close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

код для вставкиСкачать
Молекулярная биология
Курс лекций для студентов IV курса ОЗО
факультета
биологии РГПУ им. А.И. Герцена
Лекция 3, 4
Профессор кафедры Зоологии
д.б.н., проф. Цымбаленко Надежда Васильевна
• Транскрипция - это синтез всех видов РНК
по
матрице
ДНК,
осуществляемый
ферментом
ДНК-зависимой
РНКполимеразой.
Принципы транскрипции:
•
•
•
•
•
1. Комплементарность.
2. Антипараллельность.
3. Униполярность.
4. Беззатравочность.
5. Асимметричность.
• РНК синтезируется комплементарно и
антипараллельно транскрибируемой цепи ДНК.
Рост цепи РНК идет только в направлении 5'→3'.
Для начала синтеза РНК фермент не нуждается в
поли- или олигонуклеотидной затравке.
• Первый нуклеотид в РНК всегда пурин в форме
трифосфата.
Понятие об опероне
Оперон - единица транскрипции у прокариот
Промотор - особая последовательность
нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНКполимеразой как посадочная площадка и
старт синтеза РНК.
Только с промотора может начаться
синтез специфической РНК.
Терминатор - особая
последовательность нуклеотидов ДНК,
узнаваемая РНК-полимеразой как финиш
транскрипции.
Цистрон - последовательность
нуклеотидов ДНК, кодирующая один
полипептид (в большинстве случаев белок) или одну тРНК, или одну рРНК
Оператор - особая последовательность
нуклеотидов ДНК, узнаваемая белкомрепрессором.
•
Асимметричность
Транскрибируются обе цепи ДНК, но в
каждом отдельном опероне только одна из
них. Какая именно, определяется
положением промотора и терминатора.
Узнавание и прочное связывание
происходит на разных участках ДНК.
Эти участки отличаются и по первичной, и по
вторичной структуре. Путем секвенирования
выявили структуру многих промоторов. У
большинства из них имеется общее свойство.
Этапы транскрипции
1. Узнавание и прочное связывание
2. Инициация заключается в образовании первой
фосфодиэфирной связи между пуринтрифосфатом (АТФ или ГТФ) и следующим
нуклеотидом. После инициации - фактор покидает
фермент.
3. Элонгация - последовательное наращивание цепи
РНК (или продолжение транскрипции).
4. Терминация. Специфическая терминация бывает:- независимой и - зависимой.
"Мотором" транскрипции является энергия,
высвобождающаяся при отщеплении пирофосфата
от каждого рибо-НТФ.
• Ингибиторы транскрипции
• Рифампицин - ингибитор инициации.
Связывается с центром инициации holo-РНКполимеразы E. сoli.
• Стрептолидигин - ингибитор элонгации.
Связывается с центром элонгации core-РНКполимеразы E. сoli.
Регуляция транскрипции у прокариот
Схема негативной индукции Жакоба и Моно
• Lac-оперон E. coli содержит 3 гена,
отвечающие за образование белков,
участвующих в переносе в клетку
дисахарида лактозы и в ее расщеплении.
• Z - галактозидаза (расщепляет лактозу на
глюкозу и галактозу).
• Y - галактозидпермеаза (переносит
лактозу через мембрану клетки).
• А - тиогалактозидтрансацетилаза
(ацетилирует галактозу).
Эта схема называется так потому, что
контролирующим транскрипцию фактором
является негативный фактор, "выключатель" белок - репрессор. Индукция (включение)
происходит при потере сродства белка репрессора к оператору
• У эукариотов процессы транскрипции и
трансляции разобщены во времени и
пространстве (транскрипция - в ядре,
трансляция - в цитоплазме).
• У эукариотов существуют специализированные
РНК-полимеразы.
В ядре выделяют 3 типа РНК-полимераз:
РНК-полимераза I - синтезирует рРНК (кроме 5S
рРНК).
РНК-полимераза II - синтезирует мРНК и некоторые
sРНК.
РНК-полимераза III - синтезирует тРНК, некоторые
sРНК и 5SрРНК.
РНК-полимеразы различаются количеством субъединиц, их
аминокислотным составом, и зависимостью от катионов
магния и марганца. Для РНК-полимераз I и III необходимое
для работы соотношение [Mn2+]/[Mg2+] = 2. Для РНКполимеразы II - [Mn2+]/[Mg2+] = 5.
Помимо ядерных РНК-полимераз у эукариот есть еще РНКполимеразы хлоропластов и митохондрий.
• Особенности транскрипции эукариот
• Единицей транскрипции у эукариот
является отдельный ген, а не оперон, как у
прокариот.
• Оператор, как таковой, отсутствует.
Промотор есть, но он организован иначе.
• Базальные факторы транскрипции белки, необходимые для инициации
транскрипции
• Базальные факторы транскрипции необходимы
для инициации транскрипции всеми тремя
ядерными РНК-полимеразами.
•
Для любого гена, кодирующего белок, есть энхансеры
(усилители).
• Энхансеры - последовательности ДНК,
усиливающие транскрипцию при взаимодействии
со специфическими белками.
• М1+М2+М3+М4 - один энхансер, но он состоит из
4-х модулей.
• Экспрессируются лишь те гены, у которых все энхансерные
модули узнаны своими белками и эти белки
взаимодействуют друг с другом
Процессинг мРНК
Процессинг мРНК состоит из нескольких этапов.
1. Кепирование 100% мРНК
2. Полиаденилирование ~95% мРНК
3. Сплайсинг ~95% мРНК. Сплайсингу
подвергаются только полиаденилированные
мРНК.
4. Редактирование. Показано лишь для
нескольких мРНК.
Все стадии процессинга мРНК происходят в
РНП-частицах (рибонуклеопротеидных
комплексах).
мРНК не бывает свободной от белков.
Полисома - комплекс мРНК с несколькими или
многими рибосомами.
В составе информосом мРНК может жить от
нескольких минут до нескольких дней, не
подвергаясь действию нуклеаз
Процессинг мРНК
• Генетический код - это система
записи информации о
последовательности расположения
аминокислот в белках с помощью
последовательности расположения
нуклеотидов в ДНК.
• Поскольку ДНК непосредственного
участия в синтезе белка не принимает,
то код записывается на языке РНК. В
РНК вместо тимина входит урацил.
Свойства генетического кода
• 1. Триплетность. Каждая аминокислота кодируется
последовательностью из 3-х нуклеотидов.
Триплет или кодон - последовательность из трех
нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.
• 2. Вырожденность.
• Все аминокислоты, за исключением
метионина и триптофана, кодируются
более чем одним триплетом:
• Всего 61 триплет кодирует 20
аминокислот.
• 3. Наличие межгенных знаков препинания.
• Ген- это участок ДНК, кодирующий одну
полипептидную цепь или одну молекулу тРНК,
рРНК или sРНК.
• Гены тРНК, рРНК, sРНК белки не кодируют.
• В конце каждого гена, кодирующего полипептид,
находится, по меньшей мере, один из 3-х
терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA,
UAG, UGA. Они терминируют трансляцию.
•
Условно к знакам препинания относится и кодон
AUG - первый после лидерной
последовательности. Он выполняет функцию
заглавной буквы. В этой позиции он кодирует
формилметионин (у прокариотов).
• 4. Однозначность.
• Каждый триплет кодирует лишь одну
аминокислоту или является
терминатором трансляции.
• Исключение составляет кодон AUG. У
прокариотов в первой позиции
(заглавная буква) он кодирует
формилметионин, а в любой другой метионин.
• 5. Компактность, или отсутствие
внутригенных знаков препинания.
• Внутри гена каждый нуклеотид входит
в состав значащего кодона.
• 6. Универсальность.
• Генетический код един для всех
живущих на Земле существ.
• 7. Помехоустойчивость.
• Мутации замен нуклеотидов, не
приводящие к смене класса
кодируемой аминокислоты,
называют консервативными.
Мутации замен нуклеотидов,
приводящие к смене класса
кодируемой аминокислоты,
называют радикальными.
• 8. Неперекрываемость.
• Каждый нуклеотид входит в состав лишь
одного кодон.
Рамка считывания (Reading frame) Один из трех
возможных способов считывания нуклеотидной
последовательности в виде триплетов. Открытая
рамка считывания не содержит терминирующих
кодонов и может транслироваться в белок
• Биосинтез белков - начальный этап реализации,
или экспрессии генетической информации.
• К главным матричным процессам,
обеспечивающим биосинтез белков, относятся
транскрипция ДНК и трансляция мРНК.
• Транскрипция ДНК заключается в переписывании
информации с ДНК на мРНК (матричную, или
информационную РНК).
• Трансляция мРНК заключается в переносе
информации с мРНК на полипептид.
Последовательность матричных реакций при
биосинтезе белков можно представить в виде
схемы.
•
• Синтез белка в клетке состоит из двух
этапов: рекогниции и трансляциисобственно синтеза полипептида на
рибосоме.
• Ключевым субстратом рекогниции
является транспортная РНК.
Структура транспортной РНК
• Транспортные РНК (тРНК) - короткие
молекулы (70-90 нукл.), имеющие и
вторичную, и третичную структуру.
•
•
•
•
•
Рекогниция
Рекогниция - это подготовительный этап
трансляции, суть которого в образовании
ковалентной связи между тРНК и
соответствующей аминокислотой.
1. Активирование аминокислоты.
2. Присоединение аминокислоты к тРНК аминоацилирование.
Обе стадии рекогниции осуществляются
ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой (APC-азой,
кодазой).
Существует 20 вариантов кодаз (по числу
аминокислот). У каждой кодазы 3 центра
опознавания. Каждая АРС-аза узнает третичную
структуру tРНК.
•
•
•
•
•
•
Структура рибосом
Рибосомы - немембранные самые мелкие
клеточные органеллы
1. Прокариотические 70S.
2. Эукариотические 80S.
3. Рибосомы митохондрий (55S - у
животных, 75S - у грибов).
4. Рибосомы хлоропластов (70S у высших
растений).
S - коэффициент седиментации или
константа Сведберга. Отражает скорость
осаждения молекул или их компонентов
при центрифугировании, зависящую от
конформации и молекулярного веса.
Каталитические центры рибосом
прокариотов
1
2
3
4
Полисомы
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа