состоящие из двух и более полипептидных цепей, после формирования трехмерной структуры каждой. Они объединяются с помощью взаимодействий, которые участвовали в образовании третичной структуры. Количество и взаиморасположение полипептидных цепей в пространстве называют четвертичной структурой белков [Veenhoff L.M., Heuberger E.H., Poolman B., 2002]. Процесс сворачивания полипептидной цепи в правильную пространственную структуру получил название «фолдинг белков», это самопроизвольный процесс, при котором белок стремится принять в данных условиях конформацию с наименьшей свободной энергией [Sekhar A., Lam H.N., Cavagnero S., 2012]. Изменение условий окружающей среды или изменений первичной структуры могут привести к изменению его конформации и функции [Fan J., Pavletich N.P., 2012]. Для многих белков, имеющих высокую молекулярную массу и сложную пространственную структуру, фолдинг (процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную нативную пространственную структуру) протекает при участии специальной группы белков, шаперонов [Zagouri F. et al., 2012]. Фолдинг протекает в цистернах эндоплазматического ретикулума, некоторые растворимые в воде белки могут агрегировать, образуя в клетках фибриллярные отложения, амилоид, при этом нарушается структура и функции клеток, наблюдаются дегенеративные изменения [Kříž Z., Klusák J., Krištofíková Z., Koča J., 2013]. До настоящего времени не существует единой и стройной классификации, учитывающей различные параметры белков, в основе, как правило, лежит один признак. Белки можно квалифицировать: по форме молекул (глобулярные или фибриллярные); по химическому строению (наличие или отсутствие небелковой части); по молекулярной массе (низкомолекулярные, высокомолекулярные); по выполняемым функциям (транспортные, защитные, структурные и т.д.); по локализации в клетке (ядерные, цитоплазменные, лизосомальные); по локазизации в организме (белки крови, печени, сердца); белки синтезирующие с постоянной скоростью, белки, синтез которых может усиливаться при воздействии факторов среды; по продолжительности функционирования в клетке; по схожим участкам первичной структуры и родственным функциям. Многие белки, кроме полипептидных цепей, содержат в составе небелковую часть, присоединенную к белку слабыми или ковалентными связями. Как правило, небелковая часть представлена ионами металлов, органическими молекулами с низкой или высокой молекулярной массой, такие белки принято называют сложными [Weston L.A., Bauer K.M., Hummon A.B., 2013]. Простетической группой могут быть веществами различной природы. Белки, соединенные с гемом - гемопротеины [Venanzi M., Cianfanelli S., Palleschi A., 2013], соединенные с остатками фосфорной кислоты - фосфопротеины [Dalton L.E. et al., 2012], с углеводными остатками - гликопротеины [Krainer F.W. et al., 2013], функционирующие в комплексе с липидами - липопротеинами, с металлами - металлопротеинами [King J.D. et al., 2013]. По признаку сходства выполняемых белками функций их можно разделить на большие группы. Ферменты - специализированные белки, ускоряющие течение химических реакций, играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма [Кришталик Л.И., 2012; Ernst A. et al., 2013]. Благодаря ферментам в клетке скорости химических реакций возрастают в миллионы раз. К 2013 году было описано более 5 000 разных ферментов. Различным физико-химическим аспектам ферментативных процессов посвящены многие обзоры [Chapple S.J., Cheng X., Mann G.E., 2013; Ergin V., Erdogan M., Karasu C., Menevse A., 2013; Kakizawa S., 2013]. Так, трипсин разрушает в белках пептидные связи, образованные карбоксильной группой основных аминокислот - аргинина или лизина [Buczek O., Krowarsch D., Otlewski J., 2002]. К регуляторным белкам относят большую группу белковых гормонов, участвующих в поддержании постоянства внутренней среды организма, которые воздействуют на специфические клетки-мишени. Сигнальные молекулы (гормоны, медиаторы) действуют на внутриклеточные процессы через взаимодействие со специфическими белками - рецепторами [Rosenbaum D.M. et al., 2011]. Рецепторный белок - это тот незаменимый винтик, без которого не могут работать сложнейшие сигнальные системы нашего организма. Например, если в палочках сетчатки