Биосинтез белка Лекция 11 1 Биосинтез

Биосинтез белка Лекция № 11 1

Биосинтез белка • синтез полипептидной цепи из аминокислотных остатков • происходит на рибосомах клеток • необходимы молекулы м. РНК и т. РНК ДНК РНК БЕЛОК 2

Биосинтез белка включает стадии • транскрипции • процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы • процессинга • созревание матрицы для синтеза полипептидной цепочки • трансляции. • синтез полипептидной цепи 3

Транскрипция 4

1. Транскрипция 5

Транскрипция • происходит в ядре • перенос генетической информации с ДНК на РНК. • катализируется ферментом ДНКзависимой РНК-полимеразой • состоит из стадий инициации, элонгации и терминации 6

Синтез РНК • начинает промотор - (сайт) ДНК • завершает сайт терминации • Участок ДНК, между промотором и сайтом терминации - единица транскрипции – транскриптон • У эукариотов 1 транскриптон - 1 ген, у прокариот несколько • В каждом транскриптоне зона регуляции - содержит последовательности нуклеотидов, с кот. соединяются регуляторные транскрипционные факторы. 7

• В каждом транскриптоне транскрибируется только одна цепь ДНК- матричная • комплементарная ей цепь, называется кодирующей • Синтез цепи РНК идёт от 5'- к З'-концу • Транскрипция не связана с фазами клеточного цикла; она может ускоряться и замедляться в зависимости от потребности клетки или организма в определённом белке. 8

9

Инициация - Соединение ДНК-зависимой РНКполимеразы • зависит от последовательности ДНК вблизи транскрибируемой последовательности • от удаленных участков генома — энхансеров и сайленсеров • зависит от наличия факторов транскрипции - более 2600 белков , имеют ДНКсвязывающий домен 10

• Активаторы (Activators)- белки, которые связываются с энхансерами, которые помогают РНК-полимеразе правильно начать транскрипцию. Репрессоры (Repressor)- белки, которые связывают активаторы, чем снижают или прекращают транскрипцию. Основные факторы (Basal factors)- белки, которые ориентируют РНК-полимеразу на начало структурной части гена. TATA box (или Pribnow box)- часть промотора, являющаяся сайтом связывания для белковых факторов. Транскрипционные факторы (Transcription factors)- помогают занять правильную позицию активаторам и РНК- полимеразе.

Активация промотора • происходит с помощью большого белка - ТАТА-фактора, взаимодействует с последовательностью нуклеотидов промотора - ТАТААА- (ТАТА-бокс) • Присоединение ТАТА-фактора облегчает взаимодействие промотора с РНКполимеразой. • Факторы инициации вызывают изменение конформации РНК-полимеразы • обеспечивают раскручивание примерно одного витка спирали ДНК, - образуется транскрипционная вилка, 13

Элонгация Факторы элонгации • повышают активность РНК-полимеразы • облегчают расхождение цепей ДНК. На стадии элонгации, в области вилки, разделены примерно 18 нуклеотидных пар ДНК. Растущий конец цепи РНК образует временную гибридную спираль, около 12 пар. Продвижение РНК-полимеразы по матрице - от 3'- к 5'концу расхождение, а затем восстановление двойной спирали ДНК. 14

Терминация • Завершается синтез РНК в сайтах терминации • Фактор терминации облегчает отделение первичного транскрипта (пре -м. РНК) и РНК-полимеразы от матрицы. 15

процессинг матричной РНК • Первичные транскрипты м. РНК подвергаются модификации • Модификации необходимы для функционирования м. РНК в качестве матрицы. 16

Модификация 5'-конца • На стадии элонгации. • длина первичного транскрипта - 30 остатков - кэпирование его 5'-конца. • гуанилилтрансфераза. • Фермент гидролизует макроэргическую связь в молекуле ГТФ и присоединяет нуклеотиддифосфатный остаток 5'-фосфатной группой к 5'-концу синтезированного фрагмента РНК с образованием 5', 5'-фосфодиэфирной связи. Последующее метилирование остатка гуанина в составе ГТФ с образованием N 7 -метилгуанозина завершает формирование кэпа 17

Модификация 3'-конца • • • 3'-Конец большинства транскриптов, синтезированных РНКполимеразой II, также подвергается модификации, при которой специальным ферментом поли. А-полимеразой формируется поли. Апоследовательность (поли. А-"хвост"), состоящая из 100 -200 остатков аде-ниловой кислоты. Сигналом к началу полиаденилирования является последовательность -AAUAAA- на растущей цепи РНК. Фермент поли. А-полимераза, проявляя экзонуклеазную активность, разрывает 3'-фосфоэфирную связь после появления в цепи РНК специфической последовательности -AAUAAA-. К 3'-концу в точке разрыва поли. Аполимераза наращивает по-ли. А-"хвост", Наличие поли. Апоследовательности на 3'-конце облегчает выход м. РНК из ядра и замедляет её гидролиз в цитоплазме. Ферменты, осуществляющие кэширование и полиаденилирование, избирательно связываются с РНК-полимеразой II, и в отсутствие полимеразы неактивны. 18

2. Основные компоненты системы синтеза белка 19

Основные компоненты системы синтеза белка • м. РНК. Содержит информацию о структуре синтезируемого белка • т. РНК. - 50 различных т. РНК - включение аминокислот в белок. • т. РНК называют " адапторные молекулы", так к акцепторному концу этих молекул может быть присоединена определённая аминокислота, а с помощью антикодона они узнают специфический кодон на м. РНК. 20

• Гены, кодирующие большую часть структурных РНК, транскрибируются РНК-полимеразами I и III. • Нуклеиновые кислоты - предшественники р. РНК и т. РНК - подвергаются в ядре расщеплению и химической модификации (процессингу). 21

