Основные типы МГЭ про- и эукариот: структура, гены и их продукты.

БАКТЕРИИ. (прокариот)У бактерии 2 типа МГЭ:

1) IS-элементы имеют инвертированные повторы на концах. В центре находится ген, обеспечивающий их перемещение. Ген детерминирует синтез транспозазы. Транспозаза делает надрезы строго по концам инвертированных повторов (размер повторов 17-22 п.н), делают ступенчатый надрез ДНК мишени, в результате чего происходит встраивание транспазона в мишень и по концам транспазона возникают прямые повторы (4-9 п.н).

2) Транспазоны – бывают 3 типов:

А) окаймлены IS-элементами с 2 сторон;

Б) окаймлены IS-модулями (только один из них активен), т.е. обеспечивает синтез транспозазы.

В) по концам небольшие инвертированные повторы, ген транспозиции перемещён в центр транспазоны.

Отличия от IS-элементов:

-наличие последовательности кроме генов транспозиции генов обеспечивающих фенотипические маркеры (устойчивость к антибиотикам, синтез токсинов, деградация ксенобиотиков);

-любой признак бактерий ограниченный IS-элементами или IS-модулями может перемещ-ся;

МГЭ бактерии способны перемещаться двумя механизмами:

1) Репликативная транспозиция. Молекула донора и мишени временно объединены в коинтеграт, в котором данные последовательности окаймлены двумя копиями транспазона процесс исключения транспазона обеспечивает локализацию в исходном и новом месте.

2) Эксцизионная транспозиция осуществляется после копирования (донор представлен двумя копиями одна из них погибает) тогда транспазон вырезается и встраивается в молекулу мишень.

ГРИБЫ.(эукариот) изучены Ty-элементы (танспазоны дрожжей). Ту-элементы имеют длинные концевые повторы (лтр или дельта). В состав повторов входят энхансеры размером 6 т.п.н. Для таких транспазонов характерно изменение в геномах (roa-мутации). Встраиваются перед генами каньюгации и вызывают их сверхэкспрессию за счет наличия энхансеров.

ДРОЗОФИЛЫ.(эукариот) Хогнес и Георгиев и Гвоздёв в 1977 году использовали метод гибридизации ДНК – мобильные диспергированные гены МДГ. МДГ были причислены к мобильным генетическим элементам на основании разной локализации в клетках дрозофил разных линий одного вида. МДГ перемещаются за сёт обратной транскрипции, вырезания и вставки.

FB-палиндромы – последовательности, которые ограничены инвертированными повторами(оень длинные). Окраска глаз (белоглазие) связана с внедрением FB-палиндрома или МДГ.

Системы, связанные с обратным дисгенезом – тип изменений, который приводит к образованию целого ряда аномалий при определённый типах скрещивания.

РM-система и IR-система

Аномалии: абберации хромосом, генные мутации, нарушение расхождения хромосом в мейозе, стерильность самок и самцов, аномальное расщепление менделевских признаков.

РМ-система

При скрещивании Р-самцов и самок линии М. Если скрещивается самка Р и самец М, то обратного дисгенеза не наблюдается.

Р-элементы – МГЭ, которые локализованы у самцов. ограниены инвертированными повторами. Определяют синтез транспозаы и белка-репрессора, поэтому Р-элементы практически не перемещаются в геноме самца. Если он оплодотворит самку с М-цитотипом ( у которой отсутствует Р-репрессор), то Р-элемент начнёт мощно перемещаться в геноме самки. При этом возникают различные дефекты. Белок-репрессор накапливается в клетках, если Р-элемент находится там долгое время. Кроме Р-элементов начинают перемещаться МДГ. Возникают четвертичные мутанты. Мутационный взрыв - мощное перемещение МГЭ.

МЛЕКОПИТАЮЩИЕ. 5 типов МГЭ:

1. sine-shot (короткие 80-630 п.н.)

2. alu-последовательности

3. sine-line

4. ретротранспозоны (ретровирусы, которые теряют ген env, превращабтся в ретротранспозоны)

5. эндогенные ретровирусы

6. сборные (состоят из нескольких частей) SVA-элемнты состоят из alu-подобных и сайн-подобных последовательностей.

Если надо еще информация:

мгэ мощный источник изменчивости. Вызывает все типы изменения ДНК.

