Генная инженерия
Генная инженерия или техника рекомбинантных ДНК – совокупность приемов, позволяющих путем процессов in vitro перенести генетический материал из одного организма(источника гена) в другой(реципиент гена, хозяин гена). Используются методы и подходы биоорганической химии. В заранее выделенный репликон хозяина in vitro вводят нужный ген из другого источника. Полученную таким способом рекомбинантную молекулу, сохраняющую все свойства репликона, снова вводят в клетку – хозяина, в которой он будет реплицироваться и стабильно передаваться клеткам-потомкам при делении. Репликоны, предназначенные для введения в клетку-хозяина, носят название векторы. Основные химические способы введения вектора связаны с использованием ферментативных биохимических методов. Важнейшим этапов синтеза искусственных двухцепочечных фрагментов ДНК является их клонирование так, чтобы синтезированная последовательность сохранилась и могла функционировать - передавать генетическую информации о синтезе белка
Полимеразная цепная реакция Полимеразная цепная реакция(polymerase chain reaction PCR)- перспективная разработка в химии ДНК. Позволяет синтезировать в больших количествах отдельные участки ДНК или фрагмент нуклеотида. Эту методику используют в криминалистике, она позволяет выделить ДНК из окаменелых остатков давно исчезнувших видов животных. По программе HUGO (Human Genom – Геном человека) в 2000 г. был определен каждый отдельный код ДНК в генетическом материале человека. PCR состоит в синтезе двух коротких олигонуклеотидов, точно связывающихся с концами ДНК, которые будут копироваться. Фермент ДНК-полимераза начинает сборку копий двух цепей, приводящую к получению двух новых цепей ДНК. Нагревание образца вызывает расплетание двойных спиралей и дает новые четыре цепи, которые используются для образования еще новых четырех цепей и т.д.
11.6.Метаболизм пуриновых соединений в клетке Поступающие в организм пуриновые соединения (в составе пищи, лекарственных препаратов – аденин, гуанин, кофеин, теофиллин, теобромин) и синтезированные в организме в конечном итоге превращаются в мочевую кислоту. Азотистые основания, поступившие с пищевыми продуктами, не используются для синтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот
Схема обмена азотистых оснований:
Аденин———>гипоксантин———> ксантин———>мочевая кислота ↑ гуанин
гипоксантин ксантин 6-оксопурин 2,6-диоксопурин Гипоксантин и ксантин образуют изомерные лактим-лактамные формы. Мочевая кислота (2,6,8-триоксопурин) образует двузамещенные соли, поскольку для этого соединения характерна лактим-лактамная таутомерия, сопровождающаяся образованием только двухосновной кислотной формы. Строение солей соответствует таутомерной форме 2,8-дигидрокси-6-оксопурина.
2,8 – дигидрокси - 6-оксопурин. Атом кислорода в группе С=О в положении 6 связан водородной связью с атомом водорода N7 –Н, это препятствует переходу атома водорода от N1 –Н, что необходимо для образования полной лактимной формы. Мочевая кислота – бесцветные кристаллы, плохо растворима в воде(0, 065 г в 100 мл при 370 С), средние – двухзамещенные - соли щелочных металлов легко растворимы в воде, а кислые- однозамещенные- трудно(исключение –соли лития). Мочевая кислота, образующаяся в процессе обмена веществ, полностью выделяется из организма в составе мочи. Повышенное содержание и низкая растворимость мочевой кислоты и ее кислых солей создает угрозу кристаллизации из биологических жидкостей, мочевая кислота и соли ураты образуют камни в мочевом пузыре, почках, откладываются в суставах, закупоривают протоки слюнных и слезных желез. Такая характерная картина возникает при мочекаменной болезни и подагре.
Для проверки усвоения темы рекомендуем ответить на вопросы: 1. Соединение 6- меркаптопурин является антиметаболитом пуриновых соединений аденина и гипоксантина(в иминоформе), активно вмешивается в пуриновый обмен и блокирует синтез нуклеиновых кислот. Его применяют как антилейкемический лекарственный препарат. Запишите формулы названных пуриновых соединений. Какие химические свойства отличают между собой амино- и тиольную группы?
2. Химическое соединение 5- фторурацил (2, 4- диоксо-5- фторпиримидин) –угнетает функцию костного мозга, подавляет развитие некоторых новообразований в организме, относится к группе препаратов- антиметаболитов, Запишите формулы трех соединений - 5-фторурацил, урацил, тимин - в двух таутомерных - лактимной и лактамной- формах. Сравните изменение кислотных свойств этих соединений в лактимных и лактамных формах..
3. Препарат 5- фторурацил обладает многими побочными токсическими эффектами, которые уменьшаются, если соединение применять в составе N-гликозида. Данный принцип применен при создании лекарственного соединения фторафура. Напишите формулу N1 - нуклеозида, образованного 5-фторурацилом и моносахаридом β-D- фруктофуранозой.
4. Лекарственный препарат цитарабин (Cytarabinum) -антиметаболит пиримидиновых соединений в синтезе нуклеиновых кислот. Применяют при лечении лимфосаркомы, лейкозов. Его химическое название 1- β- D- арабинофуранозилцитозин. Составьте химическую формулу соединения. * Помощь для выполнения задания: из названия следует, что это соединение нуклеозид, в его составе цитозин, моносахарид арабиноза (альдопентоза d d l). 5. Напишите последовательность превращений, используя структурные формулы биоорганических соединений: АТФ ——> АДФ ——> АМФ ——> аденин + фосфат ГТФ ——> ГДФ ——> ГМФ ——> гуанин + фосфат 6. Составьте последовательность нуклеотидов, кодирующих аминокислоту метионин в иРНК: АUG. Какой кодон соответствует метионину в ДНК? Какой антикодон присутствует в тРНК? Напишите последовательности нуклеотидов иРНК и ДНК, используя структурные формулы.
11.7. Биологически важные соединения- мононуклеотиды, динуклеотиды- участники важнейших биохимических процессов
|