содержится недостаточно родопсина, светочувствительность глаза снижается: ухудшается зрение [Sammons J.D., Gross A.K., 2013]. Многие белки крови участвуют в переносе лигандов из одного органа к другому, так, альбумин переносит жирные кислоты и билирубин [Ha C.E., Bhagavan N.V., 2013], а гемоглобин эритроцитов участвует в переносе кислородаот легких к тканям [Tripette J. et al., 2009]. Транспортные белки участвуют также в переносе гидрофильных веществ через гидрофобные мембраны [Hicke L., Dunn R., 2003]. Один из наиболее изученных белков, осуществляющих активный транспорт - Na+/K+-аденозинтрифосфатаза [Edwards I.J., еt al., 2013]. Некоторые белки, расположенные определенным образом в тканях придают им форму, создают опору, определяют механические свойства данной ткани. Например, главным компонентом хрящей и сухожилий является фибриллярный белок коллаген, имеющий высокую прочность [Chen P., Cescon M., Megighian A., BonaldoP., 2014]. Структурный белок эластин обеспечивает определенным тканям свойство растягиваться во всех направлениях [Uitto J., 2008]. Некоторые белки (иммуноглобулины) обладают способностью узнавать и связывать чужеродные молекулы, вирусные частицы и бактерии, в результате чего происходит их нейтрализация [Schroeder H.W.Jr., Cavacini L., 2010]. Защитными свойствами обладают белки свертывающей системы крови, к примеру, фибриноген и тромбин [van Ryn J. et al., 2010]. Некоторые белки наделяют клетку способностью либо сокращаться, либо передвигаться. К таким белкам относятся актин и миозин - фибрилярные белки, участвующие в сокращении скелетных мышц, тубулин, из которого построены микротрубочки [Schappi J.M., Krbanjevic A., Rasenick M.M., 2013]. Белки, имеющие гомологичные участки полипептидной цепи, сходную конформацию и родственные функции, выделяют в семейство родственных белков. К семейству родственных белков относят сериновые протеазы, мишенью которых являются специфические пептидные связи в белках; для них характерно наличие в активном центре остатков Сер 195, Гис57, Асп 102 [Доброгорская Я.И., Немухин А.В., 2003], а так же высокая гомология их пространственных структур. Так, пищеварительные сериновые протеазы участвуют в переваривании денатурированных пищевых белков, к ним относят трипсин, химотрипсин [Замолодчикова Т.С., 2013]. Сериновые протеазы участвуют в активации каскада белков свертывания крови, белков системы комплемента, образования белковых гормонов [Diaz J. et al., 2012; Perry A.J. et al., 2013]. В работе иммунной системы огромную роль играют белки, относящиеся к суперсимейству иммуноглобулинов, которое включает в себя: семейство иммуноглобулинов, семейство Т-клеточных антигенраспознающих рецепторов и белки главного комплекса гистосовместимости 1 и 2 классов, а также семейство адгезивных белков. Основным критерием включения белков считается доменная организация, достоверная гомология аминокислотных последовательностей и пространственных структур отдельных доменов [Yap E.H, Yu X.M. et al., 2013; Rosche T., Almo S., Fiser A., 2014]. Изофункциональные белки - это семейство белков, выполняющих почти одинаковую или близкую функцию, но небольшие особенности строения и функционирования некоторых членов этого семейства могут иметь важное физиологическое значение, к примеру, изоформы гемоглобина [Damsgaard C., Storz J.F., Hoffmann F.G., Fago A., 2013]. К изобелкам относят множество изоформ структурного белка коллагена [Cutrona M.B. et al., 2013]. Фонд свободных аминокислот организма – только 35 г., большая часть аминокислот входит в состав белков, доля которых в массе всех тканей организма человека нормального телосложения составляет примерно 15 кг. Специальной формы депонирования аминокислот нет, их резервом служат все функциональные и структурные белки тканей, преимущественно белки мышц, поскольку мышечная ткань является самой крупной тканью организма [Preiss L. et al., 2013]. Основным источником аминокислот организма служат белки пищи. В сутки, при белковом голодании, в организме расходуется 25 г собственных белков тканей, минимальное количество белка в пище, необходимое для поддержания азотистого равновесия - 30-50 г/сутки. При средней физической нагрузке взрослый человек должен получать 100-120 грамм белков в сутки. Безбелковое питание (продолжительное) вызывает серьезные нарушения обмена и неизбежно заканчивается гибелью организма. Поскольку, человек в ходе эволюции утратил способность синтезировать de novo почти половину из 20 аминокислот, входящих в состав его собственных белков, те аминокислоты, синтез которых сложен и неэкономичен для организма, выгоднее получать с пищей, называются незаменимые аминокислоты. К ним относятся фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин [Churchward-Venne T.A. et al., 2012]. Аргинин и гистидин у взрослого человека образуются в достаточных количествах [Зилва Дж.Ф., Пэннелл П.Р., Березов Т.Т., 1988], их называют частично заменимыми. Тирозин и цистеин - условно заменимые, так как для их синтеза необходимы незаменимые аминокислоты; так, тирозин синтезируется из фенилаланина [Daubner S.C., Le T., Wang S., 2011], а для образования цистеина необходим атом серы метионина [Fu J. et al., 2014]. Остальные аминокислоты легко синтезируются в клетках и называются заменимыми. К ним относят глицин, аспарагиновую кислоту, аспарагин, глутаминовую кислоту, глутамин, серин, пролин, аланин [Churchward-Venne T.A., Burd N.A., Phillips S.M., 2012]. |
Похожие:
 |
И зучение мутационных сдвигов у терапевтических бактериофагов после... Изучение мутационных сдвигов у терапевтических бактериофагов после пребывания в условиях космического полета (фаген) |
|
Исследование мочи имеет большое диагностическое значение не только... Стандартизованная технология клинического лабораторного анализа мочи. Анализ мочи общий |
 |
Академик Виктор Иванович Кузнецов. К 100-летию со дня рождения Моделирование в трансзвуковой трубе низкой (переменной) плотности условий полёта космического аппарата при его посадке на поверхность... |
|
Академик Виктор Иванович Кузнецов. К 100-летию со дня рождения Моделирование в трансзвуковой трубе низкой (переменной) плотности условий полёта космического аппарата при его посадке на поверхность... |
|
2010 содержание ... |
|
Конспект для самоподготовки слушателей по курсу повышения квалификации «Охрана труда» Один из основных факторов, влияющих на работоспособноть и здоровье человека. Метеорологические факторы, сильно влияют на жизнедеятельность,... |
|
«Корпоративные практики по поддержке здорового образа жизни и устранению... России непоколебимо являются сохранение и укрепление здоровья населения на основе популяризации здорового образа жизни и обеспечения... |
|
Исследование мочи 4 Процесс образования мочи 4 Физические свойства... России. За это время существенно расширена номенклатура диагностических тест-полосок, существенно расширена область использования... |
|
Сравнительная характеристика натуральных киллерных клеток человека в норме и при раке легкого Работа выполнена в Республиканском государственном предприятии «Институт молекулярной биологии и биохимии им. М. А. Айтхожина» Комитета... |
|
При эксплуатации персональных компьютеров Инструкция предназначена для предотвращения неблагоприятного воздействия на человека вредных факторов, сопровождающих работы со средствами... |
|
В россии отмечают День космонавтики в ознаменование первого космического... Юрием Алексеевичем Гагариным. Праздник установлен указом Президиума Верховного Совета СССР от 9 апреля 1962 года. В этот день в 1961... |
|
Задача экскурсовода рассказать о влиянии никотина на изображенные органы человека Цель: профилактика подросткового табакокурения, пропаганда здорового образа жизни |
|
Меморандум №2 Комиссия по борьбе с лженаукой и фальсификацией научных... Ьбе с лженаукой и фальсификацией научных исследований при Президиуме ран (далее в тексте — Комиссия) посвящен гомеопатии. Гомеопатия... |
|
Руководство образовательной организации Гаоу дпо "Институт развития образования", "Формирование здорового образа жизни, здорового питания" (24 часа), 24-26. 10. 2016 г |
|
Инструкция по поиску и спасанию в зоне авиационно-космического поиска... Организация поисково-спасательного обеспечения полетов в Южной зоне авиационно-космического поиска и спасания (акпс) |
|
Методические рекомендации по общей гигиене для самостоятельной работы... Производственная среда как часть окружающей человека внешней среды складывается из природно-климатических факторов и факторов, связанных... |