1.Генные мутации -вставки их в гены, регуляторные последовательности (промоторы-терминаторы) могут приводить к мутантному фенотипу(lac^-). Было показано, что эта мутация возникает в результате вставки IS-элемента.

Среди видимых мутаций дрозофилы наибольшую долю составляют транспозонные мутации. Мутации связанные с Alu – рак груди, гемофилия.

2.Регуляторные мутации -вставка мобильных генетических элементов в не кодируемые области: (интроны, окаймл. участки генов) могут приводить к усилению или к ослаблению активности близлежащих генов, вызывать явления сплайсинга. Характерной особенностью дрожжевых Ti-элементов является встраивание перед генами, обеспечивающими конъюгацию, экспрессию этих элементов.

Встраивание Alu в определенные ориент. интронную область может приводить к альтернативному сплайсингу.

Транспозиция

4.Хромосомные перестройки присутствие в геноме МГЭ обеспечивает гомологичную рекомбинацию по районам их локализации. В настоящее время все типы хромосомных перестроек (делеции, дупликации, инверсии, траслокации) обуславливаются мгэ.

Дубликацию размножают гены.

Инверсии – они переворачивают фрагмент ДНК между двумя мгэ и приводит к изменению положения генов. Является одним из способов видообразования.

Делеции (нехватка участка хромосом) – губительны даже в гетерозиготическом состоянии. У человека был обнаружен транспозон Mariner – в результате не равного кроссинговера по районам его локализации приводит к нехватке короткого плеча 17 хромосомы. Если это событие происходит в зародышевой клетке при созревании гомет, то она передаётся потомкам. Такая делеция приводит к параличам и нейропатиям (заболевание нервной системы).

Синдром Киндлера - редко встречающееся аутоиммунное –рецессивное заболевание (кожные покровы поражаются в виде волдырей). Заболевание вызывают рекомбинации по Alu-последовательностям, которые приводят к делеции 2-экзонов разного порядка 4 килобаза. Образуется усеченный белок-его усеченная форма приводит к этим заболеваниям.

Мгэ могут приводить ко всем типам генетических и хромосомных изменений и дестабилизировать геном. Мгэ есть у всех организмов.

 

Известен еще один пример генетического воздействия, вызывающего мощную индукцию перемещений МГЭ. Это так называемые дисгенные скрещивания линий дрозофил, содержащих (Р-линии) и не содержащих (М-линии) транспозон Р. Предполагается, что Р-элементы синтезируют некий репрессор, подавляющий транспозицию и ограничивающий число их копий в геноме. В геномах клеток Р-линий есть копии Р-элемента, а в цитоплазме – репрессор. В геномах клеток М-линии Р-элемента нет, а в цитоплазме отсутствует репрессор. При скрещивании самок М-линии с самцами Р-линии клетки полученного гибрида МР имеют половину копий Р-элемента в геноме, но не имеют репрессора в цитоплазме. Это происходит потому, что яйцеклетки М-линии исходно не имеют ни Р-элемента, ни репрессора, а спермии Р-линии переносят копии Р-элемента в геноме, но не имеют цитоплазмы и не переносят репрессора. Это явление, называемое гибриднымдисгенезом, тоже представляет собой пример индукции транспозиций МГЭ при помощи генетической процедуры – дисгенного скрещивания.Гибридный дисгенез приводит к множественным нарушениям генома.Эти нарушения включают повышенную частоту мутаций, хромосомныхаберраций и рекомбинаций, температурно-зависимую стерильность.

Критические, стрессовые условия существования часто сопряжены спрохождением популяций через стадию «бутылочного горлышка», которое может быть связано либо с массовым вымиранием, либо с освоениемновых экологических ниш по «принципу основателя». В этих условияхновые формы, индуцированные через вспышки транспозиций, могутстать основателями новых популяций с резко измененным фенотипомпо лимитирующим количественным или качественным признакам. Здесьвозможны как адаптивные, так и случайные варианты быстрого преобразования. Фактически эти события могут стать одной из главных формизменчивости и эволюции генома дрозофил и других организмов. Не исключено, что изменение системы рисунков локализации МГЭ являетсяодним из механизмов видообразования. Во всяком случае, гибридныйдисгенез, индуцирующий транспозиции Р-фактора, является изолирующим механизмом между скрещиваемыми линиями дрозофил.

