А.Г.Безусько. Науковий підхід до викладання теми «Основи саморегуляції на молекулярному рівні» Протеоміка

2.  Протеоміка, історія виникнення.
 Геноміка, протеоміка та біоінформатика.
 Структурна протеоміка.
 Дипептиди, трипептиди, олігопептиди.
 Секвенування білків.
 Просторова структура білків.
 Значення конформаційних змін білка для
здійснення функції.
 Біоінформатика і протеоміка.
 Функціональна протеоміка.
 Практична протеоміка.

3. Успіхи біохімії, молекулярної біології та
обчислювальної техніки призвели до
народження геноміки. Першим був
розшифрований геном бактеріофага phi Х-174
(біля 5·103 основ), потім у першої бактерії –
Haemophilus influenzae .
Із завершенням XX ст. було закінчено
розшифровку повного генома людини –
виявлено послідовність приблизно 3 млрд
основ нуклеїнових кислот.
 Саме в цей період народжуються дві нові
біологічні науки: в 1987 г. вперше в науковий
роботах було використано слово «геноміка», а
в 1993 г. – «біоінформатика».

4. Від генів до білків.
Виділення та визначення структури всіх
білків залишається актуальною задачею
(пряме визначення структури білків сьогодні
здійснено лише для 10% білків людини).
На додаток до геноміки з’явився термін
“протеоміка”, об’єктом дослідження якої є
протеом (від англ. PROTEins – білки і
genOMe – геном). А в науковій літературі
згадка про протеом вперше з’явилась
у 1995 р.

5.  Геноміка – наука, яка займається
вивченням структури та функцій
сукупності всіх генів організму.
 Біоінформатика – наука, що
займається вивченням біологічної
інформації за допомогою
математичних, статистичних
та комп’ютерних методів.
 Протеоміка– наука, яка
займається вивчення сукупності
білків та їх взаємодій в живих
організміах. Протеом – сукупність
всіх білків організму.
 Протеоміка поділяється на
структурну протеоміку,
функціональну протеоміку та
прикладну протеоміку.

6.  Структурне різноманіття білків.
 Кількість амінокислотних залишків ( від 2 у
олігопептидів) до десятків тисяч.
 Титин людини складається з 34 350
амінокислотних залишків і на сьогодні
вважається рекордсменом – найбільшою з
усіх відомих білкових молекул.
 Для вивчення протеома необхідно виділити
і очистити білкову фракцію від інших
молекул.

8.  Бета-
аланін+гістидін=
карнозин.
 Міститься в
скелетних м’язах
і тканинах мозку.
 Антиоксидант

9.  Карнозин було відкрито у складі
безбілкового екстракту м’язів російським
біохіміком В.С. Гулевичем у 1900 р.
 Біологічне значення карнозину для функції
збудливих тканин стала зрозумілою з робіт
академіка С.Є. Северина (1901-1993) та
його учнів. Северин вперше
продемонстрував, що карнозин здатний
відновлювати м’язову активність.
 Має геропротекторні та антистресорні
властивості.

10.  Трипептид, що
складається з
глутамінової
кислоти, цистеїну
та гліцину. Бере
участь у окисно-
відновних реакціях

11.  Може існувати в окисненій (Г-S—S-Г) та відновленій (Г-SН)
формі. Відновлена форма Г захищає SH-групи білків від
окиснення. Механізм захисту полягає в окисненні SH-групи
самого Г з утворенням окисненої форми і збереженням SH-
груп білків в активній відновленій формі.
 Г виступає кофактором деяких оксидоредуктаз —
гліоксилази, формальдегіддегідрогенази.
 Важлива роль належить Г у зв’язуванні вільних радикалів,
відновленні пероксиду водню та інших пероксидів, що
запобігає розвитку вільнорадикальних процесів.
 Г бере участь у транспорті амінокислот через плазматичні
мембрани ентероцитів та інших клітин (мозку, нирок).
 Шляхом кон’югації з Г під дією ферменту Г-трансферази
знешкоджується низка ксенобіотиків, а також інактивуються
деякі ендогенні метаболіти (естрадіол, простагландини,
лейкотрієни).

12.  Пептидний
нейрогормон,
складається з 9
амінокислот.
Впливає на поведінку
як нейромедіатор.

13.  Клітини продукують
переважно
окситоцин

14.  Клітини продукують
переважно
вазопресин

15.  Складається з 9
амінокислот.
 Антидіуретичний
гормон.
 Бере учать в системі
регуляції соціальної
поведінки

16.  Експресія вазопресинових рецепторів ( та
їхня кількість в прилеглому ядрі та інших
відділах мозку) залежить від некодуючої
ділянки ДНК – мікросателіта, що
розміщений попереду від гена рецептора
V1альфа.
 У моногамних тварин мікросателіт довше.
 У людини розміри мікросателіта корелює з
часом статевого дозрівання, а також з
рисами характеру, що пов’язані з
альтруїзмом.

17.  Ф. Сенгер
 Нобелевські
премії
(1958, 1980)
 Визначаючи аміногрупи у
білках, Сенгер уперше
припустив наявність
упорядкованості у структурі
молекул білків. Він був першим
серед дослідників, хто визначив
первинну амінокислотну
послідовність
Працював з гормоном інсуліном

19. двомірна електрофореграма
білків з екстракту печінки миші
двомірна електрофореграма
пептидів з цереброспинальної
рідини людини

20.  Таким чином, задача структурної
протеоміки полягає у виділенні,
очищенні, визначенні первинної,
вторинної та третинної структур
всіх білків живого організму, а її
основними методами сьогодні
задишаються: двомірний
електрофорез, мас-спектрометрія
та біоінформатика.
 Третинну структуру білка встановлюють
за допомогою рентгеноструктурного
аналізу і метода ядерного магнітного
резонансу.

21.  Джон Коудрі Кендрю
 Дата народження – 24 березня
1917.
 Дата смерті- 23 серпня 1997.
Англійський біохімік, фахівець в
області молекулярної біології і
кристалографії, член
Лондонського королівського
товариства
 В 1957 році вперше визначив
просторове розташування
поліпептидних ланцюжків в
молекулі білку міоглобіну; у 1959
встановив його детальну будову,
підтвердивши наявність в ньому α-
спіралей, передбачених в 1951
році Лайнусом Поллінгом.
 Лауреат Нобелєвської премії з
хімії 1962 року, спільно з Максом
Перуцом
 Макс Фердинанд Перуц
 Дата народження – 19 травня 1914 .
 Дата смерті —6 лютого 2002,
Англійський біохімік австрійського
походження, що спеціалізувався в
області молекулярної біологіїі
кристалографії, член Лондонського
королівського товариства (з 1954
року). Член Американської академії
мистецтв(з 1963року), член
Австрійської академії наук (з 1963
року) і багатьох наукових
товариств.
 Основні роботи Перуца по
вивченню структури білка за
допомогою вдосконаленого ним
методу рентгеноструктурного
аналізу. Вперше розшифрував
просторову будову молекули
гемоглобіну. За цю роботу отримав
Нобелєвмьку премію з хімії 1962
року.

24.  Існування величезної кількості різних білків визначило
необхідність створення інформаційних баз даних, до
яких мають заноситись всі відомі про них відомості.
 В наш час існує дуже багато загальних та
спеціалізованих баз даних. У загальних базах
містяться відомості про всі відомі білки живих
організмів, про глобальний протеом всього живого.
Прикладом такої бази є SwissProt-TrEMBL (Швейцарія-
Німеччина), в якій містяться структури майже 200000
білків, що встановлені аналітичним методами і ще
майже 2 млн структур які визначені в результаті
трансляції з нуклеотидних послідовностей.

25.  Таким чином, задачами біоінформатики є:
а)накопичення інформації про фізико-хімічні
та біологічні властивості білків,
 б)аналіз цієї інформації,
 в)каталогізація і підготовка інформаційної
бази і обчислювальних методів для
виявлення механізмів функціонування білків.

26.  Білкові молекули взаємодіють з іншими або
такими ж структурами, що приводить до
виникнення функціональних реакцій спершу
на молекулярному рівні, а потім і на
макроскопічному. Відомо дуже багато таких
процесів за участю білків. Серед них
взаємодія фермента з субстратом, антигена
з антитілом, пептидів з рецепторами,
токсинів з іонними каналами тощо.
 Для встановлення механізмів цих процесів
проводяться експериментальні дослідження
індивідуальних учасників взаємодії, також і
системні дослідження із залученням засобів
біоінформатики.

27.  Функціональними частинами молекул цих пептидів
є дуже подібні зони в правій частині молекули.
Однак ці пептиди мають протилежний вплив на
поведінку: гастрини викликають у людини відчуття
голоду, тоді як холецистокініни відчуття ситості.
Можливо така відмінність обумовлена тим, що в
первинній послідовності холецистокінінів
положення залишку тирозина Y зміщено на один
крок порівняно з гастринами.

28.  Виявлені у тварин від комах до ссавців.
 У ссавців цей олігопептид складається з 9
амінокислот. Хіміки синтезували різні
фрагменти і досліджували активність
зв’язування з рецептором. Однак
з’ясувалось, що лише ціла молекула має
максимальну активність.
 У всіх молекулах присутня однакова
послідовність. Можливо під час еволюції
вона виявилась найбільш вдалою і сьогодні
–це біологічно активна речовина ссавців.

29. Просторова структура ендотеліну
1 людини
Просторова структура
сарафотоксину 6b ізраїльскої
змії Atractaspis engaddesis

30.  С. Прусінер
 Нобелевська премія
(1997)
 Пріони – інфекційні
білки

31. Нозологічна форма Природний хазяїн
Хвороба Kрейтцфельда- Якоба Людина
Kуру Людина
Синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера Людина
Смертельне родинне безсоння Людина
Скрейпі Вівці, кози
Трансміссивна енцефалопатіяя норок Норки
Хронічна виснажлива хвороба Олені
Губкоподібна енцефалопатія великої рогатої
худоби Kорови и бики
Губкоподібна енцефалопатія котів Kішки
Губкоподібна енцефалопатія екзотичних копитних Антилопи і великий
куду

33.  95% всіх фармакологічних засобів впливають
на білки. Протеоміка з своїм системним
підходом може допомогти ідентифікувати і
оцінити важливість появи нових білків
ефективніше, що може прискорити розробку
нових діагностичних тестів та терапевтичних
засобів.
 Перше практичне застосування протеомних
досліджень відбулось задовго до появи
терміну «протеоміка», ще на початку XX ст.,
коли було встановлено роль інсуліну в
розвитку такого важкого захворювання, як
діабет. Створення інсулінових препаратів
врятувало життя мільйонам людей.

34.  Створення протеомних карт патологічно
змінених і нормальних тканин дозволяє
виявити мішені.
 Перспективним напрямком буде створення
протеомних карт крові.
 Подібне порівняння протеомів пухлинних
та нормальних клітин, клітин до и після
впливу певних факторів (фізичних або
хімічних) використання біологічних рідин в
діагностичних цілях – все це відкриває нові
перспективи в медицині, фармакології.