процессинг т. РНК • Первичный транскрипт т. РНК содержит около 100 нуклеотидов, а после процессинга - 70 -90 нуклеотидньгх остатков. Посттранскрипционные модификации - при участии РНК-аз (рибонуклеаз). • приводят к формированию "антикодона", - триплета нуклеотидов • обеспечивает взаимодействие т. РНК с комплементарным кодоном м. РНК в ходе синтеза белков 22

23

Основные компоненты системы синтеза белка • р. РНК • В клетках человека содержится около сотни копий гена р. РНК, локализованных группами на пяти хромосомах • Гены р. РНК транскрибируются РНКполимеразой I • Первичные транскрипты имеют длину около 13 000 нуклеотидных остатков (45 S р. РНК) 24

Основные компоненты системы синтеза белка • Аминокислоты • Все 20 а/к должны присутствовать в достаточном количестве. • недостаточное снабжение клетки хотя бы одной незаменимой аминокислотой приводит к снижению, а иногда и полной остановке синтеза белка на кодоне, требующем включения этой аминокислоты в белок. 25

Основные компоненты системы синтеза белка • Активация аминокислот. • 20 а/к присоединяются к акцепторному концу своей т. РНК • Катализ - ферменты аминоацил-т. РНК синтетазы (аминоацил-т. РНК лигазы). • 1 фермент узнает1 аминокислоту и ее т. РНК - 20 ферментов (глутамил-т. РНК синтетаза) 26

Активация аминокислот. • Аминокислота присоединяется к ферменту и к АТФ - аминоацил-АМФ (макроэрг). • аминоацил-АМФ связанный с ферментом - с молекулой своей т. РНК • образована аминоацил-т. РНК 27

Активация аминокислот • Суммарная реакция (идет при наличии Mg 2+): • А/к +т. РНК + АТФ = аминоацил - т. РНК + АМФ + PPi. • высокая специфичность аа-т. РНК синтетаз - точность трансляции ген. информации 28

Рибосома • В рибосоме - 2 центра для т. РНК: аминоацильный (А) и пептидильный (Р) - 2 кодона. • центр А связывает аа-т. РНК • Центр Р занимает пептидил-т. РНК, т. е. т. РНК, связанная с пептидной цепочкой, которая уже синтезирована. 29

Рибосома • - органелла - биосинтезе белка. Рибосома эукариотов (80 S) состоит из двух, большой и малой, субъединиц: 60 S и 40 S. • Белки рибосом выполняют структурную, регуляторную и каталитическую функции. 30

АТФ и ГТФ • На включение одной аминокислоты в полипептидную цепь клетка затрачивает 4 макроэргические связи: • 2 АТФ • 2 ГТФ: одна используется на связывание аат. РНК в А-центре рибосомы, а вторая затрачивается на стадию транслокации. • АТФ и ГТФ на инициацию и терминацию синтеза полипептидной цепи. 31

3. Биосинтез белка 32

Синтез полипептидной цепи на рибосоме • инициация • элонгация • терминация 33

34

Инициация 40 S субъединица рибосомы соединяется с фактором инициации, который препятствует ее связыванию с 60 S субъединицей Этот же фактор - объединение с • Мет-т. РНКi • Фактором инициации (ФИ) F-2 • ГТФ. • Затем этот комплекс связывается с 5'-концом м. РНК при участии нескольких ФИ. 35

Инициация • Прикрепившись к м. РНК, 40 S субъединица - скользит по некодирующей части м. РНК • до инициирующего кодона AUG (кодирующей нуклеотидной последовательности) • Скольжение - гидролиз АТФ 36

Инициация • 40 S субъединица останавливается • связывается с ФИ - присоединение 60 S субъединицы и образование 80 S рибосомы (гидролиз ГТФ до ГДФ и Фн). • формируются А- и Р-центры рибосомы • причём в Р-центре оказывается AUGкодон м. РНК с присоединённым к нему Мет-т. РНКi. Мет. 37

Элонгация рибосома "читает" м. РНК в виде триплетов за инициирующим кодоном от 5' к 3’ Включение каждой аминокислоты в белок происходит в 3 стадии, в ходе которых: • аа-т. РНК каждой входящей в белок аминокислоты связывается с А-центром рибосомы; • пептид от пептидил-т. РНК, находящейся в Р-центре, присоединяется к α-NH 2 -гpyппe аминоацильного остатка аа-т. РНК А-центра с образованием новой пептидной связи; • удлинённая на один аминокислотный остаток пептидил-т. РНК перемещается из А-центра в Р-центр в результате транслокации рибосомы. 38

• Установлено, что пептидилтрансферазная активность большой субъединицы рибосомы принадлежит 28 S р. РНК. К настоящему времени обнаружена целая группа РНК, обладающая свойствами ферментов. Эти каталитически активные РНК получили название рибозимов. Полагают, что рибозимы можно считать "реликтами" раннего периода эволюции, когда белки ещё не приобрели такого значения, как в последующие периоды 39

Транслокация • - третья стадия элонгации. К рибосоме присоединяется фактор элонгации EF-2 и за счёт энергии ГТФ продвигает рибосому по м. РНК на один кодон к 3'концу. • Свободная от метионина т. РНКi. Мет покидает рибосому, а в область Ацентра – след. кодон 40

Терминация • Терминация трансляции наступает в том случае, когда в А-центр рибосомы попадает один из стоп-кодонов: UAG, UAA или UGA • Для стоп-кодонов нет соответствующих т. РНК • К рибосоме присоединяются 2 белковых фактора RF (releasingfactor) или фактора терминации. • 1 - катализирует гидролитическое отщепление пептида от т. РНК • 2 - гидролиз ГТФ - диссоциация рибосомы на субъединицы 41

42