Таким образом, мобильные генетические элементы являются одним из наиболее мощных факторов изменчивости геномов.

 

72.Основные пути биотрансформации ксенобиотиков в первую фазу. Роль цитохрома P₄₅₀ и b₅.

Биотрансформация — метаболическое превращение эндогенных и экзогенных химических веществ в более полярные (гидрофильные) соединения. Реакции первой фазы: гидролиз, восстановление, окисление.

Основные пути биотрансформации чужеродных соединений.

1. Окисление:

а) микросомальное

– алифатичекое или ароматическое гидроксилирование,

– эпоксидирование,

– N-гидроксилирование,

– N, S-окисление,

– дезалкилирование,

– дезаминирование,

– десульфирование;

б) немикросомальное

– окислительное дезаминирование,

– окисление спиртов, альдегидов,

– ароматизация алициклических соединений.

2. Восстановление:

а) восстановление нитросоединений, азотсоединений микросомальными ферментами;

б) микросомальное восстановительное галогенирование;

в) немикросоальное восстановление.

3. Гидролиз с участием микросомальных и немикросомальных ферментов.

Ферменты биотрансформации ксенобиотиков присутствуют в основном в микросомах и в цитозоле и незначительная часть – в митохондриях, ядре и лизосомах.

l фаза метаболизма - этап биотрансформации, в ходе которого к молекуле соединения либо присоединяются полярные функциональные группы, либо осуществляется экспрессия таких групп, находящихся в субстрате в скрытой форме

1. Реакции гидролиза

карбоксилэстераза, ацетилхолинэстераза, псевдохолинэстераза---> эфиры карбоновых кислот, амидов и тиоэфиров

арилэстераза или параоксоназа---> карбоксильные эфиры, карбаматы, эфиры фосфорной кислоты

пептидазы---> амидная связь между аминокислотами в пептидах, рекомбинантных пептидных гормонах, факторах роста, цитокинах, растворимых рецепторах и моноклональных антителах.

эпоксидная гидролаза---> присоединение воды к эпоксидам алкенов и оксидам аренов

Реакции восстановления.

Восстанавливаются некоторые металлы, альдегиды, кетоны, дисульфиды, сульфоксиды, хиноны, алкены, азо- и нитросоединения.

Коферменты —НАД⁺/НАДН и НАДФ⁺/НАДФН; (ФАД/ФАДН₂).

Восстановление азо- и нитросоединений – осуществляют цитохром Р450, НАДФН-хинон оксидоредуктазы.

Восстановление сульфоксидов – осуществляют цитохром Р450, необходим НАДФН

Реакции окисления.

Альдегиддегидрогеназы (АлДГ) - окисление альдегидов до карбоновых кислот (кофактор НАД⁺).

Дигидродиолдегидрогеназы - окисление полициклических ароматических углеводородов.

Молибденовые гидроксилазы:

сульфитоксидаза – окисляет токсичный сульфит до относительно безопасного сульфата;

ксантиндегидрогеназа (XD) и ксантиноксидаза (ХО) — участвуют в процессах, связанных с оксидативным стрессом, пероксидном окислении липидов;

альдегидоксидаза — пероксидное окисление липидов, катаболизм биогенных аминов и катехоламинов.

Моноаминоксидазы -окислительное дезаминировании первичных, вторичных и третичных аминов, включая эндогенные.

Пероксидазы:

1) обезвреживают пероксиды;

2) могут превращать ксенобиотики в токсичные метаболиты;

3) могут осуществлять прямой перенос пероксидного кислорода к ксенобиотику То-х → То-хО;

4)амины или фенолы окисляются пероксидом водорода в присутствии пероксидаз с образованием свободных радикалов.

Окисление этанола при участии цитохром Р₄₅₀ - зависимой микросомальной этанолокисляющей системы

Цитохром Р₄₅₀-зависимая микросомальная этанолокисляющая система локализована в мембране гладкого ЭР гепатоцитов.

Она индуцируется этанолом, другими спиртами и приобретает существенное значение при поступлении больших доз этанола и при злоупотреблении алкоголем. Окисление этанола происходит при участии изофермента Р₄₅₀IIE₁.

Цитохром Р450 катализирует реакции окисления:

- гидроксилирование алифатических и ароматических углеводородов;

- эпоксидирование двойной связи;

- окисление гетероатомов (О-, S-, N-, Si-)

- N-гидроксилирование;

- деалкилирование гетероатомов (О-, S-, N-, Si-),

- окислительный перенос группы;

- разрыв сложноэфирной связи;

- дегидрирование.

Система цит. P₄₅₀ участвует в окислении многочисленных соединений, как эндогенных, так и экзогенных.

Цит. Р₄₅₀-зависимые монооксигеназы катализируют расщепление различных веществ с участием донора электронов и молекулярного кислорода. В этой реакции один атом кислорода присоединяется к субстрату, а второй восстанавливается до воды.

Центр связывания кислорода – высокоспецифичен, центр связывания преобразуемого субстрата – относительно.

Цитохром Р450, наряду с монооксигеназной активностью, может проявлять оксидазную, т.е. катализировать удаление водорода из субстрата, используя при этом в качестве акцептора водорода кислород и восстанавливать его до воды, или генерировать активные формы кислорода в виде супероксидного и гидроксильного радикалов, пероксида водорода.

Р450 обнаруживает пероксидазную активность, используя в реакциях окисления в качестве косубстратов вместо NADPH органические пероксиды или пероксид водорода.

Р450 может катализировать диоксигеназные реакции, вводить в окисляемое вещество два атома кислорода. особенностью Р450 является множественность функций, но основной - монооксигеназная.

Цит. P₄₅₀ катализируют ω -окисление насыщенных жирных кислот (ж.к.), перекисное окисление ненасыщеных ж.к., гидроксилирование стероидных гормонов, желчных кислот и холестерола, биосинтез простагландинов (локализованы в митохондриях, на ядерной мембране).

Цитохромы P₄₅₀ микросом участвуют в метаболической биотрансформации ксенобиотиков (лекарств, ядов, наркотических веществ).

Цитохром b₅ – гемопротеин, участвует в разнообразных биохимических окислительно-восстановительных реакциях в качестве переносчика электронов.

Роль цитохрома b₅ в реакциях, катализируемых изоформами системы цитохрома Р-450.

Возможные механизмы стимулирующего влияния цит. b5 на изоформы цит. Р-450:

• прямая передача электрона в монооксигеназной реакции, без посредства НАДФ цитохром Р-450 редуктазы;

• в случае использования второго электрона от цитохрома b₅ в монооксигеназном цикле происходит образование более активных радикалов кислорода, что, в свою очередь, сопровождается более быстрым образованием метаболита;

• цит. b₅ взаимодействует с цит. Р-450 с образованием комплекса двух гемопротеинов и последующей передачей двух электронов от НАДФН цитохром Р-450 редуктазы. Это повышает скорость образования активного кислорода и устраняет необходимость повторного взаимодействия цит. Р-450 и НАДФН цитохром Р-450 редуктазы;

• цит. b₅ может осуществлять аллостерическую стимуляцию цит. Р- 450 без переноса электронов, например на втором этапе каталического цикла;

• цитохром b5 может оказывать защитное действие на молекулы терминальной оксигеназы, которое не связано с реакциями окислительно-восстановительного цикла, что предотвращет ее разрушение.

Влияние цит. b₅ на изменение скорости реакции, спектра метаболитов и образование активных форм кислорода в реакциях системы цит.Р-450.

• в присутствии цит. b₅ скорость метаболизма большинства эндогенных соединений и ксенобиотиков чаще всего повышается;

• влияние цит. b₅ на биотрансформацию одного и того же соединения, например андростендиона, у разных видов животных неодинаково. У кроликов в присутствии цит b₅ скорость метаболизма стероида цит. Р-450 2В5 повышается, а у собак – цит. Р-450 2В11 снижается;

• цит. b₅ у разных видов (человек и хомячок) может не изменять скорости окисления соединения (нитрозамин) или оказывать стимулирующее действие;

• наличие цит. b₅ изменяет спектр метаболитов, образующихся при биотринсформации соединения одной и той же изоформой цит. Р-450, например тетрахлорбифенила цит. Р-450 2В1;

• в присутствии цит. b₅ уменьшается образование активных форм кислорода, гиперпродукция которых оказывает негативное действие на жизнедеятельность клеток организма;

• метаболизм биологически активных соединений (арахидоновая кислота, лейкотриены) происходит только в присутствии цит. b₅.

 

